园林音乐喷泉项目设计方案

1 园林音乐喷泉项目设计方案 第一章喷泉概述 喷泉是园林、城市街道广场和公共建筑等的装饰品之一。喷泉对城市环境有多种价值，不仅能湿润周围购空气、清除尘埃，而且由于喷泉喷射 细小水珠与空气分子掩击，能产生出大量对人体有益的负氧离子。据对菜喷泉周围 ，喷水前空气中负氧离子的浓度为 300个毫升，正离子浓度为 500 个毫九而喷水寸 氧离子浓度增加到 300000个毫升，正离子浓度增加到 50000 个毫升。空气离子，尤其是负氧离子对人们的健康有良好的作用，被誉为 “ 空气长寿素 ” 。喷泉阅娜多姿的造型 ，欢快跳动的水花，还能使人振奋精执陶冶情愫，美化环境。因此，喷泉既有益于提高城市的文化艺术面貌，给人以美的享色又有益于环境保护，增进人的身心健康。 随着城市现代化，文明生产及园林、旅游等事业的发展，喷泉越来越受到人们的喜玖喷泉技术也在不断地发展，各式各样的喷泉正在各地竞相出现。它比较适宜于喜庆节日、大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，其水造型往往是简捷、明快、庄重、大方，给予人们团结进取、凝聚向上的感受在商业广场、购物中心以及游泳景点的大型激光彩色音乐喷泉，其动感十足的 “ 水表演 ” ，既欢快、跳跃，又抒情 、富有诗意的 “ 水舞蹈 ” ，有些喷泉配之以水幕电影，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。河、湖自然水面上喷水高度超过百米的高水柱喷泉，其雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅游景点的特征之一。喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑相映、相伴，既有中、老年人们喜爱的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。松驰、舒适的环境氛围给人们愉悦的感受。 水是生命的核心，对于人类生存而言，水是最重要的因素之一，水不仅能够满足人们 基本生活的需求，而且还能提高人们身心的舒适度，由于人们对于水的依赖和亲近， 从人类活动开始，人们就依水而居，从古代的城镇发展开始，人们就不断地开发水的造景功能、娱乐功能和环保功能，喷泉作为城镇建设和园林造景的一部分，是满足人们文化需求和精神需求的产品和作品。查询古今中外的建筑史，园林史，其中有许多精美的喷泉成为城市或建筑的象征，这些传世佳作保留至今，它们是美化城市的神来之笔，在美化城市、美化环境中起到了画龙点睛的作用。陶冶和启迪着后人，为今天的喷泉的发展奠定了基础。 近年来，水景的应用技术发展很快，许多技术已大量应用于实践中，水艺景观已逐渐形成相对独立的工程 分支，但在工程设计实践中系统的指导理论尚不完善。 水艺景观概括来说可以分为两大类： 一是利用地势或土建结构，仿照天然水景观而成。如溪流、瀑布、人工湖、养鱼池、泉涌、跌水等，这些在我国传统园林中的有较多应用。 二是完全依靠喷泉设备造景。各种各样的喷泉如音乐喷泉、程序控制喷泉、旱地喷泉、雾化喷泉等。这类水景是近年来才在建筑领域广泛应用的，但其发展速度很快。 各种水景工程，一般由以下几个方面构成：土建池体、管道阀门系统、动力水泵系统、灯光照明系统等。较大的水体或对水质观感要求较高的场所，还必须有水质处理系统。 随着人们对喷泉的造景功能、娱乐功能、环保功能认识的提高，开拓了喷泉的应用范围。 