基于PLC的音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計-畢業(yè)設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上河南理工大學畢業(yè)設計（論文）任務書專業(yè)班級 電科12-2班 學生姓名 李想 一、題目 基于plc的音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計 二、起止日期 年 月 日至 年 月 日三、主要任務與要求 指導教師 職稱 學院領導 簽字（蓋章）年 月 日河南理工大學畢業(yè)設計（論文）評閱人評語題目 評 閱 人 職稱 工作單位 年 月 日河南理工大學畢業(yè)設計（論文）評定書題目 指導教師 職稱 年 月 日河南理工大學畢業(yè)設計（論文）答辯許可證答辯前向畢業(yè)設計答辯委員會（小組）提交了如下資料：1、設計（論文）說明 共 頁2、圖紙 共 張3、指導教師意見 共 頁4、評閱人意見 共 頁經(jīng)審查， 專業(yè) 班

2、同學所提交的畢業(yè)設計（論文），符合學校本科生畢業(yè)設計（論文）的相關規(guī)定，達到畢業(yè)設計（論文）任務書的要求，根據(jù)學校教學管理的有關規(guī)定，同意參加畢業(yè)設計（論文）答辯。 指導教師 簽字（蓋章）年 月 日根據(jù)審查，準予參加答辯。答辯委員會主席（組長） 簽字（蓋章）年 月 日河南理工大學畢業(yè)設計（論文）答辯委員會（小組）決議 學院 專業(yè) 班 同學的畢業(yè)設計（論文）于 年 月 日進行了答辯。根據(jù)學生所提供的畢業(yè)設計（論文）材料、指導教師和評閱人意見以及在答辯過程中學生回答問題的情況，畢業(yè)設計（論文）答辯委員會（小組）做出如下決議。一、畢業(yè)設計（論文）的總評語二、畢業(yè)設計（論文）的總評成績： 三、答辯組組

3、長簽名：答辯組成員簽名：答辯委員會主席： 簽字（蓋章）年 月 日基于plc的音樂噴泉控制系統(tǒng)的設計摘要本文設計的核心為三菱FX2N系列PLC，使用這種PLC能夠容易的完成對噴泉系統(tǒng)的控制，并且能夠準確的完成控制動作，達到設計的目的。本文首先根據(jù)設計的需要完成噴泉控制的流程設計，然后完成輸入和輸出的分配，根據(jù)這個分配選擇合適的PLC完成編程控制，程序編輯完成后對程序進行檢查，檢查沒有問題后開始使用仿真軟件進行仿真，證明程序的正確性，確定本次設計的噴泉控制系統(tǒng)能夠完成對噴泉的控制。關鍵詞：噴泉;PLC;變頻器;PLC仿真;AbstractIn this paper, the core of des

4、ign for the Mitsubishi FX2N series PLC, using the PLC can easily complete the fountain system control, and be able to complete the control action accurate, to achieve the purpose of design. This paper according to the need of the design of the complete fountain control process design, and then compl

5、ete the distribution of the input and output, according to the distribution of choosing the appropriate PLC programming control, program editing the program after the completion of inspection, check no problem after start using simulation software simulation, prove the correctness of the program, th

6、e fountain of the design of the control system can complete control of the fountain.Keywords:fountain PLC Frequency converter PLC simulation目 錄專心-專注-專業(yè)1引言隨著時代的進步,自動化技術(shù)進一步的發(fā)展，自動化控制設備走進了千家萬戶，給人們的工作帶來了很多的方便，噴泉控制設備作為自動化控制設備的一種，已經(jīng)廣泛的被人么使用，人們也越來越認可自動化噴泉控制設備的發(fā)展和應用。噴泉控制設備控制系統(tǒng)的組成是傳感器輸入，PLC控制核心和輸出模塊共同組成，通過傳感器

7、的信號給PLC，PLC經(jīng)過分析后，完成對噴泉的輸出控制，這種控制的核心是PLC，使用PLC能夠很好的完成這樣的控制。本文使用的這種控制方式控制十分穩(wěn)定，有一定的實用價值，制作成本也很低，能夠滿足現(xiàn)代生活的需要。自動化水平的高低能夠衡量一個企業(yè)的生產(chǎn)效率的先進性，高效的自動化控制設備能夠提高企業(yè)的市場競爭能力，一個好的生產(chǎn)企業(yè)必須有配套的生產(chǎn)設備，如果生產(chǎn)設備技術(shù)水平不夠，這樣企業(yè)的發(fā)展就有一定的局限性。隨著我國噴泉控制設備的發(fā)展，現(xiàn)代的生產(chǎn)技術(shù)能夠完成很多的現(xiàn)場控制，這樣就促使國內(nèi)的設備制造企業(yè)開始研發(fā)新的噴泉控制設備，從而提高企業(yè)的競爭。自動化水平的提高，能夠促進生產(chǎn)設備的改進，提高生產(chǎn)效率

