基于PLC的广场音乐喷泉控制系统的设计毕业论文doc2014年11月4日

　　结业论文 标题问题：PLC音乐喷泉设想 第１章 绪论当今喷泉工程和高新手艺的连系使喷泉结果愈加灿艳多彩、婀娜多姿，令人赏心顺眼、流连忘返。当变频节制手艺引入音乐喷泉节制系统，能够使水柱跟着音乐快慢变化，仿佛是在跟着音乐翩翩起舞，令人着迷。本文通过设想一个适用型广场音乐喷泉的PLC节制系统，引见PLC在音乐喷泉节制节制系统中的使用。通过这一设想过程，进一步熟悉PLC节制系统的设想步调和方式，培育理论联系现实及学问的分析使用能力。本章对这课题的设想布景及节制系统PLC、变频器的根基学问进行简单的引见。1.1论文的布景 频次、振幅、音色和节奏 节制喷水的花型组合变化、水柱凹凸、远近变化和灯光色彩组合，其道理是将声音信号改变为电信号，颠末放大及其它一些处置鞭策继电器或电子开关，再去节制设在水上的电磁阀的启闭，从而达到节制喷头水的通断。音乐喷泉是现代科技与艺术的分析，操纵喷泉来表示音乐的美感，令人赏心顺眼。目前，有很多采用形形色色的节制系统来实现的音乐喷泉， 取得了优良的结果。但纵观这些音控产物，有的操纵音乐的时域变化来节制喷泉，有的将音乐分成几个频段来节制喷泉的花型， 且多采用低频、中频和高频三个频段来节制。错误谬误是都没有在频域上很好地展示音乐，因而不克不及很好地表现音乐的内涵。本设想针对这些问题，提出了一种新的方式来节制喷泉的变化，本设想将通过对音乐音频信号的及时采样，操纵各式喷头的喷射、扭捏、扭转来实现喷泉水柱凹凸、扭捏幅度、扭转速度来及时地展示音乐的频谱。1.2 可编法式节制器概述可编法式节制器简称PLC，是20世纪60年代以来成长极为敏捷、使用面极广的主动化节制安装，是现代工业主动化的三大支柱之一[1]。可编法式节制器是在计较机手艺、通信手艺和继电器节制手艺的成长根本上开辟起来的，先已普遍使用于工业节制的各个范畴。他以微处置器为焦点，用编写的法式进行逻辑节制、按时、计数和算术运算，并通过数字量和模仿量的输入/输出来节制机械设备或出产过程[2]。1.2.1 PLC的20世纪60年代以前，汽车流水线的主动节制系统根基上都采用保守的继电器节制。在60年代初，美国汽车制造业合作更加激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，如许对汽车流水线的主动节制系统更新就越来越屡次，本来的继电器节制就需要经常地从头设想和安装，从而延缓了汽车的更新时间。所以人们就想能有一种通用性和矫捷性较强的节制系统来替代原有的继电器节制系统[]。PLC在食物、制造和冶金等其他工业部分接踵获得了使用。1971年，日本引进了这项手艺，并起头出产本人的PLC。1973年，欧洲一些国度也研制出了本人的PLC。1974年，我国也起头模仿美国的PLC手艺研制本人的PLC，终究在1977年研制出第一台具有适用价值的PLC[]。1.2.PLC的特点PLC是保守的继电器手艺和计较机手艺想连系的产品，所以在工业节制方面，它具有继电器节制或通过计较机所无法对比的特点。1、高靠得住性在硬件方面，因为采用机能优秀的开关电源，而且对采用的器件进行严酷的筛选，加上合理的系统布局，最初加固、简化安装，因而PLC具有很强的抗振动冲击的机能；无触点的半导体电来完成大量的开关动作，就不会呈现继电器节制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；所有的输入/输出（I/O）接口都采用了光电隔离办法，使外部电和PLC内部电能无效的进行隔离；PLC模块式的布局，能够在此中一个模块呈现毛病时敏捷地判断出毛病的模块并进行改换，如许就能尽量缩短系统维修时间[]。在软件方面，PLC的按时器可用于施行用户法式的公用运算处置器的延迟，在法式犯错和法式调试时，避免因法式错误而呈现死轮回；当CPU、电池、I/O口、通信等呈现非常时，PLC的自诊断功能能够检测到这些错误，并采纳响应的办法，以防止毛病扩大；停电时，后备电池和一般工作时一样，进行对用户法式及动态数据的，确保消息不丢失[]。因为采用了上述无效办法，了PLC的高靠得住性，从而使PLC的平均无毛病时间曾经能高达几十万小时。2、使用矫捷、利用便利模块化的PLC设想，利用户能按照本人节制系统的大小、工艺流程和节制要求等来选择本人所需要的PLC的模块并进行资本设置装备摆设和PLC编程。