2 我们可以看到，喷泉比较适宜于喜庆节日、大型群众集会的广场喷泉和城市主题雕塑喷泉，其水造型往往是简捷、明快、庄重、大方，给予人们团结进取、凝聚向上的感受在商业广场、购物中心以及游泳景点的大型激光彩色音乐喷泉，其动感十足的 “ 水表演 ” ，既欢快、跳跃，又抒情、富有诗意的 “ 水舞蹈 ” ，有些喷泉配之以水幕电影，给人们以变幻无穷，绚丽多姿的视听效果。河、湖自然水面上喷水高度超过百米的高水柱喷泉，其雄伟、壮观的水造型往往成为这个城市或旅游景点的 特征之一。 喷泉进入了住宅小区，多与建筑小品和雕塑相映、相伴，既有中、老年人们喜爱的幽静、典雅的风格，也有适于儿童嬉水，趣味十足的形式。松驰、舒适的环境氛围给人们愉悦的感受。商场内、酒楼里的喷泉小巧、别致，既调节了室内小气候，又增添了画意；依托大型建筑物和自然地形建成的人工瀑布及溢水造景给人们以清新和另有韵味的感受；喷泉的电视转播厅和大型歌舞上频频出现，调谐得当的水形烘托着演出的效果；精巧的微型喷泉进入了办公室和居室，给室内增添了动态装饰 。 喷泉是艺术和技术的结合物，建筑艺术、园林艺术、美术以至引伸到人文 学、文学艺术、音乐艺术等都能蕴含到喷泉的设计、创作中。随着时代的发展，科技水平的提高，城市的喷泉设备已经十分先进，各种音乐喷泉、程控喷泉、激光喷泉已经层出不穷，变化多端。规模可大可小，射程可高可低，喷出的水，大者如珠，细者如雾，变化万千，引人入胜。喷泉，使静水变为动水，使水也有了灵魂，又辅之以各种灯光效果，使水体具有丰富多采的形态，可以缓冲、软化城市中 “ 凝固的建筑物 ” 和硬质的地面，以增加城市环境的生机，有益与身心健康并能满足视觉艺术的需要。 大型城市广场中的人工动态喷泉，也多来自自然的种种水态，如瀑布、叠水 、水帘、溢流、溪流、壁泉等，随着科学技术的发展进步，各种喷泉真是花样翻新、层出不穷，几乎达到了人们随心所欲创造各种晶莹剔透、绚丽多姿动态水景的程度。喷泉在当今时代，已经形成了一道独特的人文景观。 1 2 喷泉的发展 我国喷泉的发展 国内在二十世纪八十年代以前，喷泉只是建筑给排水和园林造景专业的一个技术细节，从设计到产品制作，工程安装都没有形成规模。只是在展览馆等公共建筑和公园里能见到一些中、小喷泉，产品的水平也是简单、粗放的。二十世纪八十年以后，随着国民经济的恢复和发展，人民生活水平的提高，一些城市的城建、园林 主管部门在城市建设、改造的过程中，以及环境的美化和文化氛围的营造上对喷泉提出了求新的要求，一部分建筑、园林、水利的设计院、研究所及大专院校，综合了土建结构、给排水、机电控制等传统的专业技术，加上当时先进的单片机，通过电磁阀和直流电机调速实行变量控制，设计出一批喷泉、水景。得到了良好的社会反映和社会效益。在这个时期，一些喷泉设备专业加工厂和公司开始组建、发展，为喷泉的专业化发展提供了力量，打下了基础。 二十世纪九十年代以后，社会主义市场经济快速发展，全国城市建设速度加快，人们也追求高质量的文化生活和环境美。市 场的需求推动了喷泉行业的发展。喷泉走出公园、园林的围墙和广场的中心，深入延伸到人们的各个社会活动场所。许多喷泉专业的生产厂商和专业公司，在这段时间内应运而生，迅速发展起来。专业技术人员把计算机技术、信息技术， 3 以及声、光、电、雾、火、激光、音乐、水幕电影等学科的技术应用到喷泉之中，把喷泉行业的技术水平推上了一个新的层面，开拓了广阔的应用空间，喷泉行业得到了快速发展。 2001年中国建筑金属结构协会、给水排水设备分会成立了水景喷泉专业委员会，行业组织为城镇、园林的主管部门、设计院、所及专业生产厂商、公司提供服务， 促进喷泉行业健康有序地发展。一些大学和中专的建筑、园林专业也开设了水景、喷泉课程，为喷泉行业的今后发展提供了知识储备。喷泉行业的发展进入到一个新的阶段。 泉的种类 喷泉可按控制方式和功能分为两类。 