園林音樂噴泉項目設計方案

1 園林音樂噴泉項目設計方案 第一章噴泉概述 噴泉是園林、城市街道廣場和公共建筑等的裝飾品之一。噴泉對城市環(huán)境有多種價值，不僅能濕潤周圍購空氣、清除塵埃，而且由于噴泉噴射 細小水珠與空氣分子掩擊，能產(chǎn)生出大量對人體有益的負氧離子。據(jù)對菜噴泉周圍 ，噴水前空氣中負氧離子的濃度為 300個毫升，正離子濃度為 500 個毫九而噴水寸 氧離子濃度增加到 300000個毫升，正離子濃度增加到 50000 個毫升?？諝怆x子，尤其是負氧離子對人們的健康有良好的作用，被譽為 “ 空氣長壽素 ” 。噴泉閱娜多姿的造型 ，歡快跳動的水花，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面貌，給人以美的享色又有益于環(huán)境保護，增進人的身心健康。 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也在不斷地發(fā)展，各式各樣的噴泉正在各地競相出現(xiàn)。它比較適宜于喜慶節(jié)日、大型群眾集會的廣場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，給予人們團結進取、凝聚向上的感受在商業(yè)廣場、購物中心以及游泳景點的大型激光彩色音樂噴泉，其動感十足的 “ 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城市或旅游景點的特征之一。噴泉進入了住宅小區(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。 水是生命的核心，對于人類生存而言，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，由于人們對于水的依賴和親近， 從人類活動開始，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。 近年來，水景的應用技術發(fā)展很快，許多技術已大量應用于實踐中，水藝景觀已逐漸形成相對獨立的工程 分支，但在工程設計實踐中系統(tǒng)的指導理論尚不完善。 水藝景觀概括來說可以分為兩大類： 一是利用地勢或土建結構，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)園林中的有較多應用。 二是完全依靠噴泉設備造景。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域廣泛應用的，但其發(fā)展速度很快。 各種水景工程，一般由以下幾個方面構成：土建池體、管道閥門系統(tǒng)、動力水泵系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)等。較大的水體或對水質觀感要求較高的場所，還必須有水質處理系統(tǒng)。 隨著人們對噴泉的造景功能、娛樂功能、環(huán)保功能認識的提高，開拓了噴泉的應用范圍。 2 我們可以看到，噴泉比較適宜于喜慶節(jié)日、大型群眾集會的廣場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，給予人們團結進取、凝聚向上的感受在商業(yè)廣場、購物中心以及游泳景點的大型激光彩色音樂噴泉，其動感十足的 “ 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城市或旅游景點的 特征之一。 噴泉進入了住宅小區(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。商場內、酒樓里的噴泉小巧、別致，既調節(jié)了室內小氣候，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；噴泉的電視轉播廳和大型歌舞上頻頻出現(xiàn)，調諧得當?shù)乃魏嫱兄莩龅男Ч?；精巧的微型噴泉進入了辦公室和居室，給室內增添了動態(tài)裝飾 。 噴泉是藝術和技術的結合物，建筑藝術、園林藝術、美術以至引伸到人文 學、文學藝術、音樂藝術等都能蘊含到噴泉的設計、創(chuàng)作中。隨著時代的發(fā)展，科技水平的提高，城市的噴泉設備已經(jīng)十分先進，各種音樂噴泉、程控噴泉、激光噴泉已經(jīng)層出不窮，變化多端。規(guī)?？纱罂尚?，射程可高可低，噴出的水，大者如珠，細者如霧，變化萬千，引人入勝。