如许，节制系统就不再需要大量硬件安装，用户只需按照节制需要设想PLC的硬件设置装备摆设和I/O的外部接线即可。而在PLC节制系统中，当节制要求改变时，不改动PLC外部接线，只需点窜法式即可。3、面向节制过程的编程言语，容易控制PLC的编程言语采用继电器节制电的梯形图言语，清晰直观。虽然PLC是以微处置器为焦点的节制安装，可是它不需要用户具有很强的法式设想能力，只需用户具备必然的计较机软、硬件学问和电器节制方面的学问即可[]。4、易于安装、调试、维修在安装时，因为PLC的输入/输出接口曾经做好，因而能够间接和外部设备相连，而不再需要公用的接口电。并且PLC的软件功能代替了本来的继电器节制两头继电器、计时器、计数器等一些器件，所以硬件安装上的工作量响应削减[]。PLC的调试可先在尝试室模仿完成，模仿调试完成后再现场安装、调试。如许就能够避免可能在现场会呈现的一些问题，从而缩短调试周期。在维修方面，PLC完美的诊断和显示功能，能够通过模块上的显示或编程器等很容易地找出毛病的模块，并且因为模块化设想，因而只需要对错误的模块进行改换即可。5、功能完美、模块功能和收集功能强大此刻PLC不只具有逻辑运算、按时、计数、挨次节制等功能，并且还具有A/D、D/A转换、数值运算和数据处置等功能。因而，它既能够对开关量进行节制，又能够对模仿量进行节制。因为PLC产物的系列化和模块化，PLC配备有品种齐备的多种硬件安装供用户选用，能够构成能满足各类节制要求的节制系统[]。1.3变频器的工作道理跟着电力电子手艺、微电子手艺及计较机手艺的成长，变频器曾经成为电器调速的支流，成为现代工业的构成部门。变频器不只能够节流能源，还能够改善节制机能，提超出跨越产效率。工业中利用的变频器可分为通用变频器和公用变频器。通用变频器次要用于工业驱动交换电动机；公用变频器用于特定的节制对象。跟着变频器的成长，采用矢量节制的变频器起头普及。矢量节制的主要机能是使异步电动机具有直流电动机的调速特征，而且与直流电动机系统比力，有无需维修，不需电流变化率，能够谋求电流节制的快速响应；节制范畴广等长处。无速度传感器矢量节制变频器能够在各类转速下供给不变的转矩，在整个调速范畴内不单给出160%的过载转矩，同时还能够进行滑差弥补。中小容量的变频器正向降低乐音，削减谐波对电源的影响、提凹凸速是的转矩等标的目的成长。因为变频器变频调速机能好，因此此刻以被钢铁、石油、纺织、造纸、建材等行业采用并鼎力推广。而且极其切确地运转，驱动通俗电机能达到最佳的节制结果，操作简单矫捷，具有扩展功能[]。变频器的根基形成，从布局上看，变频器可分为间接变频和间接变频两类。间接变频器先将工频交换电源通过整流器变成直流，然后再颠末逆变器将直流变换为可控频次的交换，因而又称它为有两头直流环节的变频安装或交-直-交变频器。间接变频器将工频交换一次变换为可控频次交换，没有两头直流环节，即所谓的交-交变频器。目前使用较多的是间接变频器即交-直-交变频器。因而，能够认为，变频器的根基形成如图1.1所示。图1.1 变频器的根基形成1.4 论文的次要使命与内容本论文是本人的结业设想论文，需要本人连系所学学问，以可编法式节制器为根本，对包装机组主动节制系统进行主动化节制。次要使命是在进修、向人进修的前提下，深切地领会电气节制系统各方面的学问，熟练地控制PLC节制手艺各方面的理论学问及其使用，逐步提高对电气节制系统进行设想的现实工作能力，懂得使用所学的理论学问与现实环境相连系。同时，通过进修各方面的学问，不竭地提拔本人，通过现实使用，逐步地提高本人的动脑能力和脱手能力以及处事能力。本论文在具体阐发基于可编法式节制器的广场音乐喷泉节制系统设想，对该节制系统进行了具体的研究和设想。同时，对可编法式节制器在工业使用中的一些问题也进行了必然的会商。1. 论文的组织论文共分为章：第1章对论文布景进行了综述，着重引见了可编法式节制器的相关根本学问；第2章对音乐喷泉节制系统的要求、目标、使命、内容、工作过程以及节制器的选择进行了系统概述，并针对设想所需要的方案进行了选择论证；第3章次要阐发了系统的构成部门以及各部门器件的工作道理，对音乐喷泉节制系统的各类元件的选择和参数确定等节制系统的硬件设置装备摆设；第4章按照节制系统流程图进行软件设想第2章系统概述及方案论证2.1 系统概述2.1.1 音乐喷泉节制系统的要求2.1.2 节制系统目标及使命1、阐发系统的工作道理和工艺过程；2、熟悉对PLC的选型以及相关参数的选择；3、领会系统节制主电：包罗电源、各开关、电机及其外部电的设想法；4、控制PLC的I/O地址分派以及PLC外部接线的方式；5、控制软件系统的设想方式，绘出梯形图、列出指令表等。