喷泉的控制方式 按喷泉的控制方式分可分为人工控制、程控与音乐控制喷泉。 (1)人工控制喷泉 人工控制喷泉是最原始的、最简单的喷泉，喷泉的喷高、水形、彩色都是事先设计安装好的，只要人工开启水泵、闸门就可以喷射。 (2)程序控制喷泉这是一种根据设计者的意图预先编辑的程序，变换喷射 水形、彩灯颜色与照射强度的喷泉，并可显示程序过程中，喷泉的工作状态与彩灯照度、水泵故障、漏电指示等工况。 (3)音乐控制喷泉音乐控制喷泉是目前最先进的控制方式，喷泉的水形可以按照音乐的旋律而喷射，成为有形的音乐，故也称会唱歌喷泉。 喷泉的功能分 (1)跳泉或踩泉 (2)喷雾喷泉 (3)音乐 喷泉 (4)时钟喷泉 张衡发明的水力机械定时器 漏水转浑天仪是世界上最早的定时器。这种定时器容积很大，一直沿用到清代，现存故宫博物院钟表馆内。 1 4世纪中叶意大利工匠制造出机械打点钟 ， 1 6世纪瑞士出现有装饰功能及保值功能的钟表，直至 1 9世纪瑞士才有制表机械。时钟喷泉是我国对古人发明的继承与延续。 (5)旱喷泉 所谓 “ 旱 喷泉，是指喷头、管道、彩灯、电缆、水泵等一切设备均安装在地槽内。只有在喷头出口及彩灯处留有足够的空隙，供水柱喷出。回落的水可迅速流至地槽。喷泉停止喷射时，仍然是广场，可供集会、休闲或其他集体活动。喷射时游人可穿行嬉戏于喷泉之 4 间。这种喷泉有非常好的娱乐性和参与性，而且可维持广场的多功能性，其主要的缺点是水耗比较大，并易受地面污染，需要定期净化处理 泉涉及领域 头 它是把在压力作用下的液体（有时混有气体）通过接头进入单个或多个喷嘴，然后喷至空中的整体单元装置。 道 喷泉工程的管道宜选用不锈钢管、铜管。可采用焊接、卡压、法兰等接口方式连接。受投资条件限制时，可采用热镀锌钢管，连接方式可采用螺纹连接或法兰连接。室内水景喷泉工程和移动式水景喷泉工程在无抗冻、抗震要求时，可选用塑料管。 用潜水泵 电机性能：采用优质材料 加电机绕组的匝数及线径使水泵耐频繁起动。 水力部分：采用优秀水力模型设计，使水泵流量、 扬程、效率三者更为合理。 结构特点：该电机为自循环充水式冷却；电缆用三相四线 轮采用了防松动装置；滤网护罩采用全不锈钢材料；电改进使之更适用喷泉工程频繁起运的要求 灯 喷泉照明一般采用水下和水上两种照明方式。水下照明一般采用 下彩灯，其具有高效、节能和长寿命等特点，其工作电压为 12V 安全电压，安装方式为固定式安装。 水上照明一般采用投光灯和强光灯等机内腔定转子采用进口涂料，提高了水下电机耐腐蚀性，通过以上结 喷泉工程中常用的阀门有铜球阀、截止阀、闸阀、蝶阀、快开阀、调 节阀、止回阀等，对于程控喷泉、音乐喷泉、跑构。 、跳泉等，还经常用到水下电磁阀、数控阀、液压阀或气压阀等。 在喷泉工程的一些特技效果中，经常用到一些特殊的机械和设备，如水下摇摆电机、减速机、各种摇摆机构、各种配水器、整流器等。有了这些机械和设备，喷泉水形大大提高了艺术造型的变化，提高了喷泉水景的观赏效果及艺术水平。 音响系统是音乐喷泉的音源。主要设备有音箱、功放，调音台、激励器等，我公司采用国内外知名品牌，保证音乐、水型、灯光三者高度同步。 在喷泉控制系统中，采用单片机控制原理，以可控硅作为功率开关元件，由于可控硅承受过电压、过电流的能力较差，因而不能长时间运行。但采用 时，有很强的自诊断功能，迅速方便的检查出故障，缩短检修时间，因而，确保控制系统的可靠性、稳定性。但成本较高。本文以喷泉控制系统为例，采用 西门子 300系列 列 细介绍了系统的硬件配置、设计方案以及软件设计的顺序功能图和梯形图，并且介绍了编程中的关键问题。 5 第二章 音乐喷泉设计方案 乐喷泉示意图如图 2 1 喷泉布局图 2 1 本课题布局图 2 1所示。