8、，保證產(chǎn)品的質(zhì)量的同時，能夠準確的完成控制。音樂噴泉是根據(jù)音樂的輸入完成對輸出的控制，根據(jù)輸入的變化完成對花樣的控制，噴水高度控制和燈光顏色控制。音樂噴泉常常采用時序控制，根據(jù)動作的需要完成對噴泉動作方式的控制，這樣就可以根據(jù)人們的需要完成需要的動作方式。PLC主要采集音樂信號，根據(jù)音樂信號的變化完成對變頻器的控制，這樣就可以完成對水泵高度的控制。這樣現(xiàn)場就可以根據(jù)現(xiàn)場的需要實時的完成對音樂噴泉的控制，不需要提供固定的控制方式和音樂信號，各種形式的音樂信號都能完成對噴泉的控制。圖1-1 噴泉實物圖1.1控制背景和意義近幾十年來，PLC控制系統(tǒng)已被廣泛使用，PLC控制系統(tǒng)的功能越來越完善。PLC

9、在噴泉控制系統(tǒng)的應用也越來越多，近年來PLC控制系統(tǒng)取得了很大的進步，根據(jù)對噴泉控制的需要可以選擇不同的PLC功能。國內(nèi)PLC控制器仍以常規(guī)PLC控制為主，雖然PLC控制系統(tǒng)在國內(nèi)生產(chǎn)生活的應用十分廣泛，但國內(nèi)的PLC控制器的發(fā)展水平仍然不高，同先進國家的差距仍然很大。我國相關控制器大量依靠國外的成熟技術(shù)。所以，發(fā)展先進的PLC控制技術(shù)是我們必須重視的趨勢。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對噴泉控制系統(tǒng)的要求越來越高，特別是高精度、人性化的PLC控制系統(tǒng)是國內(nèi)外PLC控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。噴泉控制設備是機械的一種，他的技術(shù)含量比較高，需要很高的控制要求和環(huán)境要求，根據(jù)這個需要，我國推出了一種強制

10、的認證CE認證，有了這個認證之后，就需要各地的生產(chǎn)廠家淘汰過去的老的生產(chǎn)線，引進新的智能的自動化生產(chǎn)線來完成生產(chǎn)，這樣就能夠完成國家要求的強制認證。例如原來的老的生產(chǎn)線使用繼電器控制整個程序的動作，配電盤占很大面積，并且布線是否繁瑣，這樣就產(chǎn)生了很多危害。經(jīng)過設備改進后，使用PLC為控制的核心，能夠很好的完成需要的控制。目前來看，我們的噴泉控制設備行業(yè)的年產(chǎn)值大約在20億人民幣，年均增長的速度超過了9%，只能夠滿足國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的一部分需求，很大一部分生產(chǎn)設備需要進口，跟發(fā)達國家的設備相比，我們的生產(chǎn)的產(chǎn)品功能性和可靠性能夠差一些，主要的問題是PLC控制核心不行。為了挽回這個不好的局面，我國的噴

11、泉控制設備就要完成高精尖的控制，并且跟國際積極接軌，學習國外的先進技術(shù)，運用在我國的噴泉控制設備中。對于噴泉控制設備的差距，主要是機械差距和電氣的差距，對于機械的差距主要是引進高精度的加工設備。電氣控制需要使用PLC完成控制，這樣就能夠減少和國外的差距，趕上國外的腳步。1.2發(fā)展現(xiàn)狀目前，國內(nèi)在噴泉控制設備研究方面以及技術(shù)方面沒有達到最完善的效果，從經(jīng)費、質(zhì)量、控制方面都還相對落后，技術(shù)也不過硬，與發(fā)達國家的技術(shù)相比相差甚遠。由于國內(nèi)的噴泉控制設備相對落后，導致很多噴泉控制設備都是從國外進口，增加了成本。進口設備最大的問題就是以后的維護維修問題，一直都要受他人牽制。據(jù)有效數(shù)據(jù)研究分析，國內(nèi)對噴

12、泉控制設備的利用落后于有一些發(fā)達國家的水平，但近些年，在技術(shù)上有所突破，發(fā)展速度明顯提高，水平也得到提升，技術(shù)程度更上一層。國外的噴泉控制設備系統(tǒng)主要使用自動化設備完成整體的噴泉控制，這樣能過實現(xiàn)高度的自動化。在中國，由于噴泉控制設備發(fā)展的時間比較晚，現(xiàn)在主要使用傳統(tǒng)的繼電器控制完成散熱動作，這樣的控制方法比較落后。國外噴泉控制設備主要是用在發(fā)達國家的控制系統(tǒng)中，自動化程度越來越高。噴泉控制設備為現(xiàn)代工廠控制必不可少的一個環(huán)節(jié)。日本以及歐洲大中型生產(chǎn)企業(yè)都開始完成對噴泉控制設備的使用。在歐洲和日韓等地區(qū)，噴泉控制設備已經(jīng)開始變得十分常見。隨著國內(nèi)的經(jīng)濟發(fā)展，噴泉控制設備得到越來越多的應用，這樣

