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1、大连海洋大学目录目录第一章第一章 绪论绪论1.1 音乐喷泉的现状及发展趋势音乐喷泉的现状及发展趋势 1.2 控制系统的方案论证控制系统的方案论证 1.3 对选定方案的分析对选定方案的分析 1.4 课题研究的内容及意义课题研究的内容及意义第二章第二章 关于课题的基础知识关于课题的基础知识2.1 音乐的特征分析音乐的特征分析2.11音的基本性质2.12 音乐的基本乐理 2.13 音乐信号的采集2.14 采样定理2.2 喷头的选择喷头的选择 2.3 灯光的选择灯光的选择第三章第三章 PLCPLC 的选用的选用3.1PLC3.1PLC 的应用领域的应用领域 3.23.2 PLCPLC 的应用特点的应用
2、特点 3.13.1 PLCPLC 型号的选择型号的选择 3.23.2 PLCPLC 的网络设计的网络设计 3.33.3 软件编制软件编制 3.43.4 确定所选确定所选 PLCPLC 3.53.5 喷泉喷泉 I/OI/O 分配分配 3.5.13.5.1 PLCI/OPLCI/O 分配简介分配简介 3.5.23.5.2 开关量输出模块的选择开关量输出模块的选择 3.5.33.5.3 模拟量模拟量 I IO O 模块的选择模块的选择 3.5.43.5.4 特殊功能模块的选择特殊功能模块的选择 3.5.53.5.5 系统系统 I/OI/O 分配表分配表 3 3 PLCPLC 基础知识简介基础知识简介
3、 3.13.1 PLCPLC 的产生和发展的产生和发展 3.23.2 PLCPLC 的特点与应用的特点与应用 3.33.3 PLCPLC 的工作原理及工作过程的工作原理及工作过程 3.13.1 PLCPLC 控制系统控制系统 I/OI/O 口的估算口的估算 3.23.2 PLCPLC 的选型的选型 3.33.3 PLCPLC 输入输入/ /输出点分配输出点分配 3.43.4 PLCPLC 控制接线图控制接线图第四章第四章 变频器的选用变频器的选用大连海洋大学4 4 变频器基础变频器基础 4.14.1 变频器概述变频器概述 4.24.2 变频器技术的发展变频器技术的发展 4.2.14.2.1 变
4、频器的分类变频器的分类 4.34.3 变频器的工作原理以及控制方式变频器的工作原理以及控制方式 4.3.14.3.1 变频器的工作原理变频器的工作原理 4.3.24.3.2 变频器的控制方式变频器的控制方式 4.44.4 MICROMASTERMICROMASTER 420420 概述概述 4.54.5 MM420MM420 变频器的电路结构变频器的电路结构 4 4 变频器及控制参数设计变频器及控制参数设计 4.14.1 变频器设计变频器设计 4.1.14.1.1 变频器选型变频器选型 4.2.24.2.2 变频器控制接线图变频器控制接线图 4.24.2 MM420MM420 变频器操作面板变
5、频器操作面板 4.34.3 变频器参数设置方法变频器参数设置方法 4.44.4 变频器参数设置变频器参数设置 4.54.5 变频器控制说明变频器控制说明 4.5.14.5.1 系统参数设计说明系统参数设计说明 4.5.24.5.2 相关参数的说明相关参数的说明第五章第五章 水泵的选用水泵的选用5,15,1 水泵的主要性能参数及运行特点水泵的主要性能参数及运行特点5.25.2 水泵的分类及工作原理水泵的分类及工作原理5.35.3喷泉专用泵的特点与应用喷泉专用泵的特点与应用第六章第六章 结论与展望结论与展望大连海洋大学第一章第一章 引言引言1、1 音乐喷泉的现状及发展趋势音乐喷泉作为一种独特的人工
6、景观，具有很大的观赏价值，国内各大城市或在广场或在公园都有它的身影。可以说，音乐喷泉已经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。为了适应喷泉工程建设的需要，国内出现了众多的喷泉设备厂和喷泉设计专业公司。根据中国水景喷泉委员会企业资质等级名单，国内比较著名的喷泉公司有：天津市大德喷泉科技有限公司、北京东方光大安装工程集团有限公司、深圳市水体艺术设计有限公司等十几家专业公司。决定音乐喷泉艺术效果的一般有下面几个因素，控制水平、喷头设计和喷泉的空间布局等。因此可以说音乐喷泉涉及到众多的学科，一个大型音乐喷泉项目的完成需要机械、给水排水、自动控制等各种专业人才的通力合作才能完成。其中音乐喷泉的
7、控制是一个关键技术，音乐喷泉之所以能够千变万化，随着音乐翩翩起舞，起决定作用的就是它的控制部分，否则喷泉的造型将只能是静态的、缺乏生气与活力。因此，本课题主要对音乐喷泉的控制系统部分进行研究。1、2 音乐喷泉控制系统介绍该音乐喷泉建立在广场中央，整个音乐喷泉的平面示意图如图 1-1 所示。图 1 音乐喷泉平面示意图该音乐喷泉由中心区和围绕中心区的 2 个环构成。中心区由两部分组成：一是由 6 个喷头控制的最大高度为 15M 高的主水柱，由一台 75 kw 的水泵和西门子 MM430 变频器控制；二是在主水柱两旁各有一个由 3 个喷头控制的副水柱，由两台 4kw 的水泵和西门子 MM430 变频
8、器控制。中心区外有 2 层跑泉，里面一层有 72 个喷头，由一台 4kw 的水泵和西门子 MM430 变频器控制。外面一层有 120 个喷头，由一台 4kw 的水泵和西门子 MM430 变频器控制。另外主水柱旁有大连海洋大学红、黄、绿、白 4 种颜色的彩灯 4 盏，副水柱里各有 1 盏红色的彩灯，里层和中心区之间有红黄、绿 3 种颜色的彩灯共 12 盏，里层和外层之间有红、黄、绿 3 种颜色的彩灯共 14 盏。第二章第二章 控制系统论证及控制系统整体设计控制系统论证及控制系统整体设计2.1 控制系统的方案论证控制系统的方案论证音乐喷泉的控制系统，要求具备如下功能：1、乐曲播放；2、水型与乐曲同