2..3 节制系统内容音乐喷泉节制包罗、水型与乐曲同步、水型的法式演示、彩色灯光的法式演示、水型的节拍随动节制等。1、乐曲播放音乐喷泉所播放的乐曲能够从CD、VCD、DVD等播放器播放，通过功率放大器，将所选歌曲分为两输出，一输出到音箱设备，另一输出到A/D转换模块对音频信号进行采样。当操作员在乐曲数据库中确定了演示乐曲后，随后启动该驱动器，准确地播放选定的乐曲。2、水型与乐曲同步节制当乐曲起头播放，水型会同步演示。在上一首乐曲竣事和下一首乐曲起头的间歇期间，水型也会连结同步遏制和继续演示。节制系统能供给可调整的延时，使水型与乐曲达到同步的结果。3、水型的法式演示喷泉水泵电动机是受的法式节制，每一乐曲。4、彩色灯光的法式演示与水型的演示法式雷同，彩色灯光也由系统法式节制。5、水型的节拍随动节制对于分歧的音乐，其水型的腾跃和扭捏是与乐曲的节拍同步的，表表演音乐喷泉的和活力。这种水型的腾跃和扭捏变化也是由A/D对其音频信号采集转换后通过对应的法式所表示出的。通过变频器对潜水泵实现加快、减速等节制，以达到对分歧音乐信号的分歧抚玩感。2..4 节制系统的简要工作过程起首对音频信号进行分派，一间接经功率放大器后输出到外部音箱设备；另一则对音频信号进行采样和A/D 转换等预处置；其次，颠末PLC对数字量音频信号（二进制）进行转换,将其音频信号转换成实数，再通过在PLC内部设定某种固定值或表格数据，与之比拟较输出采样值的范畴；最初，通过对变频器的高、中、低三个节制端进行开关量输入，即输入组合（001～111），以达到调理变频器的7种频次段，并能很好的节制潜水泵的转速。当转速的快慢、音乐音频信号各频次对回声音信号的强度, 通过变频节制系统就能够将音频信号的变化用喷泉的水柱表示出来, 水柱的凹凸按线性比例反映音频信号的幅度。设每次对音频信号的采样时间为0.6s, 系统总的布局构成将在第三章进行细致的阐述。2. 节制系统方案选择及论证通过对本课题节制系统各方面学问的收集、拾掇和不竭地深切进修理解，以及对课题节制系统充实地引见申明的根本上，按照课题设想要求及目前广场音乐喷泉在人们日常糊口傍边使用的现实环境，对该系统采用继电器、单片机以及PLC作为节制系统次要节制器件的优错误谬误进行了比力，并进行方案选择论证。2..1 方案水型与乐曲同步水型的演示彩色灯光的继电器-接触器节制系统1、接点易磨损，电接触欠好；2、接点闭合迟缓；接触器动作迟缓以及过度延时是该系统的错误谬误之一，由于该节制系统要求与音乐同步，并能及时的表示出音乐信号的变化。别的，节制系统的能量耗损大、维修调养工作量大等错误谬误，从而降低了其经济性。维修坚苦是该系统的致命的弱点，因为利用继电器节制，而继电器的利用寿命不长，需经常改换，并且在浩繁继电器中找毛病很是坚苦。综上所述，因为该系统有诸多弊病，继电器-接触器系统仅仅使用于反映速度、精度、及时性要求不是很高的场所，跟着科技的前进，该节制系统已逐步被裁减。单片机节制系统比继电器-接触器系统大大的降低成本。其长处有：能够做成公用的节制系统，法式被固化，保密性强，靠得住性较高，操作简单，而且易于。在诸多小型音乐喷泉节制系统中，最适合的应是单片机作为节制焦点。适合于一般城市小广场和通俗室第小区的小型音乐喷泉，因为其节制要求简单，利用单片机完全能够满足要求，并且因其成本低则更易于普及，是将来音乐喷泉的成长趋向。别的，该系统带负载的能力不敷强，在对负载要求不高的场所，单片机节制系统仍有较普遍的使用。不外，跟着PLC手艺的成熟与完美，方案三：PLC节制系统颠末数十年的成长，PLC手艺已越来越成熟，使用的范畴也越来越普遍，几乎渗入到了各行各业。而在良多的节制使用系统中，以PLC为焦点的节制系统逐步成为抱负的节制系统，其次要特点次要有：1、硬件的靠得住性2.2.2 方案论证对音乐喷泉的成败最主要的是看喷出的水流量能否有音乐感。PLC的次要功能是对音乐信号进行处置，再将处置后的信号传输到下一级节制设备，如许就能够节制所需的水型及灯光按照音乐的节拍凹凸崎岖和动感变化，使音乐喷泉真正达到了水上芭蕾的艺术结果。PLC所具有的精确、细密、快速、不变的特点和多点节制的功能已使它成为现代高手艺音乐喷泉工程中不成贫乏的设备。