基于PLC的音樂噴泉控制系統(tǒng)設計【優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

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課 程 設 計 說 明 書 題目 : 基于 音樂噴水池系統(tǒng)設計 系 別： 機 械 工 程 學 院 專 業(yè) 班 級： 學 號： 學 生 姓 名： 李文龍 指 導 教 師： 2014 年 0 1 月 15 日 安徽理工大學課程設計 安徽理工大學課程設計（論文）任務書 機械工程學 院 測控教研室 學 號 2010302621 學生姓名 朱立群 專業(yè)（班級） 機設 10 設計題目 基于 音樂噴水池系統(tǒng)設計 設 計 技 術 參 數(shù) （ 1） 按下啟動按鈕，主電機 作 500停止工作 （ 2） 始間隔 500流工作 (3) 當 個循環(huán)后同時一起輸出 1 秒后停止 1 秒再同時輸出 （ 4） 當完成一個大循環(huán)以后回到單獨主電機 電，開始新的循環(huán) 設 計 要 求 （ 1）按下啟動按鈕，主電機 電音樂上電開始工作 （ 2） 主電機 作后停止工作， 始間隔輪流工作 (3) 當 個循環(huán)后同時一起輸出后停止再同時輸出 （ 4） 當完成一個大循環(huán)以后回到單獨主電機 電，開始新的循環(huán) 工 作 量 課程設計說明書一份，要求附錄中包含 結(jié)構設計 、控制主程序以及硬件接線圖。 工 作 計 劃 第一周：查閱相關資料和書籍，了解 制技術、 計軟件設計方法；掌握音樂噴水池控制系統(tǒng)的工藝過程和設計要求。 第二周：進行 界面編輯，完成元 件動畫級聯(lián)設計，編寫腳本控制程序。 第三周：控制程序的模擬運行調(diào)試，找出缺點并加以改進。 第四周：整理設計內(nèi)容及相關數(shù)據(jù)，編寫課程設計說明書。 參 考 資 料 [1] 秦春斌 . 礎及應用教程 [M] 機械工業(yè)出版社， 2010. [2] 蔡美琴 . 張為民 . 列單片機系統(tǒng)及其應用 [M} 高等教育出版社 [3] 馮清秀 ,鄧星鐘 等 . 機電傳動控制 [M]（第五版） 華中科技大學出版社 [4] 黃蜂 . 三菱數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)試與應用 [M] 機械工業(yè)出 版社 ， 2008. [5] 李建勇，孫衛(wèi)青 M]學出版社， 2009. [6] 楊后川 . 三菱 用 100 例 [M] 電子工業(yè)出版社， 2007 [7] 梁延東 . 電梯控制技術 [M] 國建筑出版社， 2008. [8] 陳伯時 M] 械工業(yè)出版社， 2009. [9] 魏偉 . 制技術與應用 [M] 中國輕工業(yè)出版社， 2006. 指導教師簽字 教研室主任簽字 2014 年 01 月 15 日 安徽理工大學課程設計 安徽理工大學課程設計（論文）成績評定表 學生姓名： 朱立群 學號： 2010302621 專業(yè)班級： 機設 10 課程設計題目： 基于 音樂噴水池系統(tǒng)設計 指導教師評語： 成績： 指導教師： 年 月 日 安徽理工大學課程設計 摘要 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展 ,城市建設日新月異 ,噴泉水景逐漸成為了城市中一道靚麗的景觀。在大型公園、廣場、樓盤社區(qū)隨處可見 ,只是規(guī)模大小、控制方式存在差別。特別是利用現(xiàn)代化的控制技術 ,將噴泉的造型 (根據(jù)噴頭分布情況組成的花形 )、音樂、燈光三種元素進行有機地結(jié)合 ,相互映襯 ,使噴泉展現(xiàn)出美輪美奐的景象 ,享有 “ 水上芭蕾 ” 的美譽。 一種用于自動化控制的專用計算機，實質(zhì)上屬于計算機控制方 制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡單、靈活性強等特點 ,所以基于 音樂噴水池應用而生，利用 制音樂噴水池也變得越來越普遍，同時， 隨著電力電子技術、微電子技術和計算機控制技術的飛速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術的發(fā)展也十分迅速。電動機交流變頻調(diào)速技術是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能和起制動性能、高效 率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。所以利用制噴水池也變得方便，高效。 關鍵詞 ： 音樂噴水池 ; 梯形圖 安徽理工大學課程設計 目錄 第一章 緒論 ................................................................................................................................... 1 第二章 介 ......................................................................................................................... 2 由來 ..................................................................................................................... 