噴泉，使靜水變?yōu)閯铀顾灿辛遂`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 ” 和硬質的地面，以增加城市環(huán)境的生機，有益與身心健康并能滿足視覺藝術的需要。 大型城市廣場中的人工動態(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，隨著科學技術的發(fā)展進步，各種噴泉真是花樣翻新、層出不窮，幾乎達到了人們隨心所欲創(chuàng)造各種晶瑩剔透、絢麗多姿動態(tài)水景的程度。噴泉在當今時代，已經(jīng)形成了一道獨特的人文景觀。 1 2 噴泉的發(fā)展 我國噴泉的發(fā)展 國內在二十世紀八十年代以前，噴泉只是建筑給排水和園林造景專業(yè)的一個技術細節(jié)，從設計到產(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。二十世紀八十年以后，隨著國民經(jīng)濟的恢復和發(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、改造的過程中，以及環(huán)境的美化和文化氛圍的營造上對噴泉提出了求新的要求，一部分建筑、園林、水利的設計院、研究所及大專院校，綜合了土建結構、給排水、機電控制等傳統(tǒng)的專業(yè)技術，加上當時先進的單片機，通過電磁閥和直流電機調速實行變量控制，設計出一批噴泉、水景。得到了良好的社會反映和社會效益。在這個時期，一些噴泉設備專業(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。 二十世紀九十年代以后，社會主義市場經(jīng)濟快速發(fā)展，全國城市建設速度加快，人們也追求高質量的文化生活和環(huán)境美。市 場的需求推動了噴泉行業(yè)的發(fā)展。噴泉走出公園、園林的圍墻和廣場的中心，深入延伸到人們的各個社會活動場所。許多噴泉專業(yè)的生產(chǎn)廠商和專業(yè)公司，在這段時間內應運而生，迅速發(fā)展起來。專業(yè)技術人員把計算機技術、信息技術， 3 以及聲、光、電、霧、火、激光、音樂、水幕電影等學科的技術應用到噴泉之中，把噴泉行業(yè)的技術水平推上了一個新的層面，開拓了廣闊的應用空間，噴泉行業(yè)得到了快速發(fā)展。 2001年中國建筑金屬結構協(xié)會、給水排水設備分會成立了水景噴泉專業(yè)委員會，行業(yè)組織為城鎮(zhèn)、園林的主管部門、設計院、所及專業(yè)生產(chǎn)廠商、公司提供服務， 促進噴泉行業(yè)健康有序地發(fā)展。一些大學和中專的建筑、園林專業(yè)也開設了水景、噴泉課程，為噴泉行業(yè)的今后發(fā)展提供了知識儲備。噴泉行業(yè)的發(fā)展進入到一個新的階段。 泉的種類 噴泉可按控制方式和功能分為兩類。 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、彩色都是事先設計安裝好的，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據(jù)設計者的意圖預先編輯的程序，變換噴射 水形、彩燈顏色與照射強度的噴泉，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，故也稱會唱歌噴泉。 噴泉的功能分 (1)跳泉或踩泉 (2)噴霧噴泉 (3)音樂 噴泉 (4)時鐘噴泉 張衡發(fā)明的水力機械定時器 漏水轉渾天儀是世界上最早的定時器。這種定時器容積很大，一直沿用到清代，現(xiàn)存故宮博物院鐘表館內。 1 4世紀中葉意大利工匠制造出機械打點鐘 ， 1 6世紀瑞士出現(xiàn)有裝飾功能及保值功能的鐘表，直至 1 9世紀瑞士才有制表機械。時鐘噴泉是我國對古人發(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、水泵等一切設備均安裝在地槽內。只有在噴頭出口及彩燈處留有足夠的空隙，供水柱噴出。回落的水可迅速流至地槽。噴泉停止噴射時，仍然是廣場，可供集會、休閑或其他集體活動。噴射時游人可穿行嬉戲于噴泉之 4 間。這種噴泉有非常好的娛樂性和參與性，而且可維持廣場的多功能性，其主要的缺點是水耗比較大，并易受地面污染，需要定期凈化處理 泉涉及領域 頭 它是把在壓力作用下的液體（有時混有氣體）通過接頭進入單個或多個噴嘴，然后噴至空中的整體單元裝置。 道 噴泉工程的管道宜選用不銹鋼管、銅管?？刹捎煤附?、卡壓、法蘭等接口方式連接。受投資條件限制時，可采用熱鍍鋅鋼管，連接方式可采用螺紋連接或法蘭連接。室內水景噴泉工程和移動式水景噴泉工程在無抗凍、抗震要求時，可選用塑料管。 