青岛理工大学毕业设计（论文）

随着科学技术的快速发展，可编程控制器技术和变频控制器技术正大步走进喷泉控制领域的设计当中，在控制系统中发挥着无与伦比的作用，以PLC与变频器为控制核心的音乐喷泉控制系统，通过音频采集系统识别来自媒体设备的音频信号，通过译码和编码转换成能被识别的控制信号，信号最终输出到控制系统，控制喷泉变化，达到音乐喷泉水型、灯光跟随音乐的节奏同步变化，使得声、光、水、色融为一体，达到灯光，颜色，水型的立体展示效果。 1.1.2 音乐喷泉的现状

目前音乐喷泉最常用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素（频率、振幅等）进行全员实时跟踪采集、分解处理并实时转换成模拟量或数字量讯号，通过变频器控制水泵的运行关闭和转速变化，或者用来控制液压伺服阀或电动调节阀的运行关闭和开启大小，同时控制相应灯光的亮灭和颜色变化。这种控制方式无需对音乐进行预先编辑与处理，因此对任何最新发行的音乐甚至现场的即兴演奏都可予以响应。

一个完整的程序控制和音乐控制系统，能够对音乐进行编程，达到喷泉造型与音乐旋律、灯光的同步结合从而产生美轮美奂的水景，实时在现音乐的内涵与主题。音乐喷泉声、形、色、光俱美，仿若舞台上的表演引起人们不同的情绪而感到美的艺术享受。音乐喷泉目前主要应用于大型广场、游乐场、人工湖泊、主题公园等休闲场所。

1.2 课题研究内容

本次设计的音乐喷泉系统以PLC系统为控制核心，变频器控制喷头喷水的关闭与水柱的高度，同时控制喷泉四周灯光的亮灭与颜色变化。

各章主要内容如下：

第1章为绪论，介绍音乐喷泉系统的发展历程，并介绍音乐喷泉的现状，同时简单介绍了论文各章的主要内容。

第2章为PLC基础知识简介，介绍了PLC的产生和定义，PLC的发展历程，PLC的发展趋势，PLC的基本结构及PLC的工作原理。

第3章为变频器基础，概述变频器，介绍变频器的结构、分类、工作原理和变频器的控制方式与性能。

第4章为音乐喷泉方案论证，分析了三种控制系统的特点，最后选定PLC控制系统及可行性分析。

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第5章为系统总体设计，第一部分为音乐喷泉的工艺控制图及完成效果介绍；第二部分为系统控制系统组成框图；第三部分为变频器的设计，选型、变频器与水泵连接及变频器参数设置，第四部分为PLC设计，主要介绍PLC选型、I/O地址分配及PLC与外部硬件连接图。

第6章为PLC控制系统设计，PLC控制流程图及主要控制程序。

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第2章 PLC基础知识

PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。ＰＬＣ以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。

2.1 PLC的产生和发展

国际电工委员会（IEC）于1987年2月颁布可编程控制器标准草案第三稿，草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，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围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功能的原则设计”。

PLC的的发展速度十分惊人，目前用可编程控制器设计自动控制系统已成为世界潮流。PLC的发展大致可分为四个阶段：

（一） 第一台PLC在1969年问世，一直到1972年，是PLC的初创阶段。 （二） 从1973年到1978年，PLC进入实用化阶段，PLC逐渐成熟。 （三） 1978到1984年，PLC进入持续高速发展的阶段。 （四） 从1984年至今，PLC继续向前发展。

可编程控制器的发展与其他高新技术的发展是分不开的，目前可编程控制器

正向着两个方向发展：一是向着小型化、简易、价格低廉的方向的发展。二是向着大型、高速、多功能和多层分布式全自动网络化的方向发展。

2.2 PLC的特点和功能

短短20年中PLC得到了飞速发展，并在各行各业中得到广泛应用，已成为工业控制领域的主导通用控制器。PLC能如此迅速发展，除工业自动化的客观需 1. 编程方法简单易学 2. 功能强，性能价格比高

3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

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要外。其还有许多独特的优点。其主要特点如下：

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4. 可靠性高，抗干扰能力强

5. 系统的设计、安装、调试工作量少 6. 维修工作量小，维修方便 7. 体积小、能耗低

随着技术的发展，可编程控制器的功能越来越丰富，现在的可编程控制器主要具有如下功能： 1. 控制功能 2. 定时和计数功能 3. 数据运算和数据处理功能 4. 通信连网功能 5. 编程、调试功能

2.3 PLC的基本结构和工作原理

从广义说，PLC也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业控制过程相连的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言。PLC具有中央处理器、存储器、输入/输出接口、电源等。

不论是整体式的可编程控制器还是模块式可编程控制器，都可以等效成三部分，即输入部分、中间部分和输出部分。如图2.1所示。

输入部分是输入单元模块，用于连接外部输入设备开关、按钮或传感器等。

输出部分是输出单元模块，用于连接外部设备，它是系统的执行部分，用执行用户程序得到的结果去控制输出负载回路。

中间部分用于存储用户程序、执行用户程序，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应的输出信号。

PLC控制系统的工作过程如下：PLC工作时，在系统程序的监控下，CPU对用户程序不断循环扫描，按固定顺序周而复始地对系统内部的各种任务进行查询、判断和执行，这个过程实质上是一个不断循环的顺序扫描过程。执行过程的顺序是：从左到右，从上而下周而复始的循环扫描，并用周期性的集中采样、集中输出的方式来完成。一个扫描周期可分为四个阶段，如图2.2所示。

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