图中 一个喷水管该喷水管所喷出的水柱为 4组喷水管最大，喷射高度为 4组喷水管最高为 8（ m）。图中 个喷水管组成，该组喷水管所喷出的水柱为比 喷高度比 喷高度为 6（ m）。图中 0个喷水管组成，该组所喷出的水柱比 喷高度比 喷高度为 4（ m）。图中 0 个喷水管组成，该组所喷 水柱为 4组中水柱最小，所喷高度最低的一组。所喷高度为 2（ m）。为了在每组喷水管工作时能够更好的欣赏，能区别 4组所喷出的水柱，所以 =2(m)， =4（ m）， =6（ m）。 本课题中 A 组喷头所喷的水柱最高，本课题中 4 组喷头所喷的水柱高度为 2m）。本课题的最多时有 A、 B、 C 三组喷头同时喷出水柱，最少时有两组喷头喷出水柱，所以流量为 150m3/h）。水质为自 6 来水。 乐喷泉控制要求 本控制器能充分发挥变频调速器的特点，为 喷泉增光添彩。它可将来自光盘 音乐信号自动转换成变频调速器所要求的控制信号。输出信号与输入的音乐信号大小成线性关系，使喷泉的喷高随音乐信号大小变化，音乐、水花、彩灯融为一体，演出一场交响水诗。 该控制器除以上把音频信号转化为模拟量信号 ，还可以在某点音频信号实行开关量输出，另外还带有音频启动信号。所以该控制器不仅能控制变频器，而且还能控制固态继电器。 接线面板说明如图 2 2 7 图 2 2 表 2 1 编号 名称 说明 （ 1） 音频放大倍数调节旋钮 调节单位音频对应输出电压的大小 （ 2） 起始电压调节旋钮 调节没有音频输入时的输出电压 , （ 3） 固态驱动设定电压调节旋钮 固态驱动设定电压和输出电压比较 ,当输出电压大时 ,固态输出点就有输出，当输出电压小时，固态输出点截止 （ 4） 音频输入选择开关 （ 5） 起始电压输入选择开关 起始电压为 0V), 8 （ 6） 频谱显示切换开关 用于切换显示固态设定驱动频谱和实际输出频谱。左边固态设定输出频谱，右边为实际输出频谱 （ 7） 频谱显示 显示输出频谱强度和固态设定频谱强度 （ 8） 电源指示灯 有电源就亮 （ 9） 音频启动指示灯 有音频信号输入就亮，确认音乐信号开始播放 （ 10） 固态输出指示灯 固态输出点有输出就亮 功能及动作原理如表 2 1 节单位音频的对应输出电压。如果输出电压随音频输入信号变化不大，输出电压只在很小范围内变化，则可调大放大倍数；如果在有很小的音频信号输入时输出信号就超过 10V，并且启动电压不太高，那么就调小音频放大倍数。 始电压是没有音频输入时，对外的输出电压。调节起始电压可以确定变频器在没有音频信号时变频器的输出频率，当有音频信号输入时变频器输出频率是此基础上的叠加。如果没有起始电压的情况下，当刚有音频信号输入时，变频器频率上升，而水泵是来不及出水的，这样音控效果就很不明 显。如果加了起始电压，水泵在没有音频信号的输入情况下就有出水，当有音频信号输入时，出水量增加，音控效果就比较明显。 开关（ 6）选择到固态显示，（ 7）上显示的频谱的大小对应固态驱动设定电压大小。当输出电压大于固态驱动设定电压时，固态输出点对外输出，输出电压小于固态驱动设定电压时，固态输出点截止。用固态来实现音控时，在输入的音频信号是比较柔和的情况下，那么固态驱动设定电压就要调小一点，如果在输入的音频信号比较强烈，那么固态驱动设定电压就要调大一点。 （起始电压固态驱动设定 电压该音乐最大输出电压） 断开音频输入信号， 接通音频输入信号。 5. 起始电压开关：当为 时，起始电压就为 0V， （ 4）为 6）选择到输出显示情况下，（ 7）显示的频谱大小对应起始电压大小。 择显示固态设定输出频谱和实时输出频谱。 时显示当前音乐节奏及音乐强度 +起始电压，当切换固态显示时显示当前固态驱动设定电压。 示控制器是否通电进入待机工作状态。 