基于PLC的音乐喷泉系统设计学士学位.docx
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基于PLC的音乐喷泉系统设计学士学位
基于PLC的音乐喷泉系统设计学士学位
北方民族大学
学士学位论文
论文题目:
基于PLC的音乐喷泉控制系统设计
——软件设计
北方民族大学教务处制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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涉密论文按学校规定处理。
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日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
摘要
本次设计的目的是制作一个以小型PLC为控制核心，变频器控制水柱高度，以音频采集为基础的小型音乐喷泉控制系统。
系统控制核心选用SIEMENS公司的S7-200MicroPLC，水泵的控制选用MICROMASTER420变频器。
本文主要介绍音乐喷泉控制系统的软件设计，着重介绍可编程控制器的程序设计和变频器的参数设置。
本文主要分为六个部分，第一部分对PLC的原理进行了简单介绍；第二部分主要介绍变频器原理；第三部分对控制系统进行了总体介绍；第四部分主要介绍了设计变频器的参数设计，包括系统参数设置方法、参数设置以及参数设计说明；第五部分主要介绍了控制系统控制流程以及控制核心PLC的编程；最后介绍了系统调试的相关情况。
关键词：
音乐喷泉，软件设计,控制系统，可编程控制器，变频器
ABSTRACT
ThepurposeofthisdesignistodesignasmallmusicalfountainbasedonthecontrolsystemuseasmallPLCasthecontrolofthecore,invertercontrolwatercolumnheightandtheaudiocollectionisthefoundationofthesystem.WechooseS7-200MicroPLCasthecoreofthesystemanduseMICROMASTER420tocontrolpumps.
Thispapermainlyintroducesthecontrolsystemsoftwaredesignofmusicalfountain，focusingonPLCprogrammingandthetransducerparametersettings.Thispaperisdividedintosixparts,thefirstpartintroducestheworkingprincipleofPLCbriefly;thesecondpartmainlyintroducestheworkingprincipleoftransducer;thethirdpartintroducestheoverallcontrolsystem;thefourthpartstressesthetransducerparametersettings,includingtransducerparametersettingsmethod,therelevantparametersettingsandparametersdescription;thefifthpartintroducethecontrolprocessofthecontrolsystemandtheprogrammingofPLC;Finally,introducingthedebuggingofthecontrolsystem.
KEYWORDS:
musicalfountain,softwaredesign,controlsystem,PLC,Transducer
前言1
第1章PLC基础知识简介3
1.1PLC的产生和发展3
1.2PLC的特点、分类与应用4
1.3PLC的基本结构4
1.4PLC的工作原理及工作过程5
第2章变频器基础7
2.1变频器概述7
2.2.1变频器技术的发展7
2.2.2变频器的分类8
2.3变频器的工作原理以及控制方式8
2.3.1变频器的工作原理8
2.3.2变频器的控制方式与性能9
2.4MICROMASTER420概述10
2.5MM420变频器的电路结构11
第3章系统总体介绍13
3.1音乐喷泉组成13
3.1.1音乐喷泉水池设计13
3.1.2控制系统组成13
3.2变频器设计14
3.2.1变频器选型14
3.2.2变频器控制接线图14
3.2PLC设计15
3.2.1PLC选型15
3.2.2PLC输入/输出点分配15
3.2.3PLC控制接线图16
第4章变频器控制参数设计17
4.1MM420变频器操作面板17
4.2变频器参数设置方法18
4.2变频器参数设置19
4.3变频器控制说明20
4.3.1系统参数设计说明20
4.3.2相关参数的说明20
第5章PLC控制系统设计25
5.1PLC控制流程25
5.2主要控制程序28
第6章系统调试30
6.1PLC的调试30
6.2系统整体调试30
结论32
致谢34
参考文献：
35
附录1音乐喷泉控制程序36
附录2英文原文42
附录3中文原文47
前言
所谓音乐喷泉，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、明暗变化的喷泉。
音乐喷泉是把现代控制技术应用于人工喷泉，是在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，通过音乐控制喷泉的水形及灯光的变化，从而达到喷泉水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演生动且富有内涵。
目前音乐喷泉最常采用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素进行全员实时跟踪采集、分解处理并转换成模拟量或数字量讯号，用以控制水泵的运行组合和转速变化，或用以控制液压伺服阀或电动调节阀的运行组合和开启度，同时相应控制灯光的组合变化。
这种控制方式不必对音乐预先进行编辑处理，所以对任何新版音乐文件甚至现场即兴演奏都可响应。
随着科学技术突飞猛进的发展，可编程控制器和变频调速器技术正大步走进喷泉控制领域，发挥着不可替代的作用。
利用小型PLC结合变频器的音乐喷泉控制系统，可以实现喷泉彩灯、水泵的多点控制，简单的接线和编程即可完成水形灯光完美的伴随音乐节奏和情感，适合追求时尚的家居生活和娱乐场所等场合。
以PLC与变频器为控制核心的音乐喷泉控制系统，将来自媒体设备的音频信号通过音频采集系统的识别，进行译码和编码后转换成控制信号，最终将信号输出到控制系统，使得所设计的音乐喷泉水形的变化能够伴随音乐，灯光的闪烁跟随音乐的节奏，实现了水形跟随音乐的旋律变化，灯光跟随预定程序变化，形成了声、光、水、色交融的美景，灯光、音响、水景统一的立体效果。
基于小型PLC的音乐喷泉控制系统在实际生活中应用前景广阔，值得推广使用。
在设计过程中我们选用可编程控制器来实现对音喷泉的控制。
作为工业自动化的重要支柱之一的可编程控制器（PLC）以其高可靠性和操作简便等特点引到了当今工业控制的潮流。
PLC是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器——接触器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计，特别是目前在现场总线和工业控制网络方面的发展为自动化领域开辟了崭新的空间。
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
可编程控制器之所以越来越受到控制界人士的重视，是由于它具有以下特点：
（1）可靠性高，抗干扰能力强。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。
（5）体积小，重量轻，能耗低。
由于音乐喷泉系统控制的复杂性，如果采用常规继电器控制，音乐喷泉控制的可靠性较差，并且接线复杂。
采用PLC控制后，由于PLC是采用程序控制，是软接线，因此可靠性大大提高了。
音乐喷泉的核心控制是由可编程控制器实现的，可编程控制器是整个系统的“大脑”，由程序实现用音乐频率转换的开关量去控制喷泉水柱和彩灯闪烁的变化。
可编程控制器简化了控制线路，提高了工作的速度和可靠性以及系统操作的灵活性，也提升了喷泉工程的智能化性能。
第1章PLC基础知识简介
PLC是在继电器控制技术、计算机技术和现代通信技术的基础上逐步发展起来的一项先进的技术。
PLC从诞生至今,虽然只有短短的30年的历史,但是得到了异常迅猛的发展，在现代工业发展中PLC技术、CAD/CAM技术和机器人技术并称为当代工业自动化的三大支柱。
它主要以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计算和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出（I/O）来控制各种生产过程。
现在广泛应用在机电控制、电气控制、数据采集、网络通信运输等多个领域。
1.1PLC的产生和发展
1987年国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对PLC作了如下的定义：
“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”。
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