音乐喷泉控制系统设计毕业设计论文

大连海洋大学目录第一章绪论1.1音乐喷泉的现状及发展趋势1.2控制系统的方案论证1.3对选定方案的分析1.4课题研究的内容及意义第二章关于课题的基础知识2.1音乐的特征分析2.11音的基本性质2.12音乐的基本乐理2.13音乐信号的采集2.14采样定理2.2喷头的选择2.3灯光的选择第三章PLC的选用3.1PLC的应用领域 3.2PLC的应用特点 3.1PLC型号的选择 3.2PLC的网络设计 3.3软件编制 3.4确定所选PLC 3.5喷泉I/O分配 3.5.1PLCI/O分配简介 3.5.2开关量输出模块的选择 3.5.3模拟量I／O模块的选择 3.5.4特殊功能模块的选择 3.5.5系统I/O分配表 3PLC基础知识简介 3.1PLC的产生和发展 3.2PLC的特点与应用 3.3PLC的工作原理及工作过程3.1PLC控制系统I/O口的估算 3.2PLC的选型 3.3PLC输入/输出点分配 3.4PLC控制接线图第四章变频器的选用4变频器基础 4.1变频器概述 4.2变频器技术的发展 4.2.1变频器的分类 4.3变频器的工作原理以及控制方式 4.3.1变频器的工作原理 4.3.2变频器的控制方式 4.4MICROMASTER420概述 4.5MM420变频器的电路结构 4变频器及控制参数设计 4.1变频器设计 4.1.1变频器选型 4.2.2变频器控制接线图 4.2MM420变频器操作面板 4.3变频器参数设置方法 4.4变频器参数设置 4.5变频器控制说明 4.5.1系统参数设计说明 4.5.2相关参数的说明 第五章水泵的选用5,1水泵的主要性能参数及运行特点5.2水泵的分类及工作原理5.3喷泉专用泵的特点与应用第六章结论与展望第一章引言1、1音乐喷泉的现状及发展趋势音乐喷泉作为一种独特的人工景观，具有很大的观赏价值，国内各大城市或在广场或在公园都有它的身影。可以说，音乐喷泉已经成为一种娱乐产业，具有很高的经济效益和社会效益。为了适应喷泉工程建设的需要，国内出现了众多的喷泉设备厂和喷泉设计专业公司。根据中国水景喷泉委员会企业资质等级名单，国内比较著名的喷泉公司有：天津市大德喷泉科技有限公司、北京东方光大安装工程集团有限公司、深圳市水体艺术设计有限公司等十几家专业公司。决定音乐喷泉艺术效果的一般有下面几个因素，控制水平、喷头设计和喷泉的空间布局等。因此可以说音乐喷泉涉及到众多的学科，一个大型音乐喷泉项目的完成需要机械、给水排水、自动控制等各种专业人才的通力合作才能完成。其中音乐喷泉的控制是一个关键技术，音乐喷泉之所以能够千变万化，随着音乐翩翩起舞，起决定作用的就是它的控制部分，否则喷泉的造型将只能是静态的、缺乏生气与活力。因此，本课题主要对音乐喷泉的控制系统部分进行研究。1、2音乐喷泉控制系统介绍该音乐喷泉建立在广场中央，整个音乐喷泉的平面示意图如图1-1所示。图1音乐喷泉平面示意图该音乐喷泉由中心区和围绕中心区的2个环构成。中心区由两部分组成：一是由6个喷头控制的最大高度为15M高的主水柱，由一台7．5kw的水泵和西门子MM430变频器控制；二是在主水柱两旁各有一个由3个喷头控制的副水柱，由两台4kw的水泵和西门子MM430变频器控制。中心区外有2层跑泉，里面一层有72个喷头，由一台4kw的水泵和西门子MM430变频器控制。外面一层有120个喷头，由一台4kw的水泵和西门子MM430变频器控制。另外主水柱旁有红、黄、绿、白4种颜色的彩灯4盏，副水柱里各有1盏红色的彩灯，里层和中心区之间有红黄、绿3种颜色的彩灯共12盏，里层和外层之间有红、黄、绿3种颜色的彩灯共14盏。第二章控制系统论证及控制系统整体设计2.1控制系统的方案论证音乐喷泉的控制系统，要求具备如下功能：1、乐曲播放；2、水型与乐曲同步；3、水型的演示的控制；4、彩色灯光的控制；5、强制停止功能。现在音乐喷泉的控制系统主要有4种，这4种控制系统是继电器-接触器控制系统、单片机控制系统、计算机音乐喷泉控制系统、PLC控制系统。因为本课题选择用PLC，下面我们就论证PLC控制系统如何能方便、简单地实现音乐喷泉的以上功能。经过数十年的发展，PLC技术已越来越成熟，应用的范围也越来越广泛，几乎渗透到了各行各业。而在很多的控制应用系统中，以PLC为核心的控制系统逐渐成为理想的控制系统，其主要特点主要有：1、硬件的可靠性PLC是为了在恶劣的工业环境条件下应用而设计的，一个设计良好的PLC能置于有很强的电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固，简化安装，使它易于抗振动冲击，对印制电路板的设计、加工及焊接都采取了极为严格的工艺措施，而且在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。例如，在输入/输出电路中都采用了光电隔离措施，做到电浮空，既方便接地，又提高了其抗干扰性能；各个I/O端口都除采用了常规模拟器滤波以外，还加上了数字滤波；内部采用了电磁屏蔽措施，防止辐射干扰；采用了较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰信号；采用了较合理的电路程序，一旦某模块出现故障，进行在线插拔、调试时不会影响其他各机的正常运行。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以发生故障的部位大多集中在输入/输出的部件上，以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁电机等外围装置上，这样便易于检修和维护。2、编程简单，使用方便用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，容易掌握。例如，目前大多数PLC均采用的梯形图语言编程方式，既继承了传统控制线路的清晰直观感，又顾及了大多数电气技术人员的读图习惯及应用微机的水平，很容易被电气技术人员所接受，易于编程，程序改变时也容易修改，很灵活方便。这种面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这些时间是可以忽略的。3、接线简单，通用性好PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀等）与PLC输出端子连接。接线简单、工作最少，省去了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的“接线网络”，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上是PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。4、可连接为控制网络系统PLC可连成功能很强的网络系统。网络可分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500—2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，传输速率为1M—10Mbps，传输距离为500—1000m，网上结点可达1024个。