2 定義 ..................................................................................................................... 2 構成 ..................................................................................................................... 3 各組成元素的構成及功能 .................................................................................. 3 作原理 ................................................................................................................. 5 第三章 控制系統(tǒng)的硬件設計 ......................................................................................................... 7 制系統(tǒng) I/O 口的估算 .......................................................................................... 7 塊 及 擴展模塊 ..................................................................................................... 7 第四章 . 樂噴水池軟件系統(tǒng) ................................................................................................ 9 實施步驟 .......................................................................................................................... 9 小型音樂噴泉自動控制系統(tǒng) ........................................................................................ 10 方案設計 ........................................................................................................................ 10 第四章 程序調(diào)試與運行 ............................................................................................................... 18 實驗臺接線圖 ................................................................................................................ 18 音樂噴水池接線圖 ........................................................................................... 18 程序運行監(jiān)視圖 ............................................................................................................ 19 程序運行狀態(tài) ................................................................................................................ 20 程序調(diào)試 ........................................................................................................................ 21 總結(jié) ................................................................................................................................................. 23 參考文獻 ......................................................................................................................................... 24 安徽理工大學課程設計 第 1 頁 第一 章 緒論 音樂噴泉是一個使用音樂的主體元素（頻率，振幅，音調(diào)和節(jié)奏）與花型組合控制噴泉，水柱高度，距離變換和光的顏色組合與亮度變化。