基于PLC的音乐喷泉控制新版专业系统设计.doc

毕业设计（论文）题 目 基于PLC音乐喷泉 控制系统设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 11电气2班 学 生 张军（3264 ） 指导老师 李林 职 称 工程师 高科学院 年摘 要音乐喷泉是多年来出现一个园林建筑和花式观赏相结合一个产物 ，它集合声、光、色、形于一体，并产生千变万化水景。伴随可编程控制器快速发展，音乐喷泉对控制系统要求也越来越高，使得越来越多控制部分需要用可编程控制器来实现。本课题结合任务书要求，以音乐喷泉为研究对象，采取三菱PLC作为喷泉控制器。设计控制方法有两种：一个是固定程序运行方法。是按事先设计好步骤一步一步进行，循环实施。另一个控制方法是经过音乐控制喷泉。是经过PLC中止程序采集播放音乐音频信号，PLC对采集音频信号进行标准化算法，将运算数据转换成模拟量，经过模拟量输出口输出去控制变频器输出频率，从而控制水泵转速，达成控制喷泉水柱高低跟随音乐强弱改变。此次设计对音乐喷泉控制系统总体功效进行了分析，而且对可编程控制技术、变频控制技术应用、发展趋势作了简明介绍，和音乐喷泉控制总体设计方案、电气系统整体设计和PLC程序设计思绪、变频参数设置。此次设计改善了音乐喷泉系统控制品质，提升了音乐喷泉控制系统稳定性。关键词：音乐喷泉，控制系统，可编程控制器，变频器ABSTRACTIn recent years, music fountain is the emergence of a garden building combined with a fancy watch a product, its collection of sound, light, color, shape, and generates kaleidoscope waterscape. Along with the rapid development of the programmable controller, music fountain is becoming more and higher to the requirement of control system; make more and more need to use PLC to realize control part.This topic combined with the requirements of the specification, with music fountain as the research object; adopt Mitsubishi PLC as the controller of the fountain model. Design of the control method has two kinds: one is fixed program operation mode. According to design a good steps in advance step by step, execution cycles. Another way of control is through the music fountain control. By PLC interrupt program audio signal collection and play music, audio signal of PLC to standardize algorithm, the algorithm of data into analog and output by analog output to control the output frequency of frequency converter, so as to control water pump speed, to control the fountain water column height to follow music strength changes.The design of music fountain control systems overall function is analyzed, and the programmable control