音樂噴泉畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

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1、2 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書  摘要 音樂噴泉是近年來出現(xiàn)的一種園林建筑與花式觀賞相結(jié)合的一種產(chǎn)物。隨著可編程控制器在我國的迅速發(fā)展，對(duì)音樂噴泉的控制要求也越來越高，使得越來越多的控制部分需要可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。 本課題結(jié)合任務(wù)設(shè)計(jì)書的要求，以音樂噴泉為研究對(duì)象，采用了西門子S7-300系列PLC作為噴泉的控制器。對(duì)音樂噴泉的控制系統(tǒng)的總體功能進(jìn)行了分析，闡述了可編程控制器的組成和工作原理。提出了噴泉硬件的各組成模塊及詳細(xì)的硬件模塊設(shè)計(jì)方案，并對(duì)控制方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和程序的編寫。本設(shè)計(jì)改善了噴泉系統(tǒng)的控制品質(zhì)，并真正地達(dá)到了實(shí)時(shí)控制的要

2、求。 關(guān)鍵詞：PLC；噴泉；控制系統(tǒng) 2 2 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 目錄 引 言 ……………………………………………………………………………4 第一章噴泉概述 …………………………………………………………………3 1.1噴泉的意義 ……………………………………………………………………………5 1.2噴泉的發(fā)展 ……………………………………………………………………………6 1.3噴泉的種類 ……………………………………………………………………………7 1.4噴泉涉及領(lǐng)域 ………………………

3、…………………………………………………8 第二章 音樂噴泉設(shè)計(jì)方案………………………………………………………9 2.1 音樂噴泉設(shè)計(jì)示意圖…………………………………………………………………9 2.2 音樂噴泉控制要求……………………………………………………………………10 2.3 噴泉設(shè)備使用簡介……………………………………………………………………10 第三章 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)………………………………………………………15 3.1 音樂噴泉控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)…………………………………………………………15 3.2 控制方案選擇………………………………………………………………

4、…………16 3.3 變頻器選擇……………………………………………………………………………17 3.4 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成…………………………………………………………………19 第四章 硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………20 4.1 控制系統(tǒng)硬件組成……………………………………………………………………20 4.2 PLC控制電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………21 4.3 電路原理圖……………………………………………………………………………22 4.4 PLC外部接線圖 ………………………………………………………………………24

5、 第五章 軟件程序流程圖…………………………………………………………27 5.1 系統(tǒng)整體流程圖………………………………………………………………………27 5.2 梯形圖…………………………………………………………………………………27 第六章 調(diào)試過程…………………………………………………………………28 6.1 硬件調(diào)試………………………………………………………………………………28 6.2 軟件調(diào)試………………………………………………………………………………28 第七章 總結(jié)與展望………………………………………………………………29 參考文獻(xiàn) ………………………………………

6、…………………………………30 附 錄 …………………………………………………………………………31 引 言 在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，特別是在園林建筑、旅游建筑以及其化大型公共建筑設(shè)計(jì)中，建筑師常常把自然界中的水引進(jìn)設(shè)計(jì)中去，用水的藝術(shù)形態(tài)來補(bǔ)充和豐富人類的環(huán)境。不論是涓涓細(xì)流、平靜臺(tái)鏡的水面，或是奔騰的瀑布、熱情奔放的噴泉，都能成為建筑師創(chuàng)作的要素，或者形成以水景為建筑空間的景觀中心，或者以水景作為建筑物的悅襯。如在設(shè)計(jì)中再巧妙地運(yùn)用現(xiàn)代材料和雕塑藝術(shù)可以構(gòu)成許多精美的環(huán)境和襯托出恰當(dāng)?shù)臍夥铡? 常用的水景形式，主要為噴泉、瀑布、溪流、旋渦、波浪、鏡池等等?？筛鶕?jù)具體

7、工程的自然條件（如地形、風(fēng)向等），周圍環(huán)境，單獨(dú)采用某一水景形式或者采用幾種形式的綜合，以最少的能量消耗和基建投資，去獲得最佳的藝術(shù)效果。同時(shí)在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮管理?xiàng)l件、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，合理確定所設(shè)計(jì)噴泉的復(fù)雜程度，否則，即使建成后，也難以長期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。作為水景設(shè)計(jì)的關(guān)鍵專業(yè)之一的給排水專業(yè)，則應(yīng)力從“水”的角度運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)和設(shè)備，與其化專業(yè)密切協(xié)作來實(shí)現(xiàn)總的設(shè)計(jì)意圖。 噴泉主要由噴水池、噴嘴、燈光照明、管道系統(tǒng)、水泵及控制設(shè)備等組成。近年來，將彩色的燈光、音樂與噴水的姿態(tài)結(jié)合起來，形成所謂舞蹈噴泉或音樂噴泉。噴泉與雕塑藝術(shù)結(jié)合起來則形成所謂雕塑噴泉，隨著噴嘴構(gòu)造形式的改變和安裝位置、角度的不同

8、，或者控制方式的變化，或者結(jié)合瀑布水景，還可形成模擬自然景觀的涌泉，間歇泉、瀑布噴泉，呈現(xiàn)出各種噴水姿態(tài)。 場(chǎng)地設(shè)計(jì) 建造場(chǎng)地和水池形狀的選擇通常應(yīng)依據(jù)兩個(gè)原則：一是整體原則。噴泉處于特定的地理、人文環(huán)境中，是環(huán)境的一個(gè)組成部分，噴泉選址和幾何尺度的確定必須服從環(huán)境的整體要求。二是實(shí)用原則。噴泉在總體規(guī)劃下確定主題、水池的形狀及大小，以及投資規(guī)模的確定應(yīng)符合實(shí)際需要。 供水設(shè)計(jì) 噴泉一般都采用自循環(huán)方式。進(jìn)水管的設(shè)計(jì)要求在較短時(shí)間內(nèi)能充滿水池。管路與水泵應(yīng)貫徹結(jié)構(gòu)緊驟、獨(dú)立供水的原則，以便設(shè)備布局和系統(tǒng)的調(diào)試與控制。 噴頭設(shè)計(jì) 噴泉噴頭一般有三種基本類型：直流式、水膜式和霧化

9、式。不同類型噴頭的排列與組合，可以構(gòu)造出千姿百態(tài)的噴泉形式。 燈光設(shè)計(jì) 噴泉的色彩來自兩種光源，一種是水下彩色光源，另一種是水面外的投射光源。水下光源安裝在噴頭附近的水面下，投射光源則根據(jù)水形與流向確定其安裝位置和照射方向。 控制設(shè)計(jì) 噴泉系統(tǒng)的控制方式通常有手動(dòng)控制、程序控制和音樂控制三種。手動(dòng)控制噴泉缺乏變化，但成本低廉。程序控制噴泉有豐富的水形變化。音樂控制噴泉采用無級(jí)調(diào)速控制，將音樂與水形變化完美結(jié)合，同時(shí)給人們以視覺和聽覺的享受。 第一章噴泉概述 噴泉是園林、城市街道廣場(chǎng)和公共建筑等的裝飾品之一。噴泉對(duì)城市環(huán)境有多種價(jià)值，不僅能濕潤周圍購空氣、清除塵