13、就促使工廠越來越重視。國內(nèi)生產(chǎn)的噴泉控制設備控制比較簡單，國內(nèi)生產(chǎn)的噴泉控制設備的優(yōu)勢是價格比較便宜，但是質(zhì)量不如國外進口的設備，這樣就需要工廠能夠?qū)崿F(xiàn)價格低的基礎上，實現(xiàn)更高的質(zhì)量，質(zhì)量差的最主要原因就是生產(chǎn)的設備的自動化器件容易出現(xiàn)故障，這樣就使得噴泉控制設備不能正常工作，出現(xiàn)問題。這樣就需要一個完善成熟的控制產(chǎn)品，完成對噴泉控制設備的控制，發(fā)展一個成熟的產(chǎn)品。1.3 噴泉介紹噴泉主要可以分為2個種類，第一種是因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境的不同，現(xiàn)場地形的不同選擇合適的噴泉方式；另一種是完全人工制作的噴泉控制系統(tǒng)，這種噴泉系統(tǒng)只需要場地和水源就能夠完成噴泉設計，噴泉的種類有很多，噴泉的種類有很

14、多，主要可以分為音樂噴泉、程控噴泉、旱地噴泉、跑動噴泉、光亮噴泉、趣味噴泉、激光水幕電影、超高噴泉等。根據(jù)使用條件的不同可以分為很多種噴泉種類，漂浮式噴泉主要是整個系統(tǒng)完全漂浮在浮箱上，這種控制方式比較簡單，能夠應用在大型的自然湖泊或者大型人工湖泊中。跑泉是由多個噴頭組成的，按照一定的時序控制完成對噴泉的控制，可以根據(jù)需要完成不同形態(tài)的噴泉控制，并且可以根據(jù)需要使用音樂結(jié)合控制和燈光的控制。2 音樂噴泉控制介紹音樂噴泉的控制主要由PLC和變頻器完成，通過音樂的頻率信號控制PLC。通過改變水泵電機的控制頻率可以實現(xiàn)水泵轉(zhuǎn)速變化，進而通過水泵的轉(zhuǎn)速變化來控制音樂噴泉的水柱高度變化，實現(xiàn)音樂變化對噴

15、泉的控制。變頻器接受來自經(jīng)PLC處理的音樂控制信號，輸出頻率不同的交流電，從而水泵的噴水狀態(tài)不斷變化，實現(xiàn)了噴泉噴水隨音樂高低呈現(xiàn)不同的形態(tài)。同時通過PLC控制彩燈，實現(xiàn)彩燈組與音樂節(jié)奏的同步變換。2.1音樂噴泉的原理本設計的音樂噴泉系統(tǒng)主要是根據(jù)輸入的音量變化轉(zhuǎn)換為模擬量信號控制程序的動作，根據(jù)輸入的模擬量變化，PLC完成對輸出的控制。本設計使用FX0N-3A檢測音樂信號，音樂信號轉(zhuǎn)換成4-20MA信號輸出到PLC模擬量，PLC模擬量根據(jù)采集到的信號完成對變頻器的控制，完成對噴泉動作高度的控制。當音樂的聲音變大的時候，噴泉的高度就變高，當輸入的聲音變低的時候，噴泉的高度就變低。彩燈根據(jù)需要完

16、成閃爍速度控制，并且按照紅黃綠和青藍紫2種方式工作，2.2 音樂噴泉控制要求音樂噴泉控制系統(tǒng)采用三菱PLCFX2N設計控制程序。要求噴泉的噴水高度能隨著音樂頻率的變化而變化。為此，音樂噴泉采用以下方案進行控制設計。每個噴頭安裝電磁閥，由PLC控制其開閉以達到噴射花樣繁多的目的；不安裝電磁閥的噴頭直接由變頻器控制水泵電機的運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)水柱的高低隨音樂的變化而變化，亦可實現(xiàn)噴水時水型由無水逐漸升高并保持一段時間后逐漸降至無噴水出現(xiàn)。本次課題設計主要是完成噴泉控制系統(tǒng)的設計，因為最早的噴泉管理主要靠繼電器控制，管理方法比較落后。隨著自動化技術(shù)的進步，噴泉管理系統(tǒng)有了進一步的發(fā)展，但是剛開始出現(xiàn)的控制系