technology, the application of variable frequency control technology, the development trends are briefly introduced, as well as the music fountain control overall design, the overall design of the electric system and PLC program design and parameter setting of inverter. This design improves the music fountain system control quality; improve the stability of music fountain control system.KEY WORDS: Musical fountain，Control system，PLC，frequency目 录第1章 绪论 11.1 音乐喷泉发展现实状况11.2 本文关键研究内容及意义31.3 本章小结3第2章 PLC音乐喷泉控制系统方案确定42.1 音乐喷泉控制系统设计要求42.2 音乐喷泉控制系统方案选择52.3 本章小结6第3章 音乐喷泉控制系统硬件设计73.1 PLC选型73.2 变频器选型8 3.2.1 变频调速原理9 3.2.2 变频器参数设置133.3 音乐喷泉控制系统总电路设计及工作原理分析153.4 本章小结17第4章 音乐喷泉控制系统软件设计184.1 系统程序步骤图184.2 系统I/O端口分配表184.3 系统程序设计19 4.3.1 梯形图程序设计19 4.3.2 指令表程序转换214.3.3 控制程序调试244.4 系统整体调试264.5 本章小结27第5章 总结和展望285.1 总结285.2 展望28致谢30参考文件31第1章 绪论1.1音乐喷泉发展现实状况音乐喷泉是一个独特人工景观，含有很大观赏价值，通常见于大型广场、宽广湖面、专题公园等。喷泉形态、声音、色彩形成了一道人工自然景观，同周围自然环境、建筑环境交相辉映，给原环境增添了无限生机。给由钢筋混泥土组成城市增添了自然气息，改善了城市环境质量，为大家提供良好聚集、散步、休闲室外环境。因为大家对生活环境高要求，已使音乐喷泉发展成为一个产业1。现在，中国生产音乐喷泉企业有上百家，部分企业有很强实力，中国比较著名企业有：上海雨琦喷泉工程，长沙喜马拉雅音乐喷泉，南京泉杰景观工程等。这些企业在全国承接各类大型音乐喷泉等，从工程设计到制作、安装、调试提供一套完善服务体系。但从实际使用情况来看中国音乐喷泉企业生产音乐喷泉同国外相比，其水平和质量还是有不小差距。原因是水型和灯光实时跟踪音乐“四大要素”（水、声、光、电）没有处理好2。中国现有音乐喷泉在音乐节奏、强弱、节奏性、协调性、音乐内涵表现等方面还存在不足之处。现在，中国外音乐喷泉全部只能演奏几首歌曲，这是因为音乐喷泉演出程序设计、开发和调试很繁琐。音乐喷泉控制系统是当今国际上优异科技结果，集音乐控制、程序控制、人工智能于一体工业现场控制系统。它控制设备是多媒体工业PC、PLC或电脑音乐喷泉控制器，它能实现实时音控，自行识别乐曲旋律、节奏、乐感和音频强弱。该系统是音乐喷泉在控制设备指挥下，跟随乐曲旋律不停改变水型，并和音乐同时15。喷泉控制系统可采取单片机、可编程控制器，甚至可采取工业控制机作为控制关键。其电气设备包含水泵、灯光、音响、变频器等。一个音乐喷泉艺术效果表现力不仅和音乐喷泉整体造型、喷头空间造型、水泵功率等硬件原因相关，还和喷泉程序控制水平相关。硬件是音乐喷泉基础，程序控制是音乐喷泉改变灵魂。从德国人20世纪发明音乐喷泉到现在已经有几十年历史了，伴随科学技术飞速发展，音乐喷泉系统控制水平和科技含量也越来越高，控制方法也越来越多。现将关键集中控制技术总结以下1： （1）程序控制 程序控制是利用预先编写好计算机程序来控制喷泉水形和灯光，使水形和灯光产生不一样改变效果，整个系统经过计算机操作界面控制和显示，能够实现多个程序随机实施，系统反应快、灵敏度高，能够承受一定压力和撞击，系统采取模块化结构，便于维护和升级。不过对于音乐特征识别需要人工完成，即由设计人员对乐曲进行特征提取，编辑处理。这使得系统曲目受到限制，如有新乐曲加入就需要操作员重新编程处理，会带来很大工作量。 （2）实时声控 实时声控控制方法是现在中国绝大多数音乐喷泉设备企业采取控制手段，它能够自动识别和响应任何音频信号，和程控方法相比，它省去了预先编程过程，节省了成本，但这种控制方法也存在部分问题，首先，水型动作要比音乐滞后，喷泉动作和音乐不协调，其次，水型出现组合和出现时间长短是固定，不管任何曲目，全部会出现演出水型和音乐所表示情感不一制。使人听觉感受和视觉感受不协调。第三，乐曲情感段落和水型改变时间不符，而且千篇一律。（3）预编程控制 预编程控制是依据某一首乐曲情感和意境，人工编制多种水型、动作、灯光、水泵开启和关闭，使喷泉演出和音乐情感和意境相吻合。此功效在控制技术、计算机技术、通信技术方面有一定综合难度。（4）变频控制 音乐喷泉变频控制是众多控制系统中一个。伴随优异控制理论和方法在喷泉控制系统中应用，喷泉控制系统不停完善和升级，其中变频技术在喷泉控制系统中应用也逐步成熟，并逐步发展为水泵调速控制关键方法。变频控制系统应用会给大型音乐喷泉增色很多，能够使音乐喷泉喷射高度随音乐信号大小改变，使音乐、水花、灯光融为一体，演出一场交响水诗。所以音乐喷泉变频调速技术含有宽广应用前景。1.2 课题研究内容及意义音乐喷泉作为一个独特人工景观，其产生景观效果很漂亮。在广场、平静湖面、公园设置一个音乐喷泉，将使原来静态景观变成动态景观，其产生效果不是其它人工景观能够比拟。正是这种原因推进了音乐喷泉发展和研究3。本课题采取优异控制设备，来研究音乐喷泉控制系统。第一，采取PLC控制技术，研究设计符合项目要求控制程序。第二，采取变频技术。从扬声器两段采集音频信号作为控制信号，去控制变频器输出频率，控制水泵转速，从而达成喷泉水柱依据音乐节奏改变。在设计中，要处理问题关键有：水泵电机间歇工作所产生瞬间电压波动和干扰；变频高频大电流抑制；工程造价及设备性价比；同时还要考虑控制系统可靠性和扩展性。1.3 本章小结本章关键对音乐喷泉发展现实状况做了简单介绍，和音乐喷泉控制系统现有四种控制技术（程序控制、实时声控、预编程控制、变频控制）。介绍了本课题研究内容和意义和在设计中要处理关键问题等。第2章 PLC音乐喷泉控制系统概述2.1 音乐喷泉控制系统设计要求此次音乐喷泉建立在面积为20广场上。整个音乐喷泉平面示意图图2.1所表示。该音乐喷泉由中心区和围绕中心区一个环组成。中心区是由一个喷头控制最大高度为15M主水柱，由一台7.5kw潜水泵和三菱FR-F740变频器控制。中心区外面一圈有8个跑泉，由一台4kw潜水泵和三菱FR-F740变频器控制。另外中心区和外层之间有红、黄、绿3种彩灯共17盏。图2.1 音乐喷泉平面示意图此次音乐喷泉控制系统有两种工作方法：音乐控制方法和固定程序控制方法。（1）音乐控制方法。当按下音控按钮后，延迟30s后音控程序开启，PLC输入输出模块开始采集音频信号并进行A/D转换作为PLC输入信号，经PLC处理后控制变频器运行，从而控制水泵转速和彩灯变换实现音控。（2）固定程序控制方法。当按下程控按钮后，延迟30s后固定控制程序开启，首先主水柱运行，延时20s后外圈水柱运行，延时20s后主水柱停止，外圈水柱停止，延时20s后主水柱、外圈水柱同时运行。依据系统结构音乐喷泉系统能否可靠、稳定运行，取决于所采取硬件设备和软件系统。为满足整个系统可靠、稳定运行要求，音乐喷泉控制系统设计应遵照以下标准4：（1）系统硬件设备优异可靠，技术成熟，含有连接所需不一样参数信号功效，和现场仪表及控制实施机构等设备接口规范，系统结构简单。（2）系统软件技术成熟、可靠，操作系统及开发平台版本新，功效优异、齐全，易于维护、调试。（3）应用软件功效完善，实用性强，操作简单，系统运行稳定。（4）整个系统技术优异，性能可靠，使用方便，能够实现对音乐喷泉系统控制和管理。2.2 音乐喷泉控制系统方案选择此次音乐喷泉控制系统设计方案关键有两种可供选择，方案一： 控制系统是由单片机、延迟放大电路、光电隔离电路及电磁阀和变频器组成, 该控制方案是经过对音乐信号处理,将其转换成汇编程序存入单片机, 使单片机唱歌,而且在改程序之中还 加入其它控制语句。单片机还需喷泉中电磁阀和变频器动作及灯光改变,其中电磁阀对喷头控制原理是：预先依据设计花形种类和改变方法,经过对电磁阀开闭进行组合,编制不一样控制字制成表存入单片机,当单片机实施程序时,经过查表方法去取不一样花形,以达成预想花形改变,这么花形改变就随音乐节奏而改变。