基于plc的音樂噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文 目錄大連海洋大學(xué)本科畢業(yè)論文 STYLEREF標(biāo)題1Abstract第一章前言1.1課題研究目的以前的音樂噴泉控制系統(tǒng)所用的控制方法是，把音頻信號(hào)一分為二，一份給人們播放聽，一份給控制單元，進(jìn)行對(duì)水泵的控制，用這種方法來控制音樂噴泉。該方法對(duì)于音樂噴泉來說控制容易，安裝簡(jiǎn)單，但是有個(gè)很大的缺點(diǎn)，那就是音樂播放快，噴泉跟不上。這個(gè)問題很大的消弱了音樂噴泉的藝術(shù)效果。在中國(guó)現(xiàn)在有很多的音樂噴泉都是這樣的，音樂與噴泉不協(xié)調(diào)，這嚴(yán)重阻礙了我國(guó)噴泉園林景觀的發(fā)展，所以應(yīng)該盡快找出解決這個(gè)問題的方法。1.2音樂噴泉的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)音樂噴泉越來越普及，現(xiàn)在的城市幾乎每個(gè)都有音樂噴泉，因?yàn)樗且环N非常有觀賞價(jià)值的人造景觀。這么多的噴泉，造就了噴泉成為了一種產(chǎn)業(yè)，它能為人們帶來非常高的收益。在噴泉成為產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)有很多人看到了商機(jī)，所以國(guó)內(nèi)像雨后春筍般的涌現(xiàn)出噴泉設(shè)備公司和噴泉一條龍服務(wù)的公司。天津的愛德華噴泉設(shè)計(jì)公司、北京的光大安裝工程公司、深圳的紅發(fā)設(shè)計(jì)、沈陽(yáng)的騰飛園林景觀功能公司、大連的福瑞噴泉有限公司等等都是國(guó)內(nèi)非常頂尖級(jí)別的噴泉安裝設(shè)計(jì)的公司[1]。就在這些公司迅速發(fā)展的同時(shí)，985、211等高校和一些專門搞園林設(shè)計(jì)的大專院校也發(fā)現(xiàn)了它的商機(jī)，清華大學(xué)和東北大學(xué)研究的音樂噴泉是非常好的。其實(shí)噴泉的設(shè)計(jì)好壞涉及到很多方面。例如噴頭、布局、燈光的設(shè)計(jì)、水型的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等等。龐大的一個(gè)音樂噴泉需要土木工程、水利工程、機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的人士，共同合力完成這一個(gè)音樂噴泉。未來的音樂噴泉，應(yīng)該是音樂與噴泉結(jié)合相當(dāng)緊密，實(shí)時(shí)性非常高的，并且要求水型設(shè)計(jì)多樣，噴泉的噴頭也可以變化。因此，本課題著重對(duì)音樂噴泉的控制這塊進(jìn)行了仔細(xì)的研究。1.3本課題要解決的問題設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)迅速而且工作可靠的音樂噴泉系統(tǒng)，并且盡可能的保證音樂與噴泉的同步性，通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，就可以使噴泉隨著音樂節(jié)奏變化，就好像給音樂伴舞，音樂噴泉噴出的水量一定要有樂感。讓人們更好的體會(huì)到音樂的內(nèi)涵。第二章控制系統(tǒng)的論證及設(shè)計(jì)2.1控制系統(tǒng)的論證一個(gè)好的音樂噴泉，最起碼要具備的功能：一、音樂播放。二、噴泉按照固定設(shè)計(jì)好的方案進(jìn)行噴水。三、噴泉按照音樂的變化進(jìn)行噴水。四、對(duì)照射噴泉的水燈進(jìn)行控制。目前在中國(guó)最流行的音樂噴泉控制系統(tǒng)有4種，其中最流行、最好用的非PLC控制系統(tǒng)莫屬，因此本課題選擇用可編程邏輯控制器控制噴泉，下面開始論證PLC控制系統(tǒng)是如何比其他的控制系統(tǒng)要好[2]。PLC現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到了各行各業(yè)，可以說該技術(shù)已經(jīng)到了非常成熟的地步，而且應(yīng)用非常廣泛。所以越來越多的控制系統(tǒng)選擇用PLC控制，其主要特點(diǎn)主要有：1、硬件可靠首先從PLC的硬件的可靠性來說，PLC選擇最好的元器件、選擇最先進(jìn)的系統(tǒng)、選擇最先進(jìn)的工藝，并且在電路和結(jié)構(gòu)上采用了獨(dú)特的方法，利用了光電隔離法，用來消除外界的干擾，與此同時(shí)還方便了接地，它還利用了電磁消除法，防止射線的干擾。而且PLC采用模塊化，再出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)方便檢查，方便糾正，PLC算是一種抗震、抗擾、抗噪、適應(yīng)性非常強(qiáng)的PLC。所以說PLC從硬件角度來說非?？煽俊?、軟件設(shè)計(jì)PLC的軟件設(shè)計(jì)可以說的是一種最簡(jiǎn)單的語言，它與C語言、C++語言、JAVA語言相比簡(jiǎn)直就是太簡(jiǎn)單了，就好像人家是高中課程，你是小學(xué)課程一樣，但是雖然簡(jiǎn)單，但還是要求使用者有些語言基礎(chǔ)。最起碼的輸入輸出是什么得知道。目前的使用可編程邏輯控制器的百分之九十的人采用梯形圖語言編程，因?yàn)樵摲N語言是面向控制的、面向所要解決的問題的，非常容易掌握，而且梯形圖這種語言和我們平時(shí)圖紙上畫的圖非常像，大部分人都能看懂，也都非常喜歡看。用這種方法還很容易修改，方便編程，很靈活，很方便。但是稍微有點(diǎn)瑕疵的是，這種梯形圖語言在PLC的內(nèi)部有解釋程序，畢竟在方便人們的同時(shí)，一定要有所付出，增加了程序的時(shí)間。但是對(duì)于控制設(shè)備來說，這一丁點(diǎn)的時(shí)間是完全在人的接受范圍內(nèi)的。3、接線簡(jiǎn)單，通用性好對(duì)于接線這塊來說，PLC是非常有優(yōu)勢(shì)的，PLC比那些靠單片機(jī)、靠繼電器的方法接線簡(jiǎn)單多了，PLC僅需要把數(shù)字量信號(hào)輸入設(shè)備與PLC相連，或者與PLC的擴(kuò)展模塊相連，然后把信號(hào)輸出設(shè)備與PLC相連，這樣的接線非常簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的接線方式相比，它省去了接線和拆線的麻煩，大量的節(jié)約了時(shí)間。因?yàn)檫@樣的接線簡(jiǎn)單使PLC能隨意的改變，從而使PLC得到了更廣的推廣，現(xiàn)在的PLC還會(huì)有自己檢查的功能，讓它更好的診斷每個(gè)模塊說出現(xiàn)的故障,方便與人們排除問題。4、可連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)PLC具有非常強(qiáng)大的功能，它不僅擁用上述功能，它還能夠與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接，它連接的這種網(wǎng)絡(luò)分為兩種[3]。一種是采用主從通信模式的低速網(wǎng)絡(luò)，傳速熟慮比較低，大多數(shù)為幾千波特率到上萬波特率，特點(diǎn)是傳的遠(yuǎn)，最遠(yuǎn)能達(dá)到2500米，另一種是采用令牌傳送通信模式的高速網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率是上一種的1000倍，特點(diǎn)是傳的近，最遠(yuǎn)只能到達(dá)1000米，但是這兩種連接網(wǎng)絡(luò)都可以級(jí)連。而且可以兼容許多種計(jì)算機(jī)，用這種方法能組成很大的局部網(wǎng)絡(luò)[4]。