音樂噴泉是人工噴泉現(xiàn)代控制技術的使用，是融合了基于程序控制的音樂噴泉控制系統(tǒng)，通過水和輕音樂噴泉控制相結(jié)合的變化而變化，從而實現(xiàn)光與色的組合、音樂的情緒、噴泉的生動豐富的表演內(nèi)涵。 隨著可編程控制技術的發(fā)展，可編程序控制器和變頻器技術在噴泉控制領域發(fā)揮著不可替代的作用。即使用一個小型 音樂噴泉控制系統(tǒng)頻率轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)控制噴泉燈，水泵，接線簡單、編程與音樂節(jié)奏和情感以 及流水燈的多點結(jié)合，便于適合追求時尚家居生活和娛樂。目前，音樂噴泉的控制中最常出現(xiàn)的是實時控制。 小型 音樂噴泉控制系統(tǒng)基于現(xiàn)實生活中的應用前景，值得推廣。在設計過程中，采用可編程控制器實現(xiàn)音樂噴泉的控制。尤其是在現(xiàn)場總線和工業(yè)自動化領域的控制網(wǎng)絡中開辟了一個新的發(fā)展空間。 其外圍設備的設計是依據(jù)易于形成一個整體的工業(yè)控制系統(tǒng)，便于擴充功能的原則。 考慮到音樂噴泉系統(tǒng)的控制復雜性，若采用繼電器控制，其控制可靠性較差。若采取 由程序控制，是一種軟連接，大大的提高了可靠性?？删幊炭?制器是音樂噴泉的控制核心，可編程控制器是整個系統(tǒng)的 “ 大腦 ” ，開關量轉(zhuǎn)換音樂頻率來控制噴泉的變化和閃爍的燈光都是通過程序?qū)崿F(xiàn)的。可編程控制器，簡化了控制電路，提高工作速度和系統(tǒng)運行的可靠性和靈活性，而且還增強了噴泉工程的自動化及智能化。 安徽理工大學課程設計 第 2 頁 第二章 介 由來 在 世之前，工業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差，尤其當生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須重新設計、重新安裝，造成時間 和資金的嚴重浪費。為了改變這一現(xiàn)狀， 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（ 為了適應汽車型號不斷更新的要求，以在激烈的競爭的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特擬定了十項公開招標的技術要求，即： 1） 編程簡單方便，可在現(xiàn)場修改程序； 2） 硬件維護方便，最好是插件式結(jié)構； 3） 可靠性要高于繼電器控制裝置； 4） 體積小于繼電器控制裝置； 5） 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機； 6） 成本上可與繼電器柜競爭； 7） 輸入可以是交流 115V； 8） 輸出為交流 115V， 2A 以上，能直接驅(qū)動電磁閥； 9） 擴展時，原有系統(tǒng)只需做很小的改動； 10）用戶程序存儲器容量至少可以擴展到 4據(jù)招標要求， 1969 年美國數(shù)字設備公司（ 制出世界上第一臺 4 型 ），并在通用汽車公司自動裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時期。從此，可編程控制器這一新的控制技術迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展很快 。 定義 在 發(fā)展過程中，美國電氣制造商協(xié)會（ 過 4 年的調(diào)查，于 1980 年把這種新型的控制器正式命名為可編程序控制器（ 英文縮寫為作如下定義： “可編程序控制器是一種數(shù)字式電子裝置。它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序控制、計數(shù)、計時和算術運算功能，用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 ” 國際電工委員會（ 于 1982 年 11 月頒布了可編程序控制器標準的草案第一稿，1985 年 1 月又發(fā)表了草案第二稿， 1987 年 2 月頒布了草案第三稿。該草案中對可編程序控制器的定義是： “可編程序控制器是一種數(shù)字運算 操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用安徽理工大學課程設計 第 3 頁 而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)、和算術運算等操作的指令。并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 其有關外部設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 定義強調(diào)了 直接應用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和應用范圍。這是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。 構成 從結(jié)構上分， 為固定式和組合式（模 塊式）兩種。固定式 括 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 括 塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 各組成元素的構成及功能 核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成， 元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。