燈光音樂(lè)噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、燈光音樂(lè)噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 光機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 題 目： 燈光音樂(lè)噴泉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 別： 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班 級(jí)： 姓 名： 方曉紅 學(xué) 號(hào)： 2010 指導(dǎo)教師： 二零一四 年 一 月 十五 日 目錄第一章 緒論3第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求42.1系統(tǒng)控制要求42.2音樂(lè)噴泉系統(tǒng)構(gòu)成及框圖42.3 音樂(lè)噴泉的工作原理5第三章 音樂(lè)噴泉系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.1 PLC的特點(diǎn)63.2 變頻器的工作原理63.3 音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)的要求83.4 控制系統(tǒng)內(nèi)容83.5控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要工作過(guò)程93.6 PLC控制系統(tǒng)9第四章 音樂(lè)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)104.1 控制系統(tǒng)的組成部分104.2 系統(tǒng)

2、的控制過(guò)程104.4 變頻器的選型及參數(shù)設(shè)置174.6潛水泵與燈組參數(shù)選擇184.7 PLC的外部硬件連接圖194.8控制系統(tǒng)主電路圖20第五章 軟件流程圖和主程序215.1 控制系統(tǒng)基本流程圖225.2 本次設(shè)計(jì)所用指令介紹255.3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖的編制265.4噴泉控制系統(tǒng)的程序27第一章 緒論噴泉原是一種自然景觀，是承壓水的地面露頭。園林中的噴泉，一般是為了造景的需要，人工建造的具有裝飾性的噴水裝置。噴泉可以濕潤(rùn)周圍空氣，減少塵埃，降低氣溫。噴泉的細(xì)小水珠同空氣分子撞擊，能產(chǎn)生大量的負(fù)氧離子。因此，噴泉有益于改善城市面貌和增進(jìn)居民身心健康。隨著城市化進(jìn)程的加速，隨著我國(guó)人民物質(zhì)和

3、精神生活水平的不斷提高，現(xiàn)在許多城市的市民廣場(chǎng)、單位居民生活區(qū)里都能看到各種形式的噴泉。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在噴泉工程中采用了大量的高新技術(shù)，在人們的視覺和聽覺上形成和諧的統(tǒng)一，使人們?cè)诰裆嫌蟹N愉悅的感受。噴泉運(yùn)行的靈活性是評(píng)價(jià)噴泉優(yōu)劣的關(guān)鍵，而這與噴泉的控制系統(tǒng)息息相關(guān)。噴泉可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出各種各樣的花樣，加上燈光，能給人有種不錯(cuò)的視覺享受。噴泉是一種將水或其他液體經(jīng)過(guò)一定壓力通過(guò)噴頭灑出來(lái)具有一定形狀的組合體，提供水壓的一般為水泵?，F(xiàn)代城市中的噴泉形式已十分豐富。隨著構(gòu)筑物的大小及水壓等的變化，噴泉或高或低、或珠或霧，精彩紛呈。燈光音樂(lè)噴泉是在程序控制噴泉的基礎(chǔ)上加入了

4、燈光音樂(lè)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)音頻及MIDI信號(hào)的識(shí)別，進(jìn)行譯碼和編碼，最終將信號(hào)輸出到控制系統(tǒng)，使噴泉的造型及燈光的變化與音樂(lè)保持同步。為展示噴泉的藝術(shù)感,通常會(huì)配以相應(yīng)的曲目,根據(jù)所選曲目的節(jié)奏快慢、抑揚(yáng)頓挫,編制相應(yīng)的水泵控制程序來(lái)體現(xiàn)音樂(lè)的內(nèi)涵。其中,最重要的環(huán)節(jié)就是時(shí)間同步,即將樂(lè)曲的播放時(shí)間根據(jù)節(jié)奏、樂(lè)感分解為若干個(gè)時(shí)間段,在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)編制相應(yīng)的水泵、燈光控制程序,調(diào)整曲目播放的時(shí)間精度和PLC編程的時(shí)間精度相同,而且在同一時(shí)間段內(nèi),水泵和燈光的子程序工作時(shí)間相同,從而在視覺上達(dá)到同步的觀賞效果。在夜間配合燈光來(lái)提升噴泉的觀賞效果,根據(jù)燈光顏色、照射花形的角度、音樂(lè)曲目進(jìn)行編制程

5、序,燈光工作時(shí)間也要和音樂(lè)、水泵的時(shí)間同步,其原理與控制水泵原理相同,在這里不再贅述。第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要求2.1系統(tǒng)控制要求設(shè)計(jì)在廣場(chǎng)等地方使用的燈光音樂(lè)噴泉，使用PLC作為控制器?？刂埔螅海?）要求同時(shí)有燈光指示。（2）可采用手動(dòng)和自動(dòng)方式控制噴泉工作模式。（3）可自動(dòng)定時(shí)開關(guān)。2.2音樂(lè)噴泉系統(tǒng)構(gòu)成及框圖 圖2.1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖 圖2.2 噴泉的平面布局圖2.3 音樂(lè)噴泉的工作原理 音樂(lè)噴泉的工作原理是，根據(jù)播放的音樂(lè)來(lái)控制水柱，達(dá)到與音樂(lè)同步的效果，而水柱是由水泵來(lái)控制的，而水泵是由三相異步電動(dòng)機(jī)組成的，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速如果通入工頻電源，轉(zhuǎn)速是不變化的，變頻器是專門針對(duì)電

6、機(jī)調(diào)速的裝置。由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使水柱發(fā)生變化。 改變頻率就改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也就改變了水泵的壓力，音樂(lè)的不同頻率經(jīng)單片機(jī)處理送到變頻電機(jī)的控制端，使電機(jī)轉(zhuǎn)速隨音樂(lè)的音調(diào)，節(jié)奏，和強(qiáng)弱變化，水泵的壓力隨之變化，噴岀的水就有了高低變化，而且是由幾套設(shè)備對(duì)多組噴嘴實(shí)施控制噴泉的形成是水泵。 將音樂(lè)的節(jié)奏和強(qiáng)度轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)，此信號(hào)再控制一個(gè)電壓控制器件，電源經(jīng)過(guò)這個(gè)電壓控制器件后，輸出電壓也隨音樂(lè)的變化而改變，從而控制水泵電機(jī)。第三章 音樂(lè)噴泉系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 PLC的特點(diǎn)PLC是傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)想結(jié)合的產(chǎn)物，所以在工業(yè)控制方面，它具有繼電器控制或通過(guò)計(jì)算機(jī)所無(wú)法比擬的特點(diǎn)