5、安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便就PLC的安裝來說，因?yàn)镻LC比較小巧，所以PLC的控制箱一般比繼電器控制箱要小的很多，為使用者既節(jié)約了金錢有節(jié)約了空間，而且PLC非常方便改裝，只要把設(shè)備的輸入輸出端準(zhǔn)確的于PLC相連就可以了，而且PLC應(yīng)盡可能的安裝在與繼電器近的地方，方便傳輸，節(jié)約接線。在安裝大型的工廠控制的PLC時(shí)，應(yīng)該選一個(gè)好的地方給輸入輸出點(diǎn)，PLC一般會(huì)使用同軸電纜連接CPU，用這種方法的好處是節(jié)約空間，省錢，省線還節(jié)約資源。一般情況下，設(shè)計(jì)好線的布局，然后制造商會(huì)派出專業(yè)的人員安裝。在剛開始設(shè)計(jì)PLC的時(shí)候，就充分的考慮到PLC的維護(hù)性，所以它所用的大部分的元器件都是固態(tài)的，方便維護(hù)，硬件損壞時(shí)，只要將壞的部分換成新的，如果沒有新的，及時(shí)調(diào)整PLC的輸入輸出端，也是可以的。人們一般會(huì)用PLC自帶的自診斷功能來判斷PLC的好壞。也可以自己編程來判斷PLC的硬件故障。PLC除了這些優(yōu)點(diǎn)以外，還有很多優(yōu)點(diǎn)，只要你安裝后，才會(huì)發(fā)現(xiàn)PLC還具有其他的優(yōu)點(diǎn)，會(huì)有意想不到的作用，這個(gè)只有在你出現(xiàn)問題時(shí)，PLC強(qiáng)大的功能會(huì)全面的展現(xiàn)出來。2.2控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)的這款音樂噴泉，它總共由4大部分組成，這4部分由里到外，由低到高。最外邊的一層是通過110個(gè)噴頭組成的跑泉，噴泉高度大約3米，這是第一部分。第二部分是由70個(gè)噴頭組成的跑泉，噴泉的時(shí)候高度稍微比外圈高了一些大約5米左右，第三部分由兩個(gè)三角形噴泉組成，這兩個(gè)三角形距離中心的距離相等，他們分別由3個(gè)噴頭構(gòu)成，噴泉噴射的高度大約8米，本課題中也稱為副水柱。第4部分由6個(gè)噴頭組成的同心圓構(gòu)成，噴射的高度大約12米。是該噴泉噴射高度最高的地方，在本課題稱它為主水柱。本課題中的音樂噴泉總共需要5臺(tái)水泵，4臺(tái)變頻器。第一部分需要一臺(tái)10千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器，第二部分需要一臺(tái)15千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器，第三部分由兩臺(tái)10千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器構(gòu)成，第四部分由一臺(tái)20千瓦的水泵和一臺(tái)變頻器構(gòu)成。當(dāng)然燈光是不能少的，如果沒有了燈光，噴泉就沒有了生命力，本課題中的噴泉用了4種顏色的的燈光，分別是紅、綠、黃、藍(lán)色的燈，在第一部分與第二部分中間各有16盞燈交叉放置，第二部分與第三部分中間放了12盞燈，這四種交叉放置。第三部分與第四部分中間放置了4盞燈，一種顏色一盞，四個(gè)方向顏色不同。整個(gè)音樂噴泉的平面圖如圖1所示。圖1音樂噴泉的平面圖這一次設(shè)計(jì)的這款音樂噴泉，對(duì)控制系統(tǒng)要求比較嚴(yán)格，控制功能復(fù)雜，而且要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)控制。并且要保證控制系統(tǒng)的可靠性，所以采用了模塊化，我設(shè)計(jì)的噴泉系統(tǒng)由PLC模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、變頻器模塊組成。這次設(shè)計(jì)的噴泉控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下面的圖2所示。噴頭水泵噴頭水泵變頻器模擬量輸出音樂燈光變頻器模擬量輸出音樂燈光放大I/O擴(kuò)展PLC模擬量輸入放大I/O擴(kuò)展PLC模擬量輸入圖2噴泉控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖噴泉的控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，其流程如下，首先音樂通過音箱進(jìn)行播放，然后進(jìn)行音樂信號(hào)的放大和采集，采集完畢后，送入由I/O擴(kuò)展模塊組成的模擬量輸入接口，再由I/O擴(kuò)展模塊送入PLC進(jìn)行運(yùn)算處理，PLC處理完后再將信息通過I/O擴(kuò)展模塊的模擬量輸出口輸出，輸出給變頻器，變頻器通過該信號(hào)控制水泵，水泵通過控制水的流量控制噴頭，從而使噴泉具有樂感，跟音樂一起波動(dòng)。與此同時(shí)PLC還控制燈光，到達(dá)燈光與噴泉相結(jié)合的藝術(shù)效果。第三章系統(tǒng)信號(hào)采集及硬件的應(yīng)用3.1音樂信號(hào)的采集3.1.1音樂的性質(zhì)及基本樂理音樂是其中不可缺少的部分，所以音樂的知識(shí)不可缺少，音樂其實(shí)就是有規(guī)律的振動(dòng)發(fā)出的音，所有的聲音都是由振動(dòng)產(chǎn)生的，聽著悅耳的聲音，就是比較有規(guī)律的振動(dòng)，無規(guī)律的振動(dòng)那個(gè)就叫做噪聲。聲音又分為純音和復(fù)合音[5]。這個(gè)非常好理解，純音就是特別純正，只有一個(gè)音調(diào)，復(fù)合音就是由多個(gè)純音組成的。聲音這個(gè)東西有很多特征，其中起決定性作用的有音長(zhǎng)、音色、音高和音強(qiáng)。它們分別與發(fā)聲體振動(dòng)的頻率、持續(xù)時(shí)間、振幅和頻譜分布等物理量相對(duì)應(yīng)[5]。越長(zhǎng)的聲音，振動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，越短的音振動(dòng)的時(shí)間越短。音色是由發(fā)音的物體決定的，比如每個(gè)人說話的聲音不一樣。聲音越高說明發(fā)音物體頻率振動(dòng)快，聲音越低說明振動(dòng)的頻率越低。音的強(qiáng)弱又叫做聲音的力度，音的強(qiáng)弱取決于振動(dòng)的幅度，你振動(dòng)的幅度越大，聲音就越大[9]。反之也是這個(gè)道理。3.1.2采樣定理本次設(shè)計(jì)的音樂噴泉需要實(shí)時(shí)通過音樂來控制噴泉，為了達(dá)到實(shí)時(shí)這個(gè)要求，所以就要對(duì)音樂進(jìn)行采樣，因?yàn)橐魳肥悄M信號(hào)，要求實(shí)時(shí)所以需要一種開關(guān)頻率較高的脈沖進(jìn)行取樣，它的原理是用脈沖的幅度來表示音樂的信號(hào)的強(qiáng)度。在得到音樂信號(hào)后首先要進(jìn)行濾波，因?yàn)橐魳返念l率是有一定的范圍的，通過高通濾波、低通濾波器把其中的干擾去掉，然后在進(jìn)行信號(hào)的放大，因?yàn)槲覀兯杉降男盘?hào)是很小的。直接給PLC,PLC也無法收到，也就無法進(jìn)行運(yùn)算處理。放大之后還要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，因?yàn)闄C(jī)器只能識(shí)別像二進(jìn)制這樣的代碼，所以就需要將采集到的信號(hào)進(jìn)行離散化。采樣定理的提出者香農(nóng)，曾經(jīng)說過這樣的一句話“如果要對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)離散時(shí)，必須要滿足采樣頻率等于或者大于被采樣信號(hào)最大的頻率fm的2倍那么大才可以，這樣就可以通過適當(dāng)?shù)牡屯V波、高通濾波裝裝置，從樣本值里的一串信號(hào)中完完整整地恢復(fù)出原來的信號(hào)”[6]。