【電氣工程及其自動(dòng)化】基于PLC的音樂噴泉控制器的軟件設(shè)計(jì)

1、 A 根底理論 B 應(yīng)用研究 C 調(diào)查報(bào)告 D 其他本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)基于PLC的音樂噴泉控制器的軟件設(shè)計(jì)二級學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化完成日期：2021年5月24日目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc420758274 1 緒論 PAGEREF _Toc420758274 h 1 HYPERLINK l _Toc420758275 1.1 本設(shè)計(jì)的目的及意義 PAGEREF _Toc420758275 h 1 HYPERLINK l _Toc420758276 噴泉的開展 PAGEREF _Toc420758276 h 1 HYPER

2、LINK l _Toc420758277 音樂噴泉的國內(nèi)外開展史 PAGEREF _Toc420758277 h 1 HYPERLINK l _Toc420758278 音樂噴泉的開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc420758278 h 2 HYPERLINK l _Toc420758279 2 PLC概述 PAGEREF _Toc420758279 h 2 HYPERLINK l _Toc420758280 可編程控制器簡介 PAGEREF _Toc420758280 h 2 HYPERLINK l _Toc420758281 可編程控制器硬件組成 PAGEREF _Toc420758281

3、 h 3 HYPERLINK l _Toc420758282 2.3 PLC的主要功能 PAGEREF _Toc420758282 h 3 HYPERLINK l _Toc420758283 2.4 PLC的特點(diǎn) PAGEREF _Toc420758283 h 4 HYPERLINK l _Toc420758284 3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc420758284 h 4 HYPERLINK l _Toc420758285 3.1 音樂噴泉水池的方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc420758285 h 5 HYPERLINK l _Toc420758286 3.2 控制系統(tǒng)組成 PA

4、GEREF _Toc420758286 h 5 HYPERLINK l _Toc420758287 3.3 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc420758287 h 7 HYPERLINK l _Toc420758288 3.4 變頻器 PAGEREF _Toc420758288 h 7 HYPERLINK l _Toc420758289 3.4.1 MICROMASTER 420 變頻器簡介 PAGEREF _Toc420758289 h 8 HYPERLINK l _Toc420758290 3.4.2 MM420 變頻器的電路結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc420758290 h

5、 9 HYPERLINK l _Toc420758291 3.4.3 變頻器的參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc420758291 h 10 HYPERLINK l _Toc420758292 4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc420758292 h 13 HYPERLINK l _Toc420758293 4.1 I/O 估算 PAGEREF _Toc420758293 h 13 HYPERLINK l _Toc420758295 4.2 PLC 輸入/輸出分配 PAGEREF _Toc420758295 h 15 HYPERLINK l _Toc420758296 系統(tǒng)的總電路圖 P

6、AGEREF _Toc420758296 h 16 HYPERLINK l _Toc420758297 4.4 系統(tǒng)控制流程圖 PAGEREF _Toc420758297 h 17 HYPERLINK l _Toc420758298 4.5 系統(tǒng)主要控制程序 PAGEREF _Toc420758298 h 20 HYPERLINK l _Toc420758299 5 系統(tǒng)的調(diào)試 PAGEREF _Toc420758299 h 22 HYPERLINK l _Toc420758300 6結(jié) 語 PAGEREF _Toc420758300 h 23 HYPERLINK l _Toc42075830

7、1 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc420758301 h 24 HYPERLINK l _Toc420758302 附錄 音樂噴泉控制程序梯形圖 PAGEREF _Toc420758302 h 25 HYPERLINK l _Toc420758303 致 謝 PAGEREF _Toc420758303 h 30基于PLC的音樂噴泉控制器的軟件設(shè)計(jì)摘要 ：本文以音樂噴泉為研究對象，制作一個(gè)以小型PLC為控制核心，以音頻采集為根底，采用變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制水柱高度的小型音樂噴泉控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的控制核心選用SIEMENS公司的S7-200 Micro PLC，水泵的控制選用MICRO