每套 少有一個 按 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯 用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 對使用者來說，不必詳細分析 內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 控制器控制 作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令，但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算 ，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 度和內(nèi)存容量是 重要參數(shù)，它們決定著 工作速度， 量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 I/O 模塊 電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了 ，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入 統(tǒng)，輸出模塊相反。 安徽理工大學課程設計 第 4 頁 I/O 種類有開關量輸入（ 開關量輸出（ 模擬量輸入（ 模擬量輸出（ 。 開關量是指只有開和關（或 1 和 0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的 I/O 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 22011024隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（ 4電壓型（ 010，按精度分，有 1246。 內(nèi)存 內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 可缺少的組成單元。不同機型的 主 機單元的已有的內(nèi)存區(qū)外，大部分機型還可根據(jù)用戶具體需要加以擴展。 電源模塊 源用于為 模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220 110直流電源（常用的為 24 底板或機架 大多數(shù)模塊式 用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。 統(tǒng)的其它設備 （ 1） ) 編程設備：編程器是 發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編寫程序、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。某些 配有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器 。 （ 2） 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面也非常普及。 （ 3） 輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如 入器、條碼閱讀器，輸入模擬 量的電位器，打印機等。 通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 "網(wǎng)絡就是控制器 "的觀點說法。 安徽理工大學課程設計 第 5 頁 有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 間、 上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù) 有口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 通信，還未實現(xiàn)互操作性， 定了多種現(xiàn)場總線標準， 廠家均有采用。對于一個自動化工程 (特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡非常重要的。首先 ,網(wǎng)絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡標 準的 協(xié)議和機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡標準。 作原理 I/O 接口 在 編程控制器）中，客戶所設計的用戶程序通過一邊讀寫 的存儲器區(qū)域（歐姆龍稱「 I/O 存儲器」）的信息一邊將指令從開始到最后逐個執(zhí)行的方式來進行處理。另一方面，對于與 I/O 單元直接相連的感應器 /開關等 的數(shù)據(jù)，按照一定時序，會與 的「 I/O 存儲器」的數(shù)據(jù)一并更新。這種 的數(shù)據(jù)與 的 I/O 存儲器的數(shù)據(jù)的一并更新，即稱為「 I/O 刷新動作」。 周期時間 在 理周期中，從 I/O 刷新執(zhí)行（開始）到下一次的 I/O 刷新執(zhí)行（處理）之間的時間，即周期時間。 周期時間包含共通處理（自我診斷）、用戶程序執(zhí)行處理、 I/O 刷新處理、外圍服務處理等所需要的時間。 