基于PLC音乐喷泉控制系统的设计【优秀毕业课程设计论文】

1、摘要泰 山 学 院本科毕业论文基于PLC音乐喷泉控制系统的设计所 在 学 院 机械工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二一一级（3+2） 学生姓名、学号 王鲁静2011170294 指导教师姓名、职称 陈宏圣 副教授 完 成 日 期 二一三年五月 摘要摘要IABSTRACT音乐喷泉作为一种人造环境工程项目，将音乐的美和喷泉有机的结合在一起，给人以赏心悦目的感受。随着可编程控制器在我国的迅速发展，对音乐喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分由可编程控制器来实现。 使用PLC控制音乐喷泉，具有使用方便，运行可靠，控制程序设计简单等优点。此论文是制作一个以小型PLC为控制核心，变频器控制水柱高度，以音频采集为基础的小型音乐喷泉控制系统。系统控制核心选用SIEMENS公司的S7-200 Micro PLC，水泵的控制选用MICROMASTER 420变频器。主要包括控制系统的软件系统设计、硬件系统的设计以及变频器参数设置。 关键词：音乐喷泉，可编程控制器，变频器ABSTRACTThe music fountain as an art

2、ificial environment engineering project, will be the beauty of music and fountain are organically combined together, give a person with pleasant feelings. With the programmable controller in Chinas rapid development, the music fountain control requirements are also getting higher and higher, making more and more control of the implemented by programmable controller.Use PLC to control the music fountain, is easy to use, reliable operation, has the advantages of simple control program design. Maki

3、ng a small PLC as control core, the inverter to control the height of the water column, small music fountain based on the audio collection control system. The core of the system control by the use of SIEMENSs S7-200 Micro PLC, pump control using MICROMASTER 420 converter. This paper mainly introduces the control system software design of musical fountain，focusing on PLC programming and the transducer parameter settings.KEY WORDS: Musical fountain,PLC, TransducerII目录IV目录目录引 言11 PLC基础知识简介21.1 PLC的

4、产生和发展21.2 PLC的特点与应用21.3 PLC的工作原理及工作过程32 变频器基础52.1 变频器概述52.2 变频器技术的发展52.2.1 变频器的分类52.3 变频器的工作原理以及控制方式52.3.1 变频器的工作原理52.3.2 变频器的控制方式62.4 MICROMASTER 420概述72.5 MM420变频器的电路结构73 系统总体介绍103.1 音乐喷泉组成103.1.1 音乐喷泉水池设计103.1.2 控制系统组成104 控制系统的硬件设计134.1 PLC控制系统I/O口的估算134.2 PLC的选型144.3 PLC输入/输出点分配154.4 PLC控制接线图165 变频器及控制参数设计185.1 变频器设计185.1.1 变频器选型185.2.2 变频器控制接线图185.2 MM420变频器操作面板195.3 变频器参数设置方法205.4 变频器参数设置215.5 变频器控制说明225.5.1 系统参数设计说明225.5.2 相关参数的说明236 控制系统软件设计及调试256.1 PLC控制流程256.2 主要控制程序286.3 PLC的调试296.4 系

5、统整体调试30结 论31参考文献32致谢33附录1 音乐喷泉控制程序34泰山学院本科毕业论文引 言音乐喷泉是一个使用音乐的主体元素（频率，振幅，音调和节奏）与花型组合控制喷泉，水柱高度，距离变换和光的颜色组合与亮度变化。音乐喷泉是人工喷泉现代控制技术的使用，是融合了基于程序控制的音乐喷泉控制系统，通过水和轻音乐喷泉控制相结合的变化而变化，从而实现光与色的组合、音乐的情绪、喷泉的生动丰富的表演内涵。随着可编程控制技术的发展，可编程序控制器和变频器技术在喷泉控制领域发挥着不可替代的作用。即使用一个小型PLC的音乐喷泉控制系统频率转换器，可以实现控制喷泉灯，水泵，接线简单、编程与音乐节奏和情感以及流水灯的多点结合，便于适合追求时尚家居生活和娱乐。目前，音乐喷泉的控制中最常出现的是实时控制。小型PLC的音乐喷泉控制系统基于现实生活中的应用前景，值得推广。在设计过程中，采用可编程控制器实现音乐喷泉的控制。尤其是在现场总线和工业自动化领域的控制网络中开辟了一个新的发展空间。PLC及其外围设备的设计是依据易于形成一个整体的工业控制系统，便于扩充功能的原则。考虑到音乐喷泉系统的控制复杂性，若采用继电器