8、MASTER 420變頻器。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)的軟件編程，系統(tǒng)器件的選型，以及變頻器的參數(shù)設(shè)置。關(guān)鍵詞：音樂噴泉;可編程控制器;變頻器Music fountain controller software design based on PLC Abstract：Based on the music fountain as the research object, making a small PLC as control core, based on the audio collection, adopt inverter control motor speed

9、, motor speed control of the water column height small music fountain control system. System control core choose Micro SIEMENS Companys S7-200 PLC, pump control MICROMASTER 420 frequency converter 1 .This design main content includes: the overall diagram of system design and software programming of

10、the control system, the system device selection, as well as the frequency inverter parameter Settings.Keywords： Music fountain；PLC；Frequency converter1 緒論1.1 本設(shè)計(jì)的目的及意義音樂噴泉是近幾年來出現(xiàn)的噴泉水景與音樂欣賞相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)改變了噴泉藝術(shù)單調(diào)不變的局面。在音樂的伴隨下噴泉的高度、燈光的色彩以及噴泉造型等隨著音樂變化而變化，音樂與水型的完美結(jié)合令人陶醉；同時(shí)，音樂噴泉對于城市環(huán)境具有多種價(jià)值，不僅能濕潤周圍的空氣、去除塵埃，

11、而且還能通過水珠與空氣的撞擊產(chǎn)生大量對人體有益的負(fù)氧離子，因此，噴泉有益于改善城市面貌和增進(jìn)居民身心身體健康。隨著國民經(jīng)濟(jì)的開展，人民生活水平的提高，在城市建設(shè)和改造過程中，環(huán)境的美化和文化氣氛的營造上對噴泉提出了新的要求在噴泉得到廣泛的運(yùn)用的過程中，也出現(xiàn)了一些問題和缺乏，如自動(dòng)化水平低下、高能耗等制約了噴泉行業(yè)的開展。因此，提高音樂噴泉控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，保證噴泉效果，節(jié)約噴泉的運(yùn)行本錢，對噴泉行業(yè)的開展具有參考的現(xiàn)實(shí)意義7。1.2噴泉的開展1.2.1音樂噴泉的國內(nèi)外開展史噴泉作為一項(xiàng)建筑藝術(shù)，在國內(nèi)外均有較悠久的歷史。而音樂噴泉的構(gòu)思及萌生那么是上世紀(jì)30年代開始的。目前，西方工業(yè)興旺

12、國家已有制造音樂噴泉成套裝置的專業(yè)工廠。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)和開展，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)境的美化和文化氣氛的營造上對噴泉提出了求新的要求。一局部建筑、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

13、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、開展，為噴泉的專業(yè)化開展提供了力量，打下了根底。二十世紀(jì)九十年代以后，社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)快速開展，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，市場的需求推動(dòng)了噴泉行業(yè)的開展。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(gè)社會(huì)活動(dòng)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(shí)間內(nèi)應(yīng)運(yùn)而生，迅速開展起來。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)得到了快速開展7

14、。1.2.2音樂噴泉的開展現(xiàn)狀目前國外的音樂噴泉技術(shù)已經(jīng)開展的趨于完美，可以根據(jù)音樂變化出多種形式的噴泉，噴泉的控制系統(tǒng)大大領(lǐng)先我國。目前的噴泉控制系統(tǒng)主要有1、繼電器-接觸器控制系統(tǒng)；2、單片機(jī)控制系統(tǒng)；3、PLC控制系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)對外部音頻信號的采樣、轉(zhuǎn)換來控制變頻器和固態(tài)繼電器的動(dòng)作，從而到達(dá)設(shè)計(jì)的要求，并能夠?qū)崿F(xiàn)對音樂和噴泉的實(shí)時(shí)的完美結(jié)合。2 PLC概述2.1可編程控制器簡介可編程控制器PCProgrammable Controller又稱可編程邏輯控制器PLCProgrammable Logic Controller，是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和