这两类网络可以级连，网上可兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。5、易于安装，便于维护PLC安装简单而且功能强大，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方，在从继电器系统改换到PLC系统的情况下，PLC小的模块结构使之能安装在继电器附近，并将连向已有接线端，其改换很方便，只要将输入/输出设备连向接线端即可。在大型安装中，长距离输入/输出站点安放在最优地点。长距离站通过同轴电缆获双扭线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，长距离子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地前由PLC制造商预先连好线，这一方法大大减少了电气技术人员的现场安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有器件都是固态的，维护时只需更换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，就能指示是否正常工作，借助于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。PLC的这些及其他一些特性使之成为任何一个控制系统的有益部分。一旦安装后，其作用立即显现，其收益也马上实现，像其他智能设备一样,PLC的潜在优点还取决于应用时的创造性。2.2对选定方案的分析1、可行性分析（1）功能可行性分析：由于系统各主要部分所需要满足的功能步骤及要求大多是开关量信号，所以选择可编程序逻辑控制器是完全能够满足其功能要求的。（2）系统可靠性分析：系统主要靠PLC内部程序运行，从而达到实时性、准确性得到很大改善，使系统可靠性得到了进一步的保证。（3）系统扩展性分析：系统采用PLC作为控制器，其本身就具有极强的功能扩展性，加之PLC产品的完整性，使得系统功能扩展极其方便。（4）系统可维护性分析：系统采用先进控制方式，大大降低了工程成本，并由于系统组态及结构简单，这使得可维护性增强。2、技术性能（1）PLC选型：PLC的选择是否能让功能与任务相适应；PLC的处理速度是否满足实时控制的要求；（2）扩展模块的选择：开关量输入模块工作电压的选择；开关量输出模块输出方式的选择；模拟量输入模块的模拟量值的输入范围考虑。从与其它喷泉控制系统对比中可以看出，本次设计的控制系统中主要控制器必须满足系统的可行性、可靠性、可扩展性、可维护性等要求。而综合上述方案论证，大型广场音乐喷泉采用PLC控制系统既能很好地满足其性能要求，并能很好的实现音乐喷泉的各种功能，又经济、安全、方便实用。本文就是基于以上所介绍的PLC的诸多优点而设计的。同时，在后续的设计中将综合考虑控制系统的技术性能。2.3控制系统整体设计音乐喷泉控制系统具有控制点数多，实时性要求高的特点。根据其特点，其硬件采用PLC模块+模拟量输入模块+模拟量输出模块+变频器组成。这种组成可以很好的满足音乐喷泉控制的要求。还具有硬件和备件投资省，易于调试和维护的优点。喷泉控制系统的结构框图如所示。喷泉水泵喷泉水泵音乐模拟量输出变频器灯光音乐模拟量输出变频器灯光放大I/O扩展PLC放大I/O扩展PLC模拟量输入图2.1喷泉控制系统的结构框图………………..1.4课题研究的内容及意义第二章关于课题的基础知识2.1音乐的特征分析2.11音的基本性质自然界中的声音是由各种各样的发声体振动产生的。按照发声体振动方式的不同可以把声音分为乐音和噪音两大类，乐音是发声体有规则的振动产生的，它是组成音乐的主要材料。噪音则是由发声体无规则的振动产生的，噪音没有固定的音高；声音按照物理特性的区别又可以分为纯音和复合音(复音)。纯音是单一频率成分的音，如音叉发出的声音；复合音则是由两种以上频率成分构成的音，在听觉上是多于一个音调的声音。自然界绝大多数发声体发出的声音都是复合音，如语音、乐音或噪音。音有音高、音长、音强和音色四种特征，它们分别与发声体振动的频率、持续时间、振幅和频谱分布等物理量相对应。音的高低是由物体在一定时间内的振动次数(即频率)决定的，振动次数多，音则高；振动次数少，音则低。音的长短是由振动的延续时间的不同而决定的。振动的延续时间长，音则长；振动的延续时间短，音则短。音的强弱是由于振幅的大小而决定的。振幅大，音则强；振幅小，音则弱。音色则由于发声体的性质、形状及其泛音的多少等不同而不同。自然界中能为人的听觉所感受的音是非常多的，然而并不是所有的音都可以作为音乐的基本材料。在音乐中所使用的音，是能够表达人类的生活和思想感情的，这些音被组成为一个固定的体系，用来表现音乐思想和塑造音乐形象。一个个孤立的音，是无法塑造音乐形象的。在音乐中使用的音总是按照一定的关系连结在一起，表达一定的音乐思想。组成一首乐曲的三个基本要素为旋律、节奏和和声。而在这三种要素中，旋律和节奏是不可缺少的，因此对一首乐曲的旋律和节奏的认知是必要且必须准确的。同时乐曲的调式调性也很好的表征了乐曲的特点，如果能很好的提取出音乐的调式特性，在一定程度上可以辅助演奏者对乐曲特征的感知与表现。2.12音乐的基本乐理理解基本乐理是进行音乐信号识别和深入研究的第一步，下面介绍一些基本乐理概念音符，音乐的最基本要素，是记录乐音及其时值长短的符号，基本音符代表一个四分音符的长度。音长，指音的长短，它是由发音体振动持续的时值来决定的。振动持续的时间越长，音越长；反之，持续的时值越短，音则越短。音高，指音的高低，它是由发音体振动的频率(每秒振动的次数)来决定的，振动的频率高，音则高；反之，频率低，音则低。在音乐上，音高是与具体的音符一一对应的，即每个音符的基频是有严格规定的，这就是音乐的“律制”。如大字组的C为65．4Hz，小字组的c为130．8Hz。通常，在音乐上使用的音高在16Hz--7000Hz的范围内。音量(力度)，指音的强弱，它是由发音体振动的幅度大小来决定的。振幅大，音则强：反之，振幅小，音则弱。音色，指音的色彩，它是由发音体振动的方式、形状、成分及发音体的品质等因素来决定的。2.13音乐信号的采集本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主要包括音频放大和A／D转换两个过程，下面分别进行分析。外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入A/D转换器。本文选择了LM386芯片设计音频放大电路。LM386是美国国家半导体公司(NS)推出的系列功率放大集成电路的一种，LM386具有功耗低、工作电压范围宽、所需外围元件少等特点，在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛，它使用了lO只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。其中TI～T6组成PNP型复合差分放大器，T5、T6为镜像恒流源，作为T3、T4的有源负载，使输入级有稳定的增益。电压增益级由接成共发射极状态的T7承担，其负载也使用了恒流源，整个集成功放的开环增益主要由该级决定。