基于plc的音樂噴泉系統(tǒng)設(shè)計學士學位論文(更新版)

　　

【正文】 是否 否否是 圖 51 PLC 控制程序流程圖 如果 PLC 啟動按鈕按下，則 PLC 控制啟動第一臺水泵電機，經(jīng)過 10s 延時后檢測停止按鈕的狀態(tài)，如果停止按鈕沒有被按下，則順序啟動第二臺水泵電機，如果停止按鈕被按下則程序執(zhí)行電動機停止程序，順序關(guān)掉水泵電機。 [11] 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 25 第 5 章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 音樂 噴泉的控制 主要 PLC 完成， 通過 音樂的頻率信號 控制 PLC 的輸出， 變頻器接受來自經(jīng) PLC 的開關(guān)量信號 ， 控制變頻器 輸出頻率不同的交流電，從而使 水泵的 噴 水狀態(tài)不斷變化，實現(xiàn)了噴泉噴水隨音樂高低呈現(xiàn)不同的形態(tài)。 有三種選擇固定頻率的方法： 1. 直接選擇 2. 直接選擇 + ON 命令 3. 二進制編碼選擇 + ON 命令 1． 直接選擇（ P0701 P0703 = 15） 在這種操作方式下，一個數(shù)字輸入選擇一個固定頻率。 （ 7） P0704 參數(shù)為“ 1” ，用來 選擇數(shù)字輸入 4 的功能。 可能的設(shè)定值 ： 0 禁止數(shù)字輸入 1 ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 2 ON reverse /OFF1（接通反轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 22 3 OFF2（停車命令 2） 按慣性自由停車 4 OFF3（停車命令 3） 按斜坡函數(shù)曲線快速降速停車 9 故障確認 10 正向點動 11 反向點動 12 反轉(zhuǎn) 13 MOP（電動電位計）升速 （增加頻率） 14 MOP 降速（減少頻率） 15 固定頻率設(shè)定值（直接選擇） 16 固定頻率設(shè)定值（直接選擇 + ON 命令） 17 固定頻率 設(shè)定值（二進制編碼的十進制數(shù)（ BCD 碼）選擇 + ON 命令） 21 機旁 /遠程控制 25 直流注入制動 29 由外部信號觸發(fā)跳閘 33 禁止附加頻率設(shè)定值 99 使能 BICO 參數(shù)化 （ 5） P0702 參數(shù)為“ 17” ， 用來選擇數(shù)字輸入 2 的功能。 3 專家級：只供專家使用。變頻器設(shè)置水泵正轉(zhuǎn)啟動。 表 42 改變過濾功能參數(shù) P0004[13] 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 19 表 43 修改選擇命令 /設(shè)定值源下標參數(shù) P0179[13] 變頻器參數(shù)設(shè)置 一般涉及到的參數(shù)有：①電機參數(shù)，可參考電機銘牌，如電機額定的電壓、功率、電流、轉(zhuǎn)速等。 5. 由 P0005 選定的數(shù)值（如果 P0005 選擇顯示上述參數(shù)中的任何一個（ 3， 4，或 5） ，這里將不再顯示）。 改變電動機 的轉(zhuǎn)動方向 按此鍵可以改變電動機的轉(zhuǎn)動方向。 BOP 具有 5 位數(shù)字的7 段現(xiàn)實，用于顯示參數(shù)的序號和數(shù)值、報警和故障信息以及該參數(shù)的設(shè)定值和實際值， BOP 不能存儲參數(shù)的信息。控制系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出點分配如表 32 和表 33。 變頻器控制接線圖 硬件連接圖如圖 31 所示， PLC 的輸出口 連接到 MM420 變頻器的 AIN+端子上，用來控制變頻器的起停。兩組彩燈分兩圈，分別安裝在外圈和中圈噴頭下，工作是成交替閃爍。 端子 8 和 9 是 24V 直流電源端，為變頻器的控制電路提 供 24V 直流電源 [12]。 在主電路中，由電源輸入單相或三相恒壓恒頻的交流電，經(jīng)整流電路轉(zhuǎn)換成恒定的直流電，供給逆變電路。 該變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 11 體管（ IGBT）作為功率輸出器件。 因為在采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式時需要檢測電動機的實際轉(zhuǎn)速，所以需要在異步電動機軸上安裝速度傳感器。因此 ，為了得到理想的轉(zhuǎn)矩速度特性，在改變電源頻率進行調(diào)速的同時，必須采取必要的措施來保證電動機的氣隙磁通處于高效狀態(tài)（即保持磁通不變）。 使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào) ， 一般分為整流電路、平波電路、控制電路、逆變電路等幾大部分。 [7] 變頻器的工作原理以及控制方式 變頻器的工作原理 變頻器的主要任務(wù)是把工頻電源變換為另一頻率的交流電，以滿足交流電動機的變頻調(diào)速的 需要。