1 如周期時間過長，則與 部進行數(shù)據(jù)更新的周期變長，輸入輸出的響應時間變長，導致無法獲取比周期時間短的輸入的變化。 2 如周期時間短，則輸入輸出的響應時間變短，可進行高速處理。 3 如更改周期時間，則命令的執(zhí)行間隔及輸入輸出的響應時間也會改變 。 中斷任務 通常，在 處理周期內(nèi)，用戶程序包括 I/O 刷新等其他處理，將按順序執(zhí)行。 在這個處理周期中能夠優(yōu)先執(zhí)行的處理，即中斷任務。如事先指定的中斷條件成立，則中斷處理周期，優(yōu)先執(zhí)行該處理 。 I/O 分配 在用戶 程序中，為了對 裝載的輸入輸出單元的輸入、輸出信號進行處理，有必要事先為其分配 的 I/O 存儲器的地址。將 裝載的單元的輸入、輸出安徽理工大學課程設計 第 6 頁 信號分配到 I/O 存儲器上，即為 I/O 分配。 元即根據(jù)該 I/O 分配信息執(zhí)行裝載單元及 I/O 刷新動作 。 將 裝載的單元的輸入、輸出信號分配到 I/O 存儲器上，即為 I/O 分配。 。 元的存儲區(qū)域 在 ，進行用戶程序、 I/O 存儲器的數(shù)據(jù)及注釋信息、 元及高 功能單元的設定信息、登錄 I/O 表信息等各類的數(shù)據(jù)的處理。保存這些 處理的全部數(shù)據(jù)的地方，即 元內(nèi)的存儲區(qū)域。 戶程序區(qū)域 記錄客戶所設計的用戶程序。 I/O 存儲器區(qū)域 通過指令的操作碼，可以訪問該區(qū)域。記錄通道 I/O（ 內(nèi)部輔助繼電器、保持繼電器、特殊輔助繼電器、數(shù)據(jù)存儲器、擴展數(shù)據(jù)存儲器、計時完成標志 ?當前值、計數(shù)完成標志 ?當前值、任務標志、變址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、條件寄存器、時鐘脈沖等的信息。 l/O 存儲器區(qū)域的數(shù)據(jù)中包括：斷電后 恢復時，內(nèi)容會被清除的區(qū)域，以及可保持以前的信息的區(qū)域 數(shù)區(qū)域 處理的各種初始設定信息。 記錄 統(tǒng)設定、登錄 I/O 表、路由表、 功能單元系統(tǒng)設定等的信息。 安徽理工大學課程設計 第 7 頁 第三章 控制系統(tǒng)的硬件設計 音樂噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是 建立一個 制系統(tǒng)時，哪些信號需要輸入至 要驅(qū)動哪些負載 ,以及采用何種編程方式，都會影響到其內(nèi)部 I/O 點數(shù)的分配，首先需要把系統(tǒng)所需的輸入 /輸出數(shù)量明確，其次按需要確定各控制動作的順序和各控制裝置 彼此間的關系。在確定控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的關系后，進行分配輸入 /輸出設備點。 因此， 樂噴泉控制系統(tǒng)的設計首先要解決的問題是 I/O 點數(shù)的確定，它不僅決定著系統(tǒng)硬件部分的設計，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。在估算 輸入 /輸出點、內(nèi)部繼電器、定時器、計數(shù)器之后，就可以對 行選型，并進一步進行輸入 /輸出量的確定。 制系統(tǒng) I/O 口的估算 小型音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計 I/O 點時 ,依據(jù) I/O 節(jié)點使用原則 ,應預留出一定的 I/O 點擴展時使用?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的控制要求大體確定控制系統(tǒng)的輸入輸出點 數(shù)。 1、 估算系統(tǒng)數(shù)字量輸入點數(shù) 根據(jù)音樂的旋律和音頻信號的大小來控制噴泉水柱的高低，所以其數(shù)字量輸入只需要滿足系統(tǒng)啟動、停止兩個功能。如表 示 表 統(tǒng)數(shù)字量輸入各元器件功能及所占 數(shù) 項目名稱 輸入點數(shù) 備注 總點數(shù) 啟動按鈕 1 噴水池控制系統(tǒng)啟動 輸入點數(shù)： 2 停止按鈕 1 噴水池控制系統(tǒng)停止 2、估算系統(tǒng)模擬量輸入點數(shù) 將音頻信號轉(zhuǎn)化成 識別數(shù)字量信號的過程中需采用一個 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，因此模擬量輸入點為 1 個。如表 示 表 2 系統(tǒng)模擬量輸入各元器件功能及所占 數(shù) 項目名稱 模擬量輸入點數(shù) 備注 總點數(shù) 音頻信號轉(zhuǎn)換模塊 1 音頻信號大小 輸入點數(shù)： 1 3、估算系統(tǒng)數(shù)字量輸出點數(shù) 系統(tǒng)數(shù)字量輸出由變頻器開關量控制和燈光開關量控制兩個部分，變頻器包括啟動和調(diào)速兩種控制量。 塊 及 擴展模塊 1 塊 安徽理工大學課程設計 第 8 頁 該模塊主要包括 源和 I/O 點三部分。 要負責程序的運行工作； 電以及與 塊相連的其他模塊的用電需求都由此電源模塊部分提供；該模塊自身帶的一定數(shù)量的開關量 I/O 點，若足以達到控制系統(tǒng)的要求，則可以不需要擴展開關量 I/O 模塊 。 