示灯：显示是否有音频信号输入。 示是否有固态输出点有输出。 9 图 2 3 端子功能说明图 2 3： D、 音乐信号自动转换成变频器所要求的 0流电压信号与输入的音乐信号大小成线性关系。（有 3路输出） 本控制器可设定起始电压，使用人员可调节起始电压来选择没有音频输入时的输出电压，而当有音频信号输入的时候输出电压是起始电压和音频对应电压的叠加。 中当有音频信号输入 子就接通（为无源触点）。 制器还带有控制固态继电器的功能，用户可调节比较电压来控制输出。这样在没变频器的的情况下，用固态继电器也可以达到音控的效果。（有继电器输出和晶体管输出，其中晶体管输出电源已提供） 4： 10 音控喷泉固态驱动接 线图 2 4 音控喷泉变频驱动接线图 2 5 说明： 1. 左右声道信号直接到控制器的 R，在输出信号不是圆孔的情况下可接端子 2. 接到变频器模拟量电压输入端（如图 2 5） 3. 别接固态继电器的（ -）， V+接（ +） 4. 以启动可编程顺序控制器等控制器来完成音乐启动的效果。 11 技术参数表 表 2 2 可编程序控制器使用说明书： 1. 数字化输入输出、 2. 可同时控制 40路各种负载 3. 一百步程序可任意设定循环步数 小时间 5. 手动 自动双功能，自由选择 7. 输入与输出信号光电隔离，可靠性高 8 入正确的密码才能编制或 修改程序 9. 音乐启动程序（输出）功能，增加音乐喷泉功能 第三章 控制系统方案设计 电源输入 额定电压 压允许范围 10 额定频率 500许瞬间断电时间 20器继续运行 电源保险丝 250V 3A 信号输入 音频信号 12 一般音乐喷泉 系统 主要由音频 控制 系统 、喷泉 控制 系统 和灯光 控制 系统 构成。 音频 控制 系统 主要由音乐播放器、前置放大器、功率放大器、监听音箱及音柱组成，大多 系统 采用多媒体 图 3 1所示。 音频 控制 系统 示意图 3 1 喷泉 系统 主要由喷泉 控制 器、 变频器 、水泵、多功能阀、万向喷头及供水管网组成，其中喷泉水泵目前已采用变频调速技术，实现水泵无级调速，能根据音频信号的强弱随时调节水泵速度，多功能阀及万向喷头由喷泉专用 控制 器 控制 ，可根据设定程序实现各种图案和形状。 音乐喷泉 控制 系统 集音频 控制 技术、程序 控制 技术和智能 控制 技术于一体的 控制 系统 ，属于一种工业现场 控制 系统 ，其上位机大多采用多媒体工业 实现全程 实时音控，能根据乐曲旋律、节奏和音频的强弱程度 控制 喷泉 系统 ，其电气 控制 系统 主要有以下三种形式 : (1) 集中式 控制 集中式 控制 系统 采用放射型结构，能满足 控制 室离水池较近，规模较小，花型变化较少的音乐喷泉。 (2) 现场总线式 控制 现场总线是一种串行数据通信链路，实现喷泉现场基本 控制 设备与上级 控制 设备之间的联系，例如 线，现场总线式优点有 :一条传输线可 控制 多台设备， 控制 系统简单，安装和维护容易 ;采用数字通信技术，抗干扰性强，精度高 ;控制 功能分散到喷泉现场，提高了电控 系统 的可靠性和灵活性。 (3) 网络现场总线式 控制 网络现场总线结构与现场总线相似，性能更优越于后者，网络现场总线属于分布式 控制 系统 ，电控 系统 运行速度更快，达到音乐喷泉实时 控制 的要求，稳定性也更好 ;网络连接结构种类很多，能同时支持总线型和放射型，可采用混合结构 ;网络现场总线与现场总线主要差别是前者采用专用网络操作 系统 ，实现网络上各个设备之间的相互操作。 13 此外音乐喷泉 系统 包括灯光 控制 系统 ，在此不再详细叙述，由上可见音乐喷泉 控制 系统 是集声、光、电于一体的复杂的现场 控制 系统 。 