一样,单片机对变频器控制也和之类似,只不过控制编制是依据音乐频率进行编制,而且查表方法也有所不一样,所以变频器依据所接收信号,输出不一样频率值,以控制水泵转速,进而达成控制喷泉管路中流量,就能够控制水柱高度和花形大小了。灯光和音响是由同一个口，经过延迟放大电路后,使它们达成同时动作,而灯光之前必需接一个固态继电器,以驱动灯具,并使之和单片机隔离5。方案二：控制系统是由可编程控制器(PLC)和变频器组成。音乐分两路输出,一路经功率放大器送到外部音响,另一路经可编程控制器(PLC)送至变频控制器,再经变频器控制水泵。因为变频控制器范围是 550Hz,所以变频器就能够改变水泵流量,从而改变喷泉喷水效果，充足发挥变频调速特点,它既可送入音乐信号形成音乐喷泉,也可在内存程序指挥下做多种规律运动,比如；缓慢上升,急速落下；急速上升, 缓慢下降；在半空中跳跃等。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。其扩展功效能够使变频调速器控制水型更具活力,当喷泉高度随音乐信号或程控信号增大而逐步升高同时,投入运行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步降低同时,投入运行水下灯和水型越来越少。这么,喷泉在音乐或程序控制下,各色水下灯闪烁、变幻,多种水型起伏呼应,将为音乐喷泉增加观赏性和艺术美感5。鉴于上述二个方案分析比较,因为各具优缺点。方案一控制系统简单,软件程序编制灵活,花形和流量控制也很灵活,只要改变预置花形表和速度控制表, 无须改变程序就可达成不一样设计效果,而且在考虑经济原因时能够撤去电磁阀, 直接改变喷头下方球阀来组合成不一样单一花形,音乐喷泉在运行时只在花形大小和高度上发生改变。而方案二和方案一比较起来, 优点在于放音效果好, 能实现真人真唱,一直能唱出乐曲，且控制系统可靠性比方案一要高，所以，经过对比分析，并考虑到音乐喷泉控制系统需要可靠、稳定运行要求，所以此次设计采取方案二作为音乐喷泉控制方案，采取三菱型号PLC作为喷泉控制器。2.3 本章小结本章关键是对音乐喷泉控制系统作了整体概述。首先对音乐喷泉整体结构进行了介绍。然后分析了音乐喷泉控制要求和现有控制方法。最终对现有控制方法进行分析比较，选择了PLC作为控制关键控制系统。第3章 音乐喷泉控制系统硬件设计3.1 PLC选择选择合适型号PLC是应用设计中至关关键一步，在功效满足要求前提下，应选择最好性能价格比，具体考虑以下几点：（1）I/O点数选择。输入、输出点数是衡量PLC规模大小关键指标。选择时应在实际使用点数基础上留出15%20%备用量6。（2）存放器容量选择。通常小型PLC存放容量是固定，无法随意扩充和调整，选购时一定要注意，是否满足要求。（3）PLC功效选择。1）对于开关量控制应用系统，对控制速度要求不高，选择通常低级机就能满足要求。2）对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制应用项目，应选择带有A/D、D/A转换，四则运算功效低级机。3）对于控制比较复杂，功效要求较高应用系统，低级机往往不能满足要求，这时可选择中型和大型PLC组成一个分布式控制系统。4）PLC运行速度选择。PLC工作时，从输入信号到输出控制存在滞后现象，这对于通常工业设备是许可，但有些设备实时要求较高，不能容忍这种滞后现象。但通常滞后时间应控制在几十ms之内。（4）特殊I/O模块选择。选择哪一个功效输入/输出模块和哪一个输出形式，取决和控制系统中输入/输出系统种类、参数要求和技术要求。另外，假如控制系统要求进行温度控制、位置控制、PID控制或波形控制，那么选择适宜智能模块会使系统设计变简单7。（5）考虑对PLC通信联网功效要求。假如PLC需要和别通信设备连接，需要考虑PLC通信联网能力。考虑到上述原因，结合“体积小、价格实惠”标准，本文选择三菱型号PLC。其特点以下8：（1）一体式可编程控制器：电源、 CPU、存放器、输入输出组成一个单元可编程控制器，同时在 AC 电源 DC 输入型中内置传感器用 DC24V 电源。（2） 输入输出最大128点：输入输出扩展设备最大可扩展至 128 点，扩展模块或扩展单元只能够使用系列和系列，另外也可和连接。（3）不用编制复杂程序，就能捕捉到最小10s(X0， X1)或50s(X2X5)短信号。