7、。1、高可靠性2、應(yīng)用靈活、使用方便3、面向控制過(guò)程的編程語(yǔ)言，容易掌握4、易于安裝、調(diào)試、維修5、功能完善、模塊功能和網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大3.2 變頻器的工作原理隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變頻器已經(jīng)成為電器調(diào)速的主流，成為現(xiàn)代工業(yè)的組成部分。變頻器不僅可以節(jié)省能源，還可以改善控制性能，提高生產(chǎn)效率。工業(yè)中使用的變頻器可分為通用變頻器和專用變頻器。通用變頻器主要用于工業(yè)驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)；專用變頻器用于特定的控制對(duì)象。隨著變頻器的發(fā)展，采用矢量控制的變頻器開始普及。矢量控制的重要性能是使異步電動(dòng)機(jī)具有直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性，并且與直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比較，有無(wú)需維修，不需抑制電流變化率，可以

8、謀求電流控制的快速響應(yīng)；磁場(chǎng)控制范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)速度傳感器矢量控制變頻器可以在各種轉(zhuǎn)速下提供不變的轉(zhuǎn)矩，在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)不但給出160%的過(guò)載轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還可以進(jìn)行滑差補(bǔ)償。中小容量的變頻器正向降低噪音，減少諧波對(duì)電源的影響、提高低速是的轉(zhuǎn)矩等方向發(fā)展。由于變頻器變頻調(diào)速性能好，因而現(xiàn)在以被鋼鐵、石油、紡織、造紙、建材等行業(yè)采用并大力推廣。并且極其精確地運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)普通電機(jī)能達(dá)到最佳的控制效果，操作簡(jiǎn)單靈活，具有擴(kuò)展功能。變頻器的基本構(gòu)成，從結(jié)構(gòu)上看，變頻器可分為直接變頻和間接變頻兩類。間接變頻器先將工頻交流電源通過(guò)整流器變成直流，然后再經(jīng)過(guò)逆變器將直流變換為可控頻率的交流，因此又稱它為有中間直流

9、環(huán)節(jié)的變頻裝置或交-直-交變頻器。直接變頻器將工頻交流一次變換為可控頻率交流，沒(méi)有中間直流環(huán)節(jié)，即所謂的交-交變頻器。目前應(yīng)用較多的是間接變頻器即交-直-交變頻器。因此，可以認(rèn)為，變頻器的基本構(gòu)成如圖1.1所示。中間直流電路整流電路逆變電路控 制 電 路交流電交流電商用電源電壓頻率可控 圖3.1 變頻器的基本構(gòu)成73.3 音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)的要求在諸多音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)中，不管是采用繼電器控制或電磁閥對(duì)音樂(lè)噴泉進(jìn)行控制（開關(guān)及噴泉揚(yáng)程控制），由于不能對(duì)電動(dòng)機(jī)或其他控制閥進(jìn)行調(diào)速，所以這些方式都存在反應(yīng)速度慢的弱點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于音樂(lè)與噴泉的同步實(shí)時(shí)性，在控制系統(tǒng)中采用了變頻調(diào)速，通過(guò)變頻器

10、來(lái)控制電動(dòng)機(jī)，從而達(dá)到快速反應(yīng)的目的，所以下面所介紹的是本設(shè)計(jì)對(duì)音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)所需要達(dá)到的要求、效果。顧名思義，燈光音樂(lè)噴泉就是要求在音樂(lè)的伴隨下噴泉的高度、燈光的強(qiáng)度、色彩以及噴泉的造型隨音樂(lè)的音量而變化，通過(guò)對(duì)各種不同的音樂(lè)進(jìn)行選擇播放，以及對(duì)不同音頻信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)化等處理后，利用編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)音樂(lè)噴泉的實(shí)時(shí)控制。3.4 控制系統(tǒng)內(nèi)容音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)內(nèi)容包括樂(lè)曲播放、水型與樂(lè)曲同步、水型的程序演示、彩色燈光的程序演示、水型的節(jié)奏隨動(dòng)控制等。1、樂(lè)曲播放音樂(lè)噴泉所播放的樂(lè)曲可以從CD、VCD、DVD等播放器播放，通過(guò)功率放大器，將所選歌曲分為兩路輸出，一路輸出到音箱設(shè)備，另一路輸出到A/

11、D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣。當(dāng)操作員在樂(lè)曲數(shù)據(jù)庫(kù)中確定了演示樂(lè)曲后，隨后啟動(dòng)該驅(qū)動(dòng)器，正確地播放選定的樂(lè)曲。2、水型與樂(lè)曲同步控制當(dāng)樂(lè)曲開始播放，水型會(huì)同步演示。在上一首樂(lè)曲結(jié)束和下一首樂(lè)曲開始的間歇期間，水型也會(huì)保持同步停止和繼續(xù)演示。此音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)能提供可調(diào)整的噴泉延時(shí)，使水型與樂(lè)曲達(dá)到同步的效果。3、水型的程序演示噴泉潛水泵電動(dòng)機(jī)是受控制器內(nèi)部的程序控制，每一首樂(lè)曲可從控制器中相應(yīng)的找到對(duì)應(yīng)的固定程序數(shù)據(jù)，并可以將其對(duì)應(yīng)輸出。4、彩色燈光的程序演示與水型的演示程序類似，彩色燈光也由控制器系統(tǒng)程序控制。通過(guò)利用噴泉水泵的控制程序，將燈光控制也采用其同樣的方法，隨噴泉的變化相應(yīng)的水下彩

12、色燈光也會(huì)變化、動(dòng)作。5、水型的節(jié)奏隨動(dòng)控制對(duì)于不同的音樂(lè)，其水型的跳躍和搖擺是與樂(lè)曲的節(jié)奏同步的，表演出音樂(lè)噴泉的激情和活力。這種水型的跳躍和搖擺變化也是由A/D對(duì)其音頻信號(hào)采集轉(zhuǎn)換后通過(guò)對(duì)應(yīng)的程序所表現(xiàn)出的。通過(guò)變頻器對(duì)潛水泵實(shí)現(xiàn)加速、減速等控制，以達(dá)到對(duì)不同音樂(lè)信號(hào)的不同觀賞感。3.5控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要工作過(guò)程首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分配，一路直接經(jīng)功率放大器后輸出到外部音箱設(shè)備；另一路則對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行采樣和A/D 轉(zhuǎn)換等預(yù)處理；其次，經(jīng)過(guò)PLC對(duì)數(shù)字量音頻信號(hào)（二進(jìn)制）進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將其音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)數(shù)，再通過(guò)在PLC內(nèi)部設(shè)定某種固定值或表格數(shù)據(jù)，與之相比較輸出采樣值的范圍；最后，通過(guò)對(duì)變頻器的高