T8、T9复合为一个PNP管，和T10共同组成互补对称射极输出电路，以供给负载以足够的电流。Dl、132提供了T8、T9、T10所需的偏置，使末级偏置在甲乙类状态。RS-R7构成内部反馈环路闭。从图2．1可以看出，LM386采用双列8脚封装结构，它的工作电压范围为4~12v，静态电流4mA，最大输出功率660mw，最大电压增益46dB，增益带宽300kHz，谐波失真0．2％。图2．1LM386封装形式及引脚定义LM386提供了两种典型放大电路的设计方案。一种是在LM386的1脚和8脚之间不接其他元件，此时放大电路的增益仅由内部电阻R5、R7决定，为20倍数(26dB)，这种方式外部电路元件最少，也最为经济。另一种通过在l脚和8脚之间串接不同的阻容元件，改变放大电路的交流反馈量，从而改变放大电路的闭环增益。音乐信号的放大采集如图2．2所示。外部音源(声卡、CD机等)的模拟音乐信号分左、右声道分别进入放大电路，经过信号放大后，得到幅值放大后的音频信号。从图4．2可以看出放大电路的具体设计。在LM386的l脚和8脚之问串接一个lO微法的电容CA，使内部电阻R6被交流旁路，放大电路的增益能达到最大值，200倍数(46dB)。再对音频放大电路的外围电路进行设计，电路中电容C1、C6作为隔直电容，电位器Pl用于调节音量的大小，元件R2、c5有助于旁路高频噪音和改善输出的音质。电容C3作为去耦电容，一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。电容C2则是作为旁路电容，将信号的中高频噪音旁路到地网。经过放大电路的音频信号就送入A／D转换器进行采样，这里A／D转换器要设置为双极性，即能接收负信号。图2．2音乐信号放大2.14采样定理采样是指用一较高频率的开关脉冲对模拟信号进行取样，取出脉冲到来时刻所对应的模拟信号的幅度，这样就可以得到一连串幅度变化的离散脉冲。用这些离散脉冲序列代替原来时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化踟．如图2．2所示，在对音乐信号进行放大处理后，就要通过A/D转换将模拟信号采集进计算机，这就是音乐信号的采样．我们在对一个连续的音乐信号进行采样时，为了使采样后的样本序列能够包含足够的信息以使其能够较正确地重现原来的模拟信号，在采样时应当使采样频率满足采样定理的要求。采样定理的描述为“对一个模拟信号进行离散化时，只要满足采样频率正大于或等于被采样信号的最高频率fm的2倍，就可以通过理想的低通滤波器，从样本值序列信号中无失真地恢复出原始模拟信号”，这里的fm称为香农频率，这个采样定理又称为香农采样定理。实际应用中为了较好的防止频谱混叠失真，采样频率一般要稍大于信号最高频率的2倍。比如乐曲的音域频段如果在50Hz--4000Hz内，就要将A／D转换器的采样频率选定为10kHz，才能满足香农采样定理的要求。2.2喷头的选择A组喷头的选择A组位于中间位置，需要喷出雄壮并且喷射高度高得水柱，所以A组喷头选择直上喷头。直上喷头是在同一个配水室上安装多角度直射喷嘴，这些喷嘴规格相同时，喷出的水姿雄壮笔直、粗狂美观；这些喷嘴规格不完全相同时，大小喷嘴布设得当，喷出的水姿粗壮有力、层次分明、主题突出、是大型喷泉中心必备的主要喷头。该喷头也叫中心喷头。可调节射流的方向。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图2-3所示。图2-3直上喷头实物图及安装简图B组喷头的选择B组位于第二层的位置，所喷出的水柱应该比A组所喷出的水柱稍细比A组所喷的水柱要低。所以我B组选择可调直流喷头。可调节直流喷头在各种场合的喷水池中广泛应用，并是音乐喷泉的必备喷头，这种喷头装有球形接头，可沿垂直方向向15度进行调节。可调直流喷头可组合各种不同形状的喷射果，射流的高低和角度的变化，可根据水池形状大小决定。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图2-4所示。图2-4可调直流喷头实物图及安装简图C组喷头的选择C组喷头应该比B组喷头喷射高度略低比D组略高，所喷水柱比B组水柱略粗壮、挺拔。所以C组喷头选择树冰形喷头。树冰形喷头喷水时外观效果庞大丰满，粗壮挺拔，抗风力较强。喷头安装在导流筒上端与水面齐平，喷水时能将池水带出，形成粗大壮观的水柱。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图2-5所示。图2-5树冰形喷头实物图及安装简图D组喷头的选择D组位于该喷泉的最外侧，水柱所喷高度应该最低，水量应该较大，择所喷水柱比较灵动。所以选择涌泉喷头。涌泉喷头也是加气喷头的一种，又称鼓泡喷头、珍珠喷头。喷水时能将气吸入，使水姿形成充满空气的白色水丘，水沫轻溅，古朴灵动。加气喷头用射流泵的原理，喷水时将空气吸入，以少量的水产生丰满的射流，喷出的水柱呈白色不透明状，反光效果好。喷头材质：铸铜、不锈钢，如图2-6所示。图2-6涌泉喷头实物图及安装简图2.3灯光的选择该喷泉用四组彩灯分别为红，绿，黄，蓝。从里到外分别对应A处用红色的彩灯，B处为绿色的彩灯，C处为黄色彩灯，D处为蓝色彩灯。每一个喷头处对应一个相应颜色的彩灯。因为喷泉用彩灯都是安装在水下所以对光线的要求高，对安全性能的要求也要很高，同时对使用寿命要求要长。LED水下灯能够达到上述的要求，所以本设计选择AC220VLED水下灯，如图2-8所示图2-8LED水下灯第三章水泵的选用5,1水泵的主要性能参数及运行特点泵的主要性能参数有流量Q、扬程、功率、效率，转速，泵还有表示汽蚀性能的参数，即汽蚀余量或吸上真空高度。这些参数反映了泵的整体性能，现分别介绍如下：1、流量流量是指单位时间内所输送的流体数量。它可以用体积流量Qv表示，也可以用质量流量Qm表示。体积流量的常用单位为m3／s或m3／h，质量流量的常用单位为kg／s或t／h。2、扬程扬程系指单位重量液体通过泵后所获得的能量，即流体从泵进口到泵出口所获得的能量增加值，为水泵的扬程。用H表示。单位为kgf.m/kgf3、功率与效率泵的功率可分为有效功率、轴功率和原动机功率。有效功率是指单位时间内通过泵的流体所获得的功率，即泵的输出功率，轴功率即原动机传到泵轴上的功率，又称输入功率。轴功率与有效功率之差是泵与风机内的损失功率。泵与风机的效率为有效功率与轴功率之比。由于原动机轴与泵或风机轴的连接存在机械损失，所以，原动机功率通常要比轴功率大。考虑泵与风机运转时可能出现超负荷情况，所以原动机的配套功率通常要大些，4、转速转速系指泵轴每分钟的转数，用符号n表示，单位为r／min。5、水泵的并、串运行特点：并、串运行条件：水泵的并联：要求是水泵的扬程一样。这样的效果是提高流量。并联增加流量，扬程是一只水泵的扬程。水泵的串联：要求是水泵的流量类似。这样可以提高总扬程，同时推荐在串联过程中增加小压力罐。串联增加扬程，流量是一台水泵的流量。5.2水泵的分类及工作原理5.21水泵的分类水泵的标准及所牵涉的产品种类非常多，有离心泵、计量泵、螺杆泵、往复泵、水轮泵、潜水泵、油泵、清水泵、试压泵、旋涡泵、低温泵、真空泵、罗茨泵、消防泵等等。