它因?yàn)檫@個(gè)定理很出名，后來人們?yōu)榱思o(jì)念他，將這個(gè)頻率又叫做香農(nóng)頻率。在進(jìn)行采樣的時(shí)候，選擇頻率非常的重要，頻率決定著周期。所以要選擇一個(gè)合適的頻率，根據(jù)香農(nóng)定理，它一般比信號(hào)頻率要高出一倍左右。3.2噴頭的選擇設(shè)計(jì)噴泉其中的第四部分，也就是噴泉的最中心的部分，它是整個(gè)噴泉的核心，所以這部分噴頭的選擇應(yīng)該大號(hào)的直噴頭。直噴頭噴出的水量不僅多，而且要有強(qiáng)度，壓力大，要給欣賞人一種怒放的感覺，這種噴頭噴出的水奔放美麗，就像東北人屬于比較豪放的感覺。這種噴頭也能夠改變噴射的方向。因?yàn)檫@種噴頭要接觸水，所以材質(zhì)要耐水的腐蝕，還有就是承受的壓力大，所以選用鑄銅、和不銹鋼的直噴頭，如圖4所示。圖4直噴頭結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)噴泉的第三部分，位于第四部分的兩邊，該部分的噴泉噴射的高度比第四部分的噴泉噴射的高度低了4米，所以該部分噴射出的噴泉應(yīng)該比第四部分的細(xì)，流量小一些，所以選擇了中型號(hào)的直噴頭，這種噴頭也能夠調(diào)節(jié)噴射的角度，它噴射的給人感覺，比較流暢，比較適中。因?yàn)檫@種噴頭要接觸水，所以材質(zhì)要耐水的腐蝕，還有就是承受的壓力大，所以選用鑄銅、和不銹鋼做噴頭，如圖5所示。圖5中型直噴頭結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)噴泉的第二部分，它位于里圈跑泉的位置，跑泉是組成噴泉必不可缺少的部分，他能進(jìn)行多種形狀的變化，讓你們感到變幻莫測(cè)，激起人們的好奇心，這種噴泉需要噴射的高度低，因?yàn)楦叨鹊?，所以噴泉水柱就?huì)粗，顯得像大理石柱一樣，在加上上燈光的組合，非常的壯觀，非常的漂亮。并且噴射的時(shí)候能把水池中的水帶出來一小部分，優(yōu)點(diǎn)像大樹一樣，所以這種噴泉又叫樹狀噴泉頭。這種噴泉頭的材質(zhì)也是由鑄銅、不銹鋼組成的，如圖6所示。圖6樹狀噴頭結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)音樂噴泉的第一部分，它位于整個(gè)噴泉的最外層，它也是一層跑泉最外面的這組跑泉噴射的高度很低，它主要為了凸顯里邊噴泉的高度，顯得整體有層次感，這部分選擇的噴頭叫做珍珠噴頭，這樣的噴頭噴射的時(shí)候很低，就像涌泉一樣。很好看，很豐滿，它噴出的水柱夾有很多氣體，從遠(yuǎn)處看，有點(diǎn)像在云間一般。該組噴頭的材質(zhì)也為鑄銅和不銹鋼，如圖7所示。圖7珍珠噴頭結(jié)構(gòu)圖3.3水泵的應(yīng)用3.3.1水泵的主要性能參數(shù)及運(yùn)行特點(diǎn)水泵在我們平時(shí)的生活中隨處可見，水泵在我們的日常生活中早就成了不可缺少的一部分，大部分人對(duì)水泵都不是很了解，但是對(duì)于我們搞控制的人來說，水泵必須十分的了解。水泵的性能參數(shù)有流量、揚(yáng)程、功率、效率，轉(zhuǎn)速，有的高級(jí)水泵還有表示汽蝕參數(shù)的能力，并且這些參數(shù)都反映了泵的整體性能，下面具體解釋下各性能參數(shù)：1、流量流量就是泵體在一定的時(shí)間內(nèi)所輸出的液體數(shù)量，還有的用所流過的液體的重量表示，它常用的符號(hào)Q表示[7]。2、揚(yáng)程揚(yáng)程就是指在用泵的過程中，液體由進(jìn)到出后所得到的能量，一般都裝化為距離，揚(yáng)程大的水泵，做的功就多，泵的揚(yáng)程用H表示。3、功率與效率評(píng)價(jià)一個(gè)泵的好壞，最有效的就是比泵的功率和效率，泵的功率分為3種，這3種包括有效功率，軸功率，原動(dòng)機(jī)功率。由泵流出的液體所獲得能量，叫做有效功率。一般大功率的泵都是由一臺(tái)電機(jī)和一個(gè)泵頭組成，電機(jī)通過軸帶動(dòng)泵，軸上的功率就是軸功率，電動(dòng)機(jī)的功率就是原動(dòng)機(jī)功率。一般要配置較大的泵，事先留出余量。效率是指有效功率與原動(dòng)機(jī)效率的比值。4、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速就是指泵里邊的軸的每分鐘轉(zhuǎn)的圈數(shù)，它用符號(hào)n表達(dá)，它的單位為r／min[8]。5、泵的并、串運(yùn)行特點(diǎn)：只有當(dāng)水泵的揚(yáng)程都相同的時(shí)候，泵才能并聯(lián)，泵的并聯(lián)的好處是能夠增加液體的流量，能節(jié)約不少時(shí)間。只有當(dāng)泵的流量差不多的時(shí)候，泵才能串聯(lián)，泵的串聯(lián)的好處是能提高泵的總揚(yáng)程，揚(yáng)程大，流出的液體能量高，噴的距離遠(yuǎn)。3.3.2水泵的分類隨著中國(guó)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在的水泵的樣也越來越多，還有不少泵是專門針對(duì)某些特殊用途的專用水泵。例如現(xiàn)在有、離心泵、水輪泵、真空泵、往復(fù)泵、羅茨泵、計(jì)量泵、等等。這些泵的名稱叫法沒有具體的歸類，但是大致可分為兩類，分為葉片式和容積式[9]。還有不少的是按照用途分的，例如消防泵、醫(yī)用泵?，F(xiàn)在只要你能設(shè)計(jì)出來，通過了國(guó)家的審批，就能產(chǎn)出一種新式的泵。就泵來說，國(guó)內(nèi)的泵的種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于外國(guó)的泵，但是國(guó)外的泵的質(zhì)量比我們國(guó)內(nèi)的泵的質(zhì)量稍微好一些,也更精密一些。把泵按結(jié)構(gòu)分：1、容積式容積式的水泵是利用帶活塞的缸，通過來回推動(dòng)活塞，使缸內(nèi)的的容積交叉變化，來把液體帶進(jìn)來，帶出去。識(shí)別這樣的泵的方法很簡(jiǎn)單，這樣的泵一般都有缸體。如往復(fù)泵。2、葉片式葉片式的泵是利用葉片，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，改變氣壓，或者帶動(dòng)液體轉(zhuǎn)的到能量。這種泵的應(yīng)用比較多，大到工業(yè)用的水泵，小到農(nóng)村家水泵，都是看得見這樣的葉片式泵。葉片式的泵還可以細(xì)分為很多種，離心式、軸流式、混流式等等。一般帶有葉片的泵都是葉片泵。如潛水泵。3.3.3水泵的工作原理一、離心式泵的工作原理離心式的泵是通過葉片飛速的旋轉(zhuǎn)，葉片被裝在一個(gè)螺旋狀的半封閉的空間里，隨著葉片的旋轉(zhuǎn)，空間里的空氣別變得稀薄，這樣液體就會(huì)被抽送上來，葉輪轉(zhuǎn)的越快，液體流出的越快。二、軸流式泵與工作原理軸流室內(nèi)泵的工作原理是利用，葉片在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一個(gè)像前的推力，就像船的螺旋槳一樣。葉片的飛速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生推進(jìn)力，讓流體有了動(dòng)能和壓能。這種軸流式式的泵適用于大型的循環(huán)水泵。三、往復(fù)泵的工作原理往復(fù)泵的工作原理有點(diǎn)像小汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)，它一般都會(huì)有一個(gè)缸，有一個(gè)連動(dòng)桿，它帶動(dòng)桿在缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這樣的一進(jìn)一出，就帶動(dòng)液體流出了。