10、埃，而且由于噴泉噴射U1的細(xì)小水珠與空氣分子掩擊，能產(chǎn)生出大量對(duì)人體有益的負(fù)氧離子。據(jù)對(duì)菜噴泉周圍lIl定，噴水前空氣中負(fù)氧離子的濃度為300個(gè)／毫升，正離子濃度為500個(gè)／毫九而噴水寸．A鐘后，負(fù)氧離子濃度增加到300000個(gè)／毫升，正離子濃度增加到50000個(gè)／毫升。空氣離子，尤其是負(fù)氧離子對(duì)人們的健康有良好的作用，被譽(yù)為“空氣長壽素”。噴泉閱娜多姿的造型，歡快跳動(dòng)的水花，還能使人振奮精執(zhí)陶冶情愫，美化環(huán)境。因此，噴泉既有益于提高城市的文化藝術(shù)面貌，給人以美的享色又有益于環(huán)境保護(hù)，增進(jìn)人的身心健康。 隨著城市現(xiàn)代化，文明生產(chǎn)及園林、旅游等事業(yè)的發(fā)展，噴泉越來越受到人們的喜玖噴泉技術(shù)也在不

11、斷地發(fā)展，各式各樣的噴泉正在各地競(jìng)相出現(xiàn)。它比較適宜于喜慶節(jié)日、大型群眾集會(huì)的廣場(chǎng)噴泉和城市主題雕塑噴泉，其水造型往往是簡捷、明快、莊重、大方，給予人們團(tuán)結(jié)進(jìn)取、凝聚向上的感受在商業(yè)廣場(chǎng)、購物中心以及游泳景點(diǎn)的大型激光彩色音樂噴泉，其動(dòng)感十足的“水表演”，既歡快、跳躍，又抒情、富有詩意的“水舞蹈”，有些噴泉配之以水幕電影，給人們以變幻無窮，絢麗多姿的視聽效果。河、湖自然水面上噴水高度超過百米的高水柱噴泉，其雄偉、壯觀的水造型往往成為這個(gè)城市或旅游景點(diǎn)的特征之一。噴泉進(jìn)入了住宅小區(qū)，多與建筑小品和雕塑相映、相伴，既有中、老年人們喜愛的幽靜、典雅的風(fēng)格，也有適于兒童嬉水，趣味十足的形式。松馳、舒適

12、的環(huán)境氛圍給人們愉悅的感受。 水是生命的核心，對(duì)于人類生存而言，水是最重要的因素之一，水不僅能夠滿足人們 基本生活的需求，而且還能提高人們身心的舒適度，由于人們對(duì)于水的依賴和親近，從人類活動(dòng)開始，人們就依水而居，從古代的城鎮(zhèn)發(fā)展開始，人們就不斷地開發(fā)水的造景功能、娛樂功能和環(huán)保功能，噴泉作為城鎮(zhèn)建設(shè)和園林造景的一部分，是滿足人們文化需求和精神需求的產(chǎn)品和作品。查詢古今中外的建筑史，園林史，其中有許多精美的噴泉成為城市或建筑的象征，這些傳世佳作保留至今，它們是美化城市的神來之筆，在美化城市、美化環(huán)境中起到了畫龍點(diǎn)睛的作用。陶冶和啟迪著后人，為今天的噴泉的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1.1音樂噴

13、泉的意義 近年來，水景的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展很快，許多技術(shù)已大量應(yīng)用于實(shí)踐中，水藝景觀已逐漸形成相對(duì)獨(dú)立的工程分支，但在工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中系統(tǒng)的指導(dǎo)理論尚不完善。 水藝景觀概括來說可以分為兩大類： 一是利用地勢(shì)或土建結(jié)構(gòu)，仿照天然水景觀而成。如溪流、瀑布、人工湖、養(yǎng)魚池、泉涌、跌水等，這些在我國傳統(tǒng)園林中的有較多應(yīng)用。 二是完全依靠噴泉設(shè)備造景。各種各樣的噴泉如音樂噴泉、程序控制噴泉、旱地噴泉、霧化噴泉等。這類水景是近年來才在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的，但其發(fā)展速度很快。 　　各種水景工程，一般由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：土建池體、管道閥門系統(tǒng)、動(dòng)力水泵系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)等。較大的水體或?qū)λ|(zhì)觀感要求較高的場(chǎng)所

14、，還必須有水質(zhì)處理系統(tǒng)。 隨著人們對(duì)噴泉的造景功能、娛樂功能、環(huán)保功能認(rèn)識(shí)的提高，開拓了噴泉的應(yīng)用范圍。 我們可以看到，噴泉比較適宜于喜慶節(jié)日、大型群眾集會(huì)的廣場(chǎng)噴泉和城市主題雕塑噴泉，其水造型往往是簡捷、明快、莊重、大方，給予人們團(tuán)結(jié)進(jìn)取、凝聚向上的感受在商業(yè)廣場(chǎng)、購物中心以及游泳景點(diǎn)的大型激光彩色音樂噴泉，其動(dòng)感十足的“水表演”，既歡快、跳躍，又抒情、富有詩意的“水舞蹈”，有些噴泉配之以水幕電影，給人們以變幻無窮，絢麗多姿的視聽效果。河、湖自然水面上噴水高度超過百米的高水柱噴泉，其雄偉、壯觀的水造型往往成為這個(gè)城市或旅游景點(diǎn)的特征之一。 噴泉進(jìn)入了住宅小區(qū)，多與建筑小品和雕塑相映、相

15、伴，既有中、老年人們喜愛的幽靜、典雅的風(fēng)格，也有適于兒童嬉水，趣味十足的形式。松馳、舒適的環(huán)境氛圍給人們愉悅的感受。商場(chǎng)內(nèi)、酒樓里的噴泉小巧、別致，既調(diào)節(jié)了室內(nèi)小氣候，又增添了畫意；依托大型建筑物和自然地形建成的人工瀑布及溢水造景給人們以清新和另有韻味的感受；噴泉的電視轉(zhuǎn)播廳和大型歌舞上頻頻出現(xiàn)，調(diào)諧得當(dāng)?shù)乃魏嫱兄莩龅男Ч?；精巧的微型噴泉進(jìn)入了辦公室和居室，給室內(nèi)增添了動(dòng)態(tài)裝飾…。 噴泉是藝術(shù)和技術(shù)的結(jié)合物，建筑藝術(shù)、園林藝術(shù)、美術(shù)以至引伸到人文學(xué)、文學(xué)藝術(shù)、音樂藝術(shù)等都能蘊(yùn)含到噴泉的設(shè)計(jì)、創(chuàng)作中。隨著時(shí)代的發(fā)展，科技水平的提高，城市的噴泉設(shè)備已經(jīng)十分先進(jìn)，各種音樂噴泉、程控噴泉、激光噴