6、控制，其控制可靠性较差。若采取PLC控制，PLC是由程序控制，是一种软连接，大大的提高了可靠性。可编程控制器是音乐喷泉的控制核心，可编程控制器是整个系统的“大脑”，开关量转换音乐频率来控制喷泉的变化和闪烁的灯光都是通过程序实现的。可编程控制器，简化了控制电路，提高工作速度和系统运行的可靠性和灵活性，而且还增强了喷泉工程的自动化及智能化。1 PLC基础知识简介在继电器控制技术的基础上发展起来的一种先进的技术PLC，还借助于计算机技术和现代通信技术。PLC自产生至今，虽然只有30年，但今天已在该行业快速发展。现代工业自动化的三大支柱产业为PLC技术，CADCAM技术和机器人技术。PLC技术主要是以微处理器为核心，应用时间，计算、算术、逻辑程序控制，并通过数字和模拟I/O实现各种具体的生产工艺的控制。目前广泛使用的为机械和电气控制，电气控制，数据采集，网络通信和运输等领域。1.1 PLC的产生和发展IEC在二十世纪九十年代年颁布了可编程控制器（PLC）的含义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算

7、、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功能的原则设计”。PLC发展迅速，故其实现的功能丰富，应用范围广，开发了实现各种功能需求的PLC系统，PLC的未来发展趋势为：小型化、专用化、易用化；大容量、高速度、信息化；智能I/O模块的发展；人机界面研发与发展；开放性和程序语言的标准化；过程控制领域应用；PLC的冗余特性；增强通信联网功能。1.2 PLC的特点与应用1 PLC的特点 PLC技术能够高速发展，除工业自动化的客观需求之外，主要是由于它自身还有很多独特的优点。具有特殊结构的工业控制计算机，与普通计算机相比具有更强的能够与工业过程相接的接口，同时具备适用于控制要求的程序设计语言是可编程控制器实质。可编程控制器是将计算机技术和电器控制技术有机地结合在一起的技术。其特点主要体现在：可靠性高，抗干扰性强；编程简单、使用方便； 易于安装、调试、维修；功能完善，通用性强；体积小，能耗低2。2. PLC的应用 基于PLC自身优势，在工业控制中倍受

8、青睐。PLC的主要应用领域涵盖了几个方面：开关量的逻辑和顺序控制；模拟量控制；运动控制；过程控制；数据处理；信号连锁系统；通信及联网；时间控制。1.3 PLC的工作原理及工作过程与普通微机类似，PLC亦是由硬件和软件组成。PLC的正常地运行只能依靠于软件的控制。系统软件和应用软件为软件系统的两个部分。PLC 的基本运行过程如下：1） 输入处理阶段：PLC把所有外部输入电路的状态输入映像寄存器；2）程序执行：用户程序中的指令按次序被扫描，然后依据输入状态和指令内容执行逻辑运算；3） 输出处理阶段：根据程序执行的结果，各输出点相应的控制信号由输出状态寄存器并行发出，实现控制系统的逻辑控制功能。扫描周期即每执行一遍程序所需的时间。PLC 的扫描周期通常只有零点零几秒。然而事实上，一系列不断重复的顺序操作是很多机械设备的工作过程，而这与PLC 的工作原理类似。所以，PLC 的程序可以和机器的操作步骤相对应，而且PLC程序编制过程简单易懂，正确率高，修改简便，因而软件的开发费用及开发周期都有可观的改变。PLC通常在每次扫描期间进行故障自诊断以及与编程器的通信，此过程的意义在于提高工作的准确性，及时接收外部控制指令。PLC的扫描工作流程如图1所示。 图1 PLC的扫描工作流程42 变频器基础2.1 变频器概述实现把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电功能装置称为“变频器”。变换器是电力电子装置的电源转换成各种频率的交流电源来实现变频调速电机的使用，运动控制系统的功率变换器。变频技术是一种高新技术集自动控制，电力电子技术，微电子技术，通讯技术于一体。变频器具有速度快，省电，节能，可靠，高效，广泛应用在各种领域。2.2 变频器技术的发展有交流异步电动机调速功能的变频器，其性能远远超过交流、直流调速控制方式，拥有结构简单、宽调速范围、高调速精度、安装调试简便、使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著等优点，是交流电动机调速的主导技术。运动控制系统中，起功率变换作用的是器变频器，运动控制技术是多学科综合的高新技术，是自动化技术的“

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