用潛水泵 電機性能：采用優(yōu)質材料 加電機繞組的匝數(shù)及線徑使水泵耐頻繁起動。 水力部分：采用優(yōu)秀水力模型設計，使水泵流量、 揚程、效率三者更為合理。 結構特點：該電機為自循環(huán)充水式冷卻；電纜用三相四線 輪采用了防松動裝置；濾網(wǎng)護罩采用全不銹鋼材料；電改進使之更適用噴泉工程頻繁起運的要求 燈 噴泉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 下彩燈，其具有高效、節(jié)能和長壽命等特點，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光燈等機內腔定轉子采用進口涂料，提高了水下電機耐腐蝕性，通過以上結 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 節(jié)閥、止回閥等，對于程控噴泉、音樂噴泉、跑構。 、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。 在噴泉工程的一些特技效果中，經(jīng)常用到一些特殊的機械和設備，如水下?lián)u擺電機、減速機、各種搖擺機構、各種配水器、整流器等。有了這些機械和設備，噴泉水形大大提高了藝術造型的變化，提高了噴泉水景的觀賞效果及藝術水平。 音響系統(tǒng)是音樂噴泉的音源。主要設備有音箱、功放，調音臺、激勵器等，我公司采用國內外知名品牌，保證音樂、水型、燈光三者高度同步。 在噴泉控制系統(tǒng)中，采用單片機控制原理，以可控硅作為功率開關元件，由于可控硅承受過電壓、過電流的能力較差，因而不能長時間運行。但采用 時，有很強的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時間，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 列 細介紹了系統(tǒng)的硬件配置、設計方案以及軟件設計的順序功能圖和梯形圖，并且介紹了編程中的關鍵問題。 5 第二章 音樂噴泉設計方案 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 一個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 個噴水管組成，該組噴水管所噴出的水柱為比 噴高度比 噴高度為 6（ m）。圖中 0個噴水管組成，該組所噴出的水柱比 噴高度比 噴高度為 4（ m）。圖中 0 個噴水管組成，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能夠更好的欣賞，能區(qū)別 4組所噴出的水柱，所以 =2(m)， =4（ m）， =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 2m）。本課題的最多時有 A、 B、 C 三組噴頭同時噴出水柱，最少時有兩組噴頭噴出水柱，所以流量為 150m3/h）。水質為自 6 來水。 樂噴泉控制要求 本控制器能充分發(fā)揮變頻調速器的特點，為 噴泉增光添彩。它可將來自光盤 音樂信號自動轉換成變頻調速器所要求的控制信號。輸出信號與輸入的音樂信號大小成線性關系，使噴泉的噴高隨音樂信號大小變化，音樂、水花、彩燈融為一體，演出一場交響水詩。 該控制器除以上把音頻信號轉化為模擬量信號 ，還可以在某點音頻信號實行開關量輸出，另外還帶有音頻啟動信號。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。 接線面板說明如圖 2 2 7 圖 2 2 表 2 1 編號 名稱 說明 （ 1） 音頻放大倍數(shù)調節(jié)旋鈕 調節(jié)單位音頻對應輸出電壓的大小 （ 2） 起始電壓調節(jié)旋鈕 調節(jié)沒有音頻輸入時的輸出電壓 , （ 3） 固態(tài)驅動設定電壓調節(jié)旋鈕 固態(tài)驅動設定電壓和輸出電壓比較 ,當輸出電壓大時 ,固態(tài)輸出點就有輸出，當輸出電壓小時，固態(tài)輸出點截止 （ 4） 音頻輸入選擇開關 （ 5） 起始電壓輸入選擇開關 起始電壓為 0V), 8 （ 6） 頻譜顯示切換開關 用于切換顯示固態(tài)設定驅動頻譜和實際輸出頻譜。左邊固態(tài)設定輸出頻譜，右邊為實際輸出頻譜 （ 7） 頻譜顯示 顯示輸出頻譜強度和固態(tài)設定頻譜強度 （ 8） 電源指示燈 有電源就亮 （ 9） 音頻啟動指示燈 有音頻信號輸入就亮，確認音樂信號開始播放 （ 10） 固態(tài)輸出指示燈 固態(tài)輸出點有輸出就亮 功能及動作原理如表 2 1 節(jié)單位音頻的對應輸出電壓。