13、、中、低三個(gè)控制端進(jìn)行開關(guān)量輸入，即輸入組合（001111），以達(dá)到調(diào)節(jié)變頻器的7種頻率段，并能很好的控制潛水泵的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速的快慢、音樂(lè)音頻信號(hào)各頻率對(duì)應(yīng)聲音信號(hào)的強(qiáng)度, 通過(guò)變頻控制系統(tǒng)就可以將音頻信號(hào)的變化用噴泉的水柱表現(xiàn)出來(lái), 水柱的高低按線性比例反映音頻信號(hào)的幅度。設(shè)每次對(duì)音頻信號(hào)的采樣時(shí)間為0.6s, 系統(tǒng)總的結(jié)構(gòu)組成將在第三章進(jìn)行詳細(xì)的闡述。3.6 PLC控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，PLC技術(shù)已越來(lái)越成熟，應(yīng)用的范圍也越來(lái)越廣泛，幾乎滲透到了各行各業(yè)。而在很多的控制應(yīng)用系統(tǒng)中，以PLC為核心的控制系統(tǒng)逐漸成為理想的控制系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)主要有：1、硬件的可靠性2、編程簡(jiǎn)單，使用方便3

14、、接線簡(jiǎn)單，通用性好4、可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)5、易于安裝，便于維護(hù)第四章 音樂(lè)噴泉的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)的組成部分硬件系統(tǒng)主要由PLC、A/D轉(zhuǎn)換模塊、變頻器、潛水泵和燈光組成。通過(guò)PLC對(duì)外部音頻信號(hào)的采樣、轉(zhuǎn)換來(lái)控制變頻器和故態(tài)繼電器的動(dòng)作，從而達(dá)到控制系統(tǒng)的要求，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)音樂(lè)和噴泉的實(shí)時(shí)的完美結(jié)合。音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)硬件組成部分如圖4.1所示。.CDVCDDVD可編程序控制器外部音箱（左）變頻器1#SSR變頻器2#變頻器4#變頻器3#SSRSSRMMMM外部音箱（右）DC5V調(diào)速端DC5VDC5V調(diào)速端調(diào)速端調(diào)速端四組潛水泵七組水下燈功率放大器A/D 圖4.1 音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)

15、硬件結(jié)構(gòu)圖4.2 系統(tǒng)的控制過(guò)程在這里，輸入轉(zhuǎn)換電路是指能對(duì)樂(lè)曲啟停、樂(lè)曲節(jié)奏和聲音強(qiáng)弱等進(jìn)行檢測(cè)并將檢到的信號(hào)以電平、脈沖或數(shù)字形式送至PLC的電路。在此控制系統(tǒng)中，利用A/D模塊對(duì)音樂(lè)信號(hào)的采樣，根據(jù)控制精度的需要,人耳的聽覺,音樂(lè)信號(hào)的特點(diǎn)。由于人耳聽到的是廣場(chǎng)上播放樂(lè)曲的聲音,而人眼看到的是噴頭的水流量,聲音強(qiáng)度與水流量并不是線性關(guān)系。而與潛水泵的速度成線性關(guān)系,閥門噴出的水流量高度與潛水泵的旋轉(zhuǎn)速度變化成比例,潛水泵的旋轉(zhuǎn)速度又與給變頻器所設(shè)定的頻率以及頻率變化速度成比例。聲音強(qiáng)度與采樣過(guò)來(lái)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量成比例,所以PLC要對(duì)采樣后的數(shù)字量進(jìn)行分段、轉(zhuǎn)換、比較才能輸出到相對(duì)應(yīng)的變頻器

16、，以達(dá)到控制水泵旋轉(zhuǎn)速度。因?yàn)橛辛怂?，音?lè)已不再僅是背景音樂(lè)，音樂(lè)已用來(lái)控制整個(gè)噴池噴頭的動(dòng)作與否，因而已達(dá)到了音樂(lè)噴泉的最基本要求。4.3 PLC的選型 音樂(lè)噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是PLC，在建立一個(gè)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，哪些信號(hào)需要輸入至PLC，PLC需要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載,以及采用何種編程方式，都會(huì)影響到其內(nèi)部I/O點(diǎn)數(shù)的分配，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入，輸出數(shù)量確定下來(lái)，然后按需要確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。在確定控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的相互關(guān)系之后，就可以進(jìn)行分配輸入輸出設(shè)備。因此，I/O點(diǎn)數(shù)的確定，是設(shè)計(jì)整個(gè)PLC音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)首先需要解決的問(wèn)題，它不僅決定著系統(tǒng)硬件

17、部分的設(shè)計(jì)，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。在估算了PLC的輸入輸出點(diǎn)、內(nèi)部輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器之后，就可以對(duì)PLC進(jìn)行選型，并進(jìn)一步進(jìn)行輸入/輸出量的確定。4.3.1 PLC控制系統(tǒng)I/O口的估算本設(shè)計(jì)是廣場(chǎng)音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),根據(jù)PLC 的I/O節(jié)點(diǎn)使用原則,應(yīng)留出一定的I/O點(diǎn)以做擴(kuò)展時(shí)使用。在對(duì)系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行分析后，可以大概確定系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。1、系統(tǒng)數(shù)字量輸入所需點(diǎn)數(shù)估算本系統(tǒng)是根據(jù)音樂(lè)的旋律、音頻信號(hào)的大小來(lái)控制噴泉水柱高低的，所以其數(shù)字量輸入只需要滿足系統(tǒng)啟動(dòng)、停止兩個(gè)功能。如表4.1所示表4.1 系統(tǒng)數(shù)字量輸入所需各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱輸入點(diǎn)數(shù)備 注總點(diǎn)

18、數(shù)啟動(dòng)按鈕1噴泉控制系統(tǒng)啟動(dòng)輸入點(diǎn)數(shù)：2停止按鈕1噴泉控制系統(tǒng)停止2、系統(tǒng)模擬量輸入所需點(diǎn)數(shù)估算為了將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)化成PLC能識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)，這里需采用一個(gè)模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊，所以模擬量輸入點(diǎn)為1個(gè)。如表4.2所示表4.2 系統(tǒng)模擬量輸入所需各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱模擬量輸入點(diǎn)數(shù)備 注總點(diǎn)數(shù)音頻信號(hào)變送模塊1音頻信號(hào)大小輸入點(diǎn)數(shù)：13、系統(tǒng)數(shù)字量輸出所需點(diǎn)數(shù)估算系統(tǒng)數(shù)字量輸出分為控制變頻器開關(guān)量、控制燈光開關(guān)量?jī)蓚€(gè)部分，其中變頻器有啟動(dòng)和調(diào)速兩種控制量。如表4.3所示表4.3 系統(tǒng)數(shù)字量輸出所需各元器件功能及所占PLC點(diǎn)數(shù)項(xiàng)目名稱輸入點(diǎn)數(shù)備 注總點(diǎn)數(shù)啟動(dòng)變頻器開關(guān)量5控制變頻器

