【电气工程及其自动化】基于PLC的音乐喷泉控制器的软件设计.docx

○ A 根底理论● B 应用研究○ C 调查报告○ D 其他本科生毕业论文〔设计〕基于PLC的音乐喷泉控制器的软件设计二级学院：信息科学与技术学院专 业：电气工程及其自动化完成日期：2021年5月24日目录1 绪论 11.1 本设计的目的及意义 1喷泉的开展 1音乐喷泉的国内外开展史 1音乐喷泉的开展现状 22 PLC概述 2可编程控制器简介 2可编程控制器硬件组成 32.3 PLC的主要功能 32.4 PLC的特点 43系统总体设计 43.1 音乐喷泉水池的方案设计 53.2 控制系统组成 53.3 系统的整体方案设计 73.4 变频器 73.4.1 MICROMASTER 420 变频器简介 83.4.2 MM420 变频器的电路结构 93.4.3 变频器的参数设计 104系统软件设计 134.1 I/O 估算 134.2 PLC 输入/输出分配 15系统的总电路图 164.4 系统控制流程图 174.5 系统主要控制程序 205 系统的调试 226结 语 23参考文献 24附录 音乐喷泉控制程序梯形图 25致 谢 30基于PLC的音乐喷泉控制器的软件设计摘要 ：本文以音乐喷泉为研究对象，制作一个以小型PLC为控制核心，以音频采集为根底，采用变频器控制电机转速，电机转速控制水柱高度的小型音乐喷泉控制系统。

系统的控制核心选用SIEMENS公司的S7-200 Micro PLC，水泵的控制选用MICROMASTER 420变频器本设计的主要内容包括：系统的总体框图设计，控制系统的软件编程，系统器件的选型，以及变频器的参数设置关键词：音乐喷泉;可编程控制器;变频器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, motor speed control of the water column height small music fountain control system. System control core choose Micro SIEMENS Company's 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 the control system, the system device selection, as well as the frequency inverter parameter Settings.Keywords： Music fountain；PLC；Frequency converter1 绪论1.1 本设计的目的及意义音乐喷泉是近几年来出现的喷泉水景与音乐欣赏相结合的产物，它的出现改变了喷泉艺术单调不变的局面。

在音乐的伴随下喷泉的高度、灯光的色彩以及喷泉造型等随着音乐变化而变化，音乐与水型的完美结合令人陶醉；同时，音乐喷泉对于城市环境具有多种价值，不仅能湿润周围的空气、去除尘埃，而且还能通过水珠与空气的撞击产生大量对人体有益的负氧离子，因此，喷泉有益于改善城市面貌和增进居民身心身体健康随着国民经济的开展，人民生活水平的提高，在城市建设和改造过程中，环境的美化和文化气氛的营造上对喷泉提出了新的要求在喷泉得到广泛的运用的过程中，也出现了一些问题和缺乏，如自动化水平低下、高能耗等制约了喷泉行业的开展因此，提高音乐喷泉控制系统的自动化水平，保证喷泉效果，节约喷泉的运行本钱，对喷泉行业的开展具有参考的现实意义[7]1.2喷泉的开展1.2.1音乐喷泉的国内外开展史喷泉作为一项建筑艺术，在国内外均有较悠久的历史而音乐喷泉的构思及萌生那么是上世纪30年代开始的目前，西方工业兴旺国家已有制造音乐喷泉成套装置的专业工厂国内在二十世纪八十年代以前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节，从设计到产品制作，工程安装都没有形成规模，只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉，产品的水平也是简单、粗放的。

二十世纪八十年以后，随着国民经济的恢复和开展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林主管部门在城市建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化气氛的营造上对喷泉提出了求新的要求一局部建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景，得到了良好的社会反映和社会效益在这个时期，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、开展，为喷泉的专业化开展提供了力量，打下了根底 二十世纪九十年代以后，社会主义市场经济快速开展，全国城市建设速度加快，人们也追求高质量的文化生活和环境美，市场的需求推动了喷泉行业的开展喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所许多喷泉专业的生产厂商和专业公司，在这段时间内应运而生，迅速开展起来专业技术人员把计算机技术、信息技术，以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面，开拓了广阔的应用空间，喷泉行业得到了快速开展[7]1.2.2音乐喷泉的开展现状目前国外的音乐喷泉技术已经开展的趋于完美，可以根据音乐变化出多种形式的喷泉，喷泉的控制系统大大领先我国。

