小型音樂噴泉自動控制系統(tǒng)

1、小型音樂噴泉自動控制系統(tǒng) 摘要：鑒于目前中、大型音樂噴泉投入大，許多小型企事業(yè)單位一是沒有這么大場地，二是沒有這么多資金投入，使音樂噴泉的應用得到了限制，而我見許多單位為了美化環(huán)境都設(shè)置了噴泉，但其控制十分單調(diào)，缺乏觀賞性。為了改變這個現(xiàn)狀，我就利用我多年從事的技術(shù)工作的經(jīng)驗，將現(xiàn)代新技術(shù)應用到這一塊來。這就是我研究這個題目的初衷。它適用于中小型企事業(yè)單位甚至家庭，具有可觀的實用價值。關(guān)鍵詞：音樂噴泉 變頻調(diào)速 PLC 自動控制 觸摸屏前言： 自2004年來惠州市技工學校任教，上半年就接受了市體育館的委托，對市民樂園的音樂噴泉系統(tǒng)操作工人進行了理論培訓和實操指導。隨后幾年中，除了上電工專業(yè)課程

2、變頻技術(shù)、PLC、電力拖動外，還上了電子方面的課程，如音響與數(shù)字邏輯電路，通過對市民樂園音樂噴泉系統(tǒng)的熟悉，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)雖然效果好，功能多，宏偉壯觀，但一次性投入實在太大，該系統(tǒng)單設(shè)計費用就花了200萬人民幣，更不用說總投入了，它不是一般單位和個人可以承受得了的。而許多中小型企業(yè)大部分都為了美化環(huán)境而建了噴泉系統(tǒng)，但其控制單一，缺乏變化，令觀賞性大打折扣。所以，我就一直想設(shè)計一套一次性投入不大，但觀賞性相對較強、可靠性又高的價廉物美的、適用于中小型企事業(yè)單位的小型音樂噴泉自動控制系統(tǒng)。通過多年的理論教學與實訓指導，我認為自己具備了這個實力，于是決定開發(fā)這個項目。正文1、方案設(shè)想 對于小型企事業(yè)單

3、位或家庭而言，要建立一個音樂噴泉系統(tǒng)，我認為一次性投入不能太大，與大型音樂噴泉系統(tǒng)相比，規(guī)模應大大縮小，功能也沒有必要那么完備。除具備隨音樂變化外，再加上幾種變化就可以滿足需求。就比原來僅僅單一手動調(diào)節(jié)水柱變化要強許多。尤其對已有噴泉的單位，則投入將更小。只需投入變頻器一臺或兩臺、PLC一臺、觸摸屏一個、DVD一臺即可?？偼度霊?萬元以內(nèi)（如果原噴泉功率不是十分大的話），是任何一個單位或富裕家庭都能承受的水平。 我的設(shè)想是利用音樂的高低通過PLC控制變頻器的輸出頻率，從而改變電動機轉(zhuǎn)速，從而去改變水泵水柱的高低，利用變頻器的多段速控制，不需要另外增加通訊模塊，可降低成本，同時也具備15種轉(zhuǎn)速

4、變化之多，基本可以反映出音樂強弱變化的全貌。另外，配備一話筒，可以測量人們喊話音量的大?。ㄓ盟叩妥兓瘉砗饬浚?。具備一定的趣味性。如果僅有水柱隨音量變化而變化這一種功能，則功能太過單一。所以，我設(shè)想當不播放音樂時，應該具備按一定的規(guī)律進行水柱高度和噴灑時間的自動控制功能，并且水柱的噴灑高度和時間可以由用戶來調(diào)節(jié)（或者通過觸摸屏修改）。從而增加系統(tǒng)的實用性，提高系統(tǒng)的附加值。而該功能可以通過PLC編程實現(xiàn)，且較容易實現(xiàn)和擴展。2、方案可行性論證 從技術(shù)性角度來看，設(shè)系統(tǒng)所用技術(shù)均為現(xiàn)代新技術(shù)，具有很高的技術(shù)含量。 從系統(tǒng)的可靠性來看，所增加的設(shè)備、PLC、觸摸屏、變頻器，它們的使用壽命都相當長