制方案选择 本课题设计的音乐喷泉要求运行速度准确度高，在音乐喷泉的格层检测系统中选用在工业自动控制上大量运用的具有检测精度高、寿命长、稳定性能好的接近传感器，运用感应器的开关量信号输入给 实现控制。由于本课题目具体需求在硬件系统的设计过程中主要考虑了花式喷泉的经济实用、稳定、灵活、美观的需要。 主控制器方案分析： 方案 1：使用单片机控制音乐喷泉 方案 2：使用 制音乐喷泉 自 20 世纪 60 年代中期以来 品在电力、冶金、化工等行业发挥了重大作用 ,尤其近20 年来计算机和信息技术的飞速发展 ,不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格 ,使 讯联网技术、过程控制软件都获得了长足的进步 ,也使 广泛应用成为可能。 要包括：编程方法简单易学；功能强、性能价格比高；硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强；可靠性高、抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量低、维修方便；体积小、能耗低等。而且 各个工业部 门的应用范围都得到了扩展。 此方案采用西门子 300 系列 为主控制器。 中型的 适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。 强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 提多种 供选择使用，并且体积小，功能强、可靠性高，灵活性强和可扩展性的特点通过改变喷泉的控制程序或改变方式选择开关，就可以改变花式喷泉的喷水规律，从而变化出很多花样，同时， 有很强的自诊断功能，迅速方便的检查出故障，缩短检修时间，因而确保 控制系统的可靠性，稳定性。 采用 （ 1）控制方式上看： 需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 （ 2）工作方式看： 受制约。 （ 3）控制速度上看： 度很快，无触点，顾而五抖动一说。 （ 4）定时、计数看： 度高，定时范围宽，有记忆功能。 （ 5）可靠、维护看： 触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场 14 调试和维护方便。 频器选择 随着变频调速技术的不断推广，风机水泵专用 变频器 已被广泛用于水泵及风机负载，音乐喷泉 系统 中需要采用大量的水泵来 控制 喷泉循环水，根据水泵工作特性知道泵的流量与泵转速成比例关系，通过调节水泵转速可直接 控制 水泵的流量，在音乐喷泉 系统 需要实现喷泉水量实时调节，因而变频调速技术更适合在音乐喷泉 系统 使用，此外根据水泵特性知道，采用变频调速技术具有一定的节能效果，这也是 变频器 在音乐喷泉 控制 系统 得推广应用的原因。 以某广场音乐喷泉 系统 为例，其电气 控制 系统 主要由上位机、音频放大 系统 、喷泉跑泉电脑 控制 器、 变频器 及各种电磁阀构成，如图 3 2所示。 音乐喷泉 控制 系统 示意图 3 2 音乐喷泉专用 变频器 的应用 ， 选用康沃 频器 ，其 变频器 控制 图如下图 3 3 所示。 15 音乐喷泉 变频器 控制 图 3 3 调试注意事项 ， 音乐喷泉 系统 是个集音乐、灯光、喷泉于一体的 系统 ，其电气 控制 系统 相对比较复杂，在调试时容易出现以下问题 : (1) 音频信号干扰问题 从 变频器 工作原理知道，当 变频器 运行时其输入输出侧会产生高次谐波，此谐波信号通过传导、辐射、耦合等方式对其它设备产生干扰，如图 3 4所示。 