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1、湖南信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名彭洪湘学号19专业数控技术及应用所属系部机电工程系通信地址湖南信息职业技术学院数控0503邮政编码410200Email地址联系电话号码13487569602设计（论文）课题变频控制系统在音乐喷泉中的应用指导教师姓名职 称指导教师工作单位联系方式指导教师所在教研室主任姓名电话电子邮箱湖南信息职业技术学院开题时间:2007年6月11日完成时间：2008年5月30日摘 要:简介了变频器、PLC、灯光、音乐在喷泉中的应用,概述了变频控制系统的原理安装和调试。关键词：变频器PLC音乐喷泉灯光前言 在当今的大中型城市市政工程中，各种休闲广场、公园的建设也
2、越来越被重视，而大型的广场水景是此类工程建设中最常见的。其中音乐喷泉系统又是目前较为流行的.音乐喷泉系统是集音乐、灯光、喷泉于一体的系统，它应用先进可靠的微电子技术及先进的专业高响应控制技术对音乐信号进行分析处理，实现声音对喷泉方式进行同步控制，彩色喷泉在电脑的程控指令下，不断变化花式，在音乐的伴奏下水柱高度随着乐曲的节奏强弱而高低起伏，摇摆旋转，千姿百态。结合水下彩灯的交替闪耀形成一幅色彩斑斓的美丽图景，产生声音交融令人心旷神怡赏心悦目的水舞艺术效果。 而随着变频调速技术的不断推广,变频器已被广泛用于水泵及风机负载，音乐喷泉系统中需要采用大量的水泵来控制喷泉循环水，根据水泵工作特性知道泵的流
3、量与泵转速成比例关系，通过调节水泵转速可直接控制水泵的流量，而变频调速技术可以在音乐喷泉系统发挥它的作用，此外根据水泵特性知道，采用变频调速技术具有一定的节能效果，这也是变频控制系统在音乐喷中得到应用的原因。本设计就以喷泉系统的工作原理为例，浅谈水泵、变频调速器、PLC控制器、灯光、音乐,在音乐喷泉应用的体会，不当之处，敬请各位老师给予指正。目 录第一章音乐喷泉与变频控制系统的概述 4第二章音乐喷泉变频控制系统的构成及工作原理 第一节音乐喷泉的构件及变频工作原理第二节一台变频调速器控制下的音乐喷泉第三节八路以下控制系统控制下的的音乐喷泉第四节多路变频控制系统下的音乐喷泉第三章 关于安装和选用的
4、一些注意事项 第一节 变频控制设备的选择方案 第二节 音乐喷泉的安装布局第三节 变频控制系统在音乐喷泉中应该注意的事项第四章 音乐喷泉的调试 23第五章 设计后感想 25附录1 26主要参考文献 27第一章 音乐喷泉与变频控制系统的概述随着时代的发展，环境意识让人们越来越重视，作为美化环境的一部分喷泉，缤纷绚丽的水景，梦幻般的起伏，纵横辉映的水幕，璀璨夺目的多彩灯光，动听的音乐以及相互间的默契配合，融合创意、欣赏、景观为一体的喷泉效果, 演绎出动人的时代美感！同时喷出的细小水珠可湿润空气、减少尘埃；且细小水珠同空气分子撞击产生负氧离子、增进居民身心健康，不断得到了人们的认同。现实生活中不少的车
5、站码头、住宅小区、广场、厂区、宾馆、浴池及家庭院内都开始安装大小不等的喷泉，随着喷泉事业的发展，对喷泉的效果在不断提高，也对电气自动化控制新技术的要求在不断提高，以适应现代喷泉的需要。音乐喷泉控制系统主要由音频控制信号、变频控制器变频器、水泵、多功能阀、万向喷头及水管组成。喷泉水泵采用变频调速技术、实现水泵的无级调速，能根据音频信号的强弱随时调节水泵的转速来达到控制水泵的扬程，多功能阀和万向喷头由喷泉专用控制器控制，可根据PLC编入的程序实现各种图案和形状.它们的工作原理如下：变频器：变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交