17、統(tǒng)自動化程度十分低，運行的時候不穩(wěn)定，并且發(fā)生問題的時候很難查找，影響繼續(xù)使用，根據(jù)這些不足，設計出一款依賴PLC控制的自動噴泉控制系統(tǒng)，該設計系統(tǒng)可塑性高，自動化程度高，并且運行安全可靠，達到對噴泉控制的智能化和自動化管理。2.3 PLC控制設計PLC控制的設備是一種現(xiàn)代設備常見的控制手段，根據(jù)PLC的種類不同可以完成不同的控制要求，PLC控制的設備能夠?qū)崿F(xiàn)各種控制的功能，人們根據(jù)需要可以選擇PLC的控制方式，達到對設備的控制目的。PLC的編程使用計算機編程，根據(jù)不同的需要完成不同的控制要求，計算機編程語言完成對PLC的程序編寫十分容易，這樣就可以減少編程時候需要的時間，比較容易完成這個控制

18、。本設計使用三菱PLC完成對噴泉的設計，本設計根據(jù)實際的需要完成對程序的控制，使用仿真軟件對程序進行仿真，最好驗證程序的可行性。本次設計的使用的PLC可靠性是否高，能夠根據(jù)需要完成穩(wěn)定的控制工作，根據(jù)這個需要，可以完成本次設計。對比PLC和單片機的控制方案，使用單片機控制設計的時候，控制的程序不能夠非常復雜，如果控制的程序過于復雜，使用單片機控制的穩(wěn)定性和速度都不能達到PLC設計的標準，這樣就需要使用PLC控制。使用單片機的控制程序控制的靈活性比較小，不能夠根據(jù)現(xiàn)場的需要，靈活的完成對程序的控制，這樣就促使單片機的使用有一定的局限性。單片機主要適用在小型的控制設備中，比如電視機，遙控機，風扇，

19、空調(diào)等小型設備，對于大型設備，比如說機床等都需要使用PLC完成控制。單片機的特點是加工比較便宜，適合批量生產(chǎn)，有固定的控制程序。對于PLC來說，PLC是一種常用的控制設備，能夠根據(jù)使用的需要完成程序的編程動作，這樣就使得PLC使用的場合更加的廣泛。PLC的可塑性更好，PLC可以和各種檢查模塊和通訊模塊進行連接，這樣就可以根據(jù)現(xiàn)場的變化完成各種控制。2.4設計的主要特點本設計的控制要求有以下三點，首先是設計的程序需要有一定的創(chuàng)新，其次是設計的可靠性，最后是設計的性價比要高。本設計的使用的設計方法比較新穎，程序設計完成后，使用電腦完成了對程序的仿真工作。本設計的主要組成是由多個控制按鈕連接到PLC

20、，按鈕的輸入信號輸輸入到PLC后，根據(jù)這個信號完成信號的處理，控制輸出路燈的動作。本設計的可靠性比較高，可靠性是在系統(tǒng)設計中一個重要的元素，首先要確定設計的可靠性，才能完成系統(tǒng)的設計，使用PLC為控制的核心，能夠?qū)崿F(xiàn)準確有效的控制，達到設計的要求，PLC的控制能夠保證控制的準確性和可靠性。本設計的性價比比較高，當我們需要完成一個設計的時候，首先要考慮設計的硬件價格和穩(wěn)定性，還要考慮設計的硬件盡量減少，這樣就可以壓縮成本，產(chǎn)生更高的價值。的穩(wěn)定性沒有問題，硬件的價格也比較低，這樣就可以使用完成控制。對比其他的控制產(chǎn)品，三菱PLC的準確性，使用的價值更高，并且使用PLC的控制系統(tǒng)，三菱PLC對比其

21、他PLC的控制點，三菱PLC的控制點的價格更低。這樣就可以減少建造的成本，降低資金的消耗。關于噴泉控制系統(tǒng)的發(fā)展，還有很大的空間。噴泉控制系統(tǒng)想要走的更遠，首先要保證系統(tǒng)的絕對優(yōu)越性，我們在設計控制系統(tǒng)的時候要考慮到其穩(wěn)定性和靈活便捷性，除了這些還要考慮到成本節(jié)約方面問題，畢竟一切生產(chǎn)都是在利益基礎上。由于自噴泉控制系統(tǒng)需要成熟的技術(shù)和適合的場地，所以目前很多公園等場合還沒有用上這種先進設備。希望以后噴泉控制系統(tǒng)技術(shù)可以上升一層，讓這種設備可以被廣泛應用。3 硬件介紹3.1 PLC選型 PLC是一種自動化控制產(chǎn)品，他的主要功能是可以使用計算機完成編程，然后根據(jù)輸入的需要，完成對輸出的控制。PL