16、泉已經(jīng)層出不窮，變化多端。規(guī)模可大可小，射程可高可低，噴出的水，大者如珠，細(xì)者如霧，變化萬千，引人入勝。噴泉，使靜水變?yōu)閯?dòng)水，使水也有了靈魂，又輔之以各種燈光效果，使水體具有豐富多采的形態(tài)，可以緩沖、軟化城市中“凝固的建筑物”和硬質(zhì)的地面，以增加城市環(huán)境的生機(jī)，有益與身心健康并能滿足視覺藝術(shù)的需要。 大型城市廣場(chǎng)中的人工動(dòng)態(tài)噴泉，也多來自自然的種種水態(tài)，如瀑布、疊水、水簾、溢流、溪流、壁泉等，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，各種噴泉真是花樣翻新、層出不窮，幾乎達(dá)到了人們隨心所欲創(chuàng)造各種晶瑩剔透、絢麗多姿動(dòng)態(tài)水景的程度。噴泉在當(dāng)今時(shí)代，已經(jīng)形成了一道獨(dú)特的人文景觀。 1．2噴泉的發(fā)展我國噴泉的發(fā)展

17、 國內(nèi)在二十世紀(jì)八十年代以前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業(yè)的一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制作，工程安裝都沒有形成規(guī)模。只是在展覽館等公共建筑和公園里能見到一些中、小噴泉，產(chǎn)品的水平也是簡單、粗放的。二十世紀(jì)八十年以后，隨著國民經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、園林主管部門在城市建設(shè)、改造的過程中，以及環(huán)境的美化和文化氛圍的營造上對(duì)噴泉提出了求新的要求，一部分建筑、園林、水利的設(shè)計(jì)院、研究所及大專院校，綜合了土建結(jié)構(gòu)、給排水、機(jī)電控制等傳統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)，加上當(dāng)時(shí)先進(jìn)的單片機(jī)，通過電磁閥和直流電機(jī)調(diào)速實(shí)行變量控制，設(shè)計(jì)出一批噴泉、水景。得到了良好的社會(huì)反映和社會(huì)效益。在這個(gè)時(shí)期

18、，一些噴泉設(shè)備專業(yè)加工廠和公司開始組建、發(fā)展，為噴泉的專業(yè)化發(fā)展提供了力量，打下了基礎(chǔ)。 二十世紀(jì)九十年代以后，社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，全國城市建設(shè)速度加快，人們也追求高質(zhì)量的文化生活和環(huán)境美。市場(chǎng)的需求推動(dòng)了噴泉行業(yè)的發(fā)展。噴泉走出公園、園林的圍墻和廣場(chǎng)的中心，深入延伸到人們的各個(gè)社會(huì)活動(dòng)場(chǎng)所。許多噴泉專業(yè)的生產(chǎn)廠商和專業(yè)公司，在這段時(shí)間內(nèi)應(yīng)運(yùn)而生，迅速發(fā)展起來。專業(yè)技術(shù)人員把計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)，以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等學(xué)科的技術(shù)應(yīng)用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術(shù)水平推上了一個(gè)新的層面，開拓了廣闊的應(yīng)用空間，噴泉行業(yè)得到了快速發(fā)展。2001年中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)、給

19、水排水設(shè)備分會(huì)成立了水景噴泉專業(yè)委員會(huì)，行業(yè)組織為城鎮(zhèn)、園林的主管部門、設(shè)計(jì)院、所及專業(yè)生產(chǎn)廠商、公司提供服務(wù)，促進(jìn)噴泉行業(yè)健康有序地發(fā)展。一些大學(xué)和中專的建筑、園林專業(yè)也開設(shè)了水景、噴泉課程，為噴泉行業(yè)的今后發(fā)展提供了知識(shí)儲(chǔ)備。噴泉行業(yè)的發(fā)展進(jìn)入到一個(gè)新的階段。 1.3 噴泉的種類 噴泉可按控制方式和功能分為兩類。 1.3.1按噴泉的控制方式 按噴泉的控制方式分可分為人工控制、程控與音樂控制噴泉。 (1)人工控制噴泉 人工控制噴泉是最原始的、最簡單的噴泉，噴泉的噴高、水形、彩色都是事先設(shè)計(jì)安裝好的，只要人工開啟水泵、閘門就可以噴射。 (2)程序控制噴泉這是一種根

20、據(jù)設(shè)計(jì)者的意圖預(yù)先編輯的程序，變換噴射水形、彩燈顏色與照射強(qiáng)度的噴泉，并可顯示程序過程中，噴泉的工作狀態(tài)與彩燈照度、水泵故障、漏電指示等工況。 (3)音樂控制噴泉音樂控制噴泉是目前最先進(jìn)的控制方式，噴泉的水形可以按照音樂的旋律而噴射，成為有形的音樂，故也稱會(huì)唱歌噴泉。 1.3.2 按噴泉的功能分 (1)跳泉或踩泉 (2)噴霧噴泉 (3)音樂噴泉 (4)時(shí)鐘噴泉 張衡發(fā)明的水力機(jī)械定時(shí)器——漏水轉(zhuǎn)渾天儀是世界上最早的定時(shí)器。這種定時(shí)器容積很大，一直沿用到清代，現(xiàn)存故宮博物院鐘表館內(nèi)。1 4世紀(jì)中葉意大利工匠制造出機(jī)械打點(diǎn)鐘，1 6世紀(jì)瑞士出現(xiàn)有裝飾功能及保值功能的

21、鐘表，直至1 9世紀(jì)瑞士才有制表機(jī)械。時(shí)鐘噴泉是我國對(duì)古人發(fā)明的繼承與延續(xù)。 (5)旱噴泉 所謂“旱"噴泉，是指噴頭、管道、彩燈、電纜、水泵等一切設(shè)備均安裝在地槽內(nèi)。只有在噴頭出口及彩燈處留有足夠的空隙，供水柱噴出?；芈涞乃裳杆倭髦恋夭?。噴泉停止噴射時(shí)，仍然是廣場(chǎng)，可供集會(huì)、休閑或其他集體活動(dòng)。噴射時(shí)游人可穿行嬉戲于噴泉之間。這種噴泉有非常好的娛樂性和參與性，而且可維持廣場(chǎng)的多功能性，其主要的缺點(diǎn)是水耗比較大，并易受地面污染，需要定期凈化處理 1.4 噴泉涉及領(lǐng)域 1.4.1噴頭 它是把在壓力作用下的液體（有時(shí)混有氣體）通過接頭進(jìn)入單個(gè)或多個(gè)噴嘴，然后噴至空中的整體單元裝置。