這是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的泵，所以在我們平時(shí)的使用中較少。四、環(huán)式真空泵的工作原理環(huán)式真空泵在使用之前必須得灌滿水，它在設(shè)計(jì)時(shí)候，故意把葉片在泵殼內(nèi)裝偏，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片也會(huì)產(chǎn)生離心的效果，水打在了泵殼內(nèi)壁，慢慢會(huì)形成一個(gè)水環(huán)，這個(gè)水環(huán)會(huì)與葉輪相切。這個(gè)泵利用泵殼與葉輪不同心，致使泵殼內(nèi)會(huì)慢慢分成兩部分，一部分為一半為水，一半為真空，水被排至外邊?？諝獾哪遣糠謺?huì)繼續(xù)壓制其余的水進(jìn)入泵內(nèi)。五、羅茨真空泵工作原理羅茨三兄弟發(fā)明了羅茨真空泵，它還利用了這個(gè)泵的原理發(fā)明了一種鼓風(fēng)機(jī)，非常的有名，羅茨發(fā)明的這種真空泵，泵內(nèi)有一個(gè)封閉的空間，有一對(duì)葉型轉(zhuǎn)子，當(dāng)這對(duì)葉型轉(zhuǎn)子同方向時(shí)會(huì)把液體帶進(jìn)泵內(nèi)，當(dāng)這對(duì)轉(zhuǎn)子方向相反時(shí)會(huì)把液體排除泵，羅茨泵的工作原理想法比較超前，設(shè)計(jì)獨(dú)特。有很多優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)情況下，羅茨泵的優(yōu)點(diǎn)有一下幾點(diǎn)：1、羅茨泵不像離心泵那樣，得把液體攪起來，羅茨泵的葉片直接轉(zhuǎn)就能立即把液體噴射出來；2、對(duì)被抽送的液體沒有特殊的要求，應(yīng)用廣泛；3、羅茨泵的轉(zhuǎn)子是待在所抽的液體中所以不必潤(rùn)滑；4、羅茨泵采用對(duì)稱形狀的葉片，所以驅(qū)動(dòng)功率小，振動(dòng)小，機(jī)械摩擦損失小，噪聲就?。?、羅茨泵獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不用排氣閥，節(jié)約成，本運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用低；因?yàn)榱_茨泵有這么多的優(yōu)點(diǎn)，所以羅茨泵在各行各業(yè)，像冶金業(yè)、石油化工業(yè)、電子工業(yè)都用到了羅茨泵。六、噴射泵工作原理噴射泵屬于流體動(dòng)力泵，平時(shí)很少見，它一般借助另一種物體，它通常用來抽吸易燃易爆的流體，噴射泵一般由噴嘴、正空室、擴(kuò)大管構(gòu)成，噴射泵工作時(shí)，液體會(huì)從噴射泵告訴噴出，從而在真空室形成抵押環(huán)境，這樣使液體又被吸進(jìn)真空室。它一般分為水蒸氣噴射泵和空氣噴射泵，水蒸氣的噴射泵消耗的是水蒸氣的能量，空氣噴射泵利用的氣體，大部分情況下要有空氣壓縮機(jī)。3.3.4噴泉專用泵一、噴泉專用泵的工作原理噴泉專用泵是專門為噴泉設(shè)計(jì)的一款水泵，噴泉專用泵在開泵在之前，一般會(huì)要求泵內(nèi)和抽水管充滿水，因?yàn)閲娙话銜?huì)安在水池或者胡泊里。這個(gè)比較好實(shí)現(xiàn)，充滿液體后，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪以非常快的速度旋轉(zhuǎn)，泵內(nèi)的液體被打在泵壁上，慢慢就會(huì)形成一個(gè)真空區(qū)，在這個(gè)真空區(qū)氣壓很低，外面的水池壓力又很大，這樣水就會(huì)被壓進(jìn)來，如果水泵放置的越深，壓力越大，噴施的高度越高[10]。二、噴泉專用泵的特點(diǎn)1、這種噴泉泵是放在水中的，所以放腐蝕性能非常高。噴泉專用泵的外殼一般都是用不銹鋼制成，外邊還刷了絕緣漆。2、這種水泵是利用水面的大氣壓往里灌水的，具有自動(dòng)進(jìn)水功能。3、這種噴泉專用泵利用定電位接地的方法來防止漏電。4、這種噴泉專用泵，因?yàn)槭窃谒路胖?，密封性要求高?、這種噴泉水泵冷卻方法利用循環(huán)充水來解決。三、噴泉專用泵的使用條件1、噴泉專用泵全身都是在水中運(yùn)行的，但是下潛的高度與泵身的材料有關(guān)，一般在0.5米和5米之間。具體情況具體分析。2、噴泉專用泵抽送的水的水溫不能太高，最高耐溫40度。3、噴泉專用泵在水下工作，密封性要求高，泵外還涂有專用漆，所以要求液體PH值為6.5~8.5。水體含沙量低。4、噴泉專用泵對(duì)電源也有要求，要求三相電源50HZ。并且要配有相應(yīng)的啟動(dòng)保護(hù)裝置。3.4變頻器的應(yīng)用3.4.1變頻器的工作原理變頻器就是把我們平時(shí)用的50HZ的交流電變換成別的頻率的電，因?yàn)槟壳半妱?dòng)機(jī)用變頻方式調(diào)速的方法用的最多，所以變頻器得到了很大的發(fā)展。變頻器現(xiàn)在流行的變頻方式是交-直-交方式，這里邊的直流電是通過整流的方法得到的。大部分的變頻器由4部分構(gòu)成，這4部分分別是整流模塊、直流模塊、逆變模塊還有控制模塊組成。三相交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：n=60f(1?s)/p（1）在這個(gè)式中：n表示的是三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速；f表示的是三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率；s表示的是三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率；由公式1可以看出，要想改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，有兩種方法，改變電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，或者改變頻率，磁極對(duì)數(shù)對(duì)于造好的電動(dòng)機(jī)來說，很難改變，可以說磁極對(duì)數(shù)是天生的，所以我們只能從頻率上下手，所以只能用調(diào)節(jié)頻率的方法，變頻器是調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)頻率最不可缺少的一部分。下面簡(jiǎn)單的描述一下變頻器的工作方式，第一步先把50HZ的交流電利用整流橋這樣的元件變?yōu)橹绷麟姡诶萌珮蚰孀冸娐忿D(zhuǎn)換為交流電。變頻器是用可控硅做成的可調(diào)裝置，這種變頻器包括由4大電路組成，這4種電路是，整流電路、平波電路、控制電路和逆變電路。它的基本結(jié)構(gòu)示意圖如下圖8。交流電交流電整流電路直流中間電路逆變電路頻率電壓可調(diào)交流電控制電路圖8變頻器結(jié)構(gòu)框圖3.4.2變頻器的分類一、按整流出的直流性質(zhì)分類用電容類型的電子元件進(jìn)行能量的存儲(chǔ)，電容一般都被當(dāng)做電壓源，用電壓源的話，如果需要回饋能量的話，還需要其他的一個(gè)裝置，需要并聯(lián)一個(gè)逆變器，但是這種方法動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，但是能夠被大多數(shù)的電動(dòng)機(jī)所接受。它逆變后的交流電壓為階梯波而電流為正弦波，所以諧波分量大。但是又因?yàn)樗喈?dāng)于電壓源為電機(jī)供電，好處在于不用考慮換流和負(fù)載的功率因數(shù)。但是也有缺點(diǎn)，要是這么運(yùn)行的話，容易出現(xiàn)短路。必須加保護(hù)裝置。電抗器作為電流型的儲(chǔ)能元件，它就相當(dāng)于一個(gè)大的電流源，最為電流源最大的好處是相應(yīng)迅速，不需要任何裝置就能夠?qū)崿F(xiàn)回饋制動(dòng)。