6、方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。以便控制水泵电机的转速，从而达到对水泵流量和扬程的控制.变频调速器具有十分灵敏的故障检测、诊断、数字显示功能，提高了电机水泵运行的可靠性。可编程控制器可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩
7、充其功能的原则设计。为了达到优美的喷泉艺术效果，就要运用高科技智能自动化技术控制喷泉， PLC可编程控制器具有的准确、精密、快速、稳定的特点和多点控制的功能已使它成为现代高技术音乐喷泉工程中不可缺少的设备。PLC采用模块化设计，系统扩展性好，兼容性强，安装和维护使用方便。PLC的中央处理单元CPU象是婴儿的大脑一样空白的，要让他做什么要先输入程序才能让他干什么。编制CPU程序，首先要在计算机里安装编程软件，把PC/PPI数据电缆的RS-232口接入计算机，RS-485口接入CPU，就可以在计算机编制程序了。列如将这些喷泉水形变化速率、喷泉水形启喷时间和喷泉水形停留时间对应旋律及节奏；喷泉水形的
8、高低起伏量对应音量的变化；不同的音色对应不同的水形：笛子与旋转喷头对应，小提琴与直调喷头对应，小号与喇叭花水形对应等；水形形状调节对应音色的安排。控制跑泉、跳泉、摇摆泉、内抛泉、直射泉、花柱泉按照音乐，配合时间顺序喷射运行，达到喷水流极具音乐动感。配合灯光控制器，交替控制变换每一路灯光。PLC内可设置多个程序，与人机界面配合使用程序可随时调用；与音频处理器连接可直接跟随音乐控制变频器自动运行。变频调速技术用于水泵控制系统，具有调速性能好、节能效果显著、运行工艺安全可靠等优点。在大力提倡节约能源的今天，推广使用这种集现代先进电力电子技术和计算机技术于一体的高科技节能装置，对于提高劳动生产率、降低
9、能耗具有重大的现实意义。可以说，变频调速技术是一项利国利民、有广泛应用前景的高新技术。第二章 音乐喷泉变频控制系统的构成第一节音乐喷泉的构件及变频工作原理音乐喷泉的构成组件：水泵变频器、PLC、灯光、音乐、多功能阀、万向喷头及供水管网组成，其中喷泉水泵目前已采用变频调速技术，实现水泵无级调速，能根据音频信号的强弱随时调节水泵速度，多功能阀及万向喷头由喷泉专用控制器控制，可根据设定程序实现各种图案和形状。音乐喷泉工作原理：变频控制系统在音乐喷泉中应用的工作原理如下图： 喷泉的运行完全受到音乐的控制其控制方法有两种：第一种：从VCD机电路中取得低音频信号，约40几伏交流电压信号，通过电路整流、限压
10、成可调的010V模拟直流信号，再把模拟量输入到变频器控制频率（上一台变频器可把模拟量传输到下一台变频器），通过变频器的频率变换控制水泵运行速度，利用这种变频调速系统，从而达到音乐与喷泉同步，这一般用于小型音乐喷泉。第二种：从VCD机电路中取得音频信号，利用音频处理器把音频信号分成三个或六个分频点，把分频点接入PLC或数据同步控制器，PLC或数据同步控制器按照音频的高低输出模拟信号控制多台变频器的频率，通过对变频器控制水泵，从而达到音乐与喷泉同步，控制效果明显，这一般用于大中型音乐喷泉。按音乐编制程序型喷泉：大中型喷泉包含了前面介绍的多个种类的喷泉和下节概叙的多种样式的喷嘴，而且各成体系，按照选