19、運(yùn)行輸出總點(diǎn)數(shù)：24變頻器速度開關(guān)量12選擇變頻器頻率水下等光控制輸出7水下燈光的控制4.3.2 PLC的選型由以上對(duì)廣場(chǎng)音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)的組成、工作過(guò)程、I/O點(diǎn)的估算等分析可知，系統(tǒng)中實(shí)際需要數(shù)字量輸入點(diǎn)2點(diǎn),模擬量輸入模塊1個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)24點(diǎn)，輸出擴(kuò)展模塊1個(gè)。同時(shí)，考慮到該系統(tǒng)是單機(jī)系統(tǒng)，可選擇整體式結(jié)構(gòu)的PLC。4.3.2.1 PLC類型的選擇在眾多的PLC種類當(dāng)中，有松下FP1系列PLC、西門子S7-200系列PLC、華光SU-6B系列PLC、三菱FX2N系列PLC等產(chǎn)品。SIMATIC S7-200 系列 PLC的應(yīng)用比較廣泛，可擴(kuò)展模塊多，適合很多控制系統(tǒng)選擇，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中

20、詳細(xì)的對(duì)SIMATIC S7-200系列產(chǎn)品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。1、SIMATIC S7-200 系列 PLC其主要特點(diǎn)是：它有豐富的指令、內(nèi)置集成功能、擴(kuò)展模塊；具有實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；可靠性好，適應(yīng)性強(qiáng)以及性能價(jià)格比高。2、S7-200PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S7-200是模塊化的PLC，它主要由CPU模塊、擴(kuò)展模塊和總線連接電纜構(gòu)成。（1）CPU模塊該模塊主要包括CPU、電源和I/O點(diǎn)3部分。CPU主要負(fù)責(zé)程序的運(yùn)行等工作；模塊的電源不僅向CPU供電，還要滿足與CPU模塊相連的其他模塊的用電需求；該模塊本身自帶一定數(shù)量的開關(guān)量I/O點(diǎn)，如果能夠滿足控制要求，則可以不再需要開關(guān)量I/O模塊。

21、（2）擴(kuò)展模塊由于CPU模塊本身的I/O點(diǎn)非常有限、而且無(wú)模擬量I/O點(diǎn)，所以有時(shí)需要數(shù)字量I/O模塊、模擬量I/O模塊等一些特殊功能模塊。（3）總線連接電纜 總線連接電纜用來(lái)把I/O模塊和PLC或其他的擴(kuò)展模塊連接在一起。3、S7-200PLC的硬件系統(tǒng)配置S7-200有兩種系統(tǒng)配置方式，一種是在面板上進(jìn)行配置，另一種是在DIN導(dǎo)軌上進(jìn)行配置。兩種系統(tǒng)配置方式分別如圖4.2和圖4.3所示。S7-200I/O模塊I/O模塊I/O模塊I/O模塊DIN導(dǎo)軌S7-200I/O模塊I/O模塊面板圖4.2 第1種系統(tǒng)配置圖 圖4.3 第2種系統(tǒng)配置圖SIMATIC S7-200 系列 PLC適用于各種場(chǎng)

22、合中的檢測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，尤其在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中更能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的功能。因此，可選擇西門子公司的SIMATIC S7-200 系列 PLC。另外，由于在S7-200 系列中，輸出信號(hào)有兩種類型：繼電器輸出型和DC輸出（晶體管輸出）型，而在此系統(tǒng)當(dāng)中只有直流電壓信號(hào)輸出，沒(méi)有交流電壓輸出，所以選擇了晶體管輸出型PLC。綜上所述，本設(shè)計(jì)選用了西門子S7-200系列 CPU226晶體管輸出型的PLC，其中24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，并可連接7個(gè)擴(kuò)展摸板單元，包括模擬量擴(kuò)展摸板，這已經(jīng)可以滿足系統(tǒng)所需要

23、的輸入輸出端口要求。4.3.2.2 PLC數(shù)字量擴(kuò)展模板的選擇本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是西門子S7-200型CPU226的PLC，它有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，由于該系統(tǒng)輸出點(diǎn)數(shù)需要24點(diǎn)，所以采用數(shù)字量擴(kuò)展模塊。S7-200系列目前可以提供三大類共9種數(shù)字量輸入輸出擴(kuò)展模塊。1、EM221，數(shù)字量輸入（DI）擴(kuò)展模塊，具有8點(diǎn)DC輸入，光電耦合器隔離。2、EM222，數(shù)字量輸出（DO）擴(kuò)展模塊，有2種輸出類型：8點(diǎn)DC24V輸出；8點(diǎn)繼電器輸出型。3、EM223，數(shù)字量混合輸入/輸出（DI/DO）擴(kuò)展模塊，有6種輸出類型：DC24V輸入4點(diǎn)/輸出4點(diǎn)；DC24V輸入4點(diǎn)/繼電器輸出4

24、點(diǎn)；DC24V輸入點(diǎn)/輸出點(diǎn)；DC24V輸入8點(diǎn)/繼電器輸出8點(diǎn)；DC24V輸入16點(diǎn)/輸出16點(diǎn)；DC24V輸入16點(diǎn)/繼電器輸出16點(diǎn)。由上述所需擴(kuò)展輸出點(diǎn)數(shù)可知，此系統(tǒng)采用數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊EM222，8點(diǎn)DC24V輸出型。4.3.2.3 模擬量擴(kuò)展單元摸板選擇 對(duì)與整個(gè)音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件的組成及選擇都是關(guān)系到設(shè)計(jì)是否合理的一個(gè)重要依據(jù)。因此，本設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)由主控制器PLC、A/D轉(zhuǎn)換器模塊、變頻器、潛水泵、音箱設(shè)備以及燈光等多部分組成。在上述章節(jié)中介紹了PLC主控制器的選擇，下面將詳細(xì)介紹音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器模塊的選擇。1、模擬量輸入接口模板的簡(jiǎn)介模擬量輸入接口模板的任