泵名称有些是按泵的常规分类方法划分的如叶片泵、容积泵等，有些则是按用途划分的如污水泵、卫生泵等，有些名称则比较随意如扩散泵、液氮泵等。只要有此类产品的生产，有制定标准的需求，通过一定的申请、批准手续就可能产生一个新的标准，但有时内容也有相当的交叉、重复。就国内和国外的标准而言，则国内的标准数量多于国外的标准。现着重介绍泵按结构的分类1、容积式借活塞在汽缸内的往复作用使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出流体，如：活塞泵齿轮泵，螺杆泵2、叶片式叶片式泵与风机的主要结构是可旋转、带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮旋转对流体作功，从而使流体获得能量。还可以根据流体的流动情况，可将它们分为离心式水泵、轴流式水泵、混流式水泵、贯流式水泵。5.22水泵的工作原理一、离心式泵与风机的工作原理叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处。叶轮装在一个螺旋形的外壳内，当叶轮旋转时，流体轴向流入，然后转90度进入叶轮流道并径向流出。叶轮连续旋转，在叶轮入口处不断形成真空，从而使流体连续不断地被泵吸入和排出。二、轴流式泵与风机工作原理旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，叶轮安装在圆筒形(风机为圆锥形)泵壳内,当叶轮旋转时，流体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵与风机适用于大流量、低压力，制冷系统中常用作循环水泵及送引风机。三、往复泵的工作原理利用偏心轴的转动通过连杆装置带动活塞的运动，将轴的圆周转动转化为活塞的往复运动。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。四、水环式真空泵的工作原理水环式真空泵叶片的叶轮偏心地装在圆柱形泵壳内。泵内注入一定量的水。叶轮旋转时，将水甩至泵壳形成一个水环，环的内表面与叶轮轮毂相切。由于泵壳与叶轮不同心，右半轮毂与水环间的进气空间4逐渐扩大，从而形成真空，使气体经进气管进入泵内进气空间。随后气体进入左半部，由于毂环之间容积被逐渐压缩而增高了压强，于是气体经排气空间及排气管被排至泵外。五、罗茨真空泵工作原理罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间V内，再经排气口排出。由于吸气后V空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，V空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间V中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。一般来说，罗茨泵具有以下特点：在较宽的压强范围内有较大的抽速；1、起动快，能立即工作；2、对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；3、转子不必润滑，泵腔内无油；4、振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀；5、驱动功率小，机械摩擦损失小；6、结构紧凑，占地面积小；7、运转维护费用低。因此，罗茨泵在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部门得到广泛的应用。六、齿轮泵工作原理齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，如图所示，齿轮主动轮固定在主动轴上，轴的一端伸出壳外由原动机驱动，另一个齿轮从动轮装在另一个轴上，齿轮旋转时，液体沿吸油管进入到吸入空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合(齿与齿啮合前)，然后进入压油管排出。七、螺杆泵工作原理螺杆泵乃是一种利用螺杆相互啮合来吸入和排出液体的回转式泵。螺杆泵的转子由主动螺杆(可以是一根，也可有两根或三根)和从动螺杆组成。主动螺杆与从动螺杆做相反方向转动，螺纹相互啮合，流体从吸入口进入，被螺旋轴向前推进增压至排出口。此泵适用于高压力、小流量。制冷系统中常用作输送轴承润滑油及调速器用油的油泵。八、喷射泵工作原理将高压的工作流体，由压力管送入工作喷嘴，经喷嘴后压能变成高速动能，将喷嘴外围的液体(或气体)带走。此时因喷嘴出口形成高速使扩散室的喉部吸入室造成真空，从而使被抽吸流体不断进入与工作流体混合，然后通过扩散室将压力稍升高输送出去。由于工作流体连续喷射，吸入室继续保持真空，于是得以不断地抽吸和排出流体。工作流体可以为高压蒸汽，也可为高压水，前者称为蒸汽喷射泵，后者称为射水抽气器。这种泵在制冷系统中较为少见。5.3喷泉专用泵5.31喷泉专用泵的工作原理在开水泵前，吸入管和水泵内必须充满水。开水泵后，叶轮高速旋转，里边的水随着叶片一起旋转，在离心力的作用下，飞离叶轮向外射出，射出的水在水泵壳扩散室内速度逐渐变慢，压力逐渐增加，然后从水泵的排出管流出。此时，在叶片中心处由于水被甩向周围而形成既没有空气又没有水的真空低压区，池中的水在池面大气压的作用下，经吸入管流入水泵内，水就是这样连续不断地从池中被抽吸上来又连续不断地从排出管流出。喷泉专用泵如图5-1所示。图5-1喷泉专用泵5.32喷泉专用泵的特点1、喷泉专用泵其外壳、过流部件及外部零件材质均采用铸铁或者不锈钢）制成的，提高泵的耐腐蚀性。2、叶轮采用专用材料防止叶轮时叶轮松动。3、漏电保护措施：采用定电位接地装置。水泵采用不锈钢滤网护罩，三相四线电缆。不锈钢喷泉泵为自动注水功能。6、该电机为自循环充水式冷却。5.33喷泉专用泵的使用条件1、电泵应完全浸入水中运行,潜水深度不小于0.5米,不大于5米。2、环境水温度应不高于40℃。3、工作介质为无腐蚀性清水,含沙量不大于0.1%,PH值为6.5~8.5。4、电源应为三相50赫兹,额定电压为380伏,其供电电压必须保证在342~420伏范围内。5、电泵应在额定扬程附近的适用范围内使用。6、电泵应配置相应的启动保护器，可靠接地第四章变频器的选用4.1变频器概述实现把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电功能装置称为“变频器”。变换器是电力电子装置的电源转换成各种频率的交流电源来实现变频调速电机的使用，运动控制系统的功率变换器。变频技术是一种高新技术——集自动控制，电力电子技术，微电子技术，通讯技术于一体。变频器具有速度快，省电，节能，可靠，高效，广泛应用在各种领域。4.2变频器技术的发展有交流异步电动机调速功能的变频器，其性能远远超过交流、直流调速控制方式，拥有结构简单、宽调速范围、高调速精度、安装调试简便、使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著等优点，是交流电动机调速的主导技术。运动控制系统中，起功率变换作用的是器变频器，运动控制技术是多学科综合的高新技术，是自动化技术的“前沿”。