22、 1.4.2管道 噴泉工程的管道宜選用不銹鋼管、銅管?？刹捎煤附印⒖▔?、法蘭等接口方式連接。受投資條件限制時(shí)，可采用熱鍍鋅鋼管，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接。室內(nèi)水景噴泉工程和移動(dòng)式水景噴泉工程在無抗凍、抗震要求時(shí)，可選用塑料管。 1.4.3專用潛水泵 電機(jī)性能：采用優(yōu)質(zhì)材料DR470、增加電機(jī)繞組的匝數(shù)及線徑使水泵耐頻繁起動(dòng)。 水力部分：采用優(yōu)秀水力模型設(shè)計(jì)，使水泵流量、揚(yáng)程、效率三者更為合理。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該電機(jī)為自循環(huán)充水式冷卻；電纜用三相四線JHS型噴泉專用電纜；葉輪采用了防松動(dòng)裝置；濾網(wǎng)護(hù)罩采用全不銹鋼材料；電改進(jìn)使之更適用噴泉工程頻繁起運(yùn)的要求 1.4.4彩燈 噴泉

23、照明一般采用水下和水上兩種照明方式。水下照明一般采用LED水下彩燈，其具有高效、節(jié)能和長壽命等特點(diǎn)，其工作電壓為12V安全電壓，安裝方式為固定式安裝。 水上照明一般采用投光燈和強(qiáng)光燈等機(jī)內(nèi)腔定轉(zhuǎn)子采用進(jìn)口涂料，提高了水下電機(jī)耐腐蝕性，通過以上結(jié) 噴泉工程中常用的閥門有銅球閥、截止閥、閘閥、蝶閥、快開閥、調(diào)節(jié)閥、止回閥等，對(duì)于程控噴泉、音樂噴泉、跑構(gòu)。 1.4.5閥門泉、跳泉等，還經(jīng)常用到水下電磁閥、數(shù)控閥、液壓閥或氣壓閥等。 1.4.6特技效果傳感系統(tǒng) 在噴泉工程的一些特技效果中，經(jīng)常用到一些特殊的機(jī)械和設(shè)備，如水下?lián)u擺電機(jī)、減速機(jī)、各種搖擺機(jī)構(gòu)、各種配水器、整流器等。有了這些機(jī)械和設(shè)

24、備，噴泉水形大大提高了藝術(shù)造型的變化，提高了噴泉水景的觀賞效果及藝術(shù)水平。 1.4.7音響系統(tǒng) 音響系統(tǒng)是音樂噴泉的音源。主要設(shè)備有音箱、功放，調(diào)音臺(tái)、激勵(lì)器等，我公司采用國內(nèi)外知名品牌，保證音樂、水型、燈光三者高度同步。 1.4.8控制系統(tǒng) 在噴泉控制系統(tǒng)中，采用單片機(jī)控制原理，以可控硅作為功率開關(guān)元件，由于可控硅承受過電壓、過電流的能力較差，因而不能長時(shí)間運(yùn)行。但采用PLC能有效的解決這一問題，同時(shí)，PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時(shí)間，因而，確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。但成本較高。本文以噴泉控制系統(tǒng)為例，采用西門子300系列S7-300PLC作為主控

25、制器。S7-300PLC系列PLC，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件配置、設(shè)計(jì)方案以及軟件設(shè)計(jì)的順序功能圖和梯形圖，并且介紹了編程中的關(guān)鍵問題。 第二章 音樂噴泉設(shè)計(jì)方案 2.1 音樂噴泉示意圖如圖2—1 噴泉布局圖2—1 本課題布局圖2—1所示。圖中A組噴水管，有一個(gè)噴水管該噴水管所噴出的水柱為4組噴水管最大，噴射高度為4組噴水管最高為8（m）。圖中B組噴水管所處的圓上由8個(gè)噴水管組成，該組噴水管所噴出的水柱為比A組的水柱略小，所噴高度比A組的高度略底，所噴高度為6（m）。圖中C組噴水管所處的圓上由20個(gè)噴水管組成，該組所噴出的水柱比B組的水柱小，所噴高度比B組水

26、柱低，所噴高度為4（m）。圖中D組噴水管所處的圓上組由30個(gè)噴水管組成，該組所噴水柱為4組中水柱最小，所噴高度最低的一組。所噴高度為2（m）。為了在每組噴水管工作時(shí)能夠更好的欣賞，能區(qū)別4組所噴出的水柱，所以B組所處的圓的半徑為R=2(m)，C組所處的圓的半徑為R=4（m），D組所處的圓的半徑為R=6（m）。 本課題中A組噴頭所噴的水柱最高，本課題中4組噴頭所噴的水柱高度為 2-8（m）。本課題的最多時(shí)有A、B、C三組噴頭同時(shí)噴出水柱，最少時(shí)有兩組噴頭噴出水柱，所以流量為150-230（m3/h）。水質(zhì)為自來水。 2.2 音樂噴泉控制要求 本控制器能充分發(fā)揮變頻調(diào)速器的特

27、點(diǎn)，為噴泉增光添彩。它可將來自光盤 CD、VCD、DVD的音樂信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成變頻調(diào)速器所要求的控制信號(hào)。輸出信號(hào)與輸入的音樂信號(hào)大小成線性關(guān)系，使噴泉的噴高隨音樂信號(hào)大小變化，音樂、水花、彩燈融為一體，演出一場(chǎng)交響水詩。 該控制器除以上把音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬量信號(hào) ，還可以在某點(diǎn)音頻信號(hào)實(shí)行開關(guān)量輸出，另外還帶有音頻啟動(dòng)信號(hào)。所以該控制器不僅能控制變頻器，而且還能控制固態(tài)繼電器。 2.3音樂噴泉控制設(shè)備說明 接線面板說明如圖2—2 圖2—2 表2—1 編號(hào) 名稱 說明 （1） 音頻放大倍數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕 調(diào)節(jié)單位音頻對(duì)應(yīng)輸出電壓的大小 （

28、2） 起始電壓調(diào)節(jié)旋鈕 調(diào)節(jié)沒有音頻輸入時(shí)的輸出電壓, （3） 固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓調(diào)節(jié)旋鈕 固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓和輸出電壓比較,當(dāng)輸出電壓大時(shí),固態(tài)輸出點(diǎn)就有輸出，當(dāng)輸出電壓小時(shí)，固態(tài)輸出點(diǎn)截止 （4） 音頻輸入選擇開關(guān) OFF時(shí)把音頻輸入信號(hào)切斷,ON時(shí)開著音頻輸入信號(hào) （5） 起始電壓輸入選擇開關(guān) OFF時(shí)關(guān)掉起始電壓(起始電壓為0V),ON時(shí)為開啟起始電壓 （6） 頻譜顯示切換開關(guān) 用于切換顯示固態(tài)設(shè)定驅(qū)動(dòng)頻譜和實(shí)際輸出頻譜。左邊固態(tài)設(shè)定輸出頻譜，右邊為實(shí)際輸出頻譜 （7） 頻譜顯示 顯示輸出頻譜強(qiáng)度和固態(tài)設(shè)定頻譜強(qiáng)度 （8） 電源指示燈 有電源就亮