15、微機(jī)控制器的根底上開展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)5。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場電器操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語言的表達(dá)形式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為根底的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱PLC、CAD/CAM、ROBOT之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對模擬量進(jìn)行控制等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時(shí)間繼電器

16、、計(jì)數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電器接觸器控制系統(tǒng)在機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通、等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。可編程控制器硬件組成可編程控制器的硬件由微處理器、存儲器、I/O接口電路、電源、擴(kuò)展接口、外設(shè)接口及編程器等組成。各局部通過總線電源總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線連接而成。圖1為可編程控制器的硬件簡化框圖3。圖1 可編程控制器的硬件簡化框圖 PLC的主要功能PLC是一種應(yīng)用面很廣、開展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化(FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。PLC系統(tǒng)主要有以下功能：1) 多種

17、控制功能；2) 數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能；3) 通信聯(lián)網(wǎng)功能；4) 輸入、輸出接口調(diào)理功能；5) 人機(jī)界面功能；6) 編程、調(diào)試功能。PLC的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價(jià)格。另外，采用PLC還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。PLC產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的開展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需求。 PLC的特點(diǎn)PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)想結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或計(jì)算機(jī)所無法比較的特點(diǎn)。高可靠性應(yīng)用靈活、使用方便面向控制過程的編程語言，容易掌握易于安裝、調(diào)試、維修功能

18、完善、模塊功能和網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 該控制系統(tǒng)的核心設(shè)備為可編程控制器、EM231模擬量輸入模塊、MM420變頻器?？刂品譃閮删植浚阂痪植渴且魳房刂凭植?；另一局部是固定程序控制局部。 1、音樂控制局部當(dāng)使用音樂來控制噴泉時(shí)，可按下音樂噴泉控制的啟動(dòng)按鈕，PLC的模擬量輸入模塊EM231將采集播放音樂的音頻信號，將其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，比較運(yùn)算，然后將結(jié)果輸出到變頻器數(shù)字輸入端DIN的5、6、7端子，控制變頻器的三個(gè)輸出頻率，從而控制水泵的低中高轉(zhuǎn)速，到達(dá)控制噴泉水柱高度的目的。2、固定程序控制局部當(dāng)噴泉不使用音樂控制時(shí)，可按下固定程序控制啟動(dòng)按鈕，PLC運(yùn)行固定的程序，噴泉按事先設(shè)定好的程

19、序來運(yùn)行，到達(dá)預(yù)設(shè)的效果。3、燈光控制局部噴泉的燈光控制局部，噴泉隨音樂節(jié)奏變化時(shí)，燈光也隨音樂節(jié)奏變換；當(dāng)噴泉是固定程序控制時(shí)，燈光按事先設(shè)定好的程序變化運(yùn)行。3.1 音樂噴泉水池的方案設(shè)計(jì)此小型音樂噴泉的設(shè)計(jì)：噴泉的設(shè)計(jì)圖如圖2所示。該控制系統(tǒng)采用兩臺變頻器和兩臺潛水泵，噴泉噴頭分為兩組： A組5個(gè)噴頭，B組7個(gè)噴頭，分別用兩臺潛水泵控制。設(shè)有紅色和綠色兩組彩燈分別安裝在A組和B組噴頭下，根據(jù)程序的控制來到達(dá)燈光效果。噴泉水池直徑約10m，噴頭向內(nèi)傾斜的情況下能很好的防止了水池噴水造成的向外濺水。圖2 兩組噴頭示意圖3.2 控制系統(tǒng)組成音樂噴泉的控制系統(tǒng)由音樂信號處理模塊，可編程控制器，變