5、，尤其是PLC，故該系統(tǒng)可靠性高，后期維護維修費用十分小。從經(jīng)濟性來看，對于企事業(yè)單位，2萬元投入更是小菜一碟。綜上所述，該系統(tǒng)具有良好的開發(fā)價值，具有廣闊的應用前景。3、方案設(shè)計音樂噴泉自動控制設(shè)計A、控制原理圖DVD話筒放大處理A/D轉(zhuǎn)換PLC變頻器電平指示電機水泵水位高低 圖 （一） 音樂噴泉自動控制原理圖B、音頻信號轉(zhuǎn)換為PLC輸入的設(shè)計 考慮到變頻器和電動機及負載的慣性問題，決定每隔15秒采樣一次音樂電平高低（采樣頻率過高，變頻器、電機及水泵無法反應過來）。該每隔5秒采樣一次可以通過PLC自身實現(xiàn)，（依靠PLC輸出對繼電器定時控制），經(jīng)ADC量化，編碼為四位二進制數(shù)碼（除0000外，

6、0001-1111剛好15種變化，可以對應多段速的15段速控制），采用輸出可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管的ADC，可以將其輸出直接作為PLC的輸入，可以減少輸入模塊，降低成本，而音頻電平可以參照現(xiàn)有電平指示電路即可。故得出音頻轉(zhuǎn)化為PLC的輸入設(shè)計如下： A/DX4 PX3 LX2 CX1 V2+VCCKAVD1V1C1VD3R1RPVD4R3C2DABCVD2 圖 （二）： 電平指示電路注意：該指示電路的電源由PLC自身供給，地與PLC輸入COM連接。C、音樂噴泉PLC程序設(shè)計a、輸入輸出分配 由于音頻采樣及控制需4個輸入，外加啟動與停止共需6個輸入輸出控制變頻器的多段速控制，15段速需PLC4個輸

7、出點，外加轉(zhuǎn)向控制一個點，采集控制一個點，共需6個輸出點，從而得出下表。輸入輸出啟動SB0X0Y0KA模塊轉(zhuǎn)換AX1Y1RHBX2Y2RMCX3Y3RLDX4Y4CS停止SB1X5Y5STFb、 PLC與變頻器接線圖c、輸入輸出邏輯分析 為了簡化PLC程序的設(shè)計，如果將輸入X1X4的變化與輸出Y1Y4的變化一一完全相同，則只需要一條MOV傳送指令即可實現(xiàn)音樂噴泉的適時控制。d、變頻器參數(shù)設(shè)置 變頻器除了基本參數(shù)設(shè)置外，為了實現(xiàn)PLC輸入控制電機轉(zhuǎn)速，還需進行運行參數(shù)設(shè)置，PLC輸入/輸出及變頻器運行參數(shù)見下表：PLC輸入狀態(tài)PLC輸出狀態(tài)變頻器運行頻率f(Hz)參數(shù)號PrDCBAY4Y3Y2Y

8、1000000000000100015Pr.4001000108Pr.50011001111Pr.260100010014Pr.60101010117Pr.250110011020Pr.240111011123Pr.271000100026Pr.2321001100129Pr.2361010101032Pr.2341011101135Pr.2381100110038Pr.2331101110141Pr.2371110111045Pr.2351111111150Pr.239（變頻器型號不同，參數(shù)號也不相同），基本參數(shù)設(shè)置中Pr.9（電子過流保護）應據(jù)電機容量設(shè)定。由于泵類負載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成

9、正比，故不能向上調(diào)速，只能將頻率限制在額定頻率以下。如果將頻率調(diào)到額定頻率以上，將可能燒電機和變頻器。e、梯形圖設(shè)計至此，簡易小型音樂噴泉設(shè)計完畢。、話筒音量控制噴泉的設(shè)計 只需在圖（一）音頻輸入端加一個多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，一路接DVD的音頻輸出，一路接話筒經(jīng)放大電路放大后的輸出即可。由于話筒轉(zhuǎn)化為電信號的電平比DVD線路輸出要低6070dB，故話筒電壓放大的放大電路放大倍數(shù)應設(shè)計在1000倍以上。所以應采用多級放大，設(shè)兩級放大，放大倍數(shù)接40×40設(shè)置，則總放大倍數(shù)可達1600。應該可以滿足要求，今采用兩級直接耦合放大。自動變速程序設(shè)計為了實現(xiàn)噴泉高度變化的多樣性和觀賞性，決定設(shè)計一種單