29、（9） 音頻啟動(dòng)指示燈 有音頻信號(hào)輸入就亮，確認(rèn)音樂信號(hào)開始播放 （10） 固態(tài)輸出指示燈 固態(tài)輸出點(diǎn)有輸出就亮 功能及動(dòng)作原理如表2—1 1.音頻放大倍數(shù)旋鈕：調(diào)節(jié)單位音頻的對(duì)應(yīng)輸出電壓。如果輸出電壓隨音頻輸入信號(hào)變化不大，輸出電壓只在很小范圍內(nèi)變化，則可調(diào)大放大倍數(shù)；如果在有很小的音頻信號(hào)輸入時(shí)輸出信號(hào)就超過10V，并且啟動(dòng)電壓不太高，那么就調(diào)小音頻放大倍數(shù)。 2.起始電壓旋鈕：起始電壓是沒有音頻輸入時(shí)，對(duì)外的輸出電壓。調(diào)節(jié)起始電壓可以確定變頻器在沒有音頻信號(hào)時(shí)變頻器的輸出頻率，當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)變頻器輸出頻率是此基礎(chǔ)上的疊加。如果沒有起始電壓的情況下，當(dāng)剛有音頻信號(hào)

30、輸入時(shí)，變頻器頻率上升，而水泵是來不及出水的，這樣音控效果就很不明顯。如果加了起始電壓，水泵在沒有音頻信號(hào)的輸入情況下就有出水，當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，出水量增加，音控效果就比較明顯。 3.固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓旋鈕：把開關(guān)（6）選擇到固態(tài)顯示，（7）上顯示的頻譜的大小對(duì)應(yīng)固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓大小。當(dāng)輸出電壓大于固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓時(shí)，固態(tài)輸出點(diǎn)對(duì)外輸出，輸出電壓小于固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓時(shí)，固態(tài)輸出點(diǎn)截止。用固態(tài)來實(shí)現(xiàn)音控時(shí)，在輸入的音頻信號(hào)是比較柔和的情況下，那么固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓就要調(diào)小一點(diǎn)，如果在輸入的音頻信號(hào)比較強(qiáng)烈，那么固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓就要調(diào)大一點(diǎn)。 （起始電壓＜固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓＜該音樂最大輸

31、出電壓） 4.音頻輸入選擇開關(guān)：OFF時(shí)斷開音頻輸入信號(hào)，ON時(shí)接通音頻輸入信號(hào)。 5. 起始電壓開關(guān)：當(dāng)為OFF的時(shí)，起始電壓就為0V，ON時(shí)起始電壓為起始電壓旋鈕選擇的電壓。在（4）為OFF，（6）選擇到輸出顯示情況下，（7）顯示的頻譜大小對(duì)應(yīng)起始電壓大小。 6.顯示切換開關(guān)：選擇顯示固態(tài)設(shè)定輸出頻譜和實(shí)時(shí)輸出頻譜。 7.頻譜顯示光柱：實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前音樂節(jié)奏及音樂強(qiáng)度+起始電壓，當(dāng)切換固態(tài)顯示時(shí)顯示當(dāng)前固態(tài)驅(qū)動(dòng)設(shè)定電壓。 8.電源指示燈：顯示控制器是否通電進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。 9.音頻啟動(dòng)指示燈：顯示是否有音頻信號(hào)輸入。 10.固態(tài)輸出指示燈：顯示是否有固態(tài)輸出點(diǎn)有輸出。

32、圖2—3 端子功能說明圖2—3： 1.本控制器將來自CD、VCD、MP3的音樂信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成變頻器所要求的0-10V直流電壓信號(hào)與輸入的音樂信號(hào)大小成線性關(guān)系。（有3路輸出） 本控制器可設(shè)定起始電壓，使用人員可調(diào)節(jié)起始電壓來選擇沒有音頻輸入時(shí)的輸出電壓，而當(dāng)有音頻信號(hào)輸入的時(shí)候輸出電壓是起始電壓和音頻對(duì)應(yīng)電壓的疊加。 2.本控制器還帶有音頻啟動(dòng)輸出功能，其中當(dāng)有音頻信號(hào)輸入Y0和CM0端子就接通（為無源觸點(diǎn)）。 3.本控制器還帶有控制固態(tài)繼電器的功能，用戶可調(diào)節(jié)比較電壓來控制輸出。這樣在沒變頻器的的情況下，用固態(tài)繼電器也可以達(dá)到音控的效果。（有繼電器輸出和晶體管輸出，其中晶體管輸出電

33、源已提供） 4.接線說明如圖2—4： 音控噴泉固態(tài)驅(qū)動(dòng)接線圖2—4 音控噴泉變頻驅(qū)動(dòng)接線圖2—5 說明： 1. CD VCD DVD和MP3的左右聲道信號(hào)直接到控制器的VL和VR，在輸出信號(hào)不是圓孔的情況下可接端子VL，VR ，COM。 2. VF0，VF1，VF2，GND 接到變頻器模擬量電壓輸入端（如圖2—5） 3. Y2，Y3，Y4，分別接固態(tài)繼電器的（-），V+接（+） 4. Y0，CM0，可以啟動(dòng)可編程順序控制器等控制器來完成音樂啟動(dòng)的效果。 技術(shù)參數(shù)表 表2—2 電源輸入 額定電

34、壓 AC220V 電壓允許范圍 AC220V10％ 額定頻率 50Hz/60Hz 允許瞬間斷電時(shí)間 20ms以內(nèi)的瞬間斷電，機(jī)器繼續(xù)運(yùn)行 電源保險(xiǎn)絲 250V 3A 信號(hào)輸入 音頻信號(hào) 可編程序控制器使用說明書： 1. 數(shù)字化輸入輸出、LED數(shù)碼顯示 2. 可同時(shí)控制40路各種負(fù)載 3. 一百步程序可任意設(shè)定循環(huán)步數(shù) 4.每步時(shí)間可獨(dú)立設(shè)定、最小時(shí)間0.2秒 5. 手動(dòng)—自動(dòng)雙功能，自由選擇 6.水下燈開關(guān)可在白天一次性將水下燈關(guān)斷 7. 輸入與輸出信號(hào)光電隔離，可靠性高 8 .五位密碼鎖保護(hù)，輸入正確的密碼才能編制或修改程序 9. 音樂啟動(dòng)程

35、序（輸出）功能，增加音樂噴泉功能 第三章 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1音樂噴泉控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 一般音樂噴泉系統(tǒng)主要由音頻控制系統(tǒng)、噴泉控制系統(tǒng)和燈光控制系統(tǒng)構(gòu)成。 音頻控制系統(tǒng)主要由音樂播放器、前置放大器、功率放大器、監(jiān)聽音箱及音柱組成，大多系統(tǒng)采用多媒體PC通過上位機(jī)程序播放音樂，如圖3—1所示。 音頻控制系統(tǒng)示意圖3—1 噴泉系統(tǒng)主要由噴泉控制器、變頻器、水泵、多功能閥、萬向噴頭及供水管網(wǎng)組成，其中噴泉水泵目前已采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泵無級(jí)調(diào)速，能根據(jù)音頻信號(hào)的強(qiáng)弱隨時(shí)調(diào)節(jié)水泵速度，

