摘 要

乐喷泉作为一种人造环境工程项目，具有及大的欣赏价值，通常用于大型广场、主题公园等场所。音乐喷泉将声音、形态、色彩有机的结合在一起，形成一道亮丽的人文景观，与周围的自然环境、建筑群体相互照映，给环境增加了一份自然气息，给人以赏心悦目的感受^[1]。随着可编程控制器在我国工业中的迅猛发展，工业生产对音乐喷泉的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分由可编程控制器来实现^[2]。

本次音乐喷泉系统选用的控制核心为三菱FX2N系列PLC，使用这种PLC能够容易的完成设计的目的。本次设计首先根据课题的需要完成喷泉控制的流程图，根据流程图选择合适的器件，并明确输入和输出的分配，然后进行程序编写，程序编辑完成后对程序进行检查，检查无误后用仿真软件对程序进行仿真调试，验证程序的正确性，确认设计的程序能够完成对喷泉的控制并满足课题要求^[3]。

关键词：音乐喷泉；可编程控制器；变频器；水泵

Design of music fountain control system based on PLC

ABSTRACT

As am man-made environmental engineering project, music fountain is of great ornamental value. Usually used in large squares, theme parks, and other places. Music fountain combines sound, form and color organically to form a beautiful cultural landscape. With the surrounding natural environment, architectural groups reflect each other, giving the environment a natural flavor,and giving a person a pleasant feeling. With the rapid development of programmable controllers in our country, the demand for the control of the musical fountain is getting higher and higher, more and more control parts are realized by PLC.

The core of this design is the MITSUBISHI FX2N series PLC , use this PLC can easily finish the design. This paper first completes the process design of fountain control according to the need of design. Then complete the allocation of input and output, select the right PLC according to this assignment and complete the programming control. The program is checked after the program editor has finished. After checking no problem, use simulation software to simulate. The correctness of the procedure is verified, and the fountain control system designed to achieve the control of the fountain can be completed.

KEY WORDS: Musical fountain,PLC,Inverter;Water pump

目录

1绪 论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外现况 1

1.2.1国内现况 2

1.2.2国外现况 2

1.3本章小结 3

2音乐喷泉控制系统设计分析 5

2.1整体设计 5

2.1.1音乐喷泉的控制要求 5

2.1.2音乐喷泉方案设计 5

2.2音乐喷泉控制系统设计分析 6

喷泉系统的输入/输出分析 6

喷泉系统的I/O地址分配 7

2.3本章小结 8

3 音乐喷泉的模块组成 9

3.1音乐喷泉控制系统的总体组成 9

3.2音乐信号的采集和处理模块 9

3.2.1音乐信号的采集原理 9

3.2.2音乐信号的处理 10

3.3 PLC模块 11

3.3.1 PLC的产生和发展 11

3.3.2 PLC的工作原理 11

3.3.3 PLC的特点 12

3.3.4 PLC类型的选择 13

3.4变频器模块 14

3.4.1变频器概括 14

3.4.2变频器的工作原理 14

3.4.3变频器的分类 15

3.5水泵的介绍 16

3.5.1水泵的基本参数 16

3.5.2水泵的分类 17

3.5.3喷泉专用泵 18

3.6本章小结 18

4音乐喷泉程序设计和调试 19

4.1音乐喷泉程序设计思路 19

4.2音乐喷泉控制系统流程图 19

4.3梯形图程序设计 20

4.3.1测试检修梯形图 20

4.3.2警报灯梯形图 21

4.3.3固定方式的选择梯形图 21

4.3.4固定方式梯形图 21

4.4音乐喷泉控制系统的程序调试 23

4.5本章小结 24

5总结与展望 25

致谢 26

文献综述 26

1绪 论

1.1课题背景

随着时代的迅猛发展,自动化技术快速的发展，自动化控制设备走进了人们的生活，给人们的工作带来了很多的便利，喷泉控制设备作为自动化控制设备的其中一种，已经被人们广泛的使用，人们也越来越认可自动化喷泉控制设备的发展和应用。喷泉控制系统是由传感器输入模块，PLC控制核心模块和变频器输出模块共同组成，音乐信号通过放大处理传给PLC，经过PLC分析后输出到变频器完成对喷泉的输出控制。这种控制方式系统非常稳定，并且具有的很高的实用价值，同时制作成本也很低，能够基本满足现代生活的一般需要^[4]。自动化水平的高低是衡量一个企业生产效率是否先进的标准，高效率的自动化控制设备能够提高企业的市场竞争能力，一个先进的生产企业必须拥有与产业配套的生产设备，如果生产设备技术达不到产业要求，这样的企业发展有一定的局限性不能有更好的发展。随着喷泉控制设备的发展，国外很多企业的生产技术都能够完成现场控制，这样的竞争环境促使国内的设备制造企业开始研发新的控制设备，从而提高企业的竞争力。自动化水平的提高，能够促进生产设备的改进，提高生产效率，保证产品的质量的同时，能够准确的完成控制^[5]。