通过对上述方案阐发可知，该系统从理论上讲，能够采用的节制器有：继电器-接触器节制；单片机节制；PLC节制等三种节制器。述2.2.3 对选定方案的阐发1可行性阐发（1） 功能可行性阐发：（2）系统靠得住性阐发：系统次要靠PLC内部法式运转，从而达到及时性、精确性获得很大改善，使系统靠得住性获得了进一步的。（3）系统扩展性阐发：系统采用PLC作为节制器，其本身就具有极强的功能扩展性，加之PLC产物的完整性，使得系统功能扩展极其便利（4）系统可性阐发：2、手艺机能（1）PLC选型：PLC的选择能否能让功能与使命相顺应；PLC的处置速度能否满足及时节制的要求；（2）扩展模块的选择：从与其它喷泉节制系统对比中能够看出，本次设想的节制系统中次要节制器必需满足系统的可行性、靠得住性、可扩展性、可性等要求。而分析上述方案论证，大型广场音乐喷泉采用PLC节制系统既能很好地满足其机能要求，并能很好的实现音乐喷泉的各类功能，又经济平安、便利适用。本文就是基于以上所引见的PLC的诸多长处而设想的。同时，在后续的设想中考虑节制系统的手艺机能。第3章 系统硬件本章次要引见广场音乐喷泉节制系统的根基构成部门、节制过程、各部门元器件的工作道理、PLC节制系统I/O点数的估算、元器件参数选择、PLC外部硬件接线图以及等内容3.1 节制系统的构成部门硬件系统由PLC、A/D转换模块变频构成。音乐喷泉节制系统硬件构成部门如图3.1所示。图3.1 音乐喷泉节制系统硬件布局图3.2 系统的节制过程在这里，输入转换电是指能对乐曲启停、乐曲节拍和声音强弱等进行检测并将检到的信号以电平、脉冲或数字形式送至PLC的电。在此节制系统中，操纵A/D模块对音乐信号的采样，按照节制精度的需要,人耳的听觉,音乐信号的特点。因为人耳听到的是广场上播放乐曲的声音,而人眼看到的是喷头的水流量,声音强度与水流量并不是线性关系。而与潜水泵的速度成线性关系,阀门喷出的水流量高度与潜水泵的扭转速度变化成比例,潜水泵的扭转速度又与给变频器所设定的频次以及频次变化速度成比例。声音强度与采样过来转换后的数字量成比例,所以PLC要对采样后的数字量进行分段、转换、比力才能输出到相对应的变频器，以达到节制水泵扭转速度。由于有了它，音乐已不再仅是布景音乐，音乐已用来节制整个喷池喷头的动作与否，因此已达到了音乐喷泉的最根基要求。3.3 PLC的选型 音乐喷泉逻辑节制系统的节制焦点是PLC，在成立一个PLC节制系统时，哪些信号需要输入至PLC，PLC需要驱动哪些负载,以及采用何种编程体例，城市影响到其内部I/O点数的分派，必需起首把系统需要的输入，输出数量确定下来，然后按需要确定各类节制动作的挨次和各个节制安装相互之间的彼此关系。在确定节制系统各环节的彼此关系之后，就能够进行分派输入输出设备。因而，I/O点数简直定，是设想整个PLC音乐喷泉节制系统起首需要处理的问题，它不只决定着系统硬件部门的设想，也是系统软件编写的前提。在了PLC的输入输出点、内部辅助继电器、按时器、数器之后，就能够。3..1 PLC节制系统I/O口的估算本设想是广场音乐喷泉节制系统的设想,按照PLC 的I/O节点利用准绳,应留出必然的I/O点以做扩展时利用。在对系统的节制要求进行阐发后，能够大要确定系统的输入输出点数。系统输入所需点数估算如表3.1所示表3.1 系统数字量输入所需各元器件功能及所占PLC点数项目名称输入点数备注总点数2、模仿量输入所需点数估算如表3.所示表3.2 系统模仿量输入所需各元器件功能及所占PLC点数1音频信号大小输入点数：13、系统输出所需点数估算如表3.3所示表3.3 系统数字量输出所需各元器件功能及所占PLC点数项目名称输入点数备注总点数24变频器速度开关量12选择变频器频次水劣等光节制输出7水下灯光的节制3.3.2 PLC的选型由以上对广场音乐喷泉节制系统的构成、工作过程、I/O点的估算等阐发可知，系统中现实需要数字量输入点2点,模仿量输入模块1个，数字量输出点2点，输出扩展模块1个同时，考虑到该系统是单机系统，可选择全体式布局的PLC。3.3.2.1 PLC类型的选择SIMATIC S7-200 系列 PLCSIMATIC S7-200系列产物进行告终构阐发。1、SIMATIC S7-200 系列 PLC其次要特点是：它有丰硕的指令内置集成功能扩展模块；及时特征；强劲的通信能力；靠得住性好，顺应性强机能价钱比高。