20、頻器控制電路，潛水泵，彩燈控制電路，穩(wěn)壓電源電路和音響設(shè)備組成。音樂噴泉控制系統(tǒng)整體框圖如圖3所示。圖3 音樂噴泉控制系統(tǒng)整體框圖1音樂信號的處理音樂噴泉的樂曲從CD、VCD、DVD等播放器播放，一路輸出到音箱設(shè)備，另一路輸出到信號處理模塊對音頻信號進(jìn)行采集處理。將音樂的音頻信號轉(zhuǎn)換成420mA的電流模擬信號，經(jīng)PLC內(nèi)部自動(dòng)轉(zhuǎn)換，將電流模擬信號和AIW0的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行分段比較，控制相應(yīng)的輸出。2水型與樂曲同步的控制水型會(huì)同樂曲播放同時(shí)演示。在樂曲之間轉(zhuǎn)換期間，水型也保持同步停止或繼續(xù)演示。為使水型與樂曲到達(dá)同步的效果，此音樂噴泉控制系統(tǒng)提供了可調(diào)整的噴泉延時(shí)程序。3潛水泵電動(dòng)機(jī)的控制控制器內(nèi)部

21、的程序來控制變頻器，變頻器控制潛水泵電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使每一段音樂都可從控制器中相應(yīng)的找到對應(yīng)的固定程序數(shù)據(jù)，并可以將其對應(yīng)輸出到變頻器中。4彩色燈光的控制彩色燈光由控制器系統(tǒng)程序控制。彩色燈光會(huì)通過控制程序隨音樂的變化相應(yīng)的水下產(chǎn)生變化與動(dòng)作，到達(dá)視覺與聽覺的完美統(tǒng)一，給人以精神的完美享受。5水型的節(jié)奏隨動(dòng)控制不同的音樂節(jié)奏同步變化呈現(xiàn)出水型的跳躍和搖擺，表現(xiàn)出音樂噴泉的視覺沖擊力。這種水型變化是通過對音頻信號采集、轉(zhuǎn)換后控制對應(yīng)的程序，經(jīng)過變頻器對潛水泵實(shí)現(xiàn)加速和減速控制，實(shí)現(xiàn)對不同音樂信號的直觀感受。3.3 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)如圖4所示。圖4 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)啟動(dòng)按鈕：啟動(dòng)PL

22、C；停止按鈕：停止PLC，停止整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；音樂控制啟動(dòng)按鈕:選擇音樂的控制方式來控制噴泉，使噴泉隨著音樂的音頻改變而改變，到達(dá)音樂噴泉的理想效果；固定程序控制啟動(dòng)按鈕：選擇固定程序來控制噴泉，到達(dá)預(yù)先設(shè)置好的噴泉效果；EM231擴(kuò)展模塊：將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存入AIW0；變頻器：PLC程序的輸出控制變頻器的輸入，接通變頻器端子，選擇預(yù)先設(shè)置好的頻率 ，控制潛水泵的轉(zhuǎn)速；彩燈控制：相應(yīng)PLC程序的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)彩燈的噴泉效果。3.4 變頻器實(shí)現(xiàn)把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電功能裝置稱為“變頻器。根據(jù)系統(tǒng)分析，該控制系統(tǒng)可以選用MICROMASTER 420 變頻器來

23、控制電機(jī)的頻率。3.4.1 MICROMASTER 420 變頻器簡介MICROMASTER 420 是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列。本系列有多種型號，從單相電源電壓、額定功率120W 到三相電源電壓、額定功率11KW 多種型號可供用戶選用。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪聲。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。MICROMASTER420 具有缺省的工廠設(shè)置參數(shù)，它是數(shù)量眾多的簡單的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)供

24、電的理想變頻驅(qū)動(dòng)裝置。由于MICROMASTER420 具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。MICROMASTER 420 既可用于單機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，也可集成到“自動(dòng)化系統(tǒng)中。3.4.2 MM420 變頻器的電路結(jié)構(gòu)MM420變頻器包括主電路和控制電路局部，主電路功能是完成電能轉(zhuǎn)換；控制電路那么是處理信息的收集、變換和傳輸。其電路圖如圖5所示。圖5 變頻器電路圖MM420變頻器的控制電路包括CPU、模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸出、輸出繼電器觸頭、操作板等組成。為用戶提供的10V直流電源的是端子1、2。當(dāng)采取模擬電壓信號輸入方式輸入給定頻率時(shí)，配備一個(gè)高精度

