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1、云南国防工业职业技术学院1PLC 在音乐喷泉控制系统中的应用申彪（云南国防工业职业技术学院机电一体化技术）【摘要】： 为了改进音乐喷泉的效果,采用PLC 多点控制系统代替大量的继电器线路,通过PLC 对音乐喷泉控制系统的SSR、彩灯、射灯、水泵的多点控制,编写一些程序和简单的连接实现大量的开关量按照逻辑条件进行顺利动作和进行连锁保护动作的控制。结果表明,PLC 的应用不仅能够进行多种水型切换,而且能控制喷泉随音乐上下起伏,同时花式更改方便,SFC 编程设计思路清晰。【关键词】： PLC 音乐喷泉 控制系统 云南国防工业职业技术学院2PLC in Musical Fountain Control
2、 Systemps Appl icationShenbiao(Yunnan national defense industry of electromechanical integration technology of Career Technical College)【Abstract】： In order to improve the effect of musical fountain , PLC , multi2point cont rol system , is applied to replace a large number of relay circuit s. PLC ca
3、n cont rol SSR , the colorde lantern , the spotlight and t he water p ump in musical founain multi2point s cont rol system by writing some procedures and simple connec2 tions , and carry on t he smoot h movement and accomplish logic chain of protection for the cont rol of move2 ment according to t h
4、e logical condition. The result indicates t hat PLC can not only achieve water2switc2 hing , but al so cont rol musical fountain up and down wit h music. The PLC make floral formula change eas2 ily and t he design of programming SFC is clear .【Key words 】: PLC ; Music Fountain ; cont rol system ; 云南
5、国防工业职业技术学院3目录一、喷泉设计概况.1（一）喷头布置.1（二）水下彩灯布置.1（三）水泵布置.1（四）灯光的控制.1（五）时间同步.2（六）音乐选曲、PLC 控制程序的编制.2 （七）程序调试.3（八） 声音输出.3（九） PLC 的配置.3二、音乐喷泉设置.3（一）水泵控制.4（二）水形花样.4（三）二至五圈单个喷 S30.5（四）三至五圈组喷且最后全喷 S3.1.5（五）六圈抖动和第一圈直喷.6（六）雷达扫描 S33.6（七）第二、三、五圈对跑.63、PLC 控制系统方案.7（一）控制电路的硬件设计.7（二）控制电路的软件设计.9四、结论.14五、参考文献.15六、致谢.16云南国
6、防工业职业技术学院4随着国民经济的发展,城市建设日新月异,喷泉水景逐渐成为了城市中一道靓丽的景观。在大型公园、广场、楼盘社区随处可见,只是规模大小、控制方式存在差别。特别是利用现代化的控制技术,将喷泉的造型(根据喷头分布情况组成的花形)、音乐、灯光三种元素进行有机地结合,相互映衬,使喷泉展现出美轮美奂的景象,享有“水上芭蕾”的美誉。1、喷泉设计概况(一) 喷头的布置在20 m 直径的园内做旱地式喷泉。中心为一搀气喷的喷柱,喷8 m ,类似雪松,标号P1 ;第二圈向外斜喷,喷高4 m ,标号P2 ;三至五圈是喷柱足够粗的万向直喷,标号分别为P3 , P4 ,P5 ;第六圈由礼花喷和向内斜喷组成,
7、标号P6 。它们都受控制且可配合音乐进行喷射。二至五圈共176 个喷头,每个喷头安装电磁阀由PLC 控制其开闭以达到喷射花样繁多的目的;第一和第六圈不安装电磁阀直接控制电机的运转来实现喷射花样的变化。(二) 水下彩灯的布置使用L ED 灯(50 粒) ,双重防水。每个喷头下安装2 个,中心喷安装8 个。共632 盏;每盏都受控于PLC ,可根据花样的喷射要求而亮灭。(三)水泵的布置该系统共安装16 台水泵。其中第一圈1 台,功率为3 kW;第二圈、第三圈各2 台,每台2. 2 kW;第四圈2台,每台3 kW;第五圈3 台,每台2. 2 kW;第六圈5 台,每台2. 2 kW;排污泵1 台,5.