22、C還可以使用遠程聯(lián)網(wǎng)控制，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的自動化操作控制，達到遠程控制的功能，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)把計算機信號轉(zhuǎn)換為工廠需要的繼電器信號或者模擬量信號完成控制。PLC分很多種，根據(jù)需要的不同可以分為模擬量控制和繼電器控制，根據(jù)控制的要求不同，可以分為小型PLC和中大型PLC，根據(jù)產(chǎn)品的產(chǎn)地不同可以分為德國三菱和日本三菱等國家的產(chǎn)品，PLC的主要結(jié)構(gòu)有控制核心FX2N、輸入和輸出端口、擴展模塊接口。PLC電源系統(tǒng)和外部接口等組成。PLC的工作方式很簡單，主要是根據(jù)輸入的需要完成對輸出的控制，首先要使用編程軟件完成對應的編程動作，編程可以分為很多種編程軟件，但是主要的編程手段是一樣的，都是使用繼電器，定

23、時器和計數(shù)器等完成對輸出的控制。雖然各個廠家的產(chǎn)品不同，但是實現(xiàn)的目的是一樣的。編程完成后，PLC開始控制，首先PLC對輸入信號進行采集，根據(jù)需要完成輸入的讀取動作，讀取完成后，開始使用PLC控制程序的輸出。同樣對于PLC的輸出也是根據(jù)輸入的情況完成輸出的控制，當輸入開始有變化的時候，輸出也開始變化。這樣就完成了對PLC的輸出控制。PLC的輸出控制開始后，使用FX2N把控制的輸出信號，轉(zhuǎn)換為繼電器信號，繼電器就可以控制現(xiàn)場設備的工作。圖3-1 PLC結(jié)構(gòu)圖PLC的特點有很多，主要的特點是PLC的性能十分穩(wěn)定，使用PLC的控制系統(tǒng)控制功能十分強大，可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的需要，完成不同的控制功能，并且

24、PLC的操作十分簡單，十分適合初用者使用。PLC還有一個特點是控制的功能十分完善，能夠?qū)崿F(xiàn)各種控制，達到控制的要求完成對設備的控制。最后PLC的價格也不是很高，能夠被工廠接受，這樣PLC控制就變得越來越多人使用，應用的范圍也越來越廣。性能高，抗外擾能力強性能是否可靠是我們選擇PLC的根本保證，PLC以自身的生產(chǎn)技術(shù)來說絕對過硬，因為其擁有集成電路，內(nèi)部設計具有很強的抗干擾力，基于這些可看出性能穩(wěn)不穩(wěn)定。對于外部電路而言，PLC和繼電器比較，后者電氣接線部分多，不能與前者相提并論，所以使用后者差錯率就能控制住。除此之外，PLC本身還具有報警功能，根據(jù)需要可以完成報警動作。對于PLC的使用來說，使

25、用者可以進行自檢，也就是編完程序可以通過軟件監(jiān)測，診斷程序，方便查找差錯。PLC的控制功能十分完善隨著時代的進步，自動化技術(shù)的發(fā)展越來越快，數(shù)字量、模擬量和通訊手段已經(jīng)變成很常見的手段，這樣就需要PLC能夠完成這些控制，達到控制的目的。這樣PLC的生產(chǎn)廠家使用外接控制模塊完成對這些情況的鏈接動作，達到聯(lián)合控制的目的，可以應用到各個領域的自動化行業(yè)。操作簡單方便，容易使用PLC作為一種語言，很容易被大家學習，PLC的編程語言主要是根據(jù)電路圖來完成制作，操作是否簡單。對于不同的PLC，編程的方法也不同，但是控制的手段是一樣的，只是控制的符號不同而已，容易被初學者掌握。系統(tǒng)設計方便PLC控制程序的變

26、化十分容易，使用電腦或者手編器能夠容易的完成程序的變化，這樣工廠就可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化，完成對PLC控制的改變，這樣就方便了廣大的使用者，能夠容易的完成程序的編程，達到控制的目的。小巧輕便的身型，低能耗PLC屬于小型電器件，目前市面上的產(chǎn)品底部尺寸小，重量輕，耗能也低。由于其身型小巧，可以輕易的放置在設備的預留位置上，這種有點決定了其理想的實用性。PLC的控制功能非常多，根據(jù)不同的控制要求可以完成對PLC的選型動作。首先對于PLC的選型，需要知道需要那種PLC，國外生產(chǎn)的PLC比如三菱、OMRON、AB、ABB、施耐德和西門子等，國內(nèi)生產(chǎn)的PLC比如信捷、偉倫和通泰等PLC，本文設計選擇的P