圖 3塊 2 擴展模塊 因為通常 塊本身的 I/O 點有限、且無模擬量 I/O 點，所以需要一些特殊功能擴展模塊：數(shù)字量 I/O 模塊、模擬量 I/O 模塊等 ，音樂噴水池的 擴展模塊 如下圖所示 圖 3樂噴水池模塊 安徽理工大學課程設計 第 9 頁 第四章 . 樂噴水池軟件系統(tǒng) 噴泉是利用水泵工作所產(chǎn)生的壓力 ,從噴頭噴射出水柱 ,將若干臺水泵按照一定的型號、位置進行安裝 ,結(jié)合不同類型的噴頭 ,就可以產(chǎn)生各種各樣的花形。我們可以將每一臺水泵視為一個工作點 ,編制程序 ,通過 模塊實現(xiàn)對每個點的控制 ,也就是通過對每 臺水泵執(zhí)行回路中的接觸器或傳動裝置進行控制 ,達到控制水泵工作狀態(tài)的目的。為展示噴泉的藝術感 ,通常會配以相應的曲目 ,根據(jù)所選曲目的節(jié)奏快慢、抑揚頓挫 ,編制相應的水泵控制程序來體現(xiàn)音樂的內(nèi)涵。其中 ,最重要的環(huán)節(jié)就是時間同步 ,即將樂曲的播放時間根據(jù)節(jié)奏、樂感分解為若干個時間段 ,在每個時間段內(nèi)編制相應的水泵、燈光控制程序 ,調(diào)整曲目播放的時間精度和 程的時間精度相同 ,而且在同一時間段內(nèi) ,水泵和燈光的子程序工作時間相同 ,從而在視覺上達到同步的觀賞效果。 施步驟 泵的控制 根據(jù)水泵的型號、花 形及分布位置 ,進行統(tǒng)一編號 ,并與 塊的點數(shù)編號一一對應 ,將同一花形的水泵進行編組 ,對每組花形的水泵的工作先后順序、工作方式 (整體還是單獨 )進行排列組合 ,編制相應的子程序并進行編號 ,賦予對應的工作時間數(shù)值 ,控制水泵的工作時間 ,工作時間類型可持續(xù) ,也可以間斷 ,兩者的表現(xiàn)形式為靜態(tài)和動態(tài)。 另外 ,通過添加變頻器來表現(xiàn)柔美曲目的花形 ,增添噴泉的美感。在 變頻器之間建立對應的等量關系 ,將 數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為變頻器控制水泵轉(zhuǎn)速的模擬信號 ,實現(xiàn)水泵的動態(tài)工作狀態(tài) ,然后根據(jù)花形的形狀要求對其進行排列組合 ,編制 相應的子程序并進行編號。 光的控制 根據(jù)燈光的顏色 (最好選取紅、黃、藍三原色 )、安裝位置、照射角度 ,進行燈光工作狀態(tài)的排列組合 ,編制相應的子程序 ,賦予對應的工作時間數(shù)值 ,與水泵花形的時間類型、數(shù)值相一致 ,其顏色可以一致 ,也可以不一致體現(xiàn)動感 ,還可以進行某兩種或某三種顏色的疊加 ,生成另外不同的顏色 ,豐富燈光的色彩。 間同步 這是整個音樂程控噴泉控制中最重要、最關鍵的環(huán)節(jié) ,因為音樂程控噴泉展示整體效果的協(xié)調(diào)性直接與時間同步有著非常密切的關系 ,如果時間同步有差異 ,會導致音樂、花形和燈光 不是一個整體 ,觀賞效果大打折扣 ,所以此環(huán)節(jié)是核心環(huán)節(jié)。 “ 時間同步 ” 在這里包含了三個層面的時間。其一 ,是指音樂播放時間段的精度和 而且兩者之間的關系是同時開始、同時停止 ;其二 ,根據(jù)音樂安徽理工大學課程設計 第 10 頁 曲目的節(jié)奏、氣勢所劃分的播放時間長度 ,要與相對應的水泵、燈光子程序所持續(xù)工作的時間長度一致 ,也就是水泵花形和燈光要隨著音樂曲目產(chǎn)生的變化而變化 ,否則觀賞時會出現(xiàn)音 型音樂噴泉自動控制系統(tǒng) 案設想 對于小型企事業(yè)單位或家庭而言，要建立一個音樂噴泉系統(tǒng)，我認為一次性投入不能太大，與大型音樂噴泉系統(tǒng)相比，規(guī)模應大大縮小，功能也沒有必要那么完備。除具備隨音樂變化外，再加上幾種變化就可以滿足需求。就比原來僅僅單一手動調(diào)節(jié)水柱變化要強許多。尤其對已有噴泉的單位，則投入將更小。只需投入變頻器一臺或兩臺、 臺、觸摸屏一個、 臺即可?？偼度霊?2 萬元以內(nèi)（如果原噴泉功率不是十分大的話），是任何一個單位或富裕家庭都能承受的水平。 我的設想是利用音樂的高低通過 制變頻器的輸出頻率，從而改變電動機轉(zhuǎn)速，從而去改變水泵水柱的高低，利用變頻器的多段速控制，不需要另外增加通訊模塊，可降 低成本，同時也具備 15 種轉(zhuǎn)速變化之多，基本可以反映出音樂強弱變化的全貌。另外，配備一話筒，可以測量人們喊話音量的大?。ㄓ盟叩妥兓瘉砗饬浚?。具備一定的趣味性。如果僅有水柱隨音量變化而變化這一種功能，則功能太過單一。所以，我設想當不播放音樂時，應該具備按一定的規(guī)律進行水柱高度和噴灑時間的自動控制功能，并且水柱的噴灑高度和時間可以由用戶來調(diào)節(jié)（或者通過觸摸屏修改）。從而增加系統(tǒng)的實用性，提高系統(tǒng)的附加值。而該功能可以通過 程實現(xiàn)，且較容易實現(xiàn)和擴展。 案可行性論證 從技術性角度來看，設系統(tǒng) 所用技術均為現(xiàn)代新技術，具有很高的技術含量。 從系統(tǒng)的可靠性來看，所增加的設備、 摸屏、變頻器，它們的使用壽命都相當長，尤其是該系統(tǒng)可靠性高，后期維護維修費用十分小。 從經(jīng)濟性來看，對于企事業(yè)單位， 2 萬元投入更是小菜一碟。 綜上所述，該系統(tǒng)具有良好的開發(fā)價值，具有廣闊的應用前景。 案設計 驗目的 用 成音樂噴水池的過程 音樂噴泉自動控制設計 一 、控制原理 安徽理工大學課程設計 第 11 頁 音樂噴泉的控制系統(tǒng)由音樂信號處理電路（包括 F/V 轉(zhuǎn)換電路、模 /數(shù)轉(zhuǎn) 換電路、信號隔離電路）， 變頻控制電路，潛水泵和彩燈控制電路，穩(wěn)壓電源電路和音響設備組成。 