基于plc的音樂噴泉系統設計學士學位論文-免費閱讀

　　

【正文】 她淵博的知識 、開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪 。這樣就要對系統信號處理過程有一北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統 軟件設計 33 定的了解，做到軟件與硬件良好結合，才能是音樂噴泉系統良好的工作。由于 PLC 不僅可代替繼電器系統，使硬件軟化，提高系統工作的可靠性以及系統的靈活性，它還具有運算、計數、調節、通信、聯網等功能，可以說它是控制裝置 的一個飛躍。音樂噴泉燈光和噴水效果圖如圖 62 所示 圖 62 音樂噴泉燈光和噴水效果圖 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統 軟件設計 32 結 論 此次設計題目是基于 PLC 的音樂噴泉控制系統，我主要負責軟件部分 ，包括PLC 控制程序的編寫和變頻器的參數設置。改變后還可改為 RUN模式。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統 軟件設計 30 第 6 章 系統調試 PLC 的調試 S200 機有 STOP、 RUN 及 TEMP3 種模式。兩組彩燈與音樂節奏的強度有關，通過— 的讀入數值控制彩燈的高低 變換，達到與音樂協同。 DIN3 DIN2 DIN1 OFF 不激活 不激活 不激活 P1001 FF1 不激活 不激活 激活 P1002 FF2 不激活 激活 不激活 P1003 FF3 不激活 激活 激活 P1004 FF4 激活 不激活 不激活 P1005 FF5 激活 不激 活 激活 P1006 FF6 激活 激活 不激活 P1007 FF7 激活 激活 激活 表 45 數字輸入與對應頻率 （ 10） P1002—— P1007 參數設置參考 P1001 參數 設置規則。為了使用固定頻率功能，需要用 P1000 選擇固定頻率的操作方式，在“直接選擇”的操作方式（ P0701 P0703= 15）下，還需要一個 ON 命令才能使變頻器投入運行。 可能的設定值 同 參數P0701 設置說明。 本系統中設置 P0701 為“ 17”即 固定頻率設定值（二進制編碼的十進制數（ BCD 碼）選擇 + ON 命令） 。 2 擴展級：允許擴展訪問參數的范圍，例如變頻器的 I/O 功能。數字信號經光電隔離輸入 CPU，處理后通過逆變器實現對電機的控制。按照表 42 和 表 43 中說明的類似方法，可以用 BOP 修改任何一個參數。 變頻器運行過程中，在顯示任何一個參數時按下此鍵并保持不動 2 秒鐘，將顯示以下參數值（在變頻器運行中，從任何一個參數開始）： 1. 直流回路電壓（用 d 表示 – 單位： V） 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統 軟件設計 18 功能 2. 輸出電流（ A） 3. 輸出頻率（ Hz） 4. 輸出電壓（用 o 表示 – 單位： V）。此功能總是“使能”的。 MM420變頻器操作面板 利用 BOP 可以更改 MM 420 變頻器的各個設置參數。 PLC 輸入 /輸出點分配 根據系統控制要求， 使用 PLC 的數字量輸入模塊接收來自音樂信號處理模塊轉換的 8 路開關量信號，經 PLC 內部 CPU 處理，通過輸出模塊控制彩燈和變頻器，實現對變頻器的數字控制。 MICROMASTER420 具有缺省的工廠設置參數，它是 數量眾多的簡單的電動機控制系統供電的理想變頻驅動裝置。本設計采用兩組單相潛水泵，外兩圈噴頭由一個 12W 的潛水泵提供壓力，主噴頭由一個 55W 的潛水泵提供水壓。 數字輸入端 7 為用戶提供了 3 個完全可編程的數字輸入端，數字信號經光電隔離輸入 CPU，對電動機進行控制。 [11] MM420變頻器的電路結構 MM420 變頻器電路圖如圖 22 所示，包括主電路 和控制電路兩部分，主電路完成電能轉換（整流和逆變），控制電路處理信息的收集、變換和傳輸。