目前的喷泉控制系统主要有1、继电器-接触器控制系统；2、单片机控制系统；3、PLC控制系统通过控制系统对外部音频信号的采样、转换来控制变频器和固态继电器的动作，从而到达设计的要求，并能够实现对音乐和喷泉的实时的完美结合2 PLC概述2.1可编程控制器简介可编程控制器PC〔Programmable Controller〕又称可编程逻辑控制器PLC〔Programmable Logic Controller〕，是微机技术与继电器常规控制技术相接合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的根底上开展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机[5]它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为根底的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易PLC现已成为现代工业控制三大支柱〔PLC、CAD/CAM、ROBOT〕之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电器－接触器控制系统在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、等行业得到广泛应用。

PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一 可编程控制器硬件组成可编程控制器的硬件由微处理器、存储器、I/O接口电路、电源、扩展接口、外设接口及编程器等组成各局部通过总线〔电源总线、地址总线、数据总线〕连接而成图1为可编程控制器的硬件简化框图[3]图1 可编程控制器的硬件简化框图 PLC的主要功能PLC是一种应用面很广、开展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位PLC系统主要有以下功能：1) 多种控制功能；2) 数据采集、存储与处理功能；3) 通信联网功能；4) 输入、输出接口调理功能；5) 人机界面功能；6) 编程、调试功能PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低PLC产品面临现场总线的开展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求 PLC的特点PLC是传统的继电器技术和计算机技术想结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或计算机所无法比较的特点1、 高可靠性2、 应用灵活、使用方便3、 面向控制过程的编程语言，容易掌握4、 易于安装、调试、维修5、 功能完善、模块功能和网络功能强大3系统总体设计 该控制系统的核心设备为可编程控制器、EM231模拟量输入模块、MM420变频器。

控制分为两局部：一局部是音乐控制局部；另一局部是固定程序控制局部 1、音乐控制局部当使用音乐来控制喷泉时，可按下音乐喷泉控制的启动按钮，PLC的模拟量输入模块EM231将采集播放音乐的音频信号，将其进行A/D转换，比较运算，然后将结果输出到变频器数字输入端DIN的5、6、7端子，控制变频器的三个输出频率，从而控制水泵的低中高转速，到达控制喷泉水柱高度的目的2、固定程序控制局部当喷泉不使用音乐控制时，可按下固定程序控制启动按钮，PLC运行固定的程序，喷泉按事先设定好的程序来运行，到达预设的效果3、灯光控制局部喷泉的灯光控制局部，喷泉随音乐节奏变化时，灯光也随音乐节奏变换；当喷泉是固定程序控制时，灯光按事先设定好的程序变化运行3.1 音乐喷泉水池的方案设计此小型音乐喷泉的设计：喷泉的设计图如图2所示该控制系统采用两台变频器和两台潜水泵，喷泉喷头分为两组： A组5个喷头，B组7个喷头，分别用两台潜水泵控制设有红色和绿色两组彩灯分别安装在A组和B组喷头下，根据程序的控制来到达灯光效果喷泉水池直径约10m，喷头向内倾斜的情况下能很好的防止了水池喷水造成的向外溅水图2 两组喷头示意图3.2 控制系统组成音乐喷泉的控制系统由音乐信号处理模块，可编程控制器，变频器控制电路，潜水泵，彩灯控制电路，稳压电源电路和音响设备组成。

音乐喷泉控制系统整体框图如图3所示图3 音乐喷泉控制系统整体框图1〕音乐信号的处理音乐喷泉的乐曲从CD、VCD、DVD等播放器播放，一路输出到音箱设备，另一路输出到信号处理模块对音频信号进行采集处理将音乐的音频信号转换成4~20mA的电流模拟信号，经PLC内部自动转换，将电流模拟信号和AIW0的标准值进行分段比较，控制相应的输出2〕水型与乐曲同步的控制水型会同乐曲播放同时演示在乐曲之间转换期间，水型也保持同步停止或继续演示为使水型与乐曲到达同步的效果，此音乐喷泉控制系统提供了可调整的喷泉延时程序3〕潜水泵电动机的控制控制器内部的程序来控制变频器，变频器控制潜水泵电动机转速，使每一段音乐都可从控制器中相应的找到对应的固定程序数据，并可以将其对应输出到变频器中4〕彩色灯光的控制彩色灯光由控制器系统程序控制彩色灯光会通过控制程序。