25、務(wù)是把現(xiàn)場(chǎng)中被測(cè)的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變成PLC可以處理的數(shù)字量信號(hào)。通常生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可能有多路模擬信號(hào)需要采集，各模擬量的類型和參數(shù)都可能不同，這就需要在進(jìn)入模板前，對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和預(yù)處理，把它們變換成輸入模板能統(tǒng)一處理的電信號(hào)，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行多中選一，再將已選中的那路信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束進(jìn)行必要處理后，送入數(shù)據(jù)總線供CPU存取，或存入中間寄存器備用。A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入模板的關(guān)鍵器件，它完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)間一般為10100us，A/D轉(zhuǎn)換器是在控制的控制下，完成啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等工作過(guò)程。通常，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果是以帶符號(hào)的二進(jìn)制形式出現(xiàn)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)光

26、電隔離，再經(jīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，送入中間寄存器。當(dāng)CPU需要讀取本通道輸入信號(hào)時(shí)，再由中間寄存器取出，經(jīng)總線驅(qū)動(dòng)后送入數(shù)據(jù)總線。經(jīng)數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)的輸出數(shù)據(jù)也可以不經(jīng)中間寄存器而直接進(jìn)入總線驅(qū)動(dòng)，供CPU立即讀取。4.3.2.4 A/D模塊的選擇西門子S7-200型PLC的模擬量擴(kuò)展單元模板類型有以下三種：第一種：EM231，4路12位模擬量輸入（AI）模板（1）差分輸入，輸入范圍：電壓：010V，05V，+2.5V，+5V。 電流：020mA。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間：<250us。（3）最大輸入電壓30VDC，最大輸入電流32mA。第二種：EM232，2路12位模擬量輸出（AO）模板（1）輸出范圍：電壓+1

27、0V，電流020mA。（2）數(shù)據(jù)字格式：電壓-32000+32000，電流0+32000。（3）分辨率：電壓12位，電流11位。第三種：EM235，模擬量混合輸入/輸出（AI/AO）模板（1）模擬量輸入4路，模擬量輸出1路。（2）差分輸入，電壓：010V，05V，01V，0500mV，0100mV，050mV，+10V，+5V，+2.5V，+1V，+500mV，+250mV，+100mV，+50mV，+25mV。 電流：020mA。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間：<250us。（4）穩(wěn)定時(shí)間：電壓100us，電流2ms。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，只需要考慮模擬量的輸入模板，不需要模擬量輸出模板，所以首選擴(kuò)展模塊為

28、EM231，4路12位模擬量輸入（AI）模板。4.3.3 控制系統(tǒng)的I/O地址分配PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分是設(shè)計(jì)PLC的外部電路，即畫出PLC的外部硬件連線圖。根據(jù)以上所選的CPU模塊型號(hào)、各擴(kuò)展模塊的型號(hào)以及本機(jī)的I/O地址，為了明確每個(gè)輸入端傳入數(shù)據(jù)的意義和每個(gè)輸出線圈所控制的量，給出I/O資源配置表如表3.4和表3.5所示。數(shù)字量輸入部分：如表3.4所示表4.4 數(shù)字量輸入地址分配表信號(hào)名稱外部元件輸入地址備 注啟動(dòng)按鈕SB1I0.01啟動(dòng)停止按鈕SB2I0.11停止模擬量輸入部分：如表4.5所示表4.5 模擬量輸入地址分配表信號(hào)名稱外部元件輸入寄存器備 注 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字量EM

29、231模塊AIW03、數(shù)字量輸出部分：如表4.6所示表4.6 數(shù)字量輸出地址分配表信號(hào)名稱外部元件輸出地址啟動(dòng)變頻器1#（正轉(zhuǎn)）STF工作繼電器STFQ0.0變頻器1#低速RL工作繼電器RLQ0.1變頻器1#中速RM工作繼電器RMQ0.2變頻器1#高速RH工作繼電器RHQ0.3啟動(dòng)變頻器2#（正轉(zhuǎn)）STF工作繼電器STFQ0.4變頻器2#低速RL工作繼電器RLQ0.5變頻器2#中速RM工作繼電器RMQ0.6變頻器2#高速RH工作繼電器RHQ0.7啟動(dòng)變頻器3#（正轉(zhuǎn)）STF工作繼電器STFQ1.0變頻器3#低速RL工作繼電器RLQ1.1變頻器3#中速RM工作繼電器RMQ1.2變頻器3#高速RH

30、工作繼電器RHQ1.3啟動(dòng)變頻器4#（正轉(zhuǎn)）STF工作繼電器STFQ1.4變頻器4#低速RL工作繼電器RLQ1.5變頻器4#中速RM工作繼電器RMQ1.6變頻器4#高速RH工作繼電器RHQ1.7第1組潛水燈HL0Q2.0第2組潛水燈HL1Q2.1第3組潛水燈HL2Q2.2第4組潛水燈HL3Q2.3第5組潛水燈HL4Q2.4第6組潛水燈HL5Q2.5第7組潛水燈HL6Q2.6主電路電源接觸器KM1Q2.74.4 變頻器的選型及參數(shù)設(shè)置當(dāng)今噴泉工程和高新技術(shù)的結(jié)合正是歷史發(fā)展的必然。由于噴泉工程中采用了大量的高新技術(shù)從而使噴泉效果更加絢麗多彩、婀娜多姿，令人賞心悅目、流連忘返。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)

31、的發(fā)展，變頻調(diào)速器技術(shù)正大步走進(jìn)噴泉控制領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的作用。根據(jù)控制功能將通用變頻器分3種類型。普通功能型V/F控制變頻器，具有轉(zhuǎn)矩控制功能的高功能型V/F控制變頻器，以及矢量控制高性能變頻器。根據(jù)負(fù)載的要求來(lái)選擇變頻器的類型。本設(shè)計(jì)中采用了三菱FR-S540S型變頻調(diào)速器，該變頻器接線端分布圖如圖4.4所示。主回路端子控制回路輸出端子控制回路輸入端子 圖4.4 變頻器接線端子分布圖該變頻器調(diào)速僅通過(guò)外部的接點(diǎn)信號(hào)切換，即可選擇各種速度(RH,RM,RL)。即使在變頻器運(yùn)行中，各種速度（頻率）也可在0120Hz范圍內(nèi)任意設(shè)定。具體接點(diǎn)信號(hào)（RH,RM,RL信號(hào)）ON/OFF怎樣組合實(shí)現(xiàn)