8、 6 kW。水泵布置见图1 所示。(四)灯光的控制根据灯光的颜色(最好选取红、黄、蓝三原色)、安装位置、照射角度,进行灯光工作状态的排列组合,编制相应的子程序,赋予对应的工作时间数值,与水泵花形的时间类型、数值相一致,其颜色可以一致,也可以不一致体现动感,还可以进行某两种或某三种颜色的叠加,生成另外不同的颜色,丰富灯光的色彩。 (五)时间同步这是整个音乐程控喷泉控制中最重要、最关键的环节,因为音乐程控喷云南国防工业职业技术学院5泉展示整体效果的协调性直接与时间同步有着非常密切的关系,如果时间同步有差异,会导致音乐、花形和灯光不是一个整体,观赏效果大打折扣,所以此环节是核心环节。“时间同步”在这
9、里包含了三个层面的时间。是指音乐播放时间段的精度和PLC控制程序时间段的精度相一致,而且两者之间的关系是同时开始、同时停止;根据音乐曲设置样式目的节奏、气势所划分的播放时间长度,要与相对应的水泵、灯光子程序所持续工作的时间长度一致,也就是水泵花形和灯光要随着音乐曲目产生的变化而变化,否则观赏时会出现音乐、花形和灯光三者之间的关系不够紧密,有一种脱节不搭调的感觉;在同一时间段内,水泵花形与灯光子程序的工作持续或间断时间相一致,时间具体数值要考虑人体的视觉暂留时间,这样水泵花形和灯光会形成一个整体,同时开始、同时结束,整齐划一,花形程序和灯光程序可以一对一,也可以多对多,丰富观赏的效果。PLC 时
10、间与播放音乐软件之间也存在时间跟踪、同步问题。利用Windows 媒体播放器提供的ActiveX 接口,可以直接在监控软件中(例如西门子的WinCC)调用播放器来播放音乐,并同时得到当前音乐播放的位置。得到了音乐以及当前的播放信息,就可以比较方便地通过编程来实现整首歌中各个时间段喷泉所需要展现的各种花型。例如这里选择给时间分段,在音乐的基本小节整数倍长度的小的时间段上预先编制好喷泉的各种基本动作,后期编制整体花型时会更加方便管理。当然,在整个过程中,喷泉也可以脱离音乐来单独运转,方便日常的维护和花型的调试。(六)音乐选曲、PLC 控制程序的编制音乐选曲应选取节奏变化明显、气势抑扬顿挫的曲目,尽
11、量不要选取节奏区别不明显、气势变化不突出的曲目,否则会给程序中花型的编制带来较大的困难,同时也可能导致喷泉整体效果不明显。一旦音乐曲目选定,就要划分播放的时间段,可以根据节奏、乐感进行划分,也可以借助专业音乐软件进行划分,并记录好已划分的时间段。这个过程需要反复推敲,确保划分时间段的准确性,以便最终能够得到更好的整体效果。然后,根据已划分好的时间段编制程序,所选取的程序要与当段音乐所表现的内涵、气势和情感相协调,充分体现效果。这里采取调用子云南国防工业职业技术学院6程序的办法来完成整首曲的花型效果,在编制整首曲的花型时仅仅是在预先设定好的基本动作的基础上进行编排,修改曲目对应的动作谱,事半功倍
12、。于是,在每个时间小节的开头,只需要开启这个时间段配合乐曲的基本花型动作的子程序(包括水泵和灯光程序),这样就比较容易做到音乐、喷泉、灯光的紧密结合。(七) 程序调试程序编制完成后,制作PLC 工作时的工作界面(能够远程表现喷泉当前的运行状态),可以看到在整首乐曲的所有时间段内的所有程序以及在同一时间段内,开启和关闭的水泵和灯光的动作谱和演示每一时刻的各个执行元件的执行状态,这样可以在现场看效果,通过观赏,询问记录他人的感受,记录下觉得需要进行调整的部分,修改程序中相应的动作谱的内容,改变相应的子程序的调用次序,从而使得喷泉和灯光和音乐配合的更好。(八) 声音输出可以直接将电脑的声卡输出的音频
13、信号接入调音台与功率放大器、均衡器、压限器等音响设备串接,最后从现场的音箱输出音乐。(九) PLC 的配置根据控制点数就可以确定PLC 的硬件配置方案。根据喷泉整体的水泵台数,1台接触器控制的水泵对应PLC模块上的1 个数字量输出点,1台变频器控制的水泵对应PLC 模块上的1 个模拟量输出点,1 组单独控制的LED 灯光对应1个数字量输出点,根据它们的总数来配置PLC 的硬件组成。例如PLC 选用32 点数字量输出模块时,通过计算就能得到该种类模块所需要的数量。根据具体的工作环境,还可能相应的需要选择避雷设备,来完成对系统的保护。二、音乐程控喷泉设置喷泉是利用水泵工作所产生的压力,从喷头喷射出水柱,将若干台水泵按照一定的型号、位置进行安装,结合不同类型的喷头,就可以产生各种各样的花形。我们可以将每一台水泵视为一个工作点,编制程序,通过PLC 的模块实现对每个点的控制,也就是通过对每台水泵执行回路中的接触器或传动装置进行控制,达到控制水泵工作状态的目的。为展示喷泉的艺术感