27、LC為三菱FX2N系列。這種PLC是日本三菱公司生產(chǎn)的一種高性能PLC，主要使用在小型設備生產(chǎn)線控制。這一種小型PLC的性能十分突出，能夠達到一般品牌大型PLC的控制速度，并且有很高的穩(wěn)定性，一般都不容易出現(xiàn)問題。三菱PLC的擴展模塊有很多種，能夠完成很多控制的功能，比如說模擬量控制、數(shù)字量控制、通訊控制和定位控制，這些控制都可以使用PLC的擴展模塊完成對應的控制動作。三菱PLC的內(nèi)部有很多繼電器和計數(shù)器等內(nèi)部元件，這些內(nèi)部元件的使用十分方便，并且能夠準備的完成控制。本次設計使用的PLC需要13個數(shù)字量輸入點和11個數(shù)字量輸出點，這樣就需要使用PLC的本體型號為FX2N-32MR-001型，能

28、夠完成控制的目的。對比其他產(chǎn)品的PLC，三菱PLC的優(yōu)點有很多，首先三菱PLC的抗干擾能力十分好，主要是三菱的PLC的輸入為低電平有效，這樣就可以排除很多干擾，同西門子PLC進行比較，三菱PLC的穩(wěn)定性什么好，并且三菱PLC的輸入需要低電平有效，十分容易造成干擾，這樣就容易產(chǎn)生很多問題。其次三菱PLC的價格比較便宜，能夠被廣大用戶接受，經(jīng)過市場調(diào)查，三菱FX2N系列PLC，主體模塊為FX2N-48MR型的價格為1200元左右，擴展模塊16入16出的價格為600元左右，這個價格比較便宜，能夠被用戶接受。最后三菱PLC的輸入信號為NPN信號，這樣的產(chǎn)品在國內(nèi)十分常見，比同樣的低電壓輸出型的價格更有

29、優(yōu)勢，方便了外部輸入的使用，減少了設備制造的整個成本。圖3-2 PLC實物圖3.2 信號源傳感器的種類非常多，傳感器是自動控制的必須條件，根據(jù)輸入傳感器的變化，可以完成不同的控制功能。傳感器主要是根據(jù)檢測到的溫度、濕度、濃度等物理量，使用這個檢測值進行放大處理，得到的變化值就能夠完成對信號的采集工作。傳感器可以根據(jù)需要完成不同的輸出動作，主要可以分為繼電器輸出、晶體管輸出和模擬量輸出。根據(jù)使用情況的不同，可以完成不同的功能。傳感器的控制參數(shù)有很多種，主要的參數(shù)是控制的靈敏度和穩(wěn)定性。傳感器根據(jù)選型的型號不同，控制的功能不同，這樣就可以影響傳感器的靈敏度。對于不同的數(shù)據(jù)處理中（單片機），傳感器的

30、靈敏度也不盡相同。這樣就要求選擇的傳感器的性能要好，能夠具有較高的抗干擾能力，具有一定的響應速度，這樣才能夠完成穩(wěn)定快速的響應。這樣就可以避免在動態(tài)監(jiān)測的時候帶來的誤差，當信號發(fā)生變化的時候，動態(tài)監(jiān)測就跟著變化，這樣就需要很高的靈敏度才能完成檢測。傳感器的穩(wěn)定性主要跟傳感器本身的結(jié)構(gòu)有關系，外界環(huán)境也能影響傳感器的穩(wěn)定性，這樣就需要使用者在使用傳感器的時候，按照說明書的需要完成安裝和檢測工作，這樣才能夠提供一個穩(wěn)定的檢測手段。本次設計使用信號從聲卡中直接提取，聲卡把話筒等聲音信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號，聲卡使用數(shù)據(jù)裝換模塊根據(jù)需要將聲波振幅信號進行采集，然后經(jīng)過處理放大后完成輸出動作。這種方法采集到

31、的信號變化不穩(wěn)定，這樣對變頻器的控制有影響，就需要使用濾波信號完成對信號的處理，這樣才能夠完成對變頻器的控制。圖3-3 音樂信號轉(zhuǎn)換器3.3 水泵的選擇水泵的種類有很多種，主要根據(jù)需要分為臥式水泵和潛水泵。根據(jù)設計的需要選擇合適的水泵，這樣就可以降低水泵的成本。本設計選擇潛水泵完成控制，潛水泵的優(yōu)點是能耗低、體積小、重量輕，不需灌引水，使用、維護及管理方便，能夠達到節(jié)約水資源的目的，適合噴泉的噴水要求。本設計中央水泵選用QSP10-13-0.75型號，外圍水泵選用QSP10-10-0.55,具體參數(shù)如表所示：表3-2水泵參數(shù)圖3-4 水泵實物圖3.4噴泉燈和按鈕的選擇本設計的指示燈選擇的型號為