9、步；3、水型的演示的控制；4、彩色灯光的控制；5、强制停止功能。现在音乐喷泉的控制系统主要有 4 种，这 4 种控制系统是继电器-接触器控制系统、单片机控制系统、计算机音乐喷泉控制系统、PLC 控制系统。因为本课题选择用 PLC，下面我们就论证PLC 控制系统如何能方便、简单地实现音乐喷泉的以上功能。经过数十年的发展，PLC 技术已越来越成熟，应用的范围也越来越广泛，几乎渗透到了各行各业。而在很多的控制应用系统中，以 PLC 为核心的控制系统逐渐成为理想的控制系统，其主要特点主要有：1、硬件的可靠性PLC 是为了在恶劣的工业环境条件下应用而设计的，一个设计良好的 PLC 能置于有很强的电噪声、
10、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，又提高了其抗干扰性能；各个 I/O 端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响其他各机的正常运行。由于
11、PLC 本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上，这样便易于检修和维护。2、编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC 采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前大多数 PLC大连海洋大学均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式
12、，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC 内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这些时间是可以忽略的。3、接线简单，通用性好PLC 的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与 PLC 输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与 PLC 输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC 的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络” ，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使 PLC 具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是 PLC 的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指
13、出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。4、可连接为控制网络系统PLC 可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为 5002500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为 1M10Mbps，传输距离为 5001000m，网上结点可达 1024 个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。5、易于安装，便于维护PLC 安装简单而且功能强大，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从
14、继电器系统改换到 PLC 系统的情况下，PLC 小的模块结构使之能安装在继电器附近，并将连向已有接线端，其改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向 CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由 PLC 制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC 便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是
15、 ON 还是 OFF，还可写编程指令来报告故障。PLC 的这些及其他一些特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，像其他智能设备一样,PLC 的潜在优点还取决于应用时的创造性。2.22.2 对选定方案的分析对选定方案的分析1、可行性分析（1） 功能可行性分析：由于系统各主要部分所需要满足的功能步骤及要求大多是开关量信大连海洋大学号，所以选择可编程序逻辑控制器是完全能够满足其功能要求的。（2）系统可靠性分析：系统主要靠 PLC 内部程序运行，从而达到实时性、准确性得到很大改善，使系统可靠性得到了进一步的保证。（3）系统扩展性分析：系统采用 PLC 作为
16、控制器，其本身就具有极强的功能扩展性，加之PLC 产品的完整性，使得系统功能扩展极其方便。（4）系统可维护性分析：系统采用先进控制方式，大大降低了工程成本，并由于系统组态及结构简单，这使得可维护性增强。2、技术性能（1）PLC 选型：PLC 的选择是否能让功能与任务相适应；PLC 的处理速度是否满足实时控制的要求；（2）扩展模块的选择：开关量输入模块工作电压的选择；开关量输出模块输出方式的选择；模拟量输入模块的模拟量值的输入范围考虑。从与其它喷泉控制系统对比中可以看出，本次设计的控制系统中主要控制器必须满足系统的可行性、可靠性、可扩展性、可维护性等要求。而综合上述方案论证，大型广场音乐喷泉采用 PLC 控制系统既能很好地满足其性能要求，并能很好的实现音乐喷泉的各种功能，又经济、安全、方便实用。本文就是基于以上所介绍的 PLC 的诸多优点而设计的。同时，在后续的设计中将综合考虑控制系统的
