基于PLC的音乐喷泉控制系统设计(1).doc

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目录

毕业设计（论文）

题目基于PLC的音乐喷泉

控制系统设计

专业电气工程及其自动化

班级11电气2班

学生张军（20113264）

指导教师李林

职称工程师

高科学院

2015年

摘要

音乐喷泉是近年来出现的一种园林建筑与花式观赏相结合的一种产物，它集合声、光、色、形于一体，并产生千变万化的水景。

随着可编程控制器的迅速发展，音乐喷泉对控制系统的要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要用可编程控制器来实现。

本课题结合任务书的要求，以音乐喷泉为研究对象，采用三菱PLC作为喷泉的控制器。

设计的控制方式有两种：

一种是固定程序运行方式。

是按事先设计好的步骤一步一步进行，循环执行。

另一种控制方式是通过音乐控制喷泉。

是通过PLC的中断程序采集播放音乐的音频信号，PLC对采集的音频信号进行标准化算法，将运算的数据转换成模拟量，通过模拟量输出口输出去控制变频器的输出频率，从而控制水泵转速，达到控制喷泉水柱的高低跟随音乐强弱的变化。

本次设计对音乐喷泉控制系统的总体功能进行了分析，并且对可编程控制技术、变频控制技术的应用、发展趋势作了简要介绍，以及音乐喷泉控制总体设计方案、电气系统的整体设计和PLC程序设计思路、变频参数设置。

本次设计改善了音乐喷泉系统的控制品质，提高了音乐喷泉控制系统的稳定性。

关键词：

音乐喷泉，控制系统，可编程控制器，变频器

ABSTRACT

Inrecentyears,musicfountainistheemergenceofagardenbuildingcombinedwithafancywatchaproduct,itscollectionofsound,light,color,shape,andgenerateskaleidoscopewaterscape.Alongwiththerapiddevelopmentoftheprogrammablecontroller,musicfountainisbecomingmoreandhighertotherequirementofcontrolsystem;makemoreandmoreneedtousePLCtorealizecontrolpart.

Thistopiccombinedwiththerequirementsofthespecification,withmusicfountainastheresearchobject;adoptMitsubishiPLCasthecontrollerofthefountainmodel.Designofthecontrolmethodhastwokinds:

oneisfixedprogramoperationmode.Accordingtodesignagoodstepsinadvancestepbystep,executioncycles.Anotherwayofcontrolisthroughthemusicfountaincontrol.ByPLCinterruptprogramaudiosignalcollectionandplaymusic,audiosignalofPLCtostandardizealgorithm,thealgorithmofdataintoanalogandoutputbyanalogoutputtocontroltheoutputfrequencyoffrequencyconverter,soastocontrolwaterpumpspeed,tocontrolthefountainwatercolumnheighttofollowmusicstrengthchanges.

Thedesignofmusicfountaincontrolsystem'soverallfunctionisanalyzed,andtheprogrammablecontroltechnology,theapplicationofvariablefrequencycontroltechnology,thedevelopmenttrendsarebrieflyintroduced,aswellasthemusicfountaincontroloveralldesign,theoveralldesignoftheelectricsystemandPLCprogramdesignandparametersettingofinverter.Thisdesignimprovesthemusicfountainsystemcontrolquality;improvethestabilityofmusicfountaincontrolsystem.

KEYWORDS:

Musicalfountain，Controlsystem，PLC，frequency

目录

目录

第1章绪论…………………………………………………………………1

1.1音乐喷泉的发展现状………………………………………………1

1.2本文主要研究内容及意义…………………………………………3

1.3本章小结……………………………………………………………3

第2章PLC音乐喷泉控制系统方案确定……………………………………4

2.1音乐喷泉控制系统设计要求………………………………………4

2.2音乐喷泉控制系统方案选择………………………………………5

2.3本章小结……………………………………………………………6

第3章音乐喷泉控制系统硬件设计…………………………………………7

3.1PLC的选型…………………………………………………………7

3.2变频器的选型………………………………………………………8

3.2.1变频调速原理………………………………………………9

3.2.2变频器参数设置……………………………………………13

3.3音乐喷泉控制系统总电路设计及工作原理分析………………………15

3.4本章小结…………………………………………………………………17

第4章音乐喷泉控制系统软件设计…………………………………………18

4.1系统程序流程图……………………………………………………18

4.2系统I/O端口分配表………………………………………………18

4.3系统程序设计……………………………………………… ………19

4.3.1梯形图程序设计……………………………………………19

4.3.2指令表程序转换……………………………………………21

目录

4.3.3控制程序调试………………………………………………24

4.4系统整体调试………………………………………………………26

4.5本章小结……………………………………………………………27

第5章总结与展望……………………………………………………………28

5.1总结…………………………………………………………………28

5.2展望…………………………………………………………………28

致谢……………………………………………………………………………30

参考文献………………………………………………………………………31

2015届电气工程及其自动化专业毕业设计（论文）

第1章绪论

1.1音乐喷泉的发展现状

音乐喷泉是一种独特的人工景观，具有很大的观赏价值，通常用于大型广场、宽广的湖面、主题公园等。

喷泉的形态、声音、色彩形成了一道人工的自然景观，同周围的自然环境、建筑环境交相辉映，给原环境增添了无限生机。

给由钢筋混泥土组成的城市增添了自然气息，改善了城市环境的质量，为人们提供良好的聚集、散步、休闲的室外环境。

由于人们对生活环境高的要求，已使音乐喷泉发展成为一种产业[1]。

目前，我国生产音乐喷泉的公司有上百家，一些公司有很强的实力，国内比较著名的公司有：

上海雨琦喷泉工程有限公司，长沙喜马拉雅音乐喷泉有限公司，南京泉杰景观工程有限公司等。

这些公司在全国承接各类大型音乐喷泉等，从工程设计到制作、安装、调试提供一套完善的服务体系。

但从实际使用的情况来看我国音乐喷泉公司生产的音乐喷泉同国外相比，其水平和质量还是有不小的差距。

原因是水型和灯光实时跟踪音乐的“四大要素”（水、声、光、电）没有处理好[2]。

我国现有的音乐喷泉在音乐节奏、强弱、节奏性、协调性、音乐内涵的表现等方面还存在不足之处。

目前，国内外的音乐喷泉都只能演奏几首歌曲，这是因为音乐喷泉表演程序的设计、开发和调试非常繁琐。

音乐喷泉控制系统是当今国际上先进的科技成果，集音乐控制、程序控制、人工智能于一体的工业现场控制系统。

它的控制设备是多媒体工业PC、PLC或电脑音乐喷泉控制器，它能实现实时音控，自行识别乐曲旋律、节奏、乐感和音频的强弱。

该系统是音乐喷泉在控制设备的指挥下，跟随乐曲旋律不断变化水型，并与音乐同步[15]。

喷泉的控制系统可采用单片机、可编程控制器，甚至可采用工业控制机作为控制核心。

其电气设备包括水泵、灯光、音响、变频器等。

一个音乐喷泉艺术效果的表现力不仅与音乐喷泉的整体造型、喷头的空间造型、水泵的功率等硬件因素有关，还与喷泉的程序控制水平有关。

硬件是音乐喷泉的基础，程序控制是音乐喷泉变化的灵魂。

从德国人20世纪发明音乐喷泉到现在已有几十年的历史了，随着科学技术的飞速发展，音乐喷泉系统的控制水平和科技含量也越来越高，控制方法也越来越多。

现将主要的集中控制技术总结如下[1]：

（1）程序控制

程序控制是利用预先编写好的计算机程序来控制喷泉的水形和灯光，使水形和灯光产生不同的变化效果，整个系统通过计算机操作界面控制和显示，可以实现多个程序的随机执行，系统反应快、灵敏度高，能够承受一定的压力和撞击，系统采用模块化结构，便于维护和升级。

但是对于音乐特征的识别需要人工完成，即由设计人员对乐曲进行特征提取，编辑处理。

这使得系统曲目受到限制，如有新的乐曲加入就需要操作员重新编程处理，会带来很大的工作量。

（2）实时声控

实时声