32、SD-07，工作電壓為交流220V，功率為9*1KW，顏色分為紅黃藍綠青藍，能夠達到完全防水，外部材質(zhì)為不銹鋼制作。本設計按鈕選擇GQ12B高強度彩色按鈕開關，安裝孔尺寸12mm，開關額定值2A/36VDC，開關組合1NO，操作類型自復式，外殼材料鋅鋁合金，鈕頭材料PBT，頭部顏色有紅綠黃藍白黑等，防護等級IP65/IK08。圖3-5 開關實物圖3.5變頻器的選擇變頻器的作用是根據(jù)輸入的控制要求，完成對電機轉(zhuǎn)動速度的控制。當變頻器的控制信號發(fā)生變化的時候，使用變頻器的輸出頻率的變化完成對電機速度的控制。變頻器主要由整流電路、濾波電路、逆變電路等電路組成?？刂撇糠职苿訂卧?qū)動單元和微處理單

33、元組成。整流電路主要是把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，這樣就可以使用直流電控制電機轉(zhuǎn)動的速度。濾波電路的作用是完成對交流變直流的濾波動作，這樣就可以得到穩(wěn)定的直流信號，最后逆變電路是根據(jù)直流的電壓大小，轉(zhuǎn)換為交流電，當電壓變大的時候，交流電的頻率就變大，當電壓變小的時候，交流電的頻率就變小。制動單元是在電機減速停車的時候，減少直流反饋電路的大小，起到保護電機的作用。驅(qū)動單元是控制交流電轉(zhuǎn)換為直流電的大小，這樣就可以完成對速度的控制。微處理單元主要是完成對電機的保護作用。變頻器的種類有很多種，可以簡單的分為輕載型，重載型和矢量型。根據(jù)用法的需要可以選擇不同的種類。本設計根據(jù)需要選擇的是輕載型變頻器，主要使

34、用變頻器的速度控制功能，根據(jù)輸入的變化完成對速度的控制。圖3-6 變頻器接線圖三菱變頻器是一種新型的變頻器，他的功能十分強大，可以完成很多控制，主要可以分為矢量控制和PID控制，本設計使用變頻器的模擬量控制，當輸入的模擬量信號發(fā)生變化的時候，變頻器控制電機的速度根據(jù)輸入完成變化。本論文采用的是三菱S500變頻器。表 變頻器參數(shù)4 軟件設計4.1 流程設計音樂噴泉的控制主要PLC完成，通過音樂的頻率信號控制PLC的輸出，變頻器接受來自經(jīng)PLC的開關量信號，控制變頻器輸出頻率不同的交流電，從而使水泵的噴水狀態(tài)不斷變化，實現(xiàn)了噴泉噴水隨音樂高低呈現(xiàn)不同的形態(tài)。同時PLC還控制水泵的啟動停止并控制彩燈

35、，實現(xiàn)彩燈組與音樂節(jié)奏的同步變換。本設計使用控制按鈕控制整個程序的動作，根據(jù)需要選擇噴泉的花樣，然后完成對噴泉的控制，程序框圖如下圖所示：圖4-1 程序框圖本次設計的音樂噴泉系統(tǒng)分為手動和自動狀態(tài)，手動狀態(tài)下，可以使用按鈕控制音樂噴泉工作。自動狀態(tài)下，按下啟動按鈕后，音樂噴泉開始自動工作，當按下停止按鈕之后，音樂噴泉開始停止工作。本設計使用FX0N-3A檢測音樂信號，音樂信號轉(zhuǎn)換成4-20MA信號輸出到PLC模擬量，PLC模擬量根據(jù)采集到的信號完成對變頻器的控制，完成對噴泉動作高度的控制。當音樂的聲音變大的時候，噴泉的高度就變高，當輸入的聲音變低的時候，噴泉的高度就變低。彩燈根據(jù)需要完成閃爍速

36、度控制，并且按照紅黃綠和青藍紫2種方式工作，程序流程如下圖所示：圖4-2 音樂噴泉流程自動狀態(tài)下，動作的間隔時間為2秒， 動作循環(huán)如下圖所示：圖4-3 花樣1動作循環(huán)圖4-4 花樣2動作循環(huán)4.2 輸入輸出分配根據(jù)設計的需要，完成對PLC 的輸入和輸出分配。對于輸入和輸出的分配，首先需要確定PLC的輸入是什么信號，輸出需要什么信號。本設計的輸入有按鈕等控制輸入，需要完成輸入的分配，然后根據(jù)輸出的需要，完成輸出的分配。輸入和輸出的分配需要保留20-30%的余量，這樣能夠靈活的完成控制。對于輸入沒有什么需要注意的設計，對于輸出需要確定PLC的輸出的工作電壓一致，因為PLC的輸出端口有很多，可以根據(jù)