用電流源供電可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正向電動(dòng)、反向電動(dòng)、正向制動(dòng)、反向制動(dòng)。但是這種方法的缺點(diǎn)是要求換流，這樣就需要裝一個(gè)逆變橋，逆變橋結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，容易產(chǎn)生諧波干擾。二、按開關(guān)控制方式分類利用PAM控制開關(guān)，PAM控制開關(guān)又叫做脈沖幅度調(diào)制，它是用來改變輸出值和波形的的大小幅度，通過按照一定規(guī)律法則來改變的設(shè)備。利用PWM控制開關(guān)，PWM控制開關(guān)又叫做脈沖寬度調(diào)制，它是用來改變輸出值和波形的的大小周期，通過按照一定規(guī)律法則來改變的設(shè)備。利用SPWM控制開關(guān)，它是在PWM控制開關(guān)的升級(jí)版，這種方法利用了占空比，占空比的意思是有效脈沖占總周期的比值，其實(shí)脈沖寬度和占空比一樣都是存在著一種正弦的方式。它最大的用處在我們平常生活中的是交流逆變器利用SVPWM控制開關(guān)，它又叫做空間矢量脈寬調(diào)制方式，它也是PWM控制開關(guān)的升級(jí)版，它是利用定子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磁場(chǎng)。利用這個(gè)磁場(chǎng)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。這里邊的空間矢量是指利用平行四邊形法則矢量合成后的三相定子電壓。三、按交換的方式分類通過交流變直流再直流變交流的變頻器是目前應(yīng)用最廣泛的變頻器，它一共由3大部分組成，這3部分分別是整流器、濾波系統(tǒng)和逆變器，其中的整流器一般用兩種方法，其中用的較多的是用二極管構(gòu)成的一個(gè)三相橋整流，但是這種方式不能全控。還有的是用晶體管組成的整流器，這種方法能全控。逆變的作用和整流器是相對(duì)的。這種變頻器別名間接變頻器。這種變頻器的應(yīng)用很廣，幾乎到處可見。通過交流變交流的變頻器，現(xiàn)在也很普遍，它利用半控型器件的晶閘管組成的換流裝置，直接把工頻交流裝換為可變頻率的交流。這種變頻器的優(yōu)點(diǎn)是工作方式迅速可靠，這種變頻器又叫做直接式變頻器。這種變頻器主回路電路簡(jiǎn)單。這種變頻器大多數(shù)用在大功率的調(diào)速系統(tǒng)。3.4.3變頻器的控制方式變頻器有兩種控制方式，這兩種控制方式分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制，其中的閉環(huán)控制分為兩種，他們分別是轉(zhuǎn)差率控制和矢量控制的方法[11]。開環(huán)控制的方式有電壓頻率控制?？刂妻D(zhuǎn)差頻率方式：利用控制轉(zhuǎn)差頻率的方法控制變頻器。要求在控制系統(tǒng)中能改變速度的裝置，它的最主要的特點(diǎn)就是用速度反饋給變頻器。例如單機(jī)運(yùn)作就是用控制轉(zhuǎn)差頻率方式的方法，這種方法的好處在于響應(yīng)速度非?？?，而且穩(wěn)定性十分的良好能夠進(jìn)行快速的加減速。控制矢量方式：通過控制矢量的方法來控制變頻器。要明白電動(dòng)機(jī)的的定子、轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)關(guān)系，無論是是同步電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)，他們都可以控制轉(zhuǎn)矩矢量，轉(zhuǎn)矩的意思就是磁場(chǎng)乘以與磁場(chǎng)方向正交的電流[12]?？刂齐妷侯l率通過控制電壓和頻率的方法來控制變頻器。就是要一邊獲得轉(zhuǎn)矩特性，一邊進(jìn)行調(diào)速電源的頻率。用這樣的方法使磁通高效。這樣的變頻器不叫簡(jiǎn)單，所以在穩(wěn)定性和精度上有所欠缺。只有在不要求精度的場(chǎng)合才用該方法。第四章PLC程序設(shè)計(jì)方法4.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的部分就是它的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這也是一個(gè)系統(tǒng)的核心，PLC做為控制的核心，它的好壞將決定于整個(gè)系統(tǒng)[13]。所以在用PLC設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)要根據(jù)系統(tǒng)本身的特點(diǎn)和要求。而且要盡可能全面的考慮各方面的因素。提前設(shè)計(jì)好步驟，然后嚴(yán)格的按計(jì)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)。它一般遵循的原則如下：1、能夠盡量地滿足被控對(duì)象的要求。在設(shè)計(jì)前段時(shí)間，要深入調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)并且進(jìn)行研究，盡可能多的收集資料，遇到問題要多多與人溝通交流，與相關(guān)的工作人員密切配合。遇到難題共同探討、共同解決。2、在完成大部分的設(shè)計(jì)后，盡量使控制系統(tǒng)方便、省錢、好用。3、一定要確保PLC控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可靠性。否則損壞器件，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。4、要為以后系統(tǒng)的升級(jí)考慮周全，在選擇PLC大小時(shí)，應(yīng)提前做好有余份?？刂葡到y(tǒng)盡量方便操作、省錢、好用、安全。4.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟PLC系統(tǒng)控制一般設(shè)計(jì)步驟如下：1、仔細(xì)的調(diào)查和研究控制對(duì)象的所擁有的特點(diǎn)和控制要求。例如像被控制對(duì)象的基本方法、要做成的動(dòng)作、執(zhí)行的順序，還有它的連鎖方式。2、缺點(diǎn)用戶的輸入輸出的接口設(shè)備，用它來確定PLC的輸入輸出的點(diǎn)數(shù)，給輸入輸出的端子畫個(gè)接線草圖。3、確定被控制所需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，挑選恰當(dāng)?shù)腜LC類型。4、當(dāng)遇到非常復(fù)雜的控制系統(tǒng)，首先需要畫出工作流程圖，這樣就能以清楚的知道執(zhí)行的順序和控制要求。這樣就不會(huì)出錯(cuò)，不會(huì)迷茫自己改做什么。5、依照工作流程圖設(shè)計(jì)相應(yīng)的程序，也就是普通人設(shè)計(jì)的梯形圖。這是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中相對(duì)來說比較難的步驟，但也是很關(guān)鍵的，如果程序?qū)懖缓?，那么在使用的過程中也會(huì)經(jīng)常的出麻煩。如果寫錯(cuò)了為自己也找麻煩，盡量慢慢寫。確保每一步的邏輯性。6、用專門的PLC編程軟件，把設(shè)計(jì)好的程序放到存儲(chǔ)器中，利用計(jì)算機(jī)對(duì)所設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行修改調(diào)試。7、等到這些工作完成以后，把設(shè)備帶去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試。