如果輸出電壓隨音頻輸入信號變化不大，輸出電壓只在很小范圍內變化，則可調大放大倍數(shù)；如果在有很小的音頻信號輸入時輸出信號就超過 10V，并且啟動電壓不太高，那么就調小音頻放大倍數(shù)。 始電壓是沒有音頻輸入時，對外的輸出電壓。調節(jié)起始電壓可以確定變頻器在沒有音頻信號時變頻器的輸出頻率，當有音頻信號輸入時變頻器輸出頻率是此基礎上的疊加。如果沒有起始電壓的情況下，當剛有音頻信號輸入時，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的輸入情況下就有出水，當有音頻信號輸入時，出水量增加，音控效果就比較明顯。 開關（ 6）選擇到固態(tài)顯示，（ 7）上顯示的頻譜的大小對應固態(tài)驅動設定電壓大小。當輸出電壓大于固態(tài)驅動設定電壓時，固態(tài)輸出點對外輸出，輸出電壓小于固態(tài)驅動設定電壓時，固態(tài)輸出點截止。用固態(tài)來實現(xiàn)音控時，在輸入的音頻信號是比較柔和的情況下，那么固態(tài)驅動設定電壓就要調小一點，如果在輸入的音頻信號比較強烈，那么固態(tài)驅動設定電壓就要調大一點。 （起始電壓固態(tài)驅動設定 電壓該音樂最大輸出電壓） 斷開音頻輸入信號， 接通音頻輸入信號。 5. 起始電壓開關：當為 時，起始電壓就為 0V， （ 4）為 6）選擇到輸出顯示情況下，（ 7）顯示的頻譜大小對應起始電壓大小。 擇顯示固態(tài)設定輸出頻譜和實時輸出頻譜。 時顯示當前音樂節(jié)奏及音樂強度 +起始電壓，當切換固態(tài)顯示時顯示當前固態(tài)驅動設定電壓。 示控制器是否通電進入待機工作狀態(tài)。 示燈：顯示是否有音頻信號輸入。 示是否有固態(tài)輸出點有輸出。 9 圖 2 3 端子功能說明圖 2 3： D、 音樂信號自動轉換成變頻器所要求的 0流電壓信號與輸入的音樂信號大小成線性關系。（有 3路輸出） 本控制器可設定起始電壓，使用人員可調節(jié)起始電壓來選擇沒有音頻輸入時的輸出電壓，而當有音頻信號輸入的時候輸出電壓是起始電壓和音頻對應電壓的疊加。 中當有音頻信號輸入 子就接通（為無源觸點）。 制器還帶有控制固態(tài)繼電器的功能，用戶可調節(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，其中晶體管輸出電源已提供） 4： 10 音控噴泉固態(tài)驅動接 線圖 2 4 音控噴泉變頻驅動接線圖 2 5 說明： 1. 左右聲道信號直接到控制器的 R，在輸出信號不是圓孔的情況下可接端子 2. 接到變頻器模擬量電壓輸入端（如圖 2 5） 3. 別接固態(tài)繼電器的（ -）， V+接（ +） 4. 以啟動可編程順序控制器等控制器來完成音樂啟動的效果。 11 技術參數(shù)表 表 2 2 可編程序控制器使用說明書： 1. 數(shù)字化輸入輸出、 2. 可同時控制 40路各種負載 3. 一百步程序可任意設定循環(huán)步數(shù) 小時間 5. 手動 自動雙功能，自由選擇 7. 輸入與輸出信號光電隔離，可靠性高 8 入正確的密碼才能編制或 修改程序 9. 音樂啟動程序（輸出）功能，增加音樂噴泉功能 第三章 控制系統(tǒng)方案設計 電源輸入 額定電壓 壓允許范圍 10 額定頻率 500許瞬間斷電時間 20器繼續(xù)運行 電源保險絲 250V 3A 信號輸入 音頻信號 12 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 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速技術，實現(xiàn)水泵無級調速，能根據(jù)音頻信號的強弱隨時調節(jié)水泵速度，多功能閥及萬向噴頭由噴泉專用 控制 器 控制 ，可根據(jù)設定程序實現(xiàn)各種圖案和形狀。 音樂噴泉 控制 系統(tǒng) 集音頻 控制 技術、程序 控制 技術和智能 控制 技術于一體的 控制 系統(tǒng) ，屬于一種工業(yè)現(xiàn)場 控制 系統(tǒng) ，其上位機大多采用多媒體工業(yè) 實現(xiàn)全程 實時音控，能根據(jù)樂曲旋律、節(jié)奏和音頻的強弱程度 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) 采用放射型結構，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)場總線式 控制 現(xiàn)場總線是一種串行數(shù)據(jù)通信鏈路，實現(xiàn)噴泉現(xiàn)場基本 控制 設備與上級 控制 設備之間的聯(lián)系，例如 線，現(xiàn)場總線式優(yōu)點有 :一條傳輸線可 控制 多臺設備， 控制 系統(tǒng)簡單，安裝和維護容易 ;采用數(shù)字通信技術，抗干擾性強，精度高 ;控制 功能分散到噴泉現(xiàn)場，提高了電控 系統(tǒng) 的可靠性和靈活性。 (3) 網(wǎng)絡現(xiàn)場總線式 控制 網(wǎng)絡現(xiàn)場總線結構與現(xiàn)場總線相似，性能更優(yōu)越于后者，網(wǎng)絡現(xiàn)場總線屬于分布式 控制 系統(tǒng) ，電控 系統(tǒng) 運行速度更快，達到音樂噴泉實時 控制 的要求，穩(wěn)定性也更好 ;網(wǎng)絡連接結構種類很多，能同時支持總線型和放射型，可采用混合結構 ;網(wǎng)絡現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線主要差別是前者采用專用網(wǎng)絡操作 系統(tǒng) ，實現(xiàn)網(wǎng)絡上各個設備之間的相互操作。 13 此外音樂噴泉 系統(tǒng) 包括燈光 控制 系統(tǒng) ，在此不再詳細敘述，由上可見音樂噴泉 控制 系統(tǒng) 是集聲、光、電于一體的復雜的現(xiàn)場 控制 系統(tǒng) 。 制方案選擇 本課題設計的音樂噴泉要求運行速度準確度高，在音樂噴泉的格層檢測系統(tǒng)中選用在工業(yè)自動控制上大量運用的具有檢測精度高、壽命長、穩(wěn)定性能好的接近傳感器，運用感應器的開關量信號輸入給 實現(xiàn)控制。由于本課題目具體需求在硬件系統(tǒng)的設計過程中主要考慮了花式噴泉的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定、靈活、美觀的需要。 主控制器方案分析： 方案 1：使用單片機控制音樂噴泉 方案 2：使用 制音樂噴泉 自 20 世紀 60 年代中期以來 品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用 ,尤其近20 年來計算機和信息技術的飛速發(fā)展 ,不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格 ,使 訊聯(lián)網(wǎng)技術、過程控制軟件都獲得了長足的進步 ,也使 廣泛應用成為可能。 要包括：編程方法簡單易學；功能強、性能價格比高；硬件配套齊全、用戶使用方便、適應性強；可靠性高、抗干擾能力強；系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少；維修工作量低、維修方便；體積小、能耗低等。而且 各個工業(yè)部 門的應用范圍都得到了擴展。 此方案采用西門子 300 系列 為主控制器。 中型的 適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。 強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 提多種 供選擇使用，并且體積小，功能強、可靠性高，靈活性強和可擴展性的特點通過改變噴泉的控制程序或改變方式選擇開關，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， 有很強的自診斷功能，迅速方便的檢查出故障，縮短檢修時間，因而確保 控制系統(tǒng)的可靠性，穩(wěn)定性。 采用 （ 1）控制方式上看： 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： 受制約。 （ 3）控制速度上看： 度很快，無觸點，顧而五抖動一說。 （ 4）定時、計數(shù)看： 度高，定時范圍寬，有記憶功能。 （ 5）可靠、維護看： 觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場 14 調試和維護方便。 頻器選擇 隨著變頻調速技術的不斷推廣，風機水泵專用 變頻器 已被廣泛用于水泵及風機負載，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速成比例關系，通過調節(jié)水泵轉速可直接 控制 水泵的流量，在音樂噴泉 系統(tǒng) 需要實現(xiàn)噴泉水量實時調節(jié)，因而變頻調速技術更適合在音樂噴泉 系統(tǒng) 使用，此外根據(jù)水泵特性知道，采用變頻調速技術具有一定的節(jié)能效果，這也是 變頻器 在音樂噴泉 控制 系統(tǒng) 得推廣應用的原因。 