園林音樂噴泉項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

1 園林音樂噴泉項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 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(rùn)周圍購空氣、清除塵埃，而且由于噴泉噴射 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 ，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 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?？諝怆x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(zhǎng)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(jiǎn)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)。 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(guó)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，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。 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(huì)的廣場(chǎng)噴泉和城市主題雕塑噴泉，其水造型往往是簡(jiǎn)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(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(guó)噴泉的發(fā)展 國(guó)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(jiǎn)單、粗放的。二十世紀(jì)八十年以后，隨著國(guó)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(yíng)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，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(guó)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)， 3 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(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)、給水排水設(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。 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(jiǎn)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。 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(guó)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 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(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 泉涉及領(lǐng)域 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。 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。 用潛水泵 電機(jī)性能：采用優(yōu)質(zhì)材料 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 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 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(zhǎng)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)。 、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(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)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。 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(guó)內(nèi)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(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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。但采用 時(shí)，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，確保控制系統(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(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。 5 第二章 音樂噴泉設(shè)計(jì)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(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 個(gè)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(gè)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(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 =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(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 150m3/h）。水質(zhì)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(diào)速器的特點(diǎn)，為 噴泉增光添彩。它可將來自光盤 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。 接線面板說明如圖 2 2 7 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 （ 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) （ 5） 起始電壓輸入選擇開關(guān) 起始電壓為 0V), 8 （ 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 （ 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 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)。 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)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。 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 電壓該音樂最大輸出電壓） 斷開音頻輸入信號(hào)， 接通音頻輸入信號(hào)。 5. 起始電壓開關(guān)：當(dāng)為 時(shí)，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(duì)應(yīng)起始電壓大小。 擇顯示固態(tài)設(shè)定輸出頻譜和實(shí)時(shí)輸出頻譜。 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。 示控制器是否通電進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。 示燈：顯示是否有音頻信號(hào)輸入。 示是否有固態(tài)輸出點(diǎn)有輸出。 9 圖 2 3 端子功能說明圖 2 3： D、 音樂信號(hào)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成變頻器所要求的 0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。 中當(dāng)有音頻信號(hào)輸入 子就接通（為無源觸點(diǎn)）。 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，其中晶體管輸出電源已提供） 4： 10 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. 左右聲道信號(hào)直接到控制器的 R，在輸出信號(hào)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(dòng)可編程順序控制器等控制器來完成音樂啟動(dòng)的效果。 11 技術(shù)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(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) 小時(shí)間 5. 手動(dòng) 自動(dòng)雙功能，自由選擇 7. 輸入與輸出信號(hào)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(dòng)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(shè)計(jì) 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(shí)間 20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) 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(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 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，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) 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 線，現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)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。 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(xì)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(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng) 控制 系統(tǒng) 。 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(zhǎng)、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 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 制音樂噴泉 自 20 世紀(jì) 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(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)格 ,使 訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過程控制軟件都獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步 ,也使 廣泛應(yīng)用成為可能。 要包括：編程方法簡(jiǎn)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 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 為主控制器。 中型的 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。 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。 提多種 供選擇使用，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)， 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(diǎn)，顧而五抖動(dòng)一說。 （ 4）定時(shí)、計(jì)數(shù)看： 度高，定時(shí)范圍寬，有記憶功能。 （ 5）可靠、維護(hù)看： 觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，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) 14 調(diào)試和維護(hù)方便。 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 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(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)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 16 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 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)。 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/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 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 據(jù)實(shí)際工程中的控制點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì) D/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（ 50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(zhǎng)期處于低頻率、低功率引述運(yùn)行狀態(tài)。占全國(guó)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 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(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 相橋式逆變器，且輸 17 出為 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： 頻器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 通的離心泵，變頻器的額定電流與電動(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。 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(zhǎng)電纜運(yùn)行時(shí)，此時(shí)要采取措施抑制長(zhǎng)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 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 18 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 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/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 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 據(jù)實(shí)際工程中的 控制點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì) D/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)。 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)， 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)， 合后， 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) 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)， 通時(shí)， 電并自鎖，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) 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。 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(yùn)行 4、按下 統(tǒng)開始減速停止 5、當(dāng) 統(tǒng)以第一檔速運(yùn)行 6、當(dāng) 統(tǒng)以第二檔速運(yùn)行 7、當(dāng) 統(tǒng)以每三檔速運(yùn)行 8、當(dāng) 2動(dòng)作 統(tǒng)以第四檔速運(yùn)行 9、當(dāng) 3動(dòng)作 統(tǒng)以第五檔速運(yùn)行。 10、當(dāng) 通 作 作 通系統(tǒng)以第六檔速運(yùn)行。 11、當(dāng) 作 統(tǒng)以第七檔速運(yùn)行 12、當(dāng) 一組彩燈亮并閃爍 13、當(dāng) 14和 一、二組彩燈同時(shí)亮并閃爍及第二臺(tái)水泵運(yùn) 14、當(dāng) 作 圈得電并自鎖及 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 接通 觸器 頻器切斷電源 16、 鳴器 聲，指示燈 行聲光報(bào)警 17、故障排除后，按下 頻器的 頻器復(fù)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(hào) 輸入 說明 1 止說明 2 動(dòng)按鈕 3 擇開關(guān) 1的位置 4 擇開關(guān) 2的位置 5 擇開關(guān) 3的位置 6 控按 鈕 輸入 I/O 分配表 4 2 序號(hào) 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(zhuǎn) 24 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 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 常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)成為編程。 系統(tǒng)流程圖 錄一 ） 25 第六章 調(diào)試過程 件調(diào)試 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， 試， 口， 是先讓最小系統(tǒng)跑起來。 如果 是好的，寫個(gè) 看 核能部不能工作，調(diào)試