因此，變頻器作為系統(tǒng)的重要功 率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻交流電源，必然會伴著系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展。 PLC的掃描工作過程可分為如下三個部分：上電處理；掃描過程；故障處理 [4]。PLC 按照用戶程序規(guī)定的邏輯關(guān)系，對輸 入信號和輸出信號的狀態(tài)進行檢測、判斷、運算和處理，得到相應(yīng)的輸出。 PLC 的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個方面，開關(guān)邏輯和順序控制；模擬控制；定時控制；數(shù)據(jù)處理；信號連鎖系統(tǒng)；通信 [3]。 隨著 PLC 迅速發(fā)展，功能越來越強大，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，形成了能夠滿足各種需要的 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)， PLC 的發(fā)展逐漸體現(xiàn)出來以下趨勢： 1. 向小型化、微型化和、 多功能化兩個方向發(fā)展； 2. 過程控制功能不斷增強； 3. 大力開發(fā)智能 I/O 模塊； 4. 與個人計算機日益緊密結(jié)合； 5. 編程語言 趨向標準化； 6. 通訊與聯(lián)網(wǎng)能力不斷增強 [1] 。可編程控制器簡化了控制線路，提高了工作的速度和可靠性以及系統(tǒng)操作的靈活性，也提升了噴泉工程的智能化性能。 可編程控制器之所以越來越受到控制界人士的重視，是由于它具有 以下 特點：（ 1） 可靠性高，抗干擾能力強 。 以 PLC 與變頻器為控制核心的音樂噴泉控制系統(tǒng)，將來自媒體設(shè)備的音頻信號通過音頻采集系統(tǒng)的識別，進行譯碼和編碼后轉(zhuǎn)換成控制信號，最終將信號輸出到控制系統(tǒng)，使得所設(shè)計的音樂噴泉水形的變化能夠伴隨音樂，燈光的閃爍跟隨音樂的節(jié)奏，實現(xiàn)了水形跟隨音樂的旋律變化，燈光跟隨預(yù)定程序變化，形成了聲、光、水、色交融的美景，燈光、音響、水景統(tǒng)一的立體效果。 the fourth part stresses the transducer parameter settings, including transducer parameter settings method, the relevant parameter settings and parameters description。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 本文主要介紹音樂噴泉控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，著重介紹可編程控制器的程序設(shè)計和 變頻器的 參數(shù)設(shè)置。 音樂噴泉是把現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于人工噴泉，是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了音樂控制系統(tǒng)，通過音樂控制噴泉的水形及燈光的變化，從而達到噴泉水型、燈光及色彩的變化與音樂情緒的完美結(jié)合，使噴泉表演生動且富有內(nèi)涵。 作為工業(yè)自動化的重要支柱之一的可編程控制器（ PLC）以其高可靠性和操作簡便等特點引到了當今工業(yè)控制的潮流。（ 4） 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 。它主要以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、計算和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入 /輸出（ I/O）來控制各種生產(chǎn)過程。可以說，可編程控制器是將計算機技術(shù)和電器控制技術(shù)有機地結(jié)合在一起。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 5 PLC 的工作原理及工作過程 PLC 的工作原理可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序 ，對控制要求進行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)。輸出端子與同編號的輸出繼電器相對應(yīng)，通過輸出繼電器常開觸點的分合來驅(qū)動外部負載。變頻器是 利用電力電子器件把工 頻電源變換成各種頻率的交流電源以實現(xiàn)電動機的變速運行的設(shè)備，是運動控制系統(tǒng)中的功率變換器。 [6] 變頻器的分類 （ 1） 按直流電源的性質(zhì)分類： ① 電流型變頻器； ② 電壓型變頻器。 [8] 交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式為 n = 60 f (1? s) / p 式中： n— 異步電動機的轉(zhuǎn)速； f— 異步電動機的頻率； s— 電動機轉(zhuǎn)差率； p—電動機極對數(shù)。開環(huán)控制有 fU/ 控制 方式， 閉環(huán)控制有轉(zhuǎn)差頻率控制和 矢量控制等方式。所以采用這種控制方式的變頻器一般是對控制性能要求不太高的通用變頻器。此外，在采用了轉(zhuǎn)差頻率控制方式的變頻器中往往還加有電流負反饋，對頻率和電流進行控制，所以這種變頻器具有良好的穩(wěn)定性，并對急速的加減速和負載變動有良好的響應(yīng)特性 [10] 。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 MM420 變頻器的控制電路由 CPU、模擬輸入（ AIN+、 AIN— ）、模擬輸出（ AOUT+、AOUT— ）、數(shù)字輸出（ DIN1~DIN3）、輸出繼電 器觸頭（ RL1B、 RL1C）、操作板（ BOP）等組成。變頻器接受來自經(jīng) PLC 處理的音樂控制信號，輸出頻率不同的交流電，從而水泵的噴水狀態(tài)不斷變化，實現(xiàn)了噴泉噴水隨音樂高低呈現(xiàn)不同的形態(tài)。 控制系統(tǒng)組成 音樂噴泉的控制系統(tǒng)由音樂信號處理電路（包括 F/V 轉(zhuǎn)換電路、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路、信號隔離電路）， PLC 及變頻控制電路，潛水泵和彩燈控制電路，穩(wěn)壓電源電路和音響設(shè)備組成。它體積小、運算速度塊、可靠性高，具有豐富的指令，系統(tǒng)操作簡便、便于掌握，可方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的 I/O擴展，性能價格比高，是目前中小規(guī)模控制系統(tǒng)的理想控制設(shè)備。 PLC 硬件連接圖如圖 34 所示。缺省值運行時此鍵是被封鎖的。 電動機點動 在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動機起動，并按預(yù)設(shè)定的 點動頻率運行。跳轉(zhuǎn)到 r0000 后，按此鍵將返回原來的顯示點。④變頻器運行最小、最大頻率，加、減速時間等。對于大多數(shù)應(yīng)用 對象，只要訪問標準級（ P0003 = 1）和擴展級（ P0003=2）參數(shù)就足夠了。改變這一參數(shù)時，同時也使所 選項目的全部設(shè)置值復(fù)位為工廠的缺省設(shè)置值。 可能的設(shè)定值 同 參數(shù)P0701 設(shè)置說明 。 可能的設(shè)定值 0 禁止數(shù)字輸入 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 23 1 ON/OFF1（接通正轉(zhuǎn) / 停車命令 1） 2 ON reverse /OFF1（接通反轉(zhuǎn) / 停 車命令 1） 3 OFF2（停車命令 2） 按慣性自由停車 4 OFF3（停車命令 3） 按斜坡函數(shù)曲線快速降速停車 9 故障確認 10 正向點動 11 反向點動 12 反轉(zhuǎn) 13 MOP（電動電位計）升速 （增加頻率） 14 MOP 降速（減少頻率） 21 機旁 / 遠程控制 25 直流注入制動 29 由外部信號觸發(fā)跳閘 33 禁止附加頻率設(shè)定值 99 使能 BICO 參數(shù)化 （ 8） P1000 參數(shù)為“ 3” ，該參數(shù)用來 選擇頻率設(shè)定值的信號 源。在這種操作方式下，一個數(shù)字輸入選擇一個固定頻率。電動機啟動信號作為變頻器啟動的初始條件，如果其中一臺電動機啟動工作即可啟動變頻器。 變頻器工作流程如圖 53 所示 圖 53 變頻器工作流程 變頻器啟動后，讀入 DIN1— DIN3的數(shù)字量信息， 3個數(shù)字輸入量控制變頻器的 7種頻率輸出（具體參考“表 44數(shù)字輸入與對應(yīng)頻率”），選擇預(yù)先設(shè)置的 7種固定頻率。在此模式下， PLC 處于 RUN 還是 STOP 模式，由編程軟件對其遠程操作進行控制。 開啟交流線路總電源和音樂信號控制部分電源，按下 PLC 啟動控制開關(guān) K1， PLC 控制 啟動水泵 1，開啟音 源播放音樂，音樂信號采集系統(tǒng)上的 柱狀顯示器工作，隨音樂節(jié)律的高低顯示不同的高度，經(jīng)過 10秒的延時， 啟動水泵 2。這樣 可以對系統(tǒng)有個總體的理解，無論對系統(tǒng)設(shè)計還是調(diào)試系統(tǒng)都有很大幫助 ，減少了不必要的工作。變頻器將電力電子器件模塊化，通過良好的屏蔽外部接線，使其 具有很高的可靠性。 北方民族大學學士學位論 文 基于 PLC 的音樂噴泉控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計 34 致謝 在祝老師的悉心指導下，我完成了 這次畢業(yè)設(shè)計，首先對祝老師表示真摯