以某廣場音樂噴泉 系統(tǒng) 為例，其電氣 控制 系統(tǒng) 主要由上位機、音頻放大 系統(tǒng) 、噴泉跑泉電腦 控制 器、 變頻器 及各種電磁閥構成，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 的應用 ， 選用康沃 頻器 ，其 變頻器 控制 圖如下圖 3 3 所示。 15 音樂噴泉 變頻器 控制 圖 3 3 調試注意事項 ， 音樂噴泉 系統(tǒng) 是個集音樂、燈光、噴泉于一體的 系統(tǒng) ，其電氣 控制 系統(tǒng) 相對比較復雜，在調試時容易出現(xiàn)以下問題 : (1) 音頻信號干擾問題 從 變頻器 工作原理知道，當 變頻器 運行時其輸入輸出側會產(chǎn)生高次諧波，此諧波信號通過傳導、輻射、耦合等方式對其它設備產(chǎn)生干擾，如圖 3 4所示。 圖 3 4 16 音樂噴泉 系統(tǒng) 中諧波干擾信號會經(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。調試時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，并且接地點與 變頻器 距離要盡量短 ;變頻器 輸入、輸出動力線盡量遠離音頻信號線和 控制 線，不要將動力線與 控制 線走在 同一線槽中 ;音頻信號放大 系統(tǒng) 的電源盡可能與 變頻器 供電電源隔離等。 (2) 變頻器 跳保護問題 噴泉水泵需隨音頻信號的強弱隨時調節(jié)轉速，這就要求 變頻器 響應速度快，在 系統(tǒng) 調試時應注意 變頻器 選型及參數(shù)調節(jié)，一般情況一臺音樂噴泉 變頻器 要求 控制 多臺水泵，在選用時首先應保證 變頻器 的功能大于水泵功能總和，并至少預留 10%的余量，在 變頻器 參數(shù)設定方面，變頻器 的加減速時間盡量短，但加減時間過短容易出現(xiàn)過電流保護，在調試時應特別注意，目前大多 變頻器 具有故障自恢復功能，在調試可將此功能打開，以避免誤信號引起 變頻器 報警停機。 算機系統(tǒng)硬件組成 為實現(xiàn)音 樂噴泉系統(tǒng)的計算機控制，設計的計算機接口電路如圖所示。音頻輸入、輸出信號和變壓控制信號經(jīng)過 A/D， D/口板提供 10路單控制終端的數(shù)據(jù)采集通道。其性能達到 精度和 12位的分辯率。此外，此板還帶有 5個 12 位分辯率的模擬輸出通道，可插入計算機擴展槽，直接與 據(jù)實際工程中的控制點數(shù)設計 D/中包括光電隔離器件和保護電路。本研究中使用中斷來處理數(shù)據(jù)采集和實時控制。選用的計算機為 386工控機。 變頻調速技術是針對固定工頻而采取的高效節(jié)能措施，工頻（ 50發(fā)電的最佳頻率，但它并非是所有用電設備的最佳工作頻率，因而導致許多設備長期處于低頻率、低功率引述運行狀態(tài)。占全國耗電 2/3的交流電動機目前大多數(shù)還在工頻、恒速下運動，運行效率只有 60%左右。為了提高效率，所以在本設計中用到變頻器。 變頻器是利用電力半導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 交方式（ 頻或矢量控制變頻），先把貢品交流電源通過整流器轉換成直流電源，然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。整流部分 為三橋式不可控整流器，逆變比分為 相橋式逆變器，且輸 17 出為 間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變頻器選型時要確定以下幾點： （ 1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。 （ 2）變頻器的負載類型 ;如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。 （ 3）變頻器與負載的匹配問題： 頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 通的離心泵，變頻器的額定電流與電動機的額定電流相符。對于特殊的負載如深水泵等需要參考電機的性能參數(shù)，以最大電流 確定變頻器電流和過載能力。 種情況在恒轉矩負載或又減速裝置時有可能發(fā)生。 在使用變頻器驅動告訴電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流地阿牛值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。 