2、S7-200PLC的硬件系统布局S7-200是模块化的PLC，它次要由CPU模块、扩展模块和总线毗连电缆形成。（1）CPU模块该模块次要包罗CPU、电源和I/O点3部门。CPU次要担任法式的运转等工作；模块的电源不只向CPU供电，还要满足与CPU模块相连的其他模块的用电需求；该模块本身自带必然数量的开关量I/O点，若是可以或许满足节制要求，则能够不再需要开关量I/O模块。（2）扩展模块因为CPU模块本身的I/O点很是无限、并且无模仿量I/O点，所以有时需要数字量I/O模块、模仿量I/O模块等一些特殊功能模块。（3）总线毗连电缆总线毗连电缆用来把I/O模块和PLC或其他的扩展模块毗连在一路。3、S7-200PLC的硬件系统设置装备摆设S7-200有两种系统设置装备摆设体例，一种是在面板长进行设置装备摆设，另一种是在DIN导轨长进行设置装备摆设。两种系统设置装备摆设体例别离如图3.和图3.所示。图3. 第1种系统设置装备摆设图 图3. 第2种系统设置装备摆设图SIMATIC S7-200 系列 PLC合用于各类场所中的检测及节制的主动化。S7-200系列的强大功能使其无论在运转中，或相连成收集皆能实现复杂的节制功能，特别在集散主动化系统中更能充实阐扬其强大的功能。因而，可选择西门子公司的SIMATIC S7-200 系列 PLC。S7-200 系列本设想选用了西门子S7-200 CPU226晶体管输出型的PLC，其输入输出这曾经能够满足系统所需要的输入输出端口要求。3..2.2 PLC数字量扩展模板的选择本系统设想采用的是西门子S7-200型CPU226的PLC，它有24输入/16输出共40个数字量I/O点，因为该系统输出点数需要2点，所以采用数字量扩展模块。S7-200系列目前能够供给三大类共9种数字量输入输出扩展模块。1、EM221，数字量输入（DI）扩展模块，具有8点DC输入，光电耦合器隔离。2、EM222，数字量输出（DO）扩展模块，有2种输出类型：8点DC24V输出；8点继电器输出型。3、EM223，数字量夹杂输入/输出（DI/DO）扩展模块，有6种输出类型：DC24V输入4点/输出4点；DC24V输入4点/继电器输出4点；DC24V输入点/输出点；DC24V输入8点/继电器输出8点；DC24V输入16点/输出16点；DC24V输入16点/继电器输出16点。所需扩展输出点数可知，此系统采用数字量输出扩展模块EM222，8点DC24V输出型。3.3.2.3 模仿量扩展单位摸板选择 对与整个音乐喷泉节制系统来说，硬件的构成及选择都是关系到设想能否合理的一个主要根据。因而，本设想硬件系统由主节制器PLC、A/D转换器模块、变频器、潜水泵、音箱设备以及灯光等多部门构成。下面将细致引见音乐喷泉节制系统A/D转换器模块的选择。1、模仿量输入接口模板的简介模仿量输入接口模板的使命是把现场中被测的模仿量信号改变成PLC能够处置的数字量信号。凡是出产现场可能有多模仿信号需要采集，各模仿量的类型和参数都可能分歧，这就需要在进入模板前，对模仿量信号进行转换和预处置，把它们变换成输入模板能同一处置的电信号，经多转换开行多当选一，再将已选中的那信号进行A/D转换，转换竣事进行需要处置后，送入数据总线供CPU存取，或存入两头寄放器备用。A/D转换器是模仿量输入模板的环节器件，它完成模仿量到数字量的转换。转换时间一般为10~100us，A/D转换器是在节制的节制下，完成启动A/D转换，读取转换成果等工作过程。凡是，A/D转换的成果是以带符号的二进制形式呈现。转换后的数据经光电隔离，再经数据驱动器，送入两头寄放器。当CPU需要读取本通道输入信号时，再由两头寄放器取出，经总线驱动后送入数据总线。经数据线驱动的输出数据也能够不经两头寄放器而间接进入总线驱动，供CPU当即读取。2、A/D模块的选择西门子S7-200型PLC的模仿量扩展单位模板类型有以下三种：EM231，412位模仿量输入（AI）模板（1）差分输入，输入范畴：电压：0～10V，0～5V，+2.5V，+5V。 电流：0～20mA。（2）转换时间： 250us。（3）最大输入电压30VDC，最大输入电流32mA。EM232，212位模仿量输出（AO）模板（1）输出范畴：电压+10V，电流0～20mA。（2）数据字格局：电压-32000～+32000，电流0～+32000。（3）分辩率：电压12位，电流11位。