36、多功能閥及萬向噴頭由噴泉專用控制器控制，可根據(jù)設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)各種圖案和形狀。 音樂噴泉控制系統(tǒng)集音頻控制技術(shù)、程序控制技術(shù)和智能控制技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)，屬于一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，其上位機(jī)大多采用多媒體工業(yè)PC機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)音控，能根據(jù)樂曲旋律、節(jié)奏和音頻的強(qiáng)弱程度控制噴泉系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)主要有以下三種形式: (1) 集中式控制 集中式控制系統(tǒng)采用放射型結(jié)構(gòu)，能滿足控制室離水池較近，規(guī)模較小，花型變化較少的音樂噴泉。 (2) 現(xiàn)場(chǎng)總線式控制 現(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行數(shù)據(jù)通信鏈路，實(shí)現(xiàn)噴泉現(xiàn)場(chǎng)基本控制設(shè)備與上級(jí)控制設(shè)備之間的聯(lián)系，例如RS-485總線和CAN總線，現(xiàn)場(chǎng)

37、總線式優(yōu)點(diǎn)有:一條傳輸線可控制多臺(tái)設(shè)備，控制系統(tǒng)簡單，安裝和維護(hù)容易;采用數(shù)字通信技術(shù)，抗干擾性強(qiáng)，精度高;控制功能分散到噴泉現(xiàn)場(chǎng)，提高了電控系統(tǒng)的可靠性和靈活性。 (3) 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線式控制 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)總線相似，性能更優(yōu)越于后者，網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線屬于分布式控制系統(tǒng)，電控系統(tǒng)運(yùn)行速度更快，達(dá)到音樂噴泉實(shí)時(shí)控制的要求，穩(wěn)定性也更好;網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)種類很多，能同時(shí)支持總線型和放射型，可采用混合結(jié)構(gòu);網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線主要差別是前者采用專用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)設(shè)備之間的相互操作。 此外音樂噴泉系統(tǒng)包括燈光控制系統(tǒng)，在此不再詳細(xì)敘述，由上可見音樂噴泉控制系統(tǒng)是集聲、光、電

38、于一體的復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。 3.2 控制方案選擇 本課題設(shè)計(jì)的音樂噴泉要求運(yùn)行速度準(zhǔn)確度高，在音樂噴泉的格層檢測(cè)系統(tǒng)中選用在工業(yè)自動(dòng)控制上大量運(yùn)用的具有檢測(cè)精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運(yùn)用感應(yīng)器的開關(guān)量信號(hào)輸入給plc來實(shí)現(xiàn)控制。由于本課題目具體需求在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中主要考慮了花式噴泉的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定、靈活、美觀的需要。 主控制器方案分析： 方案1：使用單片機(jī)控制音樂噴泉 方案2：使用S7-300PLC控制音樂噴泉 自20世紀(jì)60年代中期以來PLC產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用,尤其近20年來計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,不斷成倍擴(kuò)大的功能和成倍降低的價(jià)

39、格,使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過程控制軟件都獲得了長足的進(jìn)步,也使PLC的廣泛應(yīng)用成為可能。 PLC的優(yōu)點(diǎn)很多，主要包括：編程方法簡單易學(xué)；功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高；硬件配套齊全、用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)；可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量低、維修方便；體積小、能耗低等。而且PLC在各個(gè)工業(yè)部門的應(yīng)用范圍都得到了擴(kuò)展。 此方案采用西門子300系列PLC作為主控制器。S7-300PLC是中型的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-300PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。S7-300PLC可提多種CPU可供

40、選擇使用，并且體積小，功能強(qiáng)、可靠性高，靈活性強(qiáng)和可擴(kuò)展性的特點(diǎn)通過改變噴泉的控制程序或改變方式選擇開關(guān)，就可以改變花式噴泉的噴水規(guī)律，從而變化出很多花樣，同時(shí)，PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時(shí)間，因而確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性。 采用PLC控制花式噴泉的優(yōu)點(diǎn) （1）控制方式上看：PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 （2）工作方式看：PLC串行工作，不受制約。 （3）控制速度上看：PLC通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點(diǎn)，顧而五抖動(dòng)一說。 （4）定時(shí)、計(jì)數(shù)看：PLC時(shí)鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，有記憶功能。 （5）

41、可靠、維護(hù)看：PLC無觸點(diǎn)，壽命長，且有自我診斷功能，對(duì)程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)方便。 3.3 變頻器選擇 隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷推廣，風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器已被廣泛用于水泵及風(fēng)機(jī)負(fù)載，音樂噴泉系統(tǒng)中需要采用大量的水泵來控制噴泉循環(huán)水，根據(jù)水泵工作特性知道泵的流量與泵轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可直接控制水泵的流量，在音樂噴泉系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)噴泉水量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因而變頻調(diào)速技術(shù)更適合在音樂噴泉系統(tǒng)使用，此外根據(jù)水泵特性知道，采用變頻調(diào)速技術(shù)具有一定的節(jié)能效果，這也是變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)得推廣應(yīng)用的原因。 以某廣場(chǎng)音樂噴泉系統(tǒng)為例，其電氣控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、音頻放大系統(tǒng)、噴泉跑

42、泉電腦控制器、變頻器及各種電磁閥構(gòu)成，如圖3—2所示。 音樂噴泉控制系統(tǒng)示意圖3—2 音樂噴泉專用變頻器的應(yīng)用，選用康沃CVF-P2-4T0370和CVF-P2-4T0150音樂噴泉專用變頻器，其變頻器控制圖如下圖3—3所示。 音樂噴泉變頻器控制圖3—3 調(diào)試注意事項(xiàng)，音樂噴泉系統(tǒng)是個(gè)集音樂、燈光、噴泉于一體的系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，在調(diào)試時(shí)容易出現(xiàn)以下問題: (1) 音頻信號(hào)干擾問題 從變頻器工作原理知道，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)其輸入輸出側(cè)會(huì)產(chǎn)生高次諧波，此諧波信號(hào)

43、通過傳導(dǎo)、輻射、耦合等方式對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，如圖3—4所示。 圖3—4 音樂噴泉系統(tǒng)中諧波干擾信號(hào)會(huì)經(jīng)過音頻放大系統(tǒng)放大后，形成刺耳的噪音并影響音樂的播放。調(diào)試時(shí)若遇到這種情況可采取以下措施:降低變頻器載波頻率;變頻器可靠接地，接地線采用線徑較粗的線，并且接地點(diǎn)與變頻器距離要盡量短;變頻器輸入、輸出動(dòng)力線盡量遠(yuǎn)離音頻信號(hào)線和控制線，不要將動(dòng)力線與控制線走在同一線槽中;音頻信號(hào)放大系統(tǒng)的電源盡可能與變頻器供電電源隔離等。 (2) 變頻器跳保護(hù)問題 噴泉水泵需隨音頻信號(hào)的強(qiáng)弱隨時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這就要求變頻器響應(yīng)速度快，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)應(yīng)注意變頻器選型及參數(shù)調(diào)節(jié)，一般情況一臺(tái)音樂噴泉