變頻器如果要長電纜運行時，此時要采取措施抑制長電纜對地耦合電容的影響，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。 對于一些特殊的應用場合，如高溫，高海拔，此時會引起變頻器的降容，變頻器的容量要放大一檔。 本設計是通 過變頻器蘇調技術來控制每環(huán)噴水的高度。我選用的是 E）系列變頻調速器。其實物圖如圖 3 5 變頻調速器 3 5 18 第四章 硬件電路設計 為實現(xiàn)音樂噴泉系統(tǒng)的計算機控制，設計的計算機接口電路如圖 4 1所示。音頻輸入、輸出信號和變壓控制信號經(jīng)過 A/D， D/口板提供 10路單控制終端的數(shù)據(jù)采集通道。其性能達到 的精度和 12位的分辯率。此外，此板還帶有 5個 12位分辯率的模擬輸出通道，可插入計算機擴展槽，直接與 據(jù)實際工程中的 控制點數(shù)設計 D/中包括光電隔離器件和保護電路。本研究中使用中斷來處理數(shù)據(jù)采集和實時控制。選用的計算機為 386工控機。 圖 4 1 音樂噴泉的圖案是三個圓圈，分外、中、內三個圈，外圈由第一臺水泵控制，中圈由第二臺水泵控制，內圈由第三臺水泵控制。 當變頻器一接通電源后，第一臺水泵以低頻率開始工作，以水剛冒出噴嘴為宜。當音樂響起時， 圈的噴嘴開始噴水以及第一組彩燈開始閃爍。 隨音樂信號增強時， 合后， 二臺水泵 在第一臺水泵的基礎上開始運行，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 二臺水泵隨第一臺水泵繼續(xù)工作，但第二組彩燈停止工作。 當音樂到達高潮時， 通時， 電并自鎖，第三臺水泵在第一、二臺水泵的基礎上開始運轉，所有的噴嘴和彩燈都開始工作及閃爍。當 三臺水泵隨第一、二臺水泵繼續(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的增強而逐漸升高的同時，投入運行的水下燈和水型也就越來越多，噴泉則表現(xiàn)得越來越多彩和熱烈，當音樂噴泉高度隨音樂信號減弱而 逐漸降低的同時，投入運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，這樣就為音樂噴泉增加觀賞性和無限的藝術美感。 19 1、按下 觸器 頻器接通電源 2、按下 觸器 頻器切斷電源 3、按下 統(tǒng)開始加速運行 4、按下 統(tǒng)開始減速停止 5、當 統(tǒng)以第一檔速運行 6、當 統(tǒng)以第二檔速運行 7、當 統(tǒng)以每三檔速運行 8、當 2動作 統(tǒng)以第四檔速運行 9、當 3動作 統(tǒng)以第五檔速運行。 10、當 通 作 作 通系統(tǒng)以第六檔速運行。 11、當 作 統(tǒng)以第七檔速運行 12、當 一組彩燈亮并閃爍 13、當 14和 一、二組彩燈同時亮并閃爍及第二臺水泵運 14、當 作 圈得電并自鎖及 作三組彩燈同時亮并閃爍及第三臺水泵運轉 15、當變頻器報警輸出 接通 觸器 頻器切斷電源 16、 鳴器 聲，指示燈 行聲光報警 17、故障排除后，按下 頻器的 頻器復位 2 20 圖 4 2 21 3 圖 4 3 22 人工噴泉硬件接線圖 4 4 23 I/O 分配表如圖表 4 1 輸入 I/O 分配表 4 1 序號 輸入 說明 1 止說明 2 動按鈕 3 擇開關 1的位置 4 擇開關 2的位置 5 擇開關 3的位置 6 控按 鈕 輸入 I/O 分配表 4 2 序號 輸出 說明 1 源指示 2 制 1管噴水 3 制 2管噴水 4 制 3管噴水 5 制 4管噴水 6 紅色燈 紅色燈 7 色燈 8 色燈 9 速 10 速 11 轉 24 第五章 軟件程序流程圖 梯形圖時使用的最多的圖形編程語言，被稱為 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，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖 常被稱為電路或程序，梯形圖的設計成為編程。 系統(tǒng)流程圖 錄一 ） 25 第六章 調試過程 件調試 板時，檢查加工的怎么樣，測量一下電源地有沒有短路的。 2. 焊接上電源芯片，通上電源，把電源調通，看看電壓是不是都正常， 波系數(shù)是否超標。 3. 焊上主控制器芯片（微處理器），及其相關最小外圍電路， 試， 口， 是先讓最小系統(tǒng)跑起來。 如果 是好的，寫個 看 核能部不能工作，調試