EM235，模仿量夹杂输入/输出（AI/AO）模板（1）模仿量输入4，模仿量输出1。（2）差分输入，电压：0～10V，0～5V，0～1V，0～500mV，0～100mV，0～50mV，+10V，+5V，+2.5V，+1V，+500mV，+250mV，+100mV，+50mV，+25mV。 电流：0～20mA。（3）转换时间： 250us。（4）不变时间：电压100us，电流2ms。在本系统设想中，只需要考虑模仿量的输入模板，不需要模仿量输出模板，所以首选扩展模块为EM231，412位模仿量输入（AI）模板。3.3.3 节制系统的I/O地址分派PLC节制系统硬件设想的环节部门是设想PLC的外部电，即画出PLC的外部硬件连线图。按照以上所选的CPU模块型号、各扩展模块的型号以及本机的I/O地址，为了明白每个输入端传入数据的意义和每个输出线圈所节制的量，给出I/O资本设置装备摆设表如表3.4和表3.5所示。如表3.4所示表3.4输入地址分派表信号名称外部元件备注SB1I0.01启动SB2I0.11遏制模仿量输入如表3.所示表3.模仿量输入地址分派表外部元件备注3、数字量输出部门如表3.所示表3.6输出地址分派表信号名称外部元件输出地址启动变频器1#（正转）STF工作继电器STFQ0.0变频器1#低速RL工作继电器RLQ0.1变频器1#中速RM工作继电器RMQ0.2变频器1#高速RH工作继电器RHQ0.3启动变频器2#（正转）STF工作继电器STFQ0.4变频器2#低速RL工作继电器RLQ0.5变频器2#中速RM工作继电器RMQ0.6变频器2#高速RH工作继电器RHQ0.7启动变频器3#（正转）STF工作继电器STFQ1.0变频器3#低速RL工作继电器RLQ1.1变频器3#中速RM工作继电器RMQ1.2变频器3#高速RH工作继电器RHQ1.3启动变频器4#（正转）STF工作继电器STFQ1.4变频器4#低速RL工作继电器RLQ1.5变频器4#中速RM工作继电器RMQ1.6变频器4#高速RH工作继电器RHQ1.7第1组潜水灯HL0Q2.0第2组潜水灯HL1Q2.1第3组潜水灯HL2Q2.2第4组潜水灯HL3Q2.3第5组潜水灯HL4Q2.4第6组潜水灯HL5Q2.5第7组潜水灯HL6Q2.63.4 变频器的选型及参数设置当今喷泉工程和高新手艺的连系恰是汗青成长的必然。因为喷泉工程中采用了大量的高新手艺从而使喷泉结果愈加灿艳多彩、婀娜多姿，令人赏心顺眼、流连忘返。跟着科学手艺突飞大进的成长，变频调速器手艺正大步走进喷泉节制范畴，阐扬着不成替代的感化。按照节制功能将通用变频器分3品种型。通俗功能型V/F节制变频器，具有转矩节制功能的高功能型V/F节制变频器，以及矢量节制高机能变频器。按照负载的要求来选择变频器的类型。本设想中采用了三菱FR-S50S型变频调速器，该变频器接线端分布图如图3.所示。图3. 变频器接线端子分布图该变频器调速仅通过外部的接点信号切换，即可选择各类速度 RH,RM,RL 。即便在变频器运转中，各类速度（频次）也可在0～120Hz范畴内肆意设定。具体接点信号（RH,RM,RL信号）ON/OFF如何组合实现调速，并能阶段性地切换运转速度利用表3.5所示表3.5 多段调速设定表RH中速RM低速RL1速ONOFFOFF2速OFFONOFF3速OFFOFFON4速OFFONON5速ONOFFON6速ONONOFF7速ONONON3.5 潜水泵整个系统的水泵利用三相潜水泵，功率视水池大小而定，每个水池中各安设1～2 根粗水管，每根水管上安装2～3 台水泵，被控喷水管上的水泵电机只节制1～2 台不全控，不受控的水泵工作连结必然的水柱花高度，而受控的水泵工作使水柱花在必然根本上跳动喷射，以避免音乐间歇无喷水现象呈现也可调整变频器参数获得。本设想中采用的是QS0-20/2-0.5型喷泉公用泵，该泵如下特点：电机机能：采用优良材料DR470，添加电机绕组的匝数及线径使水泵耐屡次起动。水力部门：采用优良水力模子设想，使水泵流量、扬程、效率三者更为合理。布局特点：该电机为自轮回充水式冷却；电缆用三相四线JHS型喷泉公用电缆；叶轮采用了防松动安装；滤网护罩采用全不锈钢材料；电机内腔定转子采用进口涂料，提高了水下电机耐侵蚀性，通过以上布局改良使之更适于喷泉工程专业要求。为提高负载能力，驱动更多更大灯组负载，在可编法式节制器输出端外接无触点固态继电器，以增大驱动能力，并与强功率电电气隔离 光隔离 ，提高抗干扰机能和平安机能。