32、調(diào)速，并能階段性地切換運(yùn)行速度使用。根據(jù)表4.5所示數(shù)據(jù)的大小變化按內(nèi)部編程進(jìn)行電機(jī)變頻調(diào)速，控制水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，獲得相應(yīng)的噴水壓力和水花高度，獲得與音樂(lè)間相吻合的水花節(jié)奏和動(dòng)感。其內(nèi)部程序根據(jù)需要和要求按一定規(guī)律或規(guī)則進(jìn)行編程。表4.5 多段調(diào)速設(shè)定表高速RH中速RM低速RL1速ONOFFOFF2速OFFONOFF3速OFFOFFON4速OFFONON5速ONOFFON6速ONONOFF7速ONONON 4.5 水泵的選型 泵是一種面大量廣通用型號(hào)機(jī)械設(shè)備，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、礦山、選船、輕工、農(nóng)業(yè)、民用和國(guó)防各部門，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。泵的電能消耗起了積極作用。但

33、是目前在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中，由于選型不合理，許多的泵處于不合理運(yùn)行狀況，運(yùn)行效率低，浪費(fèi)了大量能量。還有的泵由于選型不合理，根本不能使用，或者使用維修成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低。由此可見，合理選泵對(duì)節(jié)約能源同樣具有重要意義。所謂合理選泵，就是要綜合考慮泵機(jī)組和泵站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使之符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則。具體來(lái)說(shuō)，有以下幾個(gè)方面：必須滿足使用流量和揚(yáng)程的要求，即要求泵的運(yùn)行工次點(diǎn)經(jīng)常保持在高效間運(yùn)行，這樣既能剩動(dòng)力又不易損壞。所選擇的水泵既要體積小、重量輕、造價(jià)便宜，又要具有良好的特性和較高的效率。具有良好的抗氣蝕性能，這樣既能減小泵房的開挖深度，又不使水泵發(fā)生氣蝕，運(yùn)

34、行平衡、壽命長(zhǎng)。4.6潛水泵與燈組參數(shù)選擇整個(gè)系統(tǒng)的水泵使用三相潛水泵，功率視水池大小而定，每個(gè)水池中各安置12 根粗水管，每根水管上安裝23 臺(tái)水泵，被控噴水管上的水泵電機(jī)只控制12 臺(tái)（不全控），不受控的水泵工作保持一定的水柱（花）高度，而受控的水泵工作使水柱（花）在一定基礎(chǔ)上跳動(dòng)噴射，以避免音樂(lè)間歇無(wú)噴水現(xiàn)象出現(xiàn)（也可調(diào)整變頻器參數(shù)獲得）。本設(shè)計(jì)中采用的是QS20-20/2-0.5型噴泉專用泵，該泵如下特點(diǎn)：電機(jī)性能：采用優(yōu)質(zhì)材料DR470，增加電機(jī)繞組的匝數(shù)及線徑使水泵耐頻繁起動(dòng)。水力部分：采用優(yōu)秀水力模型設(shè)計(jì)，使水泵流量、揚(yáng)程、效率三者更為合理。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該電機(jī)為自循環(huán)充水式冷卻；電

35、纜用三相四線JHS型噴泉專用電纜；葉輪采用了防松動(dòng)裝置；濾網(wǎng)護(hù)罩采用全不銹鋼材料；電機(jī)內(nèi)腔定轉(zhuǎn)子采用進(jìn)口涂料，提高了水下電機(jī)耐腐蝕性，通過(guò)以上結(jié)構(gòu)改進(jìn)使之更適于噴泉工程專業(yè)要求。2-20/20-0.5QS配用電動(dòng)機(jī)額定功率（kw）水泵級(jí)數(shù)（單位不標(biāo)注）額定揚(yáng)程（m）額定流量（m3/h）充水式小型潛水電泵為提高負(fù)載能力，驅(qū)動(dòng)更多更大燈組負(fù)載，在可編程序控制器輸出端外接無(wú)觸點(diǎn)固態(tài)繼電器，以增大驅(qū)動(dòng)能力，并與強(qiáng)功率電路電氣隔離(光隔離)，提高抗干擾性能和安全性能。整個(gè)噴泉的燈光以暖色調(diào)為主，突出中心部分應(yīng)用水景造型配以不同顏色的燈光襯托， 采用水下彩燈，以紅、黃、綠、蘭四色搭配中心主噴以紅色為主，燈

36、光明亮隨編排程序，與對(duì)應(yīng)7組表數(shù)據(jù)輸出同步變化。由于本設(shè)計(jì)主要考慮的是噴泉的控制系統(tǒng)，具體水泵、燈光等器件將如何選擇、編排、布置問(wèn)題，在此不作詳細(xì)介紹。4.7 PLC的外部硬件連接圖PLC的輸入與輸出最好分開走線，開關(guān)量與模擬量也要分開敷設(shè)。模擬量信號(hào)的傳送應(yīng)采用屏蔽線，屏蔽層應(yīng)一端或兩端接地。電源部分包括PLC工作電源AC220V，其他輸入/輸出電源電壓均為DC24V。 PLC的外部硬件連接圖見附錄A。在整個(gè)PLC外部硬件連接圖中，包括數(shù)字量、模擬量的輸入接線和數(shù)字量輸出接線三個(gè)部分：1、數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入點(diǎn)有兩個(gè)分別為I0.0和I0.1，其中I0.0為啟動(dòng)按鈕，當(dāng)按下I0.0時(shí)，PLC進(jìn)

37、入程序運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)程序進(jìn)行循環(huán)掃描；I0.1為停止按鈕，當(dāng)按下I0.1時(shí)，系統(tǒng)會(huì)停止所有程序的掃描，并能控制到此時(shí)無(wú)輸出，而且同時(shí)將所有置位信號(hào)復(fù)位。另外，當(dāng)外部水泵電源線路中過(guò)載熱繼電器保護(hù)裝置FR出現(xiàn)動(dòng)作時(shí)，也同樣可以將PLC系統(tǒng)所有工作立即停止。2、模擬量輸入模擬量輸入通過(guò)PLC的擴(kuò)展插口直接利用數(shù)據(jù)線連接，不需要另外占用端子排上的端口。因?yàn)橐纛l信號(hào)的直接來(lái)源于CD、VCD、DVD等設(shè)備，而不是通過(guò)功放將音頻信號(hào)功率大后再輸入轉(zhuǎn)換模塊的，所以，當(dāng)音頻信號(hào)以電流020mA的形式時(shí)，可直接接入模擬量轉(zhuǎn)換模塊EM231，通過(guò)編制程序可直接從模擬量轉(zhuǎn)換EM231中的變量寄存器中讀取數(shù)據(jù)。3、數(shù)