（4）功效强大GX Works2 V1.31H 编程软件。由三菱企业设计开发，适适用于编程，含有简单工程和结构化工程两种编程方法，支持梯形图、指令表、SFC、ST及结构化梯形图等编程语言，可实现程序编辑、参数设定、网络设定、程序监控、调试及在线更改、智能功效模块设置等功效。3.2 变频器选择通用变频器选择包含通用变频器型号选择和容量选择两个方面，选择标准是：首先其功效特征能确保可靠地事项工艺要求，其次是取得很好性能价格比。通用变频器类型选择要依据负载特征进行。对于风机、泵类等平方转矩，低速转矩负载，通常可选择专用或一般功效型通用变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求机械应选择含有转矩控制功效高功效型通用变频器，这种通用变频器低速转矩、静态机械特征硬度大，不怕负载冲击，含有挖土机特征。为了实现大调速比恒转矩调速，常采取加大通用变频器容量措施。对于要求精度高、动态性能好、速度响应快生产机械（如造纸机械、注塑机、轧钢机等），应采取矢量控制或直接转矩控制型通用变频器16。表3.1为不一样类型变频器关键性能、应用场所：表3.1 不一样类型变频器关键性能、应用场所9此次设计音乐喷泉控制系统中，变频器所驱动负载为水泵，即泵类负载，故选择U/f开环控制。即选择三菱FR-F740系列变频器，FR-F740变频器是专为风机和水泵负载设计。其特点以下10：（1）功率范围：0.75630KW；（2）简易磁通控制方法，实现3Hz时输出转矩达120%；（3）采取最好励磁方法，实现更高节能运行；（4）内置PID，变频器/工频切换和能够实现多泵循环运行功效；（5）内置独立RS485通讯口；（6）使用长寿命元件；（7）内置噪声滤波器（75K以上）；（8）带有节能监控功效，节能效果一目了然。3.2.1 变频调速原理当向一台三相异步电动机定子绕组中通入对称三相交流电时，就产生一个以同时转速沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转旋转磁场。因为旋转磁场以转速顺时针旋转，转子导体开始是静止，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势，因为转子导体两端被短路环短接，在感应电动势作用下，转子导体中将产生和感应电动势方向基础一致感应电流。因为通电导体在磁场中要受电磁力作用，所以有感应电流转子导体在旋转磁场中也将受到电磁力作用，作用于转子导体上电磁力对转子轴，产生电磁转矩和旋转磁场旋转方向是一致，从而驱动转子沿着旋转磁场旋转方向旋转11。当将三相异步电动机绕组任意两相进行交换时，所产生旋转磁场方向将发生改变。所以，电动机转向也将发生改变。异步电动机定子磁场转速被称为异步电动机同时转速，其同时转速由电动机磁极对数和电源频率决定17。异步电动机同时转速为： 式(3.1)式（3.1）中 同时转矩，单位； 定子电源频率，单位HZ； 磁极对数。异步电动机转速为： 式(3.2)式（3.2）中 异步电动机转差率，。由式（3.2）可知，对于极对数固定异步电动机，只需供电频率或电动机转差率s中任意一个改变就能够改变电动机转速。改变转差率s方法更多用在绕线式异步电动机调速中，故对鼠笼式异步电动机改变供电频率是最好调速方法。对鼠笼式异步电动机，通常情况下，转速率s很小，所以可近似地认为，考虑到电机运行性能，并使电动机得到充足利用，在变频同时，电源电压应依据负载性质不一样作对应改变，通常期望气隙磁通维持额定值不变，因为若增大，将使电动机磁途经分饱和，引发励磁电流增加，功率因数降低；若减小，电动机容量将得不到充足利用12。由电动机理论可知，三相异步电动机定子每项电动势有效值为 式 (3.3)式(3.3)中 旋转磁场切割定子绕组产生感应电动势，单位V； 每极磁通量，单位Wb； 定子相绕组有效匝数； 基波绕组系数。从电动势公式可知，因为，若要为定值，则必需随频率改变作正比改变，即： 式（3.4）式（3.4）中表示变频后量。其次，为了确保电动机许可稳定性，期望变频调速时，电机过载能力不变，即 式 (3.5)由最大转矩公式，并略去定子电阻，可得到： 式（3.6）在忽略铁芯饱和影响时，和频率成正比，则式（3.6）还能够写成： 式 (3.7)式(3.7)中C为常数，为确保变频前后不变，要求 式 (3.8)即： 式 (3.9)式(3.9)说明了在变频调速时，为使电动机过载能力不变，电压改变规律。