整个喷泉的灯光以暖色调为主，凸起核心部门使用水景造型配以分歧颜色的灯光陪衬， 采用水下彩灯，以红、黄、绿、兰四色搭配核心主喷以红色为主，灯亮随编排法式，与对应同步变化。3.6 PLC的外部硬件毗连图PLC的输入与输出最好分隔走线，开关量与模仿量也要分隔敷设。模仿量信号的传送应采用屏障线，屏障层应一端或两头接地。 PLC的外部硬件毗连图见附录A3.7 节制系统主电图3.5所示。图3.5 节制系统主电图第4章 软件部门在对节制系统进行阐发和硬件设想的根本上，按照PLC节制系统工艺流程和系统节制要求，对PLC进行了软件设想。4.1 节制系统根基流程图图4.1所示主法式流程图在此流程图中应留意统遏制流程、变频器的选择流程子法式流程图另做。3、图4.2是所示为强制遏制流程图在系统需要封闭时，不管是呈现何种环境的问题，都能够间接按下遏制按钮即可，此时PLC会遏制所有工作。、图4.3是所示为变频器选择流程图在主法式部门，有一内容为选择变频器，因为本设想采用的是4组变频器轮回，每个变频器的动作的时间相差0.6s。因而必需提前选择变频器，在选择变频器的时候，本设想顶用到了加法、除法等根基指令，通过编程运算，当变量寄放器VW500中所存余数等于0时，选择变频器1#；当变量寄放器VW500中所存余数等于1时，选择变频器2#；当变量寄放器VW500中所存余数等于2时，选择变频器3#；当变量寄放器VW500中所存余数等于3时，选择变频器4#；如许顺次轮回，达到了按照表数据对应输出到某个变频器上的目标。图4.4 子法式流程图图4.4所示为子法式0的流程图，该图暗示每一组数据有对应输出到4个变频器上的可能，本设想将其考虑进去了。如：假设四次采样都是对应第1组数据输出，那么第一次的该当输出到变频器1#，第2次的该当输出到变频器2#，顺次类推即可。4.2 本次设想所用指令引见1、位操作指令PLC的位操作指令次要实现逻辑节制和挨次节制，保守的继电器-接触器节制系统完全能够用S7-200的位操作指令来完成。（1）根基逻辑指令a 装载指令LD（Load），LDN（Load Not）与线圈驱动指令 （Out）b 触点指令A（And），AN（And Not）c 触点并联指令O（Or），ON（Or Not）d 置位/复杂位指令S（Set）/R（Reset）（2按时器指令：接通延时按时器指令TON（On-Delay Timer）（3计数器指令：递增计数器指令CTU（Counter Up）（4比力指令：整数比力指令2、运算指令运算指令包罗算术运算指令和逻辑运算指令。算术运算包罗加法、减法、乘法、除法及一些常用的数学函数；在算术运算中，数据类型为整型INT，双整型DINT和实数REAL。逻辑运算包罗逻辑与、逻辑或、逻辑非、逻辑异或，以及数据比力，数据类型为字节型BYTE，字型WORD，双字型DWORD。（1）加法指令：整数加法指令+I（2）除法指令：完全整数除法指令DIV3、数据处置指令4、表功能指令（1）填表指令ATT（Add To Table）（2）表中取数指令：先辈先出指令FIFO（First Input First Output）5、转换指令：字节与整数转换指令BTI（Byte To Integer）4.3 PLC节制系统梯形图的编制PLC节制系统梯形图分为两个次要部门：主法式和子法式。1、主法式启动，将系统参数初始化，该过程包罗内部置位、复位输出继电器的初始化，别的将内部所需或用户本身设定的参数读入。表4.1所示为参数初始化时所需要填入响应表格中的7组数据，设想系统中采用填表指令ATT（Add To Table）将其一一填入，为了削减梯形图的烦琐，该表数据填入只用一组来申明，在梯形图中从Network15~Network21都属于表数据填入，在此图中省略Network16~Network21。表4.1填表数据从左至右填入表格响应数据存储单位表1121211VW20表2221221VW30表3233233VW40表4234243VW50表5345535VW60表6456564VW70表7575537VW80选择变频器，通过加法指令将C0+3存入寄放器VW200中（C0 1、2、3可按计数器设定值递增）。再用除法指令将VW200除4，将成果存入VD500中，然后将VD500高16位VW500中所存余数与0、1、2、3比力，当等于0时选择变频器1，顺次类推。