直到滿意為止。8、編寫技術(shù)說明書。4.3PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法在PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì)PLC的程序的有很多種方法，大約有5種，他們分別是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、邏輯流程圖設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法、時(shí)序圖設(shè)計(jì)法、根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)梯形圖[3]。他們其中的前三種方法經(jīng)常用。1、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法就是根據(jù)你以前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，或者以前設(shè)計(jì)的題目修改過來。這種設(shè)計(jì)方法多余初學(xué)者來說是不好用的，除非是那種大神級(jí)別的人物，對(duì)與我們大部分的普通人來說，還是要腳踏實(shí)地的設(shè)計(jì)自己的程序，為自己的以后積累經(jīng)驗(yàn)[14]。2、順序控制設(shè)計(jì)法[15]順序控制設(shè)計(jì)方法，第一步要弄明白整個(gè)工藝的流程，仔細(xì)的了解每部的運(yùn)行順序。第二部根據(jù)執(zhí)行的順序，畫出順序功能圖，畫圖的時(shí)候一定要確保每部都有規(guī)律的運(yùn)行，不能少一部分，或者多一部分，慢慢來。畫出圖后，再根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)出自己的梯形圖。步驟特別多的控制，用順序控制設(shè)計(jì)方法特別劃算。因?yàn)檫@種方法特別的有規(guī)律性。3、邏輯流程圖設(shè)計(jì)法[16]邏輯流程圖設(shè)計(jì)方法第一步要畫出邏輯框圖，這個(gè)框圖要有系統(tǒng)的執(zhí)行過程，還要反映出輸入接口與輸出接口的聯(lián)系。用這種方法的好處是，對(duì)整個(gè)流程有一個(gè)系統(tǒng)的了解，一旦某單元出現(xiàn)了問題，縷縷邏輯框圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的問題。畫好邏輯框圖后再根據(jù)它畫出梯形圖程序。第五章噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1變頻器的選用變頻器在本次設(shè)計(jì)中是非常重要器件，它的任務(wù)通過改變頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以此方法來改變噴泉的高度。在這回設(shè)計(jì)的音樂噴泉控制系統(tǒng)中。需要變頻器用來接收經(jīng)PLC處理后的音樂大小控制信號(hào)，用變頻器輸出頻率大小不同的交流電，來達(dá)到噴泉專用水泵的噴水狀態(tài)不斷變化的設(shè)計(jì)目的，最終實(shí)現(xiàn)噴泉噴水與音樂達(dá)到統(tǒng)一結(jié)合的目的。根據(jù)廣場(chǎng)的音樂控制水柱的高度，使水柱與音樂同步，利用噴泉專用水泵控制水柱。基于噴泉控制系統(tǒng)十分的復(fù)雜，所以選用西門子MM430變頻器來控制噴泉專用泵的轉(zhuǎn)速。MM430變頻器，可以用來控制噴泉專用泵的轉(zhuǎn)速，非常適用于驅(qū)動(dòng)變頻裝置。并且MM430變頻器具備可控的工廠設(shè)置參數(shù)，為以后的升級(jí)改造工作，留有余地[17]。5.2PLC的選用根據(jù)對(duì)音樂噴泉仔細(xì)的研究，通過對(duì)控制系統(tǒng)的組成、工作過程的分析，還有I/O點(diǎn)的估算得到，音樂噴泉系統(tǒng)中一共續(xù)要模擬量輸入點(diǎn)1點(diǎn)，需要輸入擴(kuò)展模塊1個(gè)，模擬量輸出點(diǎn)4點(diǎn)，需要輸出擴(kuò)展模塊1個(gè)。點(diǎn)數(shù)不是很多，所以選擇了西門子公司的S7-200系列的PLC，平時(shí)用的比較多。用起來比較方便。1、西門子S7-200PLC系列的特點(diǎn)有很多，擁有豐富的指令集，可以攜帶多種模塊，而且對(duì)環(huán)境的要求也不高。它是西門子系列單片機(jī)的基礎(chǔ)版，好多的PLC都是PLC的升級(jí)版。2、S7-200PLC的硬件系統(tǒng)[16]S7-200系列的PLC由三大部分組成，他們分別是主CPU模塊、擴(kuò)展模塊和總線連接模塊。下面是他們的具體介紹：（1）CPU模塊該模塊由3部分組成，他們分別是中央處理器、供電電源、輸入輸出點(diǎn)。中央處理器主要負(fù)責(zé)運(yùn)算，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。電源只負(fù)責(zé)為PLC供電，如果有模塊加進(jìn)來，請(qǐng)自帶電源。剩余的部分輸入輸出點(diǎn)部分。（2）擴(kuò)展模塊當(dāng)有大型的系統(tǒng)需要控制時(shí)，PLC自帶的輸入輸出點(diǎn)數(shù)是不夠的，所以需要外加一些模塊，有時(shí)候還要加一些PLC沒有的模塊。（3）總線連接模塊總線連接模塊負(fù)責(zé)把PLC的每部分連接起來。3、S7-200系列的PLC放置方法S7-200系列PLC有兩種系統(tǒng)放置方式：他們分別按面板和導(dǎo)軌上放置[18]。5.3MM430變頻器外部電路的設(shè)計(jì)1、控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的這個(gè)系統(tǒng)為了產(chǎn)生較小的電流，系統(tǒng)采用三相交流電，50HZ的頻率。把電源接頭與變頻器的電源端子相連。主電路連接見圖9所示。2、變頻器控制電路的連接，MM430變頻器利用外部端子來控制，通過控制PLC的輸出來控制變頻器，讓變頻器正轉(zhuǎn)也就是輸出正向頻率，控制音樂噴泉泵正轉(zhuǎn)。MM430變頻器的輸出頻率的控制，利用S7-200PLC把數(shù)字信號(hào)給模擬量輸出模塊，再通過模擬量輸出模塊，來控制變頻器的輸出頻率。MM430變頻器的控制電路連接見圖9所示。圖9變頻器外電路5.4PLC外部電路的設(shè)計(jì)音樂噴泉的設(shè)計(jì)核心用S7-200PLC控制，它在整個(gè)音樂噴泉控制系統(tǒng)中起重要作用。用S7-200PLC控制的作用主要有以下幾個(gè)方面。S7-200PLC控制外部電路的接線框圖如圖10所示。一、控制音樂的播放二、當(dāng)噴泉不作音樂噴泉時(shí)，控制噴泉作普通噴泉運(yùn)行。三、把采集到的音樂信號(hào)換成數(shù)字量，經(jīng)過運(yùn)算后，由模擬量輸入輸出模塊輸出模擬電壓，改變變頻器的頻率輸出，以便控制水泵的轉(zhuǎn)速。四、控制噴泉燈光的變化。圖10PLC控制外部電路的接線框圖1、S7-200PLC的輸入端IO.0至I0．6這幾個(gè)端口，負(fù)責(zé)音樂噴泉的開始運(yùn)行；固定程序噴泉的開始運(yùn)行；停止運(yùn)行噴泉；對(duì)水泵的保護(hù)。2、S7-200PLC的輸出端Q0．O至Q0．3這幾個(gè)端口控制4臺(tái)變頻器的開始運(yùn)行。分別是QO．0控制第四部分的變頻器；QO．1控制第三部分的變頻器；QO．2控制第二部分的變頻器；QO．3控制第一部分的變頻器。3、S7-200PLC的輸出端Q0．4至QO．7的這幾個(gè)端口，當(dāng)噴泉用固定噴泉模式運(yùn)行時(shí)，立即切斷變頻器的電源，該變成輸出端Q0．4至QO．7控制4臺(tái)水泵。