4.3变频器的分类（1）按输出电压调节方式分类：=1\*GB3①PAM方式；=2\*GB3②PWM方式；=3\*GB3③高载波变频率的PWM方式。（2）按控制方式分类：=1\*GB3①电压/频率控制；=2\*GB3②转差频率控制；=3\*GB3③矢量控制。（3）按用途分类：=1\*GB3①通用变频器；=2\*GB3②高性能专用变频器；=3\*GB3③高频变频器；=4\*GB3④小型变频器[7]。4.4变频器的工作原理变频器是把工频电转换为其它频率的交流电，来适应交流电动机变频调速的需求。变频器目前主要应用的变频方式是交-直-交方式，直流电是工频电流经过整流器转换来的，再把由直流电转换的频率、电压均可控制的交流电供给电动机。变频器的电路有整流器、直流环节、逆变器和控制电路4个部分组成[8]。交流电动机同步转速表达式为：n=60f(1−s)/p（公式1）式中：n—异步电动机的转速；f—异步电动机的频率；s—电动机转差率；p—电动机磁极对数。由公式1知，异步电动机的转速与频率成正比，因此改变频率f即可改变电动机的转速。变频器就是利用改变电源频率来实现速度调节，是一种理想调速方式[8]。变频器的工作过程：一是将交流电转换为直流电，然后再利用电子元件使直流电变为交流电。变频器一般用可控硅组装成频率可调的装置，使频率可调，从而调控电机的转数，使转数产生变化。一般整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等部分组成了其变换电路。变频器的基本结构如图2所示。交流电交流电整流电路直流中间电路逆变电路频率电压可调交流电控制电路图2变频器的基本结构4、5变频器的控制方式开环控制和闭环控制是变频器两种控制方式，闭环控制进行电动机速度的反馈。开环控制有电压/频率控制方式，闭环控制分为转差频率控制和矢量控制。(1)电压/频率控制要在改变电源频率进行调速的同时，有必要的措施来保障电动机的气隙磁通处于高效状态，以便获得理想的转矩速度特性。这是电压/频率控制的目的。这种类型的变频器结构简单，开环控制是其采用的控制方法，固其精度和动态特性不是很好的，因此，若要在低电压区得到较大的调速范围是比较困难的。因此，一般是对控制性能要求不高的场合采用这种控制方式的变频器。=2\*GB2⑵转差频率控制方式：其适用于自动控制系统是因为具有速度调节器，利用速度反馈进行速度闭环控制，速度的静差小。单机运转是转差频率控制方式之一。采用此方式的变频器具有良好的稳定性，急速的加减速特性，负载变动，响应特性，其原因是采用了此种方式的变频器中有电流负反馈环节，对频率和电流进行调控。=3\*GB2⑶矢量控制方式：异步电动机和直流电动机具有相同的转矩产生机理是矢量控制的基本核心思想，即磁场和与其相垂直的电流的积是电动机的转矩，异步电动机的定子电流是可以分为产生磁场的电流分量和产生转矩的电流分量。若要达到控制电动机转矩的目的，可以通过控制电动机定子电流的大小和相位，即可对电动机的励磁电流和转矩电流进行分别控制。4、6西门子MM430变频器性能介绍4、61西门子MM430变频器介绍(1)MICROMASTER430系列变频器：MICROMASTEIH30是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，额定功率从7．5kw到250kw可供用户选用。在采用变频器的出厂设定功能和缺省设定值时。MICROMASTEIH30变频器特别适合于水泵和风机的驱动。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极性晶体管(IGBT)作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪音，全面而完善保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。(2)MM430变频器的特点：1、易于安装，参数设置和调试。2、牢固的EMC设计。3、可由IT(中性点不接地)电源供电。4、对控制信号的响应是快速和可重复的。5、参数设置的范围很广，确保它可对广泛的应用对象进行配置。6、电缆连接简便。7、具有多个继电器输出。8、具有多个模拟量输出(0"～20mA)。9、6个带隔离的数字输入，并可切换为NPN／PNP接线。10、2个模拟输入：AINl：0"--'10V，0～20mA和．10～+10V：AIN2：0"--'10V，0～20mA。11、2个模拟输入可作为第7和第8个数字输入。12、BiCo(二进制互联连接)技术。13、模块化设计，配置非常灵活。14、脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低。15、有多种元件可供用户选用，用于PC通讯的通讯模块，基本操作面板和用于进行现场总线通讯的PROFIBUS模块。3)性能特性：1)V／F控制；一①磁通电流控制(FCC)，改善了动态响应和电动机的控制特性：②多点v／F特性。2)快速电流限制(FCL)功能，避免运行中不应有的跳闸；3)内置的直流注入制动；4)复合制动功能改善了制动特性；5)加速／减速斜坡特性具有可编程的平滑功能：①起始和结束段带平滑圆弧；②起始和结束段不带平滑圆弧。6)具有比例、积分和微分(PID)控制功能的闭环控制。7)各组参数的设定值可以相互切换：①电动机驱动数据组(DDS)；②命令数据组和设定值信号源(CDS)。8)自由功能块。9)动力制动的缓冲功能。(4)：保护特性：1)过电压／欠电压保护。2)变频器过热保护。3)接地故障保护。4)短路保护。5)12T电动机过热保护。6)PTC依TY电动机保护。(5)西门子变频器的外形图如3．5所示。图3-5西门子MM420、MM430、MM440外形图(6)MM430变频器控制端子接线说明。1)端子1、2：变频器自身提供的IOV直流电源，端子1为正，端子2为负。2)端子3、4，10、11：两对模拟量输入端子，由DIP开关控制。3)端子5、6、7、8、16、17-数字信号输入端子。4)端子9、28：公共端子。5)端子12、13，26、27：两对模拟量输出端子，0"--20mA。6)端子14、15：电动机热保护端子。．7)端子18、19、20：继电器触点端子。其中20为公共端，18、20是常闭触点，19、20是常开触点。外加电压：直流30V／5A(电阻负载)，交流250V／2A(感性负载)。8)端子21、22：继电器触点端子。其中22为公共端，是一对常开触点。外加电压：直流30V／5A(电阻负载)，交流250V／2A(感性负载)。9)端子23、24、25：继电器触点端子。其中25为公共端，23、25是常闭触点，24、25是常开触点。外加电压：直流30V／5A(电阻负载)，交流250V／2A(感性负载)。10)端子29、30：RS485电源端子。。4、62MM430变频器使用注意事项1、主电路电源端子L1、L2、L3，经接触器和空气开关与电源连接，不需要考虑相序。2、不应以主电路的通断来进行变频器的运行、停止操作，而需要用控制面板上的运行键和停止键或用控制端子来操作。3、变频器输出端子(u、V、w)最好经热继电器再接至三相电动机上，当旋转方向与设定不一致时，可更改参数设置或调换U、V、W三相中的任意两相。