选择表格数据输出，起首将音频信号模仿量输入到A/D转换模块EM231，将其为数字量，并存放在寄放器AIW0中，然后把AIW0中的数字量按每0.6s读取一次，存放到累加器AC0中，再与内部十六进制16#0000～16#0FFF分成7段比力，当AC0中的值大于且小于某一个范畴值时，输出响应的表格数据。挪用子法式，当比力后若选择表1数据时，挪用子法式0；表2数据对应挪用子法式1；顺次类推。2、子法式第4章 系统部门PLC法式的调试能够分为模仿调试和现场调试两个调试过程，在此之前起首对PLC外部接线作细心查抄，这一个环节很主要，外部接线必然要精确无误，也能够用事先编写好的尝试法式对外部接线做扫描通电查抄来查找接线毛病。不外，为了平安考虑，最好将主电断开。当确认接线无误后再毗连主电，将模仿调试好的法式送入用户存储器进行调试，直到各部门的功能都一般，并能协调分歧地完成全体的节制功能为止。在本设想中采用的西门子S7-200系列CPU226型的PLC，另加配套尝试箱，以及手编器、数据线以及导线等硬件设备。在完成以上多个步调后，确定出I/O口的点数，将各个输入/输出端子和现实节制系统中的按钮、所需节制设备准确毗连，完成硬件的安装。将STEP_7-MicroWIN_V4_SP3安装好后，喷泉节制系统的梯形图编制可操纵STEP_7-MicroWIN_V4_SP3软件来完成，一般工作时将法式或梯形图倒入到PLC中，若要点窜法式，先将PLC设定在PROG形态下，运转STEP_7-MicroWIN_V4_SP3软件，打开全主动洗衣机法式或梯形图，即可在线调试。将所设想的法式倒输入PLC后，将PLC设定在RUN形态下，即可进行调试。初度调试并不成功，在没接触过实践之前的理论上的法式以及梯形图都只是自认为能够实现，将法式输入后，运转成果，再不会向下运转了，错误的缘由在于没有考虑到轮回的整个回过程所需要的时间，即运转每条指令所需要的时间；别的，在梯形图设想中没有考虑上下级毗连的关系，在暂停的时候所用的触发信号只是短暂的一个脉冲信号，在没能按时器记时完毕的前提下就曾经将按时器断开，所以按时器也就不起感化了。在颠末多次点窜后，将所有课题要求的内容设想完毕，并进一步简化了设想思，在保现要求中的所功能外，尽可能的使所设想的法式、梯形图愈加简洁结 论跟着我国国力的不竭加强, 人民糊口程度的不竭提高, 此刻在很多城市的广场上都能看到音乐喷泉。音乐喷泉, 顾名思义, 就是指喷泉的水形按照播放音乐的旋律有纪律地进行变化, 在人的视觉和听觉上构成协调的同一, 使人在上有愉悦的感触感染。音乐喷泉的设想涉及到的专业很是普遍, 包罗音乐阐发、给排水、电气、通信和主动节制, 所以说音乐喷泉这个行业是一个分析性很是强的行业,一个音乐喷泉工程的成功实施需要以上方面的专业人员慎密地共同才能完成。本论文次要完成的是音乐喷泉节制系统的设想，具体广场各喷头、灯光的结构在此不做细致申明设想。本节制系统是采用可编法式节制器（PLC）对整个系统进行节制，用变频器实现喷泉的调速使用。PLC是一种高靠得住性的节制安装，影响PLC节制系统靠得住性的次要要素是与PLC接口的输入信号元件和输出施行元件，在编程过程中次要是搞清晰各输入输出元件的元件号以及它们在系统中的感化，变频器调速是一种很是高效的调速系统，变频器调速该当留意变频器的设置等问题，这些在论文的第三章都有很是清晰的引见。本论文是使用设想型课题，是本人连系所学学问，以可编法式节制器为根本，对音乐喷泉根基流程有细致的领会以及对其喷泉节制系统的主动化节制进行设想。在整个设想的过程中，在进修、向人进修的前提下，我深切地领会电气节制系统各方面的学问，熟练地控制了PLC节制手艺各方面的理论学问及其使用，逐步提高了对电气节制系统进行设想的现实工作能力，懂得了使用所学的理论学问与现实环境相连系。同时，通过进修各方面的学问，不竭地提拔了本人；通过现实使用，逐步地提高了本人的动脑能力和脱手能力以及处事能力。参考文献[1] 常斗南. 可编法式节制器・道理・使用・尝试[M]. ：机械工业出书社，1998.7[2] 台方．可编法式节制器使用教程[M]．：中国水利水电出书社，2001.[3] 田瑞庭．可编法式节制器使用手艺[M]．：机械工业出书社，1994.[4] 程健,曾以亮. 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