44、變頻器要求控制多臺(tái)水泵，在選用時(shí)首先應(yīng)保證變頻器的功能大于水泵功能總和，并至少預(yù)留10%的余量，在變頻器參數(shù)設(shè)定方面，變頻器的加減速時(shí)間盡量短，但加減時(shí)間過短容易出現(xiàn)過電流保護(hù)，在調(diào)試時(shí)應(yīng)特別注意，目前大多變頻器具有故障自恢復(fù)功能，在調(diào)試可將此功能打開，以避免誤信號(hào)引起變頻器報(bào)警停機(jī)。 3.4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成 　　為實(shí)現(xiàn)音樂噴泉系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制，設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)接口電路如圖所示。音頻輸入、輸出信號(hào)和變壓控制信號(hào)經(jīng)過A/D，D/A數(shù)據(jù)板進(jìn)出計(jì)算機(jī)。接口板提供10路單控制終端的數(shù)據(jù)采集通道。其性能達(dá)到0.03%的精度和12位的分辯率。此外，此板還帶有5個(gè)12位分辯率的模擬輸出通道，可插入計(jì)算機(jī)擴(kuò)

45、展槽，直接與PC總線交換數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)際工程中的控制點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)D/D通道，其中包括光電隔離器件和保護(hù)電路。本研究中使用中斷來處理數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制。選用的計(jì)算機(jī)為386工控機(jī)。 變頻調(diào)速技術(shù)是針對(duì)固定工頻而采取的高效節(jié)能措施，工頻（50Hz）是發(fā)電的最佳頻率，但它并非是所有用電設(shè)備的最佳工作頻率，因而導(dǎo)致許多設(shè)備長期處于低頻率、低功率引述運(yùn)行狀態(tài)。占全國耗電2/3的交流電動(dòng)機(jī)目前大多數(shù)還在工頻、恒速下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行效率只有60%左右。為了提高效率，所以在本設(shè)計(jì)中用到變頻器。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交——直

46、——交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把貢品交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。整流部分為三橋式不可控整流器，逆變比分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率。 變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： （1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。 （2）變頻器的負(fù)載類型;如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。 （3）變頻器與負(fù)載的匹配問題： 1.電壓匹配：變頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 2.電流匹配：普通的離心泵，變頻器的額定電流與

47、電動(dòng)機(jī)的額定電流相符。對(duì)于特殊的負(fù)載如深水泵等需要參考電機(jī)的性能參數(shù)，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。 3.轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或又減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。 在使用變頻器驅(qū)動(dòng)告訴電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流地阿牛值增大。因此用于高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機(jī)的選型。 變頻器如果要長電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長電纜對(duì)地耦合電容的影響，避免變頻器出力不足，所以在這樣的情況下，變頻器容量要更大一檔或者在變頻器的輸出端安裝輸出電抗器。 對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，如高溫，高海拔，此時(shí)會(huì)引起變頻器的降容，變頻器的容量要放大一檔。 本設(shè)計(jì)是

48、通過變頻器蘇調(diào)技術(shù)來控制每環(huán)噴水的高度。我選用的是FR-S520（E）系列變頻調(diào)速器。其實(shí)物圖如圖3—5 變頻調(diào)速器3—5 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 4.1控制系統(tǒng)硬件組成 為實(shí)現(xiàn)音樂噴泉系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制，設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)接口電路如圖4—1所示。音頻輸入、輸出信號(hào)和變壓控制信號(hào)經(jīng)過A/D，D/A數(shù)據(jù)板進(jìn)出計(jì)算機(jī)。接口板提供10路單控制終端的數(shù)據(jù)采集通道。其性能達(dá)到0.03%的精度和12位的分辯率。此外，此板還帶有5個(gè)12位分辯率的模擬輸出通道，可插入計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽，直接與PC總線交換數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)際工程中的控制點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)D/D通道，其中包括光電隔離器件和保護(hù)電路。本研究中使用中斷

49、來處理數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制。選用的計(jì)算機(jī)為386工控機(jī)。 圖4—1 音樂噴泉的圖案是三個(gè)圓圈，分外、中、內(nèi)三個(gè)圈，外圈由第一臺(tái)水泵控制，中圈由第二臺(tái)水泵控制，內(nèi)圈由第三臺(tái)水泵控制。 當(dāng)變頻器一接通電源后，第一臺(tái)水泵以低頻率開始工作，以水剛冒出噴嘴為宜。當(dāng)音樂響起時(shí)，KA1閉合后，外圈的噴嘴開始噴水以及第一組彩燈開始閃爍。 隨音樂信號(hào)增強(qiáng)時(shí)，KA4閉合后，KM2得電并自鎖，第二臺(tái)水泵在第一臺(tái)水泵的基礎(chǔ)上開始運(yùn)行，外圈和中圈的噴嘴都開始工作，以及第一、二組的彩燈開始閃爍。當(dāng)KA4斷開時(shí)，第二臺(tái)水泵隨第一臺(tái)水泵繼續(xù)工作，但第二組彩燈停止工作。 當(dāng)音樂到達(dá)高潮時(shí)， KA6接通時(shí)，KM3得電

50、并自鎖，第三臺(tái)水泵在第一、二臺(tái)水泵的基礎(chǔ)上開始運(yùn)轉(zhuǎn)，所有的噴嘴和彩燈都開始工作及閃爍。當(dāng)KA6斷開時(shí)，第三臺(tái)水泵隨第一、二臺(tái)水泵繼續(xù)工作，但第三組彩燈停止工作。 該音樂噴泉的高度隨音樂信號(hào)的增強(qiáng)而逐漸升高的同時(shí)，投入運(yùn)行的水下燈和水型也就越來越多，噴泉?jiǎng)t表現(xiàn)得越來越多彩和熱烈，當(dāng)音樂噴泉高度隨音樂信號(hào)減弱而逐漸降低的同時(shí)，投入運(yùn)行的水下燈和水型也就越少。這樣，噴泉在音樂和程序的控制下，各式各樣的水下燈閃爍、變幻，以及各種水型的起伏呼應(yīng)，這樣就為音樂噴泉增加觀賞性和無限的藝術(shù)美感。4.2 PLC控制電路設(shè)計(jì) 1、按下SB1→X0動(dòng)作→Y10動(dòng)作→接觸器KM得電并動(dòng)作→變頻器接通電源 2、按