圖 4樂噴水池布置圖 音樂噴泉自動控制原理圖 B、音頻信號轉(zhuǎn)換為 入的設計 考慮到變頻器和電動機及負載的慣性問題，決定每隔 15 秒采樣一次音樂電平高低（采樣頻率過高，變頻器、電機及水泵無法反應過來）。該每隔 5 秒采樣一次可以通過 身實現(xiàn)，（依靠 出對繼電器定時控制），經(jīng) 化，編碼為四位二進制數(shù)碼（除0000 外， 0001好 15 種變化，可以對應多段速的 15 段速控制），采用輸出可以直接驅(qū)動發(fā)光二極管的 以將其輸出直接作為 輸入，可以減少 輸入模塊，降低 成本，而音頻 — 電平可以參照現(xiàn)有電平指示電路即可。故得出音頻轉(zhuǎn)化為 輸入設計如下： 注意：該指示電路的電源由 身供給，地與 入 接。 C、音樂噴泉 二．實驗原理與步驟 1. 控制要求 （ 1）按下啟動按鈕，主電機 電音樂上電開始工作 （ 2） 主電機 作 500停止工作， 始間隔 500流工作 (3) 當 個循環(huán)后同時一起輸出 1 秒后停止 1 秒再同時輸出 （ 4） 當完成一個大循環(huán)以后回到單獨主電機 電，開始新的循環(huán) 安徽理工大學課程設計 第 12 頁 （ 1） 打開實驗臺電源，編程器與 接 （ 2） 根據(jù)具體情況編制輸入程序（如上文所述），并檢驗是否正確 （ 3） 按圖接線，實驗臺與音樂噴水池模塊，檢驗連線是否正確 （ 4） 啟動程序，觀察運行結(jié)果 三 、輸入輸出分配 由于音頻采樣及控制需 4 個輸入，外加啟動與停止 共需 6 個輸入輸出控制變頻器的多段速控制， 15 段速需 輸出點，外加轉(zhuǎn)向控制一個點，采集控制一個點，共需 6 個輸出點，從而得出下表。 I/O 地址分配 指令表 0 000 29 002 1 0 30 2 010 33 2 7 000 34 3 9 0 36 3 11 010 37 003 12 0 38 3 3 0 41 3 16 000 42 4 17 0 44 4 18 1 45 004 20 1 46 4 1 001 49 4 22 1 50 5 輸入地址 啟動 出地址 0 1 2 3 4 5 6 7 喇叭 4I/O 地址分配表 安徽理工大學課程設計 第 13 頁 25 1 52 5 26 2 53 005 28 2 54 5 57 5 86 002 58 6 87 003 60 6 88 004 61 006 89 005 62 6 90 006 65 6 91 007 66 7 92 9 8 7 95 9 69 007 96 10 70 7 98 3 7 99 10 4 8 102 76 8 103 11 77 105 11 78 8 106 001 81 8 107 002 82 9 108 003 84 9 111 006 85 001 112 07 按下啟動按鈕，狀態(tài) 激活，當檢驗到有上升脈沿時，喇叭 活，發(fā)出音樂，狀態(tài) 激活， 主電機 作 500停止工作， 始間隔 500流工作， 當 個循環(huán)后同時一起輸出 1 秒后停止 1 秒再 同時輸出， 當完成一個大循環(huán)以后回到單獨主電機 電，開始新的循環(huán)。 其梯形圖如下圖所示： 安徽理工大學課程設計 第 14 頁 梯形圖： 圖 3序梯形圖 安徽理工大學課程設計 第 15 頁 圖 3序梯形圖（續(xù)） 安徽理工大學課程設計 第 16 頁 圖 3序梯形圖（續(xù)） 安徽理工大學課程設計 第 17 頁 注： 列的輸出繼電器的公共端： 3序梯形圖（續(xù)） 編 程 控 制 器 實 驗 臺 0 1 2 3 4 5 6 7 叭 24V 圖 4線圖 安徽理工大學課程設計 第 18 頁 第四章 程序調(diào)試與運行 音樂噴泉邏輯控制系統(tǒng)的控制核心是 建立一個 制系統(tǒng)時，哪些信號需要輸入至 要驅(qū)動哪些負 載 ,以及采用何種編程方式，都會影響到其內(nèi)部 I/O 點數(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，然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關系。在確定控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的相互關系之后，就可以進行分配輸入輸出設備。 因此， I/O 點數(shù)的確定，是設計整個 樂噴泉控制系統(tǒng)首先需要解決的問題，它不僅決定著系統(tǒng)硬件部分的設計，也是系統(tǒng)軟件編寫的前提。在估算了 輸入輸出點、內(nèi)部輔助繼電器、定時器、計數(shù)器之后，就可以對 進一步進行輸入 /輸出量的確定。 其連接如下所示。 驗臺接線圖 正確進行接線是進行實驗必不可少的要求，所以進行實驗時應熟悉所要操作的器材，所需器材如下： 1. 可編程控制器實驗臺 2. 音樂噴水池模塊 3. 或 . 自鎖連接導線 音樂噴水池接線圖 圖 4音樂噴水池接線圖 安徽理工大學課程設計 第 19 頁 序運行監(jiān)視圖 圖 4 4序運行監(jiān)視圖（ a） 安徽理工大學課程設計 第 20 頁 序運行狀態(tài) 圖 4序運行監(jiān)視圖（ c） 圖 4序運行監(jiān)視圖（ b） 圖 4序運行狀態(tài)圖 安徽理工大學課程設計 第 21 頁 序調(diào)試 按下啟動按鈕，主電機 電音樂上電開始工作， 主電機 作 500停止工作， 始間隔 500流 工作， 當 個循環(huán)后同時一起輸出 1 秒后停止 1 秒再同時輸出，當完成一個大循環(huán)以后回到單獨主電機 電，開始新的循環(huán)。 