音乐喷泉控制系统是根据音乐的采集，根据输入的变化完成对花样的控制，喷水高度控制和灯光颜色控制。音乐喷泉常常采用时序控制，根据动作的需要完成对喷泉动作方式的控制，这样就可以根据人们的需要完成需要的动作方式。PLC主要采集音乐信号，根据音乐信号的变化完成对变频器的控制，这样就可以完成对水泵高度的控制。这样现场就可以根据现场的需要实时完成对音乐喷泉的控制，不需要提供固定的控制方式和音乐信号，各种形式的音乐信号都能完成对喷泉的控制^[6]。

1.2国内外现况

音乐喷泉控制系统是当今世界上先进的科技成果，集音乐控制、程序控制、人工智能于一体的工业现场控制系统。近几十年来，PLC控制系统已被广泛使用，PLC控制系统的功能越来越完善，PLC喷泉控制系统的应用也越来越多，近年来PLC控制系统取得了很大的进步，根据对喷泉控制的需要可以选择不同的PLC功能^[7]。国内PLC控制器以常规PLC控制为主，虽然PLC控制系统在国内生产生活的应用十分广泛，但PLC控制器的发展水平依旧不是很高，同先进国家的差距仍然很大，我国的相关控制器大量依靠国外的成熟技术。所以，发展先进的PLC控制技术是我们必须重视的趋势。随着科学技术的不断发展，人们对喷泉控制系统的要求越来越高，特别是高精度、人性化的PLC控制系统发展的必然趋势^[8]。

1.2.1国内现况

目前，我国生产音乐喷泉的有上百家，其中比较著名的公司有：上海雨琦喷泉工程有限公司，长沙喜马拉雅音乐喷泉有限公司，上海佳景园喷泉设备有限公司，南京泉杰景观工程有限公司^[9]。这些公司都充分弘扬水文化，设计的喷泉水景集声、光、水三维于一体，营造出更新、更奇、更美的人文景观。这些公司在全国承接了各种大型音乐喷泉、程控喷泉、激光水幕电影、水景等工程，从工程设计到制作、安装、调试提供一整套完善的服务体系^[10]。

但从实际使用中的情况看，我国生产音乐喷泉的公司所生产的音乐喷泉同国外相比，其水平和质量还是有不小的差距，原因是水型和灯光实时跟踪音乐的“四大要素"(水、声、光、电)远远没有做到位。我国现有的音乐喷泉在音乐节 奏、强弱、协调性、音乐内涵的表现等方面都还存在很大的不足之处。目前国内外的音乐喷泉都只能表演几首乐曲，这是因为音乐喷泉表演程序的设计、开发和调试非常费事、费力，需要音乐、计算机、控制等专业专家的合作。

1.2.2国外现况

从德国人20世纪发明音乐喷泉到现在已经有几十年的，随着科学技术的飞速发展，音乐喷泉系统的控制水平和技术含量越来越高。国外的喷泉控制设备系统主要使用自动化设备完成整体的喷泉控制，这样能实现高度的自动化。在欧洲地区，喷泉控制设备已经变得十分常见，随着国内经济的快速发展，喷泉设备也得到越来越多的使用,音乐喷泉系统的控制水平和科技含量也越来越高，控制方法也越来越多^[11]。主要的集中控制技术如下：

1）程序控制

程序控制是用预先编写好的计算机程序来控制喷泉的水柱高度和灯光，使水形和灯光产生不同的变化效果，整个系统通过计算机操作界面控制和显示，可以实现多个程序的随机执行，系统反应快、灵敏度高，也能够承受一定的压力和撞击，系统采用模块化结构，便于维护和升级。但是对于音乐特征的识别需要人工完成，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，如有新的乐曲加入就需要操作员重新编程处理，会带来很大的工作量。