25、的直流電源是為提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制精度。為用戶提供了兩對模擬電壓給定輸入端的是模擬輸入3、4端，其作為頻率給定信號，經(jīng)變頻器內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換器(將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量)，供應(yīng)CPU的控制系統(tǒng)。為用戶提供了3個(gè)完全可編程的數(shù)字輸入端是數(shù)字輸入端5、6、7，數(shù)字信號經(jīng)光電隔離輸入到CPU，對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。24V直流電源端是端子8和9，為變頻器的控制電路提供24V直流電源。3.4.3 變頻器的參數(shù)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中變頻器用來接受經(jīng)PLC處理的音樂控制信號，輸出頻率不同的交流電，到達(dá)水泵的噴水狀態(tài)不斷變化的設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)噴泉噴水與音樂樂律到達(dá)和諧的統(tǒng)一。1、MM420變頻器操作面板利用BOP可以更改MM

26、 420變頻器的各個(gè)參數(shù)。BOP具有5位數(shù)字的7段顯示，用于顯示參數(shù)序號以及數(shù)值、報(bào)警和故障信息以及該參數(shù)的設(shè)定值和真實(shí)值。BOP上的按鈕以及功能說明見表1。表1 BOP上的按鈕及其功能2、變頻器參數(shù)設(shè)置變頻器一般設(shè)置的參數(shù)包括：電動(dòng)機(jī)參數(shù)。控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止方式有變頻器控制面板和端子兩種?？刂谱冾l器工作頻率方式有變頻器面板、電位器設(shè)置相應(yīng)的頻率區(qū)域、多個(gè)固定的頻率。變頻器工作的最小頻率和最大頻率，增加或減少減速時(shí)間等。變頻器控制方式。在本系統(tǒng)中需要是設(shè)置的參數(shù)有：P0010參數(shù)為“30， P0970參數(shù)設(shè)定為“1，變頻器復(fù)位到工廠設(shè)定值P0700參數(shù)為“2 由端子排輸入控制變頻器P0701

27、參數(shù)為“1正轉(zhuǎn)啟動(dòng)P1000參數(shù)為“3 固定頻率設(shè)定值P1001參數(shù)為“20固定頻率1為20HzP1002參數(shù)為“25固定頻率2為25HzP1003參數(shù)為“30固定頻率3為30Hz2變頻器快速調(diào)試 P0010的參數(shù)過濾功能和P0003選擇用戶訪問級別的功能在調(diào)試時(shí)是十分重要的，電動(dòng)機(jī)的設(shè)定參數(shù)和斜坡函數(shù)的設(shè)定參數(shù)都包括在內(nèi)。在快速調(diào)試的各個(gè)步驟都完成以后，應(yīng)選定P3900，如果它置1，將執(zhí)行必要的電動(dòng)機(jī)計(jì)算，并使其它所有的參數(shù)P0010=1不包括在內(nèi)恢復(fù)為缺省設(shè)置值?？焖僬{(diào)試流程圖如圖6所示。圖6 變頻器快速調(diào)試流程圖3、變頻器控制說明變頻器由數(shù)字信號控制，將P0700參數(shù)設(shè)置為“2，控制編碼

28、形式為BCD碼，實(shí)現(xiàn)變頻器對水泵電機(jī)多段調(diào)速控制。變頻信號由PLC發(fā)出，接入變頻器為用戶提供的3個(gè)完全可編程的數(shù)字輸入端，3個(gè)數(shù)字輸入量控制變頻器的3種頻率輸出，通過參數(shù)設(shè)置3種不同的固定頻率。數(shù)字輸入與對應(yīng)頻率如表2和表3所示。表2 數(shù)字輸入與對應(yīng)頻率DIN3DIN2DIN1頻率值Hz#1變頻器低速00120#1變頻器中速01025#1變頻器高速10030#2變頻器低速00140#2變頻器中速01045#2變頻器高速10050表3 變頻器固定頻率的數(shù)值設(shè)定DIN 3DIN2DIN1OFF不激活不激活不激活P1001FF1不激活不激活激活P1002FF2不激活激活不激活P1003FF3激活不激