图 3 4 16 音乐喷泉 系统 中谐波干扰信号会经过音频放大 系统 放大后，形成刺耳的噪音并影响音乐的播放。调试时若遇到这种情况可采取以下措施 :降低 变频器 载波频率 ;变频器 可靠接地，接地线采用线径较粗的线，并且接地点与 变频器 距离要尽量短 ;变频器 输入、输出动力线尽量远离音频信号线和 控制 线，不要将动力线与 控制 线走在 同一线槽中 ;音频信号放大 系统 的电源尽可能与 变频器 供电电源隔离等。 (2) 变频器 跳保护问题 喷泉水泵需随音频信号的强弱随时调节转速，这就要求 变频器 响应速度快，在 系统 调试时应注意 变频器 选型及参数调节，一般情况一台音乐喷泉 变频器 要求 控制 多台水泵，在选用时首先应保证 变频器 的功能大于水泵功能总和，并至少预留 10%的余量，在 变频器 参数设定方面，变频器 的加减速时间尽量短，但加减时间过短容易出现过电流保护，在调试时应特别注意，目前大多 变频器 具有故障自恢复功能，在调试可将此功能打开，以避免误信号引起 变频器 报警停机。 算机系统硬件组成 为实现音 乐喷泉系统的计算机控制，设计的计算机接口电路如图所示。音频输入、输出信号和变压控制信号经过 A/D， D/口板提供 10路单控制终端的数据采集通道。其性能达到 精度和 12位的分辩率。此外，此板还带有 5个 12 位分辩率的模拟输出通道，可插入计算机扩展槽，直接与 据实际工程中的控制点数设计 D/中包括光电隔离器件和保护电路。本研究中使用中断来处理数据采集和实时控制。选用的计算机为 386工控机。 变频调速技术是针对固定工频而采取的高效节能措施，工频（ 50发电的最佳频率，但它并非是所有用电设备的最佳工作频率，因而导致许多设备长期处于低频率、低功率引述运行状态。占全国耗电 2/3的交流电动机目前大多数还在工频、恒速下运动，运行效率只有 60%左右。为了提高效率，所以在本设计中用到变频器。 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交 直 交方式（ 频或矢量控制变频），先把贡品交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。整流部分 为三桥式不可控整流器，逆变比分为 相桥式逆变器，且输 17 出为 间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 变频器选型时要确定以下几点： （ 1）采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。 （ 2）变频器的负载类型 ;如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。 （ 3）变频器与负载的匹配问题： 频器的额定电压与负载的额定电压相符。 通的离心泵，变频器的额定电流与电动机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等需要参考电机的性能参数，以最大电流 确定变频器电流和过载能力。 种情况在恒转矩负载或又减速装置时有可能发生。 在使用变频器驱动告诉电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流地阿牛值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样的情况下，变频器容量要更大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器的容量要放大一档。 本设计是通 过变频器苏调技术来控制每环喷水的高度。