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1、毕业设计(论文)题 目：PLC控制的自动花样音乐喷泉系统 学生姓名： 学 号： 班 级： 指导教师： 完成日期： 2011-10-8 摘 要自动喷泉采用了可编程控制器PLC和变频器，用软件实现对自动喷泉运行的控制，可靠性大大提高。控制系统结构简单，外部线路简化，可方便的增加或改变控制功能，也可以进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。用西门子S7200方法编程，可以使设计思路清晰，编程简便。而变频器调速以其优异的调速性能和起制动性能、高效率、高功率因素和节电效果，可以控制喷泉水位的高度，广泛的适用范围及其它许多优点而获国内外公认为最有发展前途的调速方式。因此，可编程控制器PLC
2、技术加变频器调速技术已成为现代喷泉行业的一个热点。随着人们生活水平的提高和建立绿色城市的向往，音乐喷泉以其独特的魅力和特殊的功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,音乐喷泉的兴建也越来越多。 根据目前音乐喷泉的发展现状，完成了小型音乐喷泉系统硬件结构设计和控制系统设计。控制系统的原理是利用8051单片机汇编音乐程序或者通过A/D对音频信号进行采样和处理，分级控制单相电动机，最终达到控制喷头流量的方法，也可以采用程序控制或人工按键控制电磁阀来控制花型。音频信号还影响灯光色彩和灯光光线明暗的变化,从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉水姿随音乐节奏而变化。现代都市人久居闹市， 对紫陌红尘中的千层蛛
3、网万般世态颇多迷惑， 在繁杂的事务中不知浓缩兜裹着多少奔波而且疲管的思绪。如果你确定自己正在16岁到55岁这个年龄段， 那我猜你的生活中或多或少都该有些压力。在心中任它们堆积和增长可绝对不是个明智的选择， 于是， 便希冀一种闲情逸致， 向往一种宁静生活。而宁静的心境，远非旅游所能满足， 唯有音乐， 才能让现代人放松自我， 感觉宁静。当然，压力的来源也有很多种，但是忙碌的人群还是在身边感受比较好，因此音乐喷泉是现代很有必要的热点。关键词：可编程控制器;变频器;控制;自动喷泉；音乐控制；8051单片机；A/D转换；音乐喷泉；目 录目 录41 引言61.1 论文研究的背景6论文设计的内容7论文设计的
4、目的和意义82 系统控制方案的确定92.1 花式喷泉的概述92.2 采用PLC控制花式喷泉的优点102.3 系统设计的基本步骤102.5 花式喷泉控制系统的原理图123 系统硬件设计123.1 可编程控制器(PLC)的选型123.1.1 PLC概述123.1.2 PLC的选型133.2 变频器的选型153.3 水泵的选型16硬件接线图163.5 I/O 分配表17音乐原理183.6.1 音乐控制模块192中央控制模块204 系统软件设计234.1 PLC梯形图概述234.2 STEP 7-MicroWIN 32软件的使用244.3 S7200_Simulation仿真软件的使用28系统工作过程
5、分析314.5 控制系统程序设计31花式喷泉的第一种花样314.5.2 花式喷泉的第二种花样344.5.3 花式喷泉的第三种花样36音乐软件管理39整体音乐模块394.6.2 音乐控制设计404.6.3 定时时间的产生及工作方式的选择42总结45致谢46第1章 引言1.1 论文研究的背景 随着城市化进程的加速，花式喷泉可以在人们周围随处可见。比如广场，大厦，小区等。花式喷泉是人造小气候，在炎热的夏日可以起到增湿和降温的作用；也为水体充氧，有利于水体增加自净能力，起到防止水体黑臭的作用。 花式喷泉运行的灵活性是评价花式喷泉优劣的关键，而这与花式喷泉的控制系统息息相关。花式喷泉可以根据自己的设计，
6、设计出各种各样的花样，加上灯光，能给人有种不错的视觉享受。 1969年美国数字设备公司( DEC)研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在美国( GM)的生产线上。但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制期，简称PLC (programmable logic controller)。 70年代后期，随着微电子技术和计算机的迅猛发展使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC (programmable contruller) .但由于PC容易与个人计算机(programmable computer)相混淆，
7、故人们仍习惯地用PLC作为可编程器的缩写。1985年国际电工委员会(IEC)对PLC的定义如下。 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。 PLC是继电器逻辑控制系统发展而来，所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用：(l)逻辑运算(2)弱电控制强电。PLC是集自动控制技术，计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，已跃居工业自动化三大支柱(PLC
8、、ROBOT、CAD/CAM)的首位。可编程控制器，简称PLC。它在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。 具有:可靠性高、抗干扰能力强。设计、安装容易，维护工作量少。功能强、通用性好。开发周期短，成功率高。体积小，重量轻、功耗低等特点。具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，已经广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。与继电接触器系统相比系统更加可靠；价格上能与继电接触器控制系统竞争：易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀、接触器与于之相当的执行机构：能向中央执行机构：能向中央数据处理系统直接传