显然，对于恒转矩负载，因为，由式（3.9）可得，这时既确保了电动机过载能力不变，又满足为定值要求。不过，难于直接测量和控制。当和值较高时，定子漏阻抗压降比较小，假如忽略不计，就能够近似保持定子相电压和频率比值为常数，即认为=，保持/=常数即可，这就是恒压频比控制方法，是近似恒磁通控制。低频时，U1和E1全部较小，定子阻抗压降所占份量全部比较显著，不能再忽略。这时，认为把电压U1抬高部分，方便近似赔偿定子压降。带定子压降赔偿恒压频比控制特征为b线，无赔偿为a线。恒压频比控制特征图3.1所表示13。图3.1 恒压频比控制方法3.2.2变频器参数设置（1）三菱FR-F740变频器介绍1）图3.2为三菱FR-F740变频器端子接线图10。图3.2 三菱FR-F740变频器端子接线图2）FR-F740变频器基础操作面板介绍图3.3为变频器基础操作面板10：图3.3 变频器基础操作面板（2）变频器参数设置将电机参数输入变频器，同时依据控制要求，将变频器相关参数也输入变频器14。FR-F740变频器参数设置如表3.2所表示：表3.2 FR-F740变频器参数设置10参数设定值说明Pr.1601显示用户参数组中登记参数Pr.130设定频率为50HZPr.141设定为变转矩负载Pr.19380设定电动机额定电压为380VPr.915设定电动机额定电流为15APr.350设定电动机额定频率为50HZPr.807.5设定电动机额定功率为7.5kwPr.592设定由端子控制变频器运行Pr.731频率由模拟量输入设定Pr.150电机运行上限频率Pr.220电机运行下限频率Pr.5715电机开启时间Pr.115电机制动时间Pr.793设置端子4和端子5接通时电机正转，断开停止Pr.781不许可反转在基础操作板上设置好上述参数后，能够运行变频器。当端子4和端子5接通时，电机按设置下限频率20HZ开始运行，达成20HZ开启时间为5s；断开端子4和端子5，电机从20HZ到停止时间为5s。3.3 音乐喷泉控制系统总电路设计及工作原理分析（1）控制系统总电路设计：该控制系统关键设备为可编程控制器（PLC）、模拟量输入输出模块、FR-F740变频器，其控制系统总电路原理图图3.4所表示。图3.4 控制系统总电路原理图（2）工作原理分析：从电路原理图可知，控制分为两部分。一部分是固定程序运行；另一部分是音乐控制部分。1）音乐控制部分。当需要使用音乐喷泉时，此时可按下SB1按钮，PLC模拟量输入输出模块将采集播放音乐音频强度，将其进行A/D转换，比较运算，然后将结果输出到变频器模拟量输入端口4、5端，控制变频器输出频率，从而控制水泵转速，达成控制喷泉水柱高度目标。2）固定程序部分。当喷泉不使用音乐进行控制时，可按下SB2按钮，PLC运行固定程序，喷泉按事先设计好程序运行。此时变频器不开启。变频器只在音乐控制时开启。原理图中水泵变频运行和固定程序运行是不能同时进行，不然会给变频器反送电，烧毁变频器，所以，在水泵变频运行接触器KM4、KM5和水泵固定程序运行接触器KM1、KM2之间，加接了电气互锁。3）灯光控制部分。不管喷泉运行音乐喷泉控制还是固定程序控制，喷泉灯光全部按事先设定好程序运行。3.4 本章小结本章关键是音乐喷泉控制系统硬件设计。首先对关键器件进行选型（PLC选择型，变频器选择FR-F740型）。然后对PLC特点、变频调速原理和FR-F740型变频器端子分配、变频器基础操作面板进行了介绍，对FR-F740型变频器参数进行设置。最终设计出音乐喷泉控制系统总电路图，并对电路原理进行简单分析。第4章 音乐喷泉控制系统软件设计4.1 系统程序步骤图PLC程序设计关键有经验法、次序功效图设计法、逻辑步骤图设计法15。依据实际情况先设计出程序步骤图，PLC从开机，有一个选择性分支，提供两种选择：一个是喷泉依据音乐节奏运行，另一个是喷泉按固定程序运行。其程序步骤图图4.1所表示。4.1 系统程序步骤图4.2 系统I/O端口分配表I/O端口分配表是对系统输入/输出点地址分配，有了I/O端口分配表，能够反应程序里地址分别代表什么，假如没有I/O端口分配表，就不知道程序写是什么了，假如犯错更不好修改。音乐喷泉控制系统I/O端口分配表如表4.1所表示。