4、变频器的输出端子不要连接到电力电容器或浪涌吸收器上。5、不能将输出端子U、V、W接到三相电源上，否则将损坏变频器。(2)控制电路接线注意事项：1、模拟量控制线：模拟量信号的抗干扰能力较低。应使用屏蔽线，屏蔽层靠近变频器的一端，应接控制电路的公共端，不要接到变频器的地端，屏蔽层的另一端应该悬空。2、开关量控制线：启动、点动、多挡转速控制等的控制线，都是开关量控制线。一般来说，模拟量控制线的接线原则也都适用于开关量控制线。但开关量的抗干扰能力较强，故在距离不远时，允许不使用屏蔽线，但同一信号的两根线必须相互绞在一起。如果操作台离变频器较远，应该先将控制信号转换成能远距离传送的信号，再将能远距离传送的信号转换成变频器所需要的信号。开关量接线时，不能外加电源，否则将烧坏变频器的控制板。3、变频器的接地：从安全及降低噪声的需要出发，为防止漏电和干扰侵入或辐射，变频器必须接地。根据电气设备技术标准规定，接地电阻应小于或等于国家标准规定值，且用较粗的短线接到变频器的专用接地端子上。当变频器和其他设备，或有多台变频器一起接地时，每台设备应分别和地相接，而不允许将一台设备的接地端和另一台设备的接地端相接后再接地。3．4．3MM430变频器常用参数简介(1)基本操作面板(BOP．2)介绍：变频器的参数只能用基本操作面板或者通过串行通讯接口进行修改。基本操作面板(BOP．2)如图3-9所示。图3-9变频器的基本操作面板(BOP．2)设置变频器的运行方式：面板操作方式，通过端子控制的外部方式。还可设定各种参数，显示变频器的输出电压、电流、频率。例如，设定电动机的各种参数，变频器的控制方式，PID控制等等，选择的参数号和设定的参数值在LED液晶显示器上显示。其中显示参数rXXXX表示是一个不能修改的只读参数；显示参数PXXXX是一个可修改的设定参数。基本操作面板显示屏按扭的功能表如图3．1所示。表3—1操作面板按扭功能表(2)变频器常用参数介绍：1)P0003：用户的参数访问级别。缺省值为1。当P0003=l，标准级；当P0003=2，扩展级；当P0003=3，专家级。2)P0004：参数过滤器。P0004取值不同，基本操作面板(BOP．2)显示的参数值将不一样。P0004=O时，无参数过滤功能，可直接访问参数；P0004=2，可访问变频器参数；P0004=3，可访问电动机参数；P0004=4，可访问速度传感器参数；P0004=7，可访问命令和数字I／O参数；P0004=8，可访问模拟I／0参数；P0004=10，可访问设定值通道和斜坡发生器参数；P0004=13，可访问电动机的控制参数；P0004=20，可访问通讯参数；P0004=22，可访问PI控制器参数。3)P0010：调试用的参数过滤器。P0010=O表示准备调试，如果P0010被访问以后没有设定为0，变频器将不运行；P0010=I表示快速调试变频器参数；POOl0=30表示恢复变频器的缺省值。4)P0100：确定使用地区的参数，P0100=0，适用于欧洲和中国，频率为50HZ；P0100--2，适用于北美，频率为60HZ。5)P0300-选择电动机的类型。调试期间，‘在选择电动机的类型和优化变频器的特性时需要选定这一参数。实际使用的电动机大多是异步电动机。P0300=l，选定为异步电动机：P0300--2，选定为同步电动机。6)P0304：电动机的额定电压。本参数只能在P0010=I(快速调试)时进行修改。输入变频器的电动机铭牌数据必须与电动机的接线(星形或三角形)相一致。如果电动机采取三角形接线，就必须输入三角形接线的铭牌数据。7)P0305"电动机的额定电流。本参数只能在POOl0--1(快速调试)时进行修改。8)P0307．电动机的额定功率。本参数只能在P0010=I(快速调试)时进行修改。9)P0308：电动机的额定功率因数。本参数只能在P0010=I(快速调试)时进行修改。10)P0310-电动机的额定频率。本参数只能在P0010=I(快速调试)时进行修改。11)P0311：电动机的额定速度。本参数只能在P0010=I(快速调试)时进行修改。12)P0700：选择命令源。P0700=0，表示是工厂的缺省设置；P0700=l，表示由BOP(操作板)设置；P0700=2，表示由端子排输入设置；P0700=4，表示由BOP链路的USS设置；P0700=5，表示由COM链路的USS设置。13)P0701：数字输入1的功能(控制数字端子5)。常用的设定值有：P0701=0时，禁止数字输入；P0701=l时，接通正转／断开停止：P0701-2时，接通反转／断开停止；P0701=3时，按惯性自由停车：P0701=-4时，按斜坡函数曲线快速降速；P0701=10时，正向点动；P0701=11时，反向点动；P0701=12时，反转；P0701=13时，使用电位器控制升速(增加频率)；P0701=14时，使用电位器控制降速(减小频率)；P0701=15时，按设定的固定频率运行：P0701=16时，按固定频率相加的方式运行。14)P0702：数字输入2的功能(控制数字端子6)。设定值同P0701。15)P0703．-数字输入3的功能(控制数字端子7)。设定值同P0701。16)P0704-数字输入4的功能(控制数字端子8)。设定值同P0701。17)P0705-数字输入5的功能(控制数字端子16)。设定值同P0701。18)P0706-数字输入6的功能(控制数字端子17)。设定值同P0701。19)P0970-．恢复缺省值。P0970=0时，禁止复位；P0970=1时，参数复位。恢复缺省值时，首先设定P0010=30，然后设定P0970=1即可。20)P1000．-频率设定值的选择。P1000=0时，无频率设定值；P1000=I时，频率设定可由BOP(操作板)的增减键设置，也可由参数P1040设置；P1000=-2时，频率设定由AINl，AIN2端子输入进的模拟量控制；P1000=3时，设定为固定频率，频率可相加。21)P1001：固定频率设定值，对应端子5的频率设定。22)P1002：固定频率设定值，对应端子6的频率设定。23)P1003．固定频率设定值，对应端子7的频率设定。24)P1004：固定频率设定值，对应端子8的频率设定。25)P1005：固定频率设定值，对应端子16的频率设定。26)P1006：固定频率设定值，对应端子17的频率设定。27)P1040：P1000=I时，变频器输出的频率。28)P1080-变频器输出的下限频率。29)P1082：变频器输出的上限频率。30)P1110：禁止负的频率设定值。P1110=-1时，禁止反向运行；P1110=0时，允许反向运行。31)P1120：变频器启动时输出频率的上升时间。32)P1121：变频器停止时输出频率的下降时间。3．4．4使用外接电位器控制变频器的输出频率(1)参数设置：P0010=0，准备调试；P0700=-I，由BOP操作板控制变频器的运行(P0700=2，由端子板控制变频器的运行)；P1000--2，变频器的输出频率设定由输入模拟量设置。(2)变频器运行：按图3。10对变频器接线。1)按下BOP操作板的绿色启动按键(或按下启动按钮)，启动电动机。2)改变电位器的电阻值，就可以改变变频器的输出频率。3)按红色停止键(或断开按钮)，停止电动机。12变12变3频4器59图3．