38、字量輸出數(shù)字量輸出包括：變頻器和潛水燈兩部分。由于采用的是西門子S7-200系列CPU226型的PLC，根據(jù)輸出點(diǎn)數(shù)可知，需加數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM222。圖中所示輸出Q0.0Q1.7分別分成8個(gè)一組接至相應(yīng)的4組變頻器控制端子，其中STF為啟動(dòng)變頻器正轉(zhuǎn)端，高速RH端、中速RM端以及低速RL端為組合調(diào)速端，通過(guò)三個(gè)端子可組合成為7速調(diào)節(jié)，從而使得潛水泵的速度變化也會(huì)相應(yīng)的跟著有所改變。另外，數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊EM222的Q2.0Q2.7所接為固態(tài)繼電器，通過(guò)控制固態(tài)繼電器的通斷，將改變7組燈光的變化組合，其中Q2.7輸出控制主電路電源通斷。4.8控制系統(tǒng)主電路圖控制系統(tǒng)主電路圖主要包括變頻器、潛

39、水泵兩個(gè)主要部分。變頻器的電源線直接從三相交流電獲得，分別接至R、S、T三個(gè)端子上，對(duì)應(yīng)的輸出到潛水泵，潛水泵則接至U、V、W三個(gè)端子上，該控制系統(tǒng)電路中有熔斷、熱繼電器兩大保護(hù)裝置。而STF、RL、RM、RH則是控制調(diào)節(jié)輸出，通過(guò)改變其端子組合去改變潛水泵的轉(zhuǎn)速。具體控制系統(tǒng)主電路圖如圖4.5所示。 圖4.5 控制系統(tǒng)主電路圖第五章 軟件流程圖和主程序在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)PLC控制系統(tǒng)工藝流程和系統(tǒng)控制要求，對(duì)PLC進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。NYYN開 始將7組設(shè)定數(shù)據(jù)填入表中選擇變頻器讀AIW0值將AIW0的值存入AC0，與內(nèi)部設(shè)定量比較結(jié) 束T37計(jì)時(shí)0.6s參數(shù)初始化YN

40、按下啟動(dòng)按鈕運(yùn)行子程序調(diào)用子程序圖5.1 主程序流程圖5.1 控制系統(tǒng)基本流程圖控制系統(tǒng)流程圖的編制是在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)入深入的了解后，了解各種控制設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)；然后詳細(xì)的了解每個(gè)被控設(shè)備的特性。分析完工藝流程和控制要求后，根據(jù)工藝的總體要和控制系統(tǒng)的具體情況，畫出控制系統(tǒng)的流程圖。1、控制系統(tǒng)軟件流程整體思路分析框圖見附錄A。2、圖5.1所示為主程序流程圖當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，PLC開始進(jìn)行參數(shù)初始化，并開始掃描系統(tǒng)程序，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)主程序?qū)?zhí)行的步驟有：讀入7組表數(shù)據(jù)，并選擇變頻器，開始計(jì)時(shí)每0.6s讀一次AIW0中的值，將所讀值存到累加器AC0中，用AC0與內(nèi)部設(shè)定值相比較，然后判斷具體

41、調(diào)用哪個(gè)子程序，選定后運(yùn)行子程序，結(jié)束。在此流程圖中應(yīng)注意：系統(tǒng)停止流程圖、變頻器的選擇流程圖以及子程序流程圖將在下面另做解釋。選擇變頻器變頻器 1 #變頻器 2 #變頻器 3 #變頻器 4 #VW500=0VW500=1VW500=2VW500=3NNNNYYYY圖5.3 選擇變頻器流程圖NY開 始結(jié) 束正常運(yùn)行停止讀AIW0的值按下停止按鈕圖5.2 強(qiáng)制停止流程圖 3、圖5.2是所示為強(qiáng)制停止流程圖在系統(tǒng)需要關(guān)閉時(shí)，不管是出現(xiàn)何種情況的問(wèn)題，都可以直接按下停止按鈕即可，此時(shí)PLC會(huì)停止所有工作。4、圖5.3是所示為變頻器選擇流程圖在主程序部分，有一內(nèi)容為選擇變頻器，由于本設(shè)計(jì)采用的是4組變

42、頻器循環(huán)，每個(gè)變頻器的動(dòng)作的時(shí)間相差0.6s。因此必須提前選擇變頻器，在選擇變頻器的時(shí)候，本設(shè)計(jì)中用到了加法、除法等基本指令，通過(guò)編程運(yùn)算，當(dāng)變量寄存器VW500中所存余數(shù)等于0時(shí)，選擇變頻器1#；當(dāng)變量寄存器VW500中所存余數(shù)等于1時(shí)，選擇變頻器2#；當(dāng)變量寄存器VW500中所存余數(shù)等于2時(shí)，選擇變頻器3#；當(dāng)變量寄存器VW500中所存余數(shù)等于3時(shí)，選擇變頻器4#；這樣依次循環(huán)，達(dá)到了根據(jù)表數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)輸出到某個(gè)變頻器上的目的。計(jì)時(shí)0.4s計(jì)時(shí)0.4s計(jì)時(shí)0.4sYVW28=1VW28=2計(jì)數(shù)6次Q0.2輸出第2速Q(mào)0.1輸出第1速輸出完畢變頻器3#復(fù)位將表VW20中的數(shù)據(jù)讀到VW26中將表V

43、W20中的數(shù)據(jù)讀到VW27中0123YNYNYNYNNYNYNYNYN子程序開始表1數(shù)據(jù)輸出變頻器1#變頻器2#變頻器3#變頻器4#表1數(shù)據(jù)輸出表1數(shù)據(jù)輸出表1數(shù)據(jù)輸出選擇變頻器VW=？VW29=1VW29=2計(jì)數(shù)6次Q0.2輸出第2速Q(mào)0.1輸出第1速輸出完畢變頻器4#復(fù)位VW27=1VW27=2計(jì)數(shù)6次Q0.2輸出第2速Q(mào)0.1輸出第1速輸出完畢變頻器2#復(fù)位將表VW20中的數(shù)據(jù)讀到VW28中子程序返回VW26=1VW26=2計(jì)數(shù)6次Q0.2輸出第2速Q(mào)0.1輸出第1速輸出完畢變頻器1#復(fù)位YNYNYN計(jì)時(shí)0.4s將表VW20中的數(shù)據(jù)讀到VW29中子程序返回子程序返回子程序返回Y 圖5.4