10、極性正弦曲線變化程序，即水柱高度接正弦規(guī)律（單極性）變化。由于前面音樂噴泉系統(tǒng)已設(shè)定了變頻器的參數(shù)，而使用者一般難以懂得如何操作和修改變頻器的參數(shù)。故變頻器的參數(shù)不宜修改，應與音樂噴泉系統(tǒng)的參數(shù)一致。為了滿足水柱變化快慢可調(diào)的要求（不同用戶愛好不同）。故各檔位運行時間應可修改。所以采用四按鈕用于檔位運行時間的增減。實質(zhì)是修改數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)值，即定時器的運行時間。由于前面已用X0X5，故設(shè)定X6、X7作為啟動、停止。X10、X11作為定時器定時時間的增減鍵。故得增減時間程序如下：為了滿足用戶要求，決定采用單循環(huán)與自動循環(huán)，依靠一個開關(guān)的兩個狀態(tài)來實現(xiàn)控制，設(shè)為X12控制。從而得出自動變速單極性

11、正弦式程序的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下：、手動變速程序設(shè)計由兩個按鈕實現(xiàn)手動增速和減速。由于上面用到了X13，故用X14、X15作為增減速按鈕輸入。X16作為手動變速的啟動按鈕輸入，X17作為手動變速的停止按鈕輸入。由此得出梯形圖如下：可簡化為：、綜合程序設(shè)計 對于小型音樂噴泉系統(tǒng)而言，具有上述4種功能已較完備了。上面是分體設(shè)計，每步子程序均有啟動與停止，會造成兩個方面的困擾：第一，開關(guān)按鈕過多，不利于使用者操作；第二，浪費輸入端子，從這兩方面原因考慮，可將各程序的啟動和停止合并用一個啟動與停止。由于上述運行方式有多種，而各種運行不能并存（即不能同時運行兩種及兩種以上的功能）。故應對各功能的選用設(shè)置專用選

12、擇開關(guān)，防止程序出錯，使PLC無所適從。該選擇開關(guān)應具備下列幾檔：聲樂控制、自動、單調(diào)、手動四個檔位。而啟動與停止則各用1個輸入，速度增減2個輸入，時間長短控制2個輸入，加上音樂ADC輸出4個輸入共需14個輸入。而輸出沒有變化，故總程序的I/O分配需重新分配。為了防止程序的修改量最小，故仍選用X1X4接ADC輸出不變。綜合程序的I/O分配如下表所示：輸入輸出啟動SB0X0Y0KA模數(shù)輸出AX1Y1RHBX2Y2RMCX3Y3RLDX4Y4CS停止SB1X5Y5STF聲樂檔SA-1X6自動檔SA-2X7單周檔SA-3X10手動檔SA-4X11加速SB2X12減速SB3X13延時SB4X14減時S

13、B5X15PLC與變頻器由于輸出未作改變，故其連接不變。在此只畫出總體程序的PLC接線圖如下所示：各分程序匯總后的綜合程序梯形圖及指令表見附錄。至此，綜合程序設(shè)計完畢。4、程序調(diào)試 經(jīng)上機調(diào)試、仿真、監(jiān)控，程序完成了預計邏輯要求，程序指令表見附錄。五、設(shè)計說明1、該程序的調(diào)試與仿真試驗是在實驗室中進行的，所用變頻器和PLC均是三菱公司的產(chǎn)品，故程序語言為三菱公司的（FX系列）。2、實際應用該系統(tǒng)時，電機功率要求應據(jù)水泵要求選擇。變頻器功率應據(jù)電機功率選擇，PLC應據(jù)程序輸入輸出點數(shù)要求選擇。同時，考慮留一定的裕量，以備程序擴展時用。3、本程序的邏輯功能、花樣變化不是太多，可能無法滿足所有用戶的需求。實際應用時，還可據(jù)用戶