10使用电位器控制变频器输出频率的接线图第五章PLC的选用3.1PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：1.开关量逻辑控制取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3.运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 5.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3.1PLC型号的选择由对音乐喷泉控制系统的组成、工作过程、I/O点的估算分析可知，系统中实际需要模拟量输入点1点，输入扩展模块1个，模拟量输出点4点，输出扩展模块4个。同时，该控制系统是单机系统，故可选择整体式结构的PLC。1、SIMATICS7-200系列PLC主要特点：丰富的指令、内置集成功能、扩展模块；实时特性强；通讯功能良好；可靠性好，适应性强，性价比高。2、S7--200PLC的硬件系统S7-300主要由CPU模块、扩展模块和总线连接电缆集成的模块化的PLC。（1）CPU模块该模块主要包括CPU、电源和I/O点三部分。CPU主要负责程序的运行工作；CPU供电以及与CPU模块相连的其他模块的用电需求都由此电源模块部分提供；该模块自身带的一定数量的开关量I/O点，若足以达到控制系统的要求，则可以不需要扩展开关量I/O模块。（2）扩展模块因为通常CPU模块本身的I/O点有限、且无模拟量I/O点，所以需要一些特殊功能扩展模块：数字量I/O模块、模拟量I/O模块等。（3）总线连接电缆总线连接电缆用来把I/O模块和PLC或其他的扩展模块连接在一起。3、S7-200PLC的硬件系统配置S7-200设有两种系统配置方式：一是在面板上进行配置；另一是在DIN导轨进行配置。2．4PLC控制系统的设计原则PLC控制系统的设计是应用设计的关键，它决定整个控制系统的质量和水平。PLC系统设计就是根据被控对象的特点和控制要求，以PLC为主要控制设备，设计生成一个控制系统。此控制系统将长期应用于实际生产中，设计时应将各种因素全面考虑，严格按设计步骤进行设计。其设计一般应遵循以下基本原则：(1)最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。(2)在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用，维修方便。(3)保证PLC控制系统的安全、可靠。(4)考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。控制系统的构成应力求简单、实用，操作、维护、检修方便，安全可靠。2．5PLC控制系统的设计步骤PLC控制系统的基本设计步骤如下：(1)深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求。如控制的基本方式、需要完成的动作顺序、必要的保护连锁、操作方式(包括手动、自动、连续、单周期或单步)等。‘(2)根据用户的I／O设备，确定PLC的I／O点数，并设计I／O端子的接线图。(3)根据控制要求和所需的I／O点数，选择合适的PLC类型。(4)对较复杂的控制系统，需画出工作循环表，或画出状态流程图表，以清楚表明动作的顺序和控制条件。(5)根据工作循环图或动态流程图表编写用户程序，或是设计梯形图程序。这是PLC控制系统设计工作中最为关键的一步，也是最为困难的一步。然后根据梯形图编制程序清单。(6)用PLC编程器将程序键入PLC的用户程序存储器，或者使用专用编程软件通过微机输入PLC存储器，然后进行模拟调试。(7)上述工作完成后，就可结合现场环境进行联机调试，直到满足设计要求为止。(8)最后就是编写说明书等技术文件。2．6PLC程序设计方法在电气控制工程中，对PLC应用程序的设计有多种方法，如：经验设计法、顺序控制设计法、逻辑流程图设计法、根据继电器电路图设计梯形图、时序图设计法等，前三种方法比较常用，也是本文在PLC程序设计中常用的方法。(1)经验设计法经验设计法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“实验程序”。结合自己工程的情况，对这些“实验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，有的也可能来自其他资料的典型程序。要想使自己有更多的经验，就需要日积月累，善于总结。(2)顺序控制设计法所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各种外部输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地、有秩序地进行操作。使用顺序控制设计法时，首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。有的PLC为用户提供了顺序功能图语言，在编程软件中生成顺序功能图画后便完成了编程工作。它是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师也会提高设计效率。程序的调试、修改和阅读也很方便.顺序功能图主要由流程步、有向连线、转换条件和动作(或命令)四部分组成。流程又可称为工作步，它是控制系统中某一时刻的一个稳定状态，在功能图中，流程步用矩形框表示，框中的数字表示步的编号。对应于系统初始状态的工作步，称为初始步，是系统运行的起点，一个系统至少有一个或多个初始步，初始步常用双线矩形框表示。转移就是从一个状态向另一个状态转移的转换条件。通常用有向线段上的一小段横线表示转移，在横线旁还可以用一些图形符号或逻辑表达式来标注和描述转移条件。当相邻步之间的转移条件满足时，就从一个步按照有向线段的方向进行转移。顺序控制设计法特别适合按先后顺序进行控制的系统。顺序控制设计法规律性很强，虽然编出的程序偏长，但程序结构清晰、可读性强。(3)逻辑流程图设计法逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反映输入与输出的关系。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序、查找故障点以及调试和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编写PLC应用程序。流程图从结构上分有单一顺序流程图、并发顺序流程图及选择顺序流程图等。4．2PLC外部电路的设计PLC作为音乐喷泉的核心控制设备，在整个控制系统中起主要作用。其控制作用主要是以下几个方面。一、控制喷泉灯光的变化。二、当喷泉不作音乐喷泉时，控制喷泉作普通喷泉运行。三、通过模拟量输入输出模块EM235采集播放音乐的音频信号。四、将采集的音频信号进行模数变换，运算后，由模拟量输入输出模块EM235输出模拟电压量，去控制变频器的频率输出，控制水泵的转速。(1)PLC控制外部元器件的接线框图如图4．3所示。