4、S7-200PLC的輸出端Ql．O至Q1．6的這幾個(gè)端口，用來控制燈光的亮滅。他們分別是Q1．0用來控制第四部分的燈光；Q1．1，Q1．2用來負(fù)責(zé)第三部分的燈光；Q1．3，Q1．4負(fù)責(zé)控制第二部分的燈光；Q1．5，Q1．6負(fù)責(zé)控制第一部分的燈光。5、S7-200PLC的輸出端Q2．0至Q2．3的這幾個(gè)端口用來控制4臺(tái)變頻器的正轉(zhuǎn)運(yùn)行。6、額外附加的模塊EM235：它的作用是從音箱里取出的音樂信號(hào)，進(jìn)行采樣、濾干擾、再放大后，輸出到模擬量輸入模塊。使信息輸入到PLC中。7、額外附加的模塊EM222：它的作用是將模擬量輸入模塊采集數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC的計(jì)算處理，去控制MM430變頻器的模擬量輸入端子，從而來改變變頻器的頻率。5.5PLC程序設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)情況先設(shè)計(jì)出程序的流程框圖，從PLC開機(jī)開始，就有一個(gè)選擇性分支，一個(gè)提供兩種了選擇：一個(gè)是噴泉跟隨音樂節(jié)奏運(yùn)行，另一個(gè)是噴泉按事先設(shè)計(jì)好的程序運(yùn)行。其運(yùn)行流程如圖11所示。圖11程序流程框圖控制系統(tǒng)的的輸入輸出接口分配表，如表1。PLC的開機(jī)程序是一個(gè)選擇程序，二者中只能挑選一個(gè)，要么是由音樂控制的噴泉，要么是固定程序運(yùn)行的噴泉。在設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)候，兩者之間一定要互鎖程序[18]。在開在機(jī)程序中，遇到兩種運(yùn)行模式切換的時(shí)候，因?yàn)楣潭ǔ绦虿挥米冾l器，所以程序可以迅速切換；但是固定程序運(yùn)行切換到音樂控制的時(shí)候，因?yàn)橐魳房刂茣r(shí)使用了變頻器裝置，變頻器的停止需要有一段時(shí)間，當(dāng)切換時(shí)需要有延時(shí)，一般取10S左右。停止按鈕一般用常閉觸點(diǎn)，程序中與停止按鈕連接的輸入繼電器一般用常開觸點(diǎn)，這樣做的好處是確保當(dāng)停止按鈕斷線、掉線時(shí)，程序立即停止。開機(jī)程序的梯形圖程序如圖12所示。音樂噴泉程序是控制系統(tǒng)的重要部分，而且相對(duì)復(fù)雜。程序中需要啟動(dòng)變頻器、啟動(dòng)燈光，要實(shí)時(shí)采集音頻信號(hào)的變化，以此改變變頻器的輸出頻率。1、第一步啟動(dòng)變頻器。啟動(dòng)變頻器也有三個(gè)步驟：送電給變頻器，啟動(dòng)變頻器使他正轉(zhuǎn)運(yùn)行，保護(hù)電機(jī)防止過載，當(dāng)噴泉不作音樂噴泉運(yùn)行時(shí)，變頻器斷開。變頻器需要有個(gè)預(yù)熱的時(shí)間，此時(shí)不能立刻使變頻器正轉(zhuǎn)運(yùn)行，延時(shí)30S后，再啟動(dòng)變頻器正轉(zhuǎn)，4臺(tái)變頻器同時(shí)啟動(dòng)。梯形圖程序如圖13所示。圖12開機(jī)程序梯形圖圖13啟動(dòng)變頻器程序梯形圖2、噴泉水柱控制程序?？刂茋娙乃脝?dòng)后，主水柱、副水柱里圈水柱、外圈水柱要先按事前設(shè)定好的順序啟動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行后的各水柱的運(yùn)行變化再根據(jù)音樂的節(jié)奏強(qiáng)弱進(jìn)行高低變化。噴泉水柱的運(yùn)行變化，按圖14的流程圖運(yùn)行。圖14各水柱運(yùn)行變化流程圖3、啟動(dòng)燈光程序是第二步，噴泉的燈光在噴射的過程中變化，一般提前設(shè)定好的燈光程序，一旦變頻器得電，輸出正向頻率，啟動(dòng)水泵，主程序馬上調(diào)用燈光子程序，使燈光變化，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試，使燈光的變化與水柱變化相協(xié)調(diào)，這也是門技術(shù)活，需要專業(yè)的人士，燈光運(yùn)行調(diào)用的子程序梯形圖如圖15所示，燈光運(yùn)行程序梯形圖如圖16所示。4、音頻信號(hào)采集程序第三步，音樂信號(hào)是模擬量，該信號(hào)采集時(shí)要用中斷程序執(zhí)行，隔lOOms中斷一次，時(shí)刻采集音頻信號(hào)，采集到的信號(hào)經(jīng)過PLC程序運(yùn)算后，再傳給所有的變頻器的模擬量輸入端的，用這種方法改變這樣變頻器的輸出頻率，使得音頻信號(hào)的強(qiáng)弱改變，從而改變噴泉的高低。音頻信號(hào)的采集的程序梯形圖和音頻信號(hào)采集的中斷子程序梯形圖見附錄所示。5、固定運(yùn)行程序是另外加的，主要用PLC的另外的程序控制。不需要變頻器，不需要音頻信號(hào)的采集，只管輸出控制水泵的信號(hào)就可以。就是讓水泵按輸出繼電器QO．4至Q0.7。噴泉固定運(yùn)行程序梯形圖見附錄所示。子程序SBR_0振蕩1s的程序網(wǎng)絡(luò)1SM0.0T50T49INTOFPT100MSINTOFPT100MS100網(wǎng)絡(luò)2T49T50INTOFPT100MSINTOFPT100MS100圖15光運(yùn)行調(diào)用的子程序梯形圖網(wǎng)絡(luò)14調(diào)用子程序SBR_0T38T44SBR_0EN調(diào)子程序SBR_0EN網(wǎng)絡(luò)15主水柱燈光的控制T38T49Q0.1主水柱間隔1s亮網(wǎng)絡(luò)16副水柱燈光的控制T39T49Q1.1副水柱間隔1s亮T49Q1.2網(wǎng)絡(luò)17里圈水柱燈光的控制T40T49Q1.3T49Q1.4網(wǎng)絡(luò)18外圈水柱燈光的控制T41T49Q1.5T49Q1.6圖16燈光運(yùn)行程序梯形圖5.6噴泉控制系統(tǒng)總電路設(shè)計(jì)噴泉系統(tǒng)總電路的設(shè)計(jì)：這次系統(tǒng)用的是S7-200系列的PLC,還用到了MM430變頻器裝置，還有模擬量輸入模塊，模擬量輸出模塊。其電路原理圖如圖17所示，下面進(jìn)行具體的分析：1、固定程序噴泉部分。當(dāng)噴泉不作為音樂噴泉時(shí)，可按下鈕SB2，啟動(dòng)PLC運(yùn)行固定程序模式，噴泉就會(huì)按照預(yù)定方案運(yùn)行。這時(shí)不用變頻器，變頻器裝置只在由音樂控制的時(shí)候啟動(dòng)。一般情況下水泵的變頻運(yùn)行和固定頻率運(yùn)行要分開，若不這樣將給變頻器反送電，損壞了變頻器。所以在控制水泵變頻運(yùn)行時(shí)候的接觸器KMl至KM4和控制水泵固定頻率運(yùn)行的接觸器KM5至KM8之間，加了互鎖程序，防止兩個(gè)噴泉模式同時(shí)進(jìn)行。2、音樂控制噴泉的部分。當(dāng)用音樂噴泉控制時(shí)，可按下按鈕SBl，與此同時(shí)PLC的模擬量輸入輸出模塊就會(huì)收集播放音樂的音頻的強(qiáng)度，并通過模塊進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過復(fù)雜的運(yùn)算之后，會(huì)輸出給變頻器的模擬量輸入端，以便來控制變頻器輸出頻率，用這種方法控制水泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)控制噴射的高度。3、控制燈光的部分。說到噴泉控制的燈光，就是提前把程序都設(shè)計(jì)好，設(shè)計(jì)多種花樣，然后，在噴泉噴射的時(shí)候變化。4、保護(hù)電機(jī)防止過載。如果水泵出現(xiàn)了過載，立即停止，防止器件的損壞。RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-EM235ML+M0V0I0DIP開關(guān)接變頻器的輸入端接變頻器的輸入端接音頻信號(hào)EM222接電源EM222圖17總電路原理圖（部分，下頁(yè)有續(xù)圖）接EM235模擬量輸出4LQ2.0Q2.1Q2.2Q2.312.4Q2.54LQ2.0Q2.1Q2.2Q2.312.4Q2.5EM222L+MRSTMM430L1L2L334593459FRKM1KM1M1主水M1柱電機(jī)1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6Q0.73LQ1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7NL1S7-200PLCCPU2261MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.72MI1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7ML+1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6Q0.73LQ1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7NL1S7-200PLCCPU2261MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.72MI1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7ML+接線與主水柱的相似KM17KM16KM10KM15KM14KM13主水柱燈光燈燈燈KM12KM10KM8/KM4KM5KM7/KM3KM6/KM2FR4KM5/KM1FR3FR2KM4/KM5FR1KM3/KM8SB3KM2/KM7SB2KM1/KM5SB1三相電源N第六章結(jié)論與展望這次的音樂噴泉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在各個(gè)方面本文都有提到，因?yàn)槲抑饕?fù)責(zé)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以一些燈光水型的設(shè)計(jì)介紹的很少，希望由更專業(yè)的人士來進(jìn)行設(shè)計(jì)。噴泉的控制系統(tǒng)還是挺復(fù)雜的，涉及到了很多學(xué)校里沒有學(xué)到的東西，例如變頻器，水泵，噴頭等等。在使用PLC時(shí)一定要看是否有損壞的輸入輸出接口，在確定連接的地址是否正確，然后再近些年現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試。在使用變頻器的時(shí)候，一定要先閱讀使用手冊(cè)，不能上來亂按，非常容易造成損壞。本論文的題目屬于設(shè)計(jì)型課題，我綜合自己所掌握的知識(shí)，以PLC為基礎(chǔ)，對(duì)音樂噴泉的基本流程，基本的電氣設(shè)計(jì)，有個(gè)很深一步的研究。在做整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，我先前對(duì)音樂噴泉不是很了解，只是曾經(jīng)看過幾次。自己做完以后，覺得該音樂噴泉設(shè)計(jì)系統(tǒng)還有不足的地方，例如對(duì)音樂的音效、水型的設(shè)計(jì)、燈光的配合等等。其實(shí)要做好一個(gè)好的音樂噴泉設(shè)計(jì)到很多方面的知識(shí)。希望有更多的人來一起研究它，讓它更加的完善。致謝在實(shí)際設(shè)計(jì)和論文撰寫的過程中，我遇到了許多問題，但是都在老師和同學(xué)們的幫助下解決了這些問題。非常的感謝我的指導(dǎo)老師。在撰寫論文和實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，李老師給了我許多指導(dǎo)和幫助，并且李老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也讓我受益匪淺，改變了我以前一些不良的態(tài)度和習(xí)慣。同時(shí)還要謝謝我的同學(xué)，尤其是我的室友，他們?cè)谖易稣麄€(gè)設(shè)計(jì)的過程中給了我許多幫助和鼓勵(lì)，還提出了許多寶貴的意見。最后謝謝論文中所引用文獻(xiàn)的作者們，他們的研究成果給了我許多的指導(dǎo)和啟發(fā)。還要非常感謝實(shí)驗(yàn)室的老師，在實(shí)驗(yàn)的過程中，他們讓我查看了PLC、電機(jī)等設(shè)備，為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]莊順萬音樂噴泉控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所控制理論與控制工程2002,5,01[2]張仕倫計(jì)算機(jī)多媒體音樂噴泉控制系統(tǒng)，中華人民共和國(guó)專利局，公開號(hào)cN1184965A。[3]振國(guó)基于CAN總線的音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).江蘇大學(xué).控制工程.2009,12,21[4]梁廣瑞基于工業(yè)PC的音樂噴泉控制系統(tǒng)的研究控制理論量控制工程.2006,06,10[5]王玉崗基于樂曲節(jié)拍識(shí)別為基礎(chǔ)的智能多媒體音樂噴泉系統(tǒng)的開發(fā)與研制中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所2001，06，01[6]王春潔音樂噴泉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施北京郵電大學(xué)軟件工程2006，10，28[7]李建威《水力機(jī)械測(cè)試技術(shù)》第1版北京機(jī)械工業(yè)出版社1981年[8]陳伯時(shí)《電機(jī)與拖動(dòng)》清華大學(xué)出版社2006，9[9]章國(guó)華、蘇東《典型生產(chǎn)線原理、安裝與調(diào)試》北京理工大學(xué)出版社2009,04[10]童克波音樂噴泉電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施天津大學(xué)電氣工程2011，11,23[11]計(jì)時(shí)鳴《機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)》西安電子大學(xué)出版社2009,06[12]陳建明《電氣控制與PLC應(yīng)用》第二版電子工業(yè)出版社2012，12[13]\o"趙江穩(wěn)主編"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，DesignandImplementofa

ProgrammableLogicController

(PLC)forClassicalControlLaboratory.2012,11：156-164[17]SyifaulFuada，

MiftakhulHuda，

RistaAprilowena，AStudybasicprogrammablelogicconterller(plc)foreffectiveleaning.2011,06:89-95[18]OmurAydogmus,MuhammedF.Talu,Avision-basedmeasurementinstallationfor

programmablelogiccontrollers.2009,06:1098-1104附錄音樂信號(hào)的采集的程序梯形圖音樂信號(hào)采集的中斷子程序梯形圖音樂噴泉的程序梯形圖固定噴泉的程序梯形圖基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)HYPERLINK