表4.1 音乐喷泉控制系统I/O端口分配表4.3 系统程序设计4.3.1 梯形图程序设计（1）开机梯形图程序设计。开机梯形图程序是一个选择性程序，要么是音乐控制喷泉，要么是固定方法运行喷泉，二者选择一个运行方法。梯形图设计时二者要加程序互锁。开机程序梯形图图4.2所表示。图4.2 开机梯形图程序开机程序中，喷泉从固定程序切换到音乐控制时，因为固定程序控制中不用变频器,所以程序能够直接切换；但当音乐喷泉实施音乐控制，再切换到固定程序运行，因为变频器有个停车时间，所以切换时要延时，延时时间为变频器停车时间，通常为10s。（2）音乐控制程序。音乐喷泉程序相对复杂，其程序要开启变频器、灯光，要实时采集音频信号改变，然后去控制变频器输出频率。1）喷泉水柱控制程序。控制喷泉水泵开启后，主水柱、外圈水柱要按事先设计好次序开启运行，运行后各水柱依据音乐节奏强弱进行高低改变。2）灯光开启程序。喷泉灯光改变过程，通常是事先设定好程序，当变频器得电，输出正向频率，水泵电机开启即调用灯光子程序。音乐控制梯形图程序图4.3所表示。图4.3 音乐控制梯形图程序（3）固定运行梯形图程序。固定运行梯形图程序是喷泉不需要用音乐控制时另一个控制方法。此时要停止变频器和音频信号采集，只输出控制水泵信号。固定运行梯形图程序图4.4所表示。图4.4 固定运行梯形图程序音频采集和灯光系统子程序图4.5所表示。图4.5 音频采集和灯光系统子程序4.3.2 指令表程序转换指令表语句是一个和计算机汇编语言相同助记符编程方法，用一系列操作指令组成语句表将控制步骤描述出来，并经过编程器送到PLC中去。系统指令表程序图4.6所表示。 图4.6 系统指令表程序4.3.3 控制程序调试（1）开机梯形图程序调试图4.7为开机梯形图程序调试。当X0触点在10s内未得电，则辅助继电器M510得电，喷泉自动切换为固定程序运行方法。X2接点得电，则喷泉停止运行。图4.7 开机梯形图程序调试（2）灯光系统梯形图程序调试图4.8所表示为灯光系统梯形图程序调试。图4.8灯光系统梯形图程序调试（3）音乐控制梯形图程序调试图4.9为音乐控制梯形图程序调试。当X0触点得电，则辅助继电器M500接通图4.9 音乐控制梯形图程序调试(4) 固定运行梯形图程序调试图4.10为固定运行梯形图调试。当X1触点得电，则辅助继电器M510接通，控制主水柱水泵直接开启运行，延时10s后，外圈水柱水泵开启运行，固定程序一直循环运行。图4.10 固定运行梯形图程序调试4.4 系统整体调试首先根据控制系统总电路原理图连接好电路，使PLC处于STOP模式状态，下载设计好PLC控制程序，和此同时依据预先给定变频器参数设定变频器。开启交流线路总电源和音乐信号控制部分电源，使PLC处于RUN模式状态下，按下SB1按钮，开启音乐控制程序，变频器延时30s开启后，同时开启音源播放音乐，PLC模拟量输入模块采集音频信号进行A/D转换后，输入到变频器模拟量输入端口，控制变频器输出频率，从而控制喷泉水柱高度随音乐节奏改变，同时音乐喷泉灯光系统也开始按预先设定好程序闪烁。当按下SB3按钮后，喷泉停止运行。当按下SB2按钮后，延时10s后主水柱电机开启，运行10s后外圈水柱电机开启运行。喷泉按事先设定好程序循环运行。当按下SB3按钮后，喷泉停止运行。4.5 本章小节本章关键是音乐喷泉控制系统软件设计。首先绘制出程序步骤图，依据绘制出步骤图分配I/O端口。然后依据步骤图和I/O端口分配表开始利用GX Works编程软件编写梯形图程序，梯形图程序包含音乐控制梯形图程序和固定运行梯形图程序两部分。而且对编写好梯形图程序进行仿真调试。最终对音乐喷泉控制系统进行整体调试。第五章 总结和展望5.1 总结音乐喷泉设计涵盖专业很广泛，包含音乐分析、喷水、电气、通讯和自动控制等技术。所以说音乐喷泉是大家将科技和精神集于一体产物。本文是相关音乐喷泉控制系统设计，该控制系统采取可编程控制器（PLC）对整个系统进行控制，用变频器实现喷泉变频控制。PLC是一个高可靠性控制装置，影响PLC控制系统可靠性关键原因是和PLC接口输入信号元件和输出实施元件，在编程过程中关键是搞清楚输入输出元件元件号和它们在系统中作用，变频器变频调速是一个很高效调速系统，变频调速应该注意变频器参数设置等问题。本论文属于设计开发型课题，结合所学知识，以可编程控制器为基础，对音乐喷泉基础步骤做了具体了解后，对喷泉控制系统进行设计。在设计过程中，基于老师