控制变频器的直接控制控制变频器模拟采集控制灯光数字端子5和9水泵运行量输入端子3和4音乐EM235模拟量输入输出模块EM235模拟量输入输出模块4LQ2.0-Q2.4EM2328点继电器输出1LQ0.0-Q0.63LQ1.0-Q1.4S7-200PLCCPU226AC/DC/RLY1MI0.0~I0.7ML程序启动和电机过载保护图4．3PLC控制外部元器件的接线框图1、输入端IO.0-I0．6共用7个输入端口，分别控制音乐喷泉的启动运行；普通喷泉的启动运行；喷泉的停止运行；4台水泵的过载保护。2、输出端Q0．O-Q0．3控制4台MM430变频器的启动运行。分别是QO．0控制主水柱变频器；QO．1控制副水柱变频器；QO．2控制里层跑泉变频器；QO．3控制外层跑泉变频器。3、输出端Q0．4-QO．7当喷泉不需要音乐伴奏，当成普通喷泉运行时，切断变频器电源，由输出端Q0．4-QO．7控制4台水泵。4、输出端Ql．O-Q1．6控制灯光的亮灭。分别是Q1．0控制主水柱灯光；Q1．1，Q1．2控制副水柱灯光；Q1．3，Q1．4控制里层跑泉水柱灯光；Q1．5，Q1．6控制外层跑泉水柱灯光。5、输出端Q2．0-Q2．3控制4台变频器的正转运行。6、模拟量输入模块EM235：将从音箱取出的音频信号，进行滤波处理后，传给模拟量输入模块。7、模拟量输出模块EM235：将模拟量输入模块采集的模拟量运算后，去控制变频器的模拟量输入端子3、4，控制变频器的输出频率变化。4．2．1变频器外部电路的设计(1)主电路的连接：西门子MM430变频器为三相(单相)380V(220V)变频器，为了不产生过大的电流，采用三相电源，380V交流电源从L1、L2和L3三个端子输入，三相电动机与变频器的U、V、W相连。主电路连接见图10所示。(2)控制电路的连接：变频器采用外部端子的控制方式，通过PLC的输出继电器来控制变频器，使其输出正向频率，控制电动机正转。变频器的输出频率控制，是通过在其模拟量输入端(端子3、4)加模拟电压来控制变频器的输出频率。加在端ffIAINl的电压量由PLC的模拟量输出模块EM232供给。控制电路连接见图9所示。5．1PLC程序设计设计及参数设置(1)程序结构框图。PLC的程序设计主要有经验法、顺序功能图设计法、逻辑流程图设计法。根据实际情况先设计出程序的流程框图，PLC从开机，有一个选择性分支，提供两种选择：一个是喷泉根据音乐节奏运行，另一个是喷泉按固定程序运行。其运行流程如图5．1所示。开机开机喷泉固定运行喷泉随音乐运行喷泉固定运行喷泉随音乐运行中断子程序启动水泵电机主程序中断子程序启动水泵电机主程序电机过载保护每隔100ms电机过载保护每隔100ms执行中断启动变频器启动灯光将读取的音频信号放到寄存器启动水泵电机启动灯光将读取的音频信号放到寄存器启动水泵电机电机过载保护电机过载保护将读取值标准化将读取值标准化将标准值比较使变频器输出按10HZ将标准值比较使变频器输出按10HZ递增（减）启动灯光图5．1程序结构框图(2)程序设计的I／0分配表。分配表见表5．1所示。程序设计的I／0分配表I（输入）O(输出)元件连接地址注释元件连接地址注释SB1I0.0启动音乐喷泉KM1Q0.0控制主水柱变频器SB2I0.1启动固定程序KM2Q0.1控制副水柱变频器SB3I0.2停止按钮KM3Q0.2控制里圈变频器FR1I0.3主水柱水泵保护KM4Q0.3控制外圈变频器FR2I0.4副水柱水泵保护KM5Q0.4直接启动主水柱水泵FR3I0.5里圈水泵保护KM6Q0.5直接启动副水柱水泵FR4I0.6外圈水泵保护KM7Q0.6直接启动里圈水泵KM8Q0.7直接启动外圈水泵O(输出)KM10Q1.0控制主水柱灯光元件连接地址注释KM12Q1.1控制副水柱灯光变频器Q2.0控制主水柱变频器端子KM13Q1.2控制副水柱灯光变频器Q2.1控制副水柱变频器端子KM14Q1.3控制里圈水柱灯光变频器Q2.2控制里圈变频器端子KM15Q1.4控制里圈水柱灯光变频器Q2.3控制外圈变频器端子KM16Q1.5控制外圈水柱灯光KM17Q1.6控制外圈水柱灯光(3)开机程序。PLC开机程序是一个选择性程序，二者只能选一，要么是音乐控制的喷泉，要么是固定方式运行的喷泉。梯形图设计时，两者之间要加程序互锁。梯形图如图5．2所示。开机程序中，喷泉从固定程序切换到音乐控制程序时，因为固定程序中不用变频器，所以程序可以直接切换；但是当喷泉实行音乐控制，再切换到固定程序运行，因为音乐控制程序使用了变频器，变频器停止有一段时间，所以切换时需要延时，一般取10S。网络1启动音乐喷泉程序I0.0I0.2I0.1M0.1M0.0M0.0网络2启动固定喷泉程序I0.0I0.2I0.0M0.0T37M0.1T37M0.1网络3断电延时接通M0.1INTOFPT100MSINTOFPT100MS100图5．2开机程序停止按钮使用常闭触点，程序中与停止按钮连接的输入继电器要用常开触点，这样做的目的是保证当停止按钮断线、掉线时，停止程序运行。(4)音乐喷泉程序。音乐喷泉程序是PLC程序的主要部分，相对复杂。其程序要启动变频器、灯光，要实时采集音频信号的变化，然后去控制变频器的输出频率。其程序的组成：启动变频器，启动灯光，中断音频信号采集。1、启动变频器。启动变频器包括三部分：给变频器送电，启动变频器正转运行，电机过载保护，当喷泉不作音乐喷泉运行时，断开变频器。给变频器送电后，变频器有个预热时间，此时不能马上启动变频器正转运行，延时30S时间后，才能启动变频器正转，4台变频器同时启动。梯形图如图5．3所示。网络6延时时间到，启动变频器整转运行T38I0.3Q0.2启动主水柱变频器输出正转频率I0.4Q2.1启动副水柱变频器输出正转频率I0.5Q2.2启动里圈变频器输出正转频率I0.6Q2.3启动外圈变频器输出正转频率图5．3启动变频器程序2、喷泉水柱控制程序。控制喷泉的水泵启动后，主水柱、副水柱里圈水柱、外圈水柱要先按事前设定好的顺序启动运行，运行后的各水柱的运行变化再根据音乐的节奏强弱进行高低变化。喷泉水柱的运行变化，按下图6的流程图运行。启动变频器启动变频器启动主水柱主水柱按音乐节奏变化延时10秒启动副水柱副水柱按音乐节奏变化延时10秒启动里圈水柱里圈水柱按音乐节奏变化延时10秒启动外圈水柱外圈水柱按音乐节奏变化程序运60秒主水柱停止延时10秒里圈水柱停止延时10秒副水柱停主水柱启动延时10秒外圈水柱停里圈水柱启动延时20秒部分程序循环一首歌结束程序停止图6各水柱运行变化流程图按图6的各水柱运行变化流程图所写的程序如图7所示。3、启动灯光程序。喷泉的灯光变化过程，一般是事先设定好的程序，当变频器得电，输出正向频率，水泵电机启动，程序即调用灯光子程序，使灯光跟着水柱变化，经过调试，灯光的变化与水柱变化相协调，收到较好的效果。灯光运行程序如图8所示，图9是灯光运行调用的子程序。4、音频信号采集程序。音频信号是模拟量，信号采集时使用中断程序执行，每lOOms中断一次，实时采集音频信号，经PLC程序运算后，传给所有变频器的模拟量输入端ELANl的3、4端，这样变频器的输出频率就能跟随音频信号的强弱改变，从而改变喷泉水柱的高低。网络5延时30秒M0.0T38INTONPT100MSINTONPT100MS300基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制HYPERLI