在接線的過程中由于用到 模擬量輸入接口模板的 知識，現(xiàn)將 模擬量輸入接口模板 的知識作如下介紹： 模擬量輸入接口模板的任務是把現(xiàn)場中被測的模擬量信號轉(zhuǎn)變成 以處理的數(shù)字量信號。通常生產(chǎn)現(xiàn)場可能有多路模擬信號需要采集，各模擬量的類型和參數(shù)都可能不同，這就需要在進入模板前，對模擬量信號進行轉(zhuǎn)換和預處理，把它們變換成輸入模板能統(tǒng)一處理的電信號，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關進行多中 選一，再將已選中的那路信號進行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束進行必要處理后，送入數(shù)據(jù)總線供 取，或存入中間寄存器備用。 循環(huán)時 7 個燈一起點亮的狀態(tài)圖 圖 4序調(diào)試圖 安徽理工大學課程設計 第 22 頁 A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入模板的關鍵器件，它完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時間一般為 10~100A/D 轉(zhuǎn)換器是在控制的控制下，完成啟動 A/D 轉(zhuǎn)換， 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等工 作過程。通常， A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果是以帶符號的二進制形式出現(xiàn)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)光電隔離，再經(jīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動器，送入中間寄存器。當 要讀取本通道輸入信號時，再由中間寄存器取出，經(jīng)總線驅(qū)動后送入數(shù)據(jù)總線。經(jīng)數(shù)據(jù)線驅(qū)動的輸出數(shù)據(jù)也可以不經(jīng) 中間寄存器而直接進入總線驅(qū)動，供 即讀取。 安徽理工大學課程設計 第 23 頁 第五章 總結(jié) 隨著我國國力的不斷增強 , 人民生活水平的不斷提高 , 現(xiàn)在在許多城市的廣場上都能看到音樂噴泉。音樂噴泉 , 顧名思義 , 就是指噴泉的水形根據(jù)播放音樂的旋律有規(guī)律地進行變化 , 在人的視覺和聽覺上形成和諧的統(tǒng)一 , 使人在精神上有愉悅的感受。音樂噴泉的設計涉及到的專業(yè)非常廣泛 , 包括音樂分析、給排水、電氣、通訊和自動控制 , 所以說音樂噴泉這個行業(yè)是一個綜合性非常強的行業(yè) ,一個音樂噴泉 工程的成功實施需要以上方面的專業(yè)人員緊密地配合才能完成。 本項目主要完成的是音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計，具體廣場各噴頭、燈光的布局在此不做詳細說明設計。本控制系統(tǒng)是采用可編程序控制器（ 整個系統(tǒng)進行控制，用變頻器實現(xiàn)噴泉的調(diào)速應用。 一種高可靠性的控制裝置，影響 制系統(tǒng)可靠性的主要因素是與 口的輸入信號元件和輸出執(zhí)行元件，在編程過程中主要是搞清楚各輸入輸出元件的元件號以及它們在系統(tǒng)中的作用，變頻器調(diào)速是一種非常高效的調(diào)速系統(tǒng)，變頻器調(diào)速應該注意變頻器的設置等問題，這些在本項目報告的第 三章都有非常清楚的介紹。 本項目是應用設計型課題，是本小組結(jié)合所學知識，以可編程序控制器為基礎，對音樂噴泉基本流程有詳細的了解以及對其噴泉控制系統(tǒng)的自動化控制進行設計。 在整個設計的過程中，在團隊學習、向人學習的前提下，深入地了解電氣控制系統(tǒng)各方面的知識，熟練地掌握了 制技術各方面的理論知識及其應用，逐漸提高了對電氣控制系統(tǒng)進行設計的實際工作能力，懂得了運用所學的理論知識與實際情況相結(jié)合。同時，通過學習各方面的知識，不斷地提升了自己；通過實際應用，逐漸地提高了自己的動腦能力和動手能力以及處事能力。 通過這次對花式噴水池的 制，讓我了解了 形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關于 計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的方式和方法。雖然本次課程設計是要求自己獨立完成，但是，彼此還是脫離不了集體的力量，遇到問題和同學互相討論交流。多和同學討論。我們在做課程設計的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設計和在一起。 討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設計的方法，在設計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題由于設計水平有限和時間的倉促，本文中難免有錯誤和不妥之處，但確實在設計中學到了很多東西，提升了自己。 安徽理工大學課程設計 第 24 頁 第六章 參考文獻 [1] 秦春斌 . 礎及應用教程 [M] 機械工業(yè)出版社， 2010. [2] 蔡美琴 ,張為民 , 列單片機系統(tǒng)及其應用 [M} 高等教育出版社 ，