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 可供用戶選用。轉差頻率控制方式通常用于單機運轉。在勵磁不足的情況下電動機將難以給出足夠的轉矩，而在勵磁過強時電動機又將出現磁飽和，造成電動機功率因數和效率的下降。 一般功率較大的變頻器用可控硅 ， 并設一個可調頻率的裝置 ， 使頻率在一定范圍內可調 .用來控制電機的轉數 。 （ 5） 按用途分類： ① 通用變頻器； ② 高性能專用變頻器； ③ 高頻變頻器；④ 小型變頻器。變頻器是運動控制系統中的功率變換器，當今的運動控制系統是綜合了多種學科的高新技術領域，是自動化技術的“前沿”，總的發展趨勢是：驅動的交流化，功率交換的高頻化，控制技術的數字化、智能化和網絡化。 PLC 的工作過程就是這 樣周而復始的順序掃描過程，簡稱為掃描工作方式，這種周期性的順序掃描是 PLC 特有的一種工作方式。 PLC 的程序是電器控制線路的軟件實現，程序的執行過程相當于電氣控制的邏輯運算過程。 3. PLC 的應用 由于 PLC 自身的特點和優勢，在工業控制中得到了廣泛應用。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業控制系統連成一個整體，易于擴展其功能的原則設計”。 音樂噴泉的核心控制是由可編程控制器實現的，可編程控制器是整個系統的“大腦”，由程序實現用音樂頻率轉換的開關量去控制噴泉水柱和彩燈閃爍的變化。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 利用小型 PLC 結合變頻器的音樂噴泉控制系統，可以實現噴泉彩燈、水泵的多點控制，簡單的接線和編程即可完成水形燈光完美的伴隨音樂節奏和情 感，適合追求時尚的家居生活和娛樂場所等場合。 the third part introduces the overall control system。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本文主要分為六個 部分，第一部分 對 PLC 的原理 進行了簡單介紹 ；第二部分 主要介紹 變頻器原理； 第三部分對控制系統進行了總體介紹；第四部分主要介紹了設計變頻器的參數設計，包括系統 參數設置方法 、參數設置以及參數設計說明；第五部分主要介紹了控制 系統控制流程以及控制核心PLC 的編程； 最后介紹了 系統調試的相關情況 。 目前音樂噴泉最常采用的控制方式為實時控制，即 對音樂的主要音素進行全員實時跟蹤采集、分解處理并轉換成模擬量或數字量訊號，用以控制水泵的運行組合和轉速變化，或用以控制液壓伺服閥或電動調節閥的運行組合和開啟度，同時相應控制燈光的組合變化。 PLC 是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統的繼電器 —— 接觸器控制技術、計算機技術和通信技術融為一體，專門為工業控制而設計，特別是目前在現場總線和工業控制網絡方面的發展為自動化領域開辟了嶄新的空間。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低 。 現在廣泛應用在機電控制、電氣控制、數據采集、網絡通信運輸等多個領域。其特點主要表現在以下幾個方面。但是，在時間上， PLC 執行的任務是按串行方式進行的，其具體的運行方式與繼電器 接觸器控制系統及計算機控制系統都有著一定的差異與不同。 PLC 的用戶程序由 若干條指令組成，依次存放在程序存儲器中。變頻技術是集自動控制、微電子、電力電子、通信等技術于一體的高科技技術。 （ 2） 按輸出電壓調節方式分類： ① PAM 方式； ② PWM 方式； ③ 高載波變頻率的 PWM 方式。 由上式可知，異步電動機的轉速 n 與頻率 f 成正比，只要改變頻率 f 即可改變電動機的轉速，當頻率 f 在 0～ 50 Hz 的范圍內變化時，電動機轉速調節范圍非常寬。 (1) fU/ 控制 對于異步電動機，只要改變其供電電源的頻率，即可以改變電動機的轉速，達到進行調速運轉的目的。 ⑵ 轉差頻率控制： 轉差頻率控制需要檢出電動機的轉速，構 成速度閉環，速度調節器的輸出為轉差頻率，然后以電動機轉速與轉差頻率之和作 為變頻器的給定輸出頻率。 ⑶ 矢量控制： 矢量控制的基本思想是認為異步電動機和直流電動機具有相同的轉矩產生機理，即電動機的轉矩為磁場和與其相垂直的電流的積，而異步電動機的定子電流則可以分為產生磁場的電流分量（磁場電流）和產生轉矩的電流分量（轉矩電流）。 MICROMASTER420 具有缺省的工廠設置參數，它是 數量眾多的簡單的電動機控制系統供電的理想變頻驅動裝置。 端子 2 是為用戶提供的 10V 直流電源。同時通過 PLC 控制彩燈，實現彩燈組與音樂節奏的同步變換。其中 PLC 及變頻控制電路為設計重點。 S7200 PLC 有 5 種 CPU 模塊。 S 7 2 0 0P L CC P U 2 2 6D C / D C / D CI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 11 MQ 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 6Q 0 . 7M1 L +2 L +2 MQ 1 . 5Q 1 . 2Q 1 . 1Q 1 . 0K 1K 2開關量信號停 止啟 動K M 1K M 21 水 泵 啟 停 控 制 繼 電 器2 水 泵 啟 停 控 制 繼 電 器1 彩 燈 亮 滅 控 制2 彩 燈 亮 滅 控 制變 頻 器 速 度 1變 頻 器 速 度 2變 頻 器 運 行 A I N +變 頻 器 速 度 3變 頻 器 A I N 圖 34 PLC 控制端子連接圖 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統 軟件設計 17 第 4 章 變頻器 控制參數 設計 根據播放的音樂來控 制水柱，達到 水柱 與音樂同步的效果，而水柱是由水泵來控制的， 水泵是由異步電動機組成的， 異步電動機的轉速如果通入工頻電源，轉速是不變化的，變頻器是專門針對電機調速的裝置。為了使此鍵的操作有效，應設定 P0700 = 1。釋放此鍵時，變頻器停車。 訪問參數 按此鍵即可訪問參數。⑤變頻器控制方式。每組功能中出現的參數號取決于 P0003 中設定的訪問級。例如：把它的設定值由 1 改為 2 時，所有的數字輸入都將復位為缺省的設置值。 （ 6） P0703 參數為“ 17” ， 用來選擇數字輸入 3 的功能。在下面給出的可供選擇的設定值表中，主設定值由最低一位數字（個 位數 ）來選擇（即 0 到 6），而附加設定值由最高一位數字（十位數）來選擇（ 即 x0 到 x6，其中，x=1－ 6）。如果有幾個固定頻率輸入同時被激活，選定的頻率是它 們的總和。 PLC對變頻器的控制室根據 — 讀入的開關量數值，控制 — 的輸出，進而達到選擇預置變頻器輸出頻率的目的。 啟動變頻器讀取 P LC 輸入參數 I 0 . 0 I 0 . 7根據 M 2 .0 M 2 .7的值選擇變頻器輸出頻率輸出預置的頻率控制電機北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統 軟件設計 28 主要 控制 程序 對變頻器的控制是軟件設計的核心之一，對讀 入的處理后的音頻信號進行分析后，用來控制變頻器的輸出。 面板上的控制開關置 STOP 位置，則 PLC 處于 STOP 模式。此后， 2 號水泵跟 1 號水泵一起工作，直至按下停止控制開關。確定方案后，再對方案簡化分工，分模塊進行設計，最后在 對系統進行調試。其先進的控制理論思想，使變頻器在電氣傳動系統中應用廣泛。 在系統方案確定的過程中，祝老師給予了指導性的意見，使我們明了了 系統設計的方向，在整個系統 設計過程中，祝老師不斷對我 們 得到的結論進行總結，并提出新的問題，使得我的畢業設計課題能夠深入地進行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在指導我們畢業設計的過程中，也教會了我們很多。在今后的學習中，我會把在這次設計中應用到的知識更加系統的學習，完善自己的知識庫，增強動手設計的能力。它 將工頻交流電的頻率改