我选用的是 E）系列变频调速器。其实物图如图 3 5 变频调速器 3 5 18 第四章 硬件电路设计 为实现音乐喷泉系统的计算机控制，设计的计算机接口电路如图 4 1所示。音频输入、输出信号和变压控制信号经过 A/D， D/口板提供 10路单控制终端的数据采集通道。其性能达到 的精度和 12位的分辩率。此外，此板还带有 5个 12位分辩率的模拟输出通道，可插入计算机扩展槽，直接与 据实际工程中的 控制点数设计 D/中包括光电隔离器件和保护电路。本研究中使用中断来处理数据采集和实时控制。选用的计算机为 386工控机。 图 4 1 音乐喷泉的图案是三个圆圈，分外、中、内三个圈，外圈由第一台水泵控制，中圈由第二台水泵控制，内圈由第三台水泵控制。 当变频器一接通电源后，第一台水泵以低频率开始工作，以水刚冒出喷嘴为宜。当音乐响起时， 圈的喷嘴开始喷水以及第一组彩灯开始闪烁。 随音乐信号增强时， 合后， 二台水泵 在第一台水泵的基础上开始运行，外圈和中圈的喷嘴都开始工作，以及第一、二组的彩灯开始闪烁。当 二台水泵随第一台水泵继续工作，但第二组彩灯停止工作。 当音乐到达高潮时， 通时， 电并自锁，第三台水泵在第一、二台水泵的基础上开始运转，所有的喷嘴和彩灯都开始工作及闪烁。当 三台水泵随第一、二台水泵继续工作，但第三组彩灯停止工作。 该音乐喷泉的高度随音乐信号的增强而逐渐升高的同时，投入运行的水下灯和水型也就越来越多，喷泉则表现得越来越多彩和热烈，当音乐喷泉高度随音乐信号减弱而 逐渐降低的同时，投入运行的水下灯和水型也就越少。这样，喷泉在音乐和程序的控制下，各式各样的水下灯闪烁、变幻，以及各种水型的起伏呼应，这样就为音乐喷泉增加观赏性和无限的艺术美感。 19 1、按下 触器 频器接通电源 2、按下 触器 频器切断电源 3、按下 统开始加速运行 4、按下 统开始减速停止 5、当 统以第一档速运行 6、当 统以第二档速运行 7、当 统以每三档速运行 8、当 2动作 统以第四档速运行 9、当 3动作 统以第五档速运行。 10、当 通 作 作 通系统以第六档速运行。 11、当 作 统以第七档速运行 12、当 一组彩灯亮并闪烁 13、当 14和 一、二组彩灯同时亮并闪烁及第二台水泵运 14、当 作 圈得电并自锁及 作三组彩灯同时亮并闪烁及第三台水泵运转 15、当变频器报警输出 接通 触器 频器切断电源 16、 鸣器 声，指示灯 行声光报警 17、故障排除后，按下 频器的 频器复位 2 20 图 4 2 21 3 图 4 3 22 人工喷泉硬件接线图 4 4 23 I/O 分配表如图表 4 1 输入 I/O 分配表 4 1 序号 输入 说明 1 止说明 2 动按钮 3 择开关 1的位置 4 择开关 2的位置 5 择开关 3的位置 6 控按 钮 输入 I/O 分配表 4 2 序号 输出 说明 1 源指示 2 制 1管喷水 3 制 2管喷水 4 制 3管喷水 5 制 4管喷水 6 红色灯 红色灯 7 色灯 8 色灯 9 速 10 速 11 转 24 第五章 软件程序流程图 梯形图时使用的最多的图形编程语言，被称为 第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图 常被称为电路或程序，梯形图的设计成为编程。 系统流程图 录一 ） 25 第六章 调试过程 件调试 板时，检查加工的怎么样，测量一下电源地有没有短路的。 2. 焊接上电源芯片，通上电源，把电源调通，看看电压是不是都正常， 波系数是否超标。 3. 焊上主控制器芯片（微处理器），及其相关最小外围电路， 试， 口， 是先让最小系统跑起来。 如果 是好的，写个 看 核能部不能工作，调试