29、活不激活4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 I/O 估算音樂噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，首先需要把系統(tǒng)所需的輸入/輸出數(shù)量明確，然后按需要確定各控制動(dòng)作的順序和各控制裝置彼此間的關(guān)系。1、PLC 控制系統(tǒng)I/O口的估算小型音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)I/O點(diǎn)時(shí),依據(jù)PLC 的I/O節(jié)點(diǎn)使用原那么,應(yīng)預(yù)留出一定的I/O點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)使用。1系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)根據(jù)音樂的旋律和音頻信號的大小來控制噴泉水柱的上下，其數(shù)字量輸入需要滿足系統(tǒng)啟動(dòng)、停止、音樂控制啟動(dòng)和固定程序控制功能。如表4所示表4 數(shù)字量輸入地址分配表信號名稱外部元件輸入地址備 注啟動(dòng)按鈕SB0啟動(dòng)停止按鈕SB1停止音樂控

30、制啟動(dòng)按鈕SB2音樂啟動(dòng)固定程序控制啟動(dòng)按鈕SB3固定程序啟動(dòng)模擬量輸入局部：如表5所示表5 模擬量輸入地址分配表信號名稱外部元件輸入存放器備 注A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量EM231模塊AIW0數(shù)字量輸出局部：如表6所示表6 數(shù)字量輸出地址分配表信號名稱外部元件輸出地址#1變頻器低速#1變頻器DIN1Q0.0#1變頻器中速#1變頻器DIN2#1變頻器高速#1變頻器DIN3#2變頻器低速#2變頻器DIN1#2變頻器中速#2變頻器DIN2#2變頻器高速#2變頻器DIN3A組紅色彩色燈SSRQB組綠色彩色燈SSRQ2、PLC 選型由對音樂噴泉控制系統(tǒng)的組成、工作過程、I/O點(diǎn)的估算分析可知，系統(tǒng)中實(shí)際需要數(shù)字

31、量輸入點(diǎn)4點(diǎn),模擬量輸入模塊1個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)8點(diǎn)。由此，本設(shè)計(jì)選用西門子S7-200系列 CPU 224 XP晶體管輸出型的PLC。它具有如下配置：14輸入，10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，還可連接擴(kuò)展模塊單元，這足以滿足系統(tǒng)所需要的輸入輸出端口要求10。 PLC 輸入/輸出分配根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，音樂信號處理模塊的控制信號由PLC的模擬量輸入模塊來接收，經(jīng)PLC內(nèi)部CPU處理，通過輸出來控制彩燈和變頻器，實(shí)現(xiàn)對變頻器的數(shù)字控制。控制系統(tǒng)PLC的輸入/輸出分配表如下。 表7 PLC輸入分配表序號點(diǎn)號符號意義1I0.0SB0啟動(dòng)按鈕2SB1停止按鈕3SB2音樂啟動(dòng)4SB3固定程序啟動(dòng)表8 PL

32、C輸出分配表序號點(diǎn)號符號意義1DIN1#1變頻器低速2DIN2#1變頻器中速3DIN3#1變頻器高速4DIN1#2變頻器低速5DIN2#2變頻器中速6DIN3#2變頻器高速7QSSR紅色彩燈工作8QSSR綠色彩燈工作系統(tǒng)的總電路圖圖7 系統(tǒng)的總電路圖PLC的端子控制系統(tǒng)的啟動(dòng)，端子控制系統(tǒng)的停止，I0.2端子控制音樂節(jié)奏控制的啟動(dòng)，I0.3端子控制固定程序控制的啟動(dòng)，增加模擬輸入模塊，兩個(gè)彩色燈組的變換直接由Q端子控制，變頻器的輸出頻率選擇由Q端子控制。4.4 系統(tǒng)控制流程圖初始化PLC，首先檢測啟動(dòng)按鈕的狀態(tài)，然后控制PLC的啟動(dòng)，如果按下停止按鈕那么系統(tǒng)停止工作。音樂節(jié)奏控制噴泉，PLC控