9、输数据等。因此，进行花式喷泉的PLC控制系统的设计，可以推动喷泉行业的发展，扩大PLC在自动控制领域的应用，具有一定的经济和理论研究的价值。再者起初的音乐喷泉控制系统就是利用音乐的主要音素(频率、振幅、音色和节拍)控制喷水的花型组合变化、水柱高低、远近变化和灯光色彩组合，其原理是将声音信号转变为电信号，经过放大及其它一些处理推动继电器或电子开关，再去控制设在水路上的电磁阀的启闭，从而达到控制喷头水路的通断。音乐喷泉是现代科技与艺术的综合，利用喷泉来表现音乐的美感，令人赏心悦目。目前，有许多采用各式各样的控制系统来实现的音乐喷泉， 取得了良好的效果。但纵观这些音控产品，有的利用音乐的时域变化来控
10、制喷泉，有的将音乐分成几个频段来控制喷泉的花型， 且多采用低频、中频和高频三个频段来控制。缺点是都没有在频域上很好地展现音乐，因此不能很好地体现音乐的内涵。本项目针对这些问题，提出了一种新的方法来控制喷泉的变化，本设计将通过对音乐音频信号的实时采样，再通过变频器对潜水泵进行变频调速，利用各式喷头的喷射、摇摆、旋转来实现喷泉水柱高低、摇摆幅度、旋转速度来实时地展现音乐的频谱。本设计将在以下几个方面对花式喷泉的控制系统进行研究和论证。 (1)花式喷泉类型的选择。综合花式喷泉的类别和各类的特点和要求，在本课题中主要研究能有三种喷水花样可供选择：能够控制每环喷水管喷水的高度：喷水时要有灯光显示；可以根
11、据不同的季节、不同的场合可改变喷水的花样。将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。 (2)花式喷泉硬件系统的设计。本课题设计的花式喷泉要求运行迅速准确度高，在花式喷泉的各层检测系统中用用存工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给PLC来实现控制。由于本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了花式喷泉的经济实用、稳定、灵活、美观的需要。 (3)花式喷泉控制系统软件的设计。在本设计中选用了目前运用最多的PLC编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计
12、花式喷泉控制的要求，梯形图的编写运用SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，此软件支持全部的西门子S7200系列的PLC编程，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修时间。 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已进入个崭新的时代，其应用越来越广。而随着我国城市化进程的加快和人口大量集聚，环境越来越重要，好的环境能使心身愉快，做事效率提高。其中喷泉可以湿润周围空气，减少尘埃，降低气温。喷泉的细小水珠同空气分子撞击,能产生大量的负氧离子，有益于改善社区面貌和增进居民身心健康。可编程序控制器(PLC)因为稳定可靠
13、、结构简单、成本低廉、简单易学、功能强大和使用方便已经成为应用面最为广泛的通用工业控制装置，成为当代工业自动化的主要支柱之一。花式喷泉控制要求接入设备使用简便，对应于系统组态的编程简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库，加快编程和调试速度。通过PLC对程序设计，提高了喷泉的控制水平，并改善了喷泉的样式。第2章 系统控制方案的确定2.1 花式喷泉的概述喷泉是一种将水或其他液体经过一定压力通过喷头喷洒出来具有特定形状的组合体，提供水压的一般为水泵。现代城市中的喷泉形式已十分丰富。随着构筑物的大小及水压等的变化，喷泉或高或低、或珠或雾，精彩纷呈，可分为以下7种。(1)普通喷泉：只有简单的几种固定
14、水型及灯光，随着电源的开闭而控制喷泉的运行、水型和灯光变化。(2)程控喷泉：将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样的变化。 (3)音乐喷泉：程序控制喷泉基础上加入了音乐控制系统，计算机通过对音频及MIDI信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到控制系统，使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步。(4)水幕激光喷泉：将激光器发出的激光束射在水幕喷头喷出的水膜上，激光束由激光控制系统编程控制，可发出多种多样的图案及色彩，照射在晶莹透明的水膜上，形成斑斓夺目的奇异效果。(5)水珍珠喷泉：利用特殊音波将水变成球体的喷水装置和
15、全频高速闪光灯的视觉图像效果的产品组成。(6)游戏喷泉：又称感应泉，喷泉水柱根据游人的动作产生反应，而且这种反应具有不确定性，是一种互动式喷泉，增强了娱乐氛围。(7)跳跳喷泉：又名光亮泉。是一种高科技水景艺术，水形似根根晶莹透彻地冰柱，一串串飞向空中，轻舞飞扬。2.2 采用PLC控制花式喷泉的优点(1)控制方式上看:PLC软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。(2)工作方式上看:PLC串行工作，不受制约。(3)控制速度上看：PLC通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。(4)定时、记数看：PLC时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽：有记数功能。(5)可靠、维护看：PLC无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控