51、下SB2→X1動(dòng)作→Y0釋放→接觸器KM失電→變頻器切斷電源 3、按下SB3→X2動(dòng)作→Y5動(dòng)作→STF工作并自鎖→系統(tǒng)開始加速運(yùn)行 4、按下SB4→X3動(dòng)作→Y4釋放→STF解除自鎖→系統(tǒng)開始減速停止 5、當(dāng)KA1接通→X5動(dòng)作→Y3動(dòng)作→RH端子接通→系統(tǒng)以第一檔速運(yùn)行 6、當(dāng)KA2接通→X6動(dòng)作→Y2動(dòng)作→RM端子接通→系統(tǒng)以第二檔速運(yùn)行 7、當(dāng)KA3接通→X7動(dòng)作→Y1動(dòng)作→RL端子接通→系統(tǒng)以每三檔速運(yùn)行 8、當(dāng)KA4接通→X10動(dòng)作→Y1和Y2動(dòng)作→RL和RM接通→系統(tǒng)以第四檔速運(yùn)行 9、當(dāng)KA5接通→X11動(dòng)作→Y1和Y3動(dòng)作→RL和RM接通→系統(tǒng)以第五檔速運(yùn)行。

52、 10、當(dāng)KA6接通→X12動(dòng)作→Y2和Y3動(dòng)作→RM和RH接通→系統(tǒng)以第六檔速運(yùn)行。 11、當(dāng)KA7接通→X13動(dòng)作→Y1、Y2、Y3動(dòng)作→RL、RM及RH接通→系統(tǒng)以第七檔速運(yùn)行 12、當(dāng)X5動(dòng)作→Y14動(dòng)作→第一組彩燈亮并閃爍 13、當(dāng)X10動(dòng)作→KM2線圈得電并自鎖及Y14和Y15動(dòng)作→第一、二組彩燈同時(shí)亮并閃爍及第二臺(tái)水泵運(yùn) 14、當(dāng)X12動(dòng)作→KM3線圈得電并自鎖及Y14、Y15和Y16動(dòng)作→三組彩燈同時(shí)亮并閃爍及第三臺(tái)水泵運(yùn)轉(zhuǎn) 15、當(dāng)變頻器報(bào)警輸出A和B接通→X14動(dòng)作→Y10釋放→接觸器KM1失電→變頻器切斷電源16、X14動(dòng)作→Y11和Y1

53、2動(dòng)作→蜂鳴器HA發(fā)聲，指示燈HL亮，進(jìn)行聲光報(bào)警 17、故障排除后，按下SB5→X4動(dòng)作→Y0動(dòng)作→變頻器的RES端接通→變頻器復(fù)位 4.3電氣原理圖4—2 圖4—2 4.4 PLC外部接線圖4—3 圖4—3 人工噴泉硬件接線圖4—4 4.4.1 I/O分配表如圖表4—1 輸入I/O分配表4—1 序號(hào) 輸入 說明 1 X0 停止說明 2 X1 啟動(dòng)按鈕 3 X2 選擇開關(guān)1的位置 4 X3 選擇開關(guān)2的位置 5 X4 選擇開關(guān)3的位置 6

54、X5 燈控按鈕 輸入I/O分配表4—2 序號(hào) 輸出 說明 1 Y0 電源指示 2 Y1 控制1管噴水 3 Y2 控制2管噴水 4 Y3 控制3管噴水 5 Y4 控制4管噴水 6 紅色燈 紅色燈 7 Y6 黃色燈 8 Y7 綠色燈 9 Y8 中速 10 Y9 慢速 11 Y10 正轉(zhuǎn) 第五章 軟件程序流程圖 梯形圖時(shí)使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為

55、電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)成為編程。 5.1系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)流程圖 5.2噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序（附錄一） 第六章 調(diào)試過程 6.1 硬件調(diào)試 1.拿到PCB裸板時(shí)，檢查加工的怎么樣，測(cè)量一下電源地有沒有短路的。 2. 焊接上電源芯片，通上電源，把電源調(diào)通，看看電壓是不是都正常， 波系數(shù)是否超標(biāo)。 3. 焊上主控制器芯片（微處理器），及其相關(guān)最小外圍電路，jtag調(diào)試， 口，ram，rom，就是先讓最小系統(tǒng)跑起來。 如果jtag都是好的，寫個(gè)hello，world看看cpu內(nèi)核能部不能工作，調(diào)試外

56、部的ram，rom。 1.測(cè)量電壓 2.測(cè)量晶振（體）是否起振，注意晶體的輸出幅值比較小，晶振則和其電壓相差不大 3. 用無水酒精把板子擦洗一遍，應(yīng)為在調(diào)試的過程中某些管腳總會(huì)搞進(jìn)點(diǎn)污穢，引起短路，這個(gè)方法解決了我碰到過的大約40%左右的板子突然罷工。 4.嘗試降低頻率。 首先拿到打樣的PCB板時(shí)，不急著焊元件，檢查下PCB，有時(shí)候PCB本身就短路或開路，特別是電源部分， 其次調(diào)試時(shí)最好是一步步來（不要一次把所有元件全焊上），焊一部份調(diào)一部份。這樣可以減少不必要的工作量，達(dá)到事半功倍的效果。先調(diào)電源，電源沒有問題了，再往下調(diào)。 然后再調(diào)CUP的硬件部份，復(fù)位電

57、壓，晶振，CUP電壓，地，及周圍IC的電源，地。確認(rèn)沒有問題后，基本可以確認(rèn)硬件沒有什么大問題，接著通電進(jìn)行整機(jī)調(diào)式，看看工作的狀態(tài)是否與你理解的一樣。如果出現(xiàn)問題，那對(duì)照原理，按信號(hào)一級(jí)一級(jí)查看，有些莫名其妙的問題，那就查查通信方面是不是存在什么干擾，CLOCK是否正確，等等。 6.2 軟件調(diào)試 將程序?qū)懭胗?jì)算機(jī)，看其是否能完成預(yù)定的功能，如能測(cè)試通過；否則，修改并反復(fù)測(cè)試知道通過。 在軟件的調(diào)試過程中，綜合利用設(shè)定斷點(diǎn)、單步、等調(diào)試手段，使得調(diào)試工作更宜進(jìn)行。每個(gè)模塊調(diào)試成功，在編譯連接程序，進(jìn)行整個(gè)程序調(diào)試運(yùn)行。 第七章 致 謝 本系統(tǒng)主要以可編程控制

58、器PLC和變頻器的強(qiáng)大的控制功能，實(shí)現(xiàn)了利用可編程控制器和變頻器控制音樂噴泉的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。當(dāng)噴泉的功能增加時(shí)，只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動(dòng)的地方也較少，調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、靈活性、精確性和可靠性方面，都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。 在設(shè)計(jì)過程中，我們根據(jù)學(xué)校老師的要求，做到理論必須與實(shí)際相結(jié)合，雖然在理論上能滿足要求，但是實(shí)際應(yīng)用中卻不一樣，只有做到多分析多修改，才能設(shè)計(jì)出達(dá)到控制要求的系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的能力，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)是前人不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，仍有很多課題需要后輩

59、去努力去完善。 但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)三年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人。 此外，我要感謝我們的指導(dǎo)老師！感謝他們?cè)谶@個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我們的種種幫助和支持。 參考文獻(xiàn) ［1］郭艷萍，李曉波。PLC在花式噴泉中的應(yīng)用［J］漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（綜合版）.2003 ［2］廖常初.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)（第四版）.重慶大學(xué)出版社.

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