33、制器對變頻器的控制是根據(jù)比較AIW0的值來控制Q0.5的輸出，進(jìn)而選擇不同變頻器預(yù)置的不同輸出頻率；兩組彩燈與音樂節(jié)奏的強(qiáng)度有關(guān)，同樣也是通過比較AIW0的值來控制彩燈的變換，到達(dá)彩燈與音樂協(xié)同的效果。固定程序控制時(shí)，噴泉的造型是根據(jù)PLC的固定程序輸出的；兩組彩燈的變換也是根據(jù)PLC的固定程序來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)總體控制流程圖如圖8所示。圖8系統(tǒng)總體控制流程圖由流程圖可知，按下啟動(dòng)按鈕，那么PLC啟動(dòng)；假設(shè)按下停止按鈕，那么程序執(zhí)行停止程序，PLC工作停止；按下音樂控制啟動(dòng)按鈕，音樂節(jié)奏控制的噴泉啟動(dòng)；按下固定程序啟動(dòng)按鈕，固定程序控制的噴泉啟動(dòng)。音樂節(jié)奏控制的噴泉流程圖如圖9所示圖9音樂節(jié)奏控制噴

34、泉流程圖按下音樂節(jié)奏控制啟動(dòng)按鈕，PLC開始讀取AIW0中的值，執(zhí)行相應(yīng)的程序，根據(jù)AIW0的值控制變頻器相應(yīng)頻率，控制電機(jī)的相應(yīng)速度。固定程序控制的噴泉流程圖如圖10所示。圖10 固定程序控制噴泉流程圖4.5 系統(tǒng)主要控制程序?qū)ψ冾l器的控制是該設(shè)計(jì)的核心之一，音樂節(jié)奏控制噴泉時(shí)，對讀入處理后的音頻信號進(jìn)行分析、提取用來控制變頻器的輸出。以下程序圖11是系統(tǒng)通過音樂節(jié)奏對變頻器的頻率和燈光控制的具體過程。圖11音控下變頻器和燈光的控制固定程序控制噴泉時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行預(yù)先設(shè)置好的程序，控制變頻器和燈光的輸出，根據(jù)不同的組合，到達(dá)理想的效果。固定程序控制噴泉程序圖如圖12所示。圖12 固定程序控制噴泉

35、5 系統(tǒng)的調(diào)試S7-200機(jī)有STOP、RUN及TEMP3種模式。STOP模式可下載程序，但不能運(yùn)行程序，PLC沒有輸出。RUN模式為運(yùn)行程序，PLC產(chǎn)生控制輸出,一般不能下載程序，但可設(shè)定為允許下載局部程序。TEMP模式，是由面板上的控制開關(guān)置TEMP未知確定的，在此模式下，PLC處于RUN還是STOP模式，由編程軟件對其遠(yuǎn)程操作進(jìn)行控制。在將所有設(shè)備安裝好，所有連線都接好的情況下可以進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。首先使PLC處于STOP模式狀態(tài)，下載PLC控制程序，與此同時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的變頻器參數(shù)設(shè)定變頻器。開啟電源，按下系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)SB0，選擇運(yùn)行的方式：音控開關(guān)SB2和固定控制開關(guān)SB3，PLC控制變頻器，程序運(yùn)行，直至按下停止開關(guān)SB1。6結(jié) 語本論文主要完成了以下工作：1、對音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了合理性方案，并設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的整體流程框圖；2、對變頻器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；3、噴泉控制系統(tǒng)的軟件編程，并對程序進(jìn)行調(diào)試；4、結(jié)論：本