44、 子程序0流程圖5、圖5.4所示為子程序0的流程圖，該圖表示每一組數(shù)據(jù)有對(duì)應(yīng)輸出到4個(gè)變頻器上的可能，本設(shè)計(jì)將其考慮進(jìn)去了。如：假設(shè)四次采樣都是對(duì)應(yīng)第1組數(shù)據(jù)輸出，那么第一次的應(yīng)該輸出到變頻器1#，第2次的應(yīng)該輸出到變頻器2#，依次類推即可。5.2 本次設(shè)計(jì)所用指令介紹1、位操作指令PLC的位操作指令主要實(shí)現(xiàn)邏輯控制和順序控制，傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)完全可以用S7-200的位操作指令來(lái)完成。（1）基本邏輯指令a) 裝載指令LD（Load），LDN（Load Not）與線圈驅(qū)動(dòng)指令=（Out）b) 觸點(diǎn)串聯(lián)指令A(yù)（And），AN（And Not）c) 觸點(diǎn)并聯(lián)指令O（Or），ON（Or N

45、ot）d) 置位/復(fù)雜位指令S（Set）/R（Reset）（2）定時(shí)器指令：接通延時(shí)定時(shí)器指令TON（On-Delay Timer）（3）計(jì)數(shù)器指令：遞增計(jì)數(shù)器指令CTU（Counter Up）（4）比較指令：整數(shù)比較指令2、運(yùn)算指令運(yùn)算指令包括算術(shù)運(yùn)算指令和邏輯運(yùn)算指令。算術(shù)運(yùn)算包括加法、減法、乘法、除法及一些常用的數(shù)學(xué)函數(shù)；在算術(shù)運(yùn)算中，數(shù)據(jù)類型為整型INT，雙整型DINT和實(shí)數(shù)REAL。邏輯運(yùn)算包括邏輯與、邏輯或、邏輯非、邏輯異或，以及數(shù)據(jù)比較，數(shù)據(jù)類型為字節(jié)型BYTE，字型WORD，雙字型DWORD。（1）加法指令：整數(shù)加法指令+I（2）除法指令：完全整數(shù)除法指令DIV3、數(shù)據(jù)處理指令

46、數(shù)據(jù)處理指令包括數(shù)據(jù)傳送、移位、交換、填充指令。4、表功能指令（1）填表指令A(yù)TT（Add To Table）（2）表中取數(shù)指令：先進(jìn)先出指令FIFO（First Input First Output）5、轉(zhuǎn)換指令：字節(jié)與整數(shù)轉(zhuǎn)換指令BTI（Byte To Integer）5.3 PLC控制系統(tǒng)梯形圖的編制PLC控制系統(tǒng)梯形圖分為兩個(gè)主要部分：主程序和子程序。1、主程序啟動(dòng)，將系統(tǒng)參數(shù)初始化，該過(guò)程包括內(nèi)部置位、復(fù)位輸出繼電器的初始化，另外將內(nèi)部所需或用戶本身設(shè)定的參數(shù)讀入。表4.1所示為參數(shù)初始化時(shí)所需要填入相應(yīng)表格中的7組數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用填表指令A(yù)TT（Add To Table）將其逐

47、一填入，為了減少梯形圖的煩瑣，該表數(shù)據(jù)填入只用一組來(lái)說(shuō)明，在梯形圖中從Network15Network21都屬于表數(shù)據(jù)填入，在此圖中省略Network16Network21。填表數(shù)據(jù)表如表4.1所示。表4.1 填表數(shù)據(jù)從左至右填入表格相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元表1121211VW20表2221221VW30表3233233VW40表4234243VW50表5345535VW60表6456564VW70表7575537VW80選擇變頻器，通過(guò)加法指令將C0+3存入寄存器VW200中（C0=1、2、3可按計(jì)數(shù)器設(shè)定值遞增）。再用除法指令將VW200除4，將結(jié)果存入VD500中，然后將VD500高16位VW5

48、00中所存余數(shù)與0、1、2、3比較，當(dāng)?shù)扔?時(shí)選擇變頻器1，依次類推。選擇表格數(shù)據(jù)輸出，首先將音頻信號(hào)模擬量輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊EM231，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并存放在寄存器AIW0中，然后把AIW0中的數(shù)字量按每0.6s讀取一次，存放到累加器AC0中，再與內(nèi)部十六進(jìn)制16#000016#0FFF分成7段比較，當(dāng)AC0中的值大于且小于某一個(gè)范圍值時(shí)，輸出相應(yīng)的表格數(shù)據(jù)。調(diào)用子程序，當(dāng)比較后若選擇表1數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用子程序0；表2數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)調(diào)用子程序1；依次類推。2、子程序此控制系統(tǒng)共7個(gè)子程序，在此只對(duì)一個(gè)子程序做詳細(xì)的介紹，其他依次類推即可。在上述流程圖中可知，每選擇的一組表數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)的是輸出到四個(gè)

49、變頻器，這四個(gè)變頻器形成一個(gè)循環(huán)過(guò)程，四個(gè)變頻器之間的動(dòng)作時(shí)間差為0.6s，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音樂(lè)旋律的起浮用噴頭噴水高低或變化幅度來(lái)具體表達(dá)，達(dá)到音樂(lè)、噴泉和諧一體。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用子程序0時(shí)，可以有四組變頻器可以輸出。在此，根據(jù)主程序中所選擇對(duì)應(yīng)的變頻器與選擇表1數(shù)據(jù)組合輸出，例如：選擇變頻器時(shí)，內(nèi)部繼電器M0.3有輸出；選擇表1數(shù)據(jù)，繼電器M0.7有輸出；此時(shí)應(yīng)該是系統(tǒng)將表1數(shù)據(jù)輸出到第1個(gè)變頻器。當(dāng)選擇變頻器2時(shí)，將表數(shù)據(jù)輸出到第2個(gè)變頻器。在選擇了表數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)變頻器后，通過(guò)計(jì)時(shí)，每隔0.4s讀一次表中的數(shù)據(jù)，將所讀出的數(shù)據(jù)與07之間的數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)?shù)扔谄渲心骋粋€(gè)數(shù)值時(shí)，輸出對(duì)應(yīng)的設(shè)定速度。等

50、到將表中6個(gè)數(shù)據(jù)全部輸出完，將繼續(xù)等待下一個(gè)選擇。5.4噴泉控制系統(tǒng)的程序0 LD M80021 SET S03 STL S04 LD X0015 SET Y0046 SET S218 STL S219 OUT T0 K3012 LDT T0 13 SET Y00014 LD T015 SET S2217 STL S2218 RST Y00019 OUT T1 K3022 LDI T123 SET Y00124 LD T125 SET S2327 STL S2328 RST Y00129 OUT T232 LDI T233 SET Y00234 LD T235 SET S2437 STL S2438 RST Y00239 OUT T3 K3042 LDI T343 SET Y00344 LD T345 SET S2547 STL S2548 RST Y00349 OUT T4 K5052 LDI T4 53 SET Y00054 SET Y00155 LD T456 SET S2658 STL S2659 RST Y00060 RST