11、定的某首歌，在计算机编制PLC程序，让水型编排有机地程序化，跟随音乐良好地结合在一起，通过PLC及扩展对变频器、电磁阀、继电器等电气的运行进行程序控制，形成音乐与喷泉同步的动态音乐喷泉，最好每一首歌都进行编程，才能达到最佳效果。音乐喷泉可以安装人机界面，设计可视化图形的控制软件，可以根据音乐的情调来进行组合喷泉造型。第二节 一台变频调速器控制下的音乐喷泉如图 所示。音乐分两路输出，一路经功率放大器送到外部音箱，另一路经可编程序控制器送至变频控制器，再经变频器控制水泵。由于变频控制器的频率控制范围是z所以变频器就可以改变水泵的出水量，从而改变喷泉的喷水效果。使用本控制器能充分发挥变频调速 器的特
12、点，它既可送入音乐信号形成音乐喷泉，也可在内存程序的指挥下做各种规律的运动，例如：缓慢上升，急速落下；急速上升，缓慢下降；在半空中跳跃等等。该控制器有三路电子开关，可直接驱动固态继电器，继而控制负载设备运行。其扩展功能可以使变频调速器控制的水型更具活力，当喷泉高度随音乐信号或程控信号增大而逐渐升高的同时，投入运行的水下灯和水型越来越多，喷泉则表现得越来越多彩和热烈；当喷泉高度随音乐信号或程控信号减弱而逐渐降低的同时，投入运行的水下灯和水型越来越少。这样，喷泉在音乐或程序的控制下，各色水下灯闪烁、变幻，各种水型起伏呼应，将为喷泉增加观赏性和无限的艺术美感.第三节 八路以下控制系统控制下的的音乐喷
13、泉控制器如下图：对于多路控制系统，除了上述的控制系统之外还应该加上变频分配器如图2所示：变频分配器的任务是将路频率控制信号按需要分配给个变频器。该控制系统是专为使用变频调速器的高档彩色音乐喷泉工程配套设计制造的。它可将来自光盘、 的音乐信号自动转换成变频调速器所要求的 直流电流信号。输出直流电流信号与输入的音乐信号大小成线性关系，使喷泉的喷高随音乐信号大小变化，最终是集音乐、水花、彩灯融为一体。接受音乐控制的同时仍受程序控制，也就是说，叫哪台变频器工作，哪台才能随音乐变化。这样既可增加花样，也可避免某些水型的互相干扰。 在不能放音乐的时候，没有音乐信号，此时变频器因无控制信号而不能工作，喷泉不
14、会上下喷涌。这时造价昂贵的变频调速器使用效率大大降低。为了解决这个问题，可以选用一种变频演示仪，与变频音乐喷泉控制系统配套使用。它能在单片微型计算机的指挥下做各种规律的变化，例如：缓慢上升，急速下降或突然上升到顶后缓缓下降等等，特别是将一排可调喷嘴一起缓缓上升。使用这种变频演示仪，可使变频调速器在没有音乐信号时也能工作，充分发挥了变频调速器的特点，提高变频调速器的利用率，使喷泉在预先设置程序的控制下能够喷射出更加绚丽多彩的画面。第四节 多路变频控制系统下的音乐喷泉当今的喷泉工程中大量选用了变频调速器，有时会超过八台，常常多达十几、二十几台甚至几十台之多。因此上述的路音乐喷泉变频控制器和变频演示仪远远不能满足喷泉设计的要求。针对这种情况，可以采用扩展音乐喷泉控制器和变频演示仪功能的方式来扩充不断升级的多路喷泉控制的需求。控制系统如下图：如图所示的变频音乐喷泉控制器的音乐信号处理部分作为变频型音乐喷泉控制系统的控制中心，以后以路进行扩展，分别为 路、 路、路、 路，以此类推。每路控制一台变频调速器，将音乐信号转换成变频调速器所能接受的，直流电流信号，来驱动变频调速器，使喷泉的喷高随音乐信号的大小而变化。另外，图中的变频演示仪是以变频演示仪的时钟脉冲部分和复位停止部分为变频演示仪