37、需要的不同完成不同的電壓控制，輸入輸出分配表如下圖所示：表4-1 輸入輸出分配表輸入輸出分配表序號PLC地址功能序號PLC地址功能SB1X0啟動KM1Y01路噴泉SB2X1停止KM2Y12路噴泉SB3X2手動自動KM3Y23路噴泉SB4X3紅燈手動KM4Y34路噴泉SB5X4黃燈手動KM5Y45路噴泉SB6X5綠燈手動L1Y5紅燈SB7X6青色燈手動L2Y6黃燈SB8X7藍色燈手動L3Y7綠燈SB9X10紫色燈手動L4Y10青色燈SB10X11彩燈動作方式1L5Y11藍色燈SB11X12彩燈動作方式2L6Y12紫色燈SB12X13噴泉動作方式1SB13X14噴泉動作方式2FX0N-3A輸入1A

38、1音樂信號輸出1高度變頻器輸出輸入24.3電路圖根據(jù)PLC的輸入和輸出分配表，可以完成對電路圖的設計，對于電路圖的設計，首先要知道PLC的輸入為高電平還是低電平，當輸入的信號為低電平的時候，PLC的輸入才動作。然后根據(jù)PLC的輸入輸出分配表，完成對輸入的接線。最后根據(jù)設計的需要選擇不同的符號，比如按鈕開關需要使用固定的符號完成輸出，本設計選擇的按鈕開關的觸點為常開觸點。對于PLC的輸出端，只需要確定輸出端的工作電壓就行了，對于普通的控制，PLC的控制為交流220V，當PLC的輸出端有步進電機或者伺服等控制器的時候，就需要使用晶體管完成輸出，本設計的電路圖如下圖所示：圖4-5 PLC控制電路圖對

39、于主回路的設計，使用的電源為三相380V，為整個系統(tǒng)提供電源，本次設計選擇的變頻器工作電壓為380V，這樣就可以完成對變頻器的控制，使用空氣開關控制整個電路的開關，變頻器控制電機完成對速度調(diào)整控制，電路如下圖所示：圖4-6 主回路電路圖5 程序分析5.1 PLC梯形圖編程語言的介紹梯形圖編程語言是現(xiàn)在使用最廣泛、最常用和最簡單的一種編程語言，編程語句有很多的特點，梯形語言和傳統(tǒng)的繼電器控制比較，設計的中心思想基本一樣，可以進行互相的轉(zhuǎn)換，能夠直觀的觀察梯形圖的輸入和輸出的變化?，F(xiàn)在科技的進步，很多廠家可以生產(chǎn)先進的，這些廠家的編程語言有很多種，但是都是使用梯形圖進行顯示，而且顯示的方法大同小異

40、，只有符號或者基本指令不一樣，但是控制的方式基本相同。對于PLC的編程，首先要確定的輸入和輸出情況，然后根據(jù)需要的邏輯關系完成具體的輸入和輸出的分配，根據(jù)這個分配確定梯形圖的編程方式，這樣就可以完成編程的準備工作。對于一些特殊的模擬量、定位和伺服控制器等指令，需要確定的控制模塊，使用這個模塊完成對編程的設計。編程過程中使用的中間繼電器的數(shù)量沒有限制，用法沒有限制，但是不能出現(xiàn)雙線圈輸出的情況。編程語言的編程方式是輸入從左左邊開始輸入，輸出是在線圈的最右邊，輸出之后不可以繼續(xù)接輸出。除去一些特殊的指令，輸出不可以直接接到線圈的左邊，必須有輸入控制。雙線圈動作在編程中盡量避免，如果使用雙線圈指令，

41、程序就可能出現(xiàn)問題，達不到控制的要求。梯形圖的工作方式是和水的流動是相識的，從上到下動作，動作完成后，重新開始對輸入掃描和更新，完成對輸出的更新，這樣不停的循環(huán)輸出，達到控制的目的。梯形圖的設計方法有很多，確定這個控制沒有問題，就可以使用編程語言完成對這個編程的替代工作，這樣不僅節(jié)省了很多的控制元件，而且可以減少布線，達到完美控制的目的。完成控制之后，可以根據(jù)要求完成對外部接線圖的制圖，然后這樣編程的好處就是編程的可塑性大，較為容易改變控制的輸入和輸出，完成對程序的修改。經(jīng)驗設計的方法是使用一些經(jīng)典的電路，根據(jù)這些電路的控制完成的程序設計，這樣的電路經(jīng)過反復的修改后，可以完成增加或者減少輸入和

42、輸出，內(nèi)部的控制繼電器等，這樣的設計需要很多次的修改，最后能夠?qū)崿F(xiàn)控制的目的。此次設計我是運用的順序控制法設計的梯形圖，這樣是最簡單方便的程序控制方法。5.2 程序分析首先完成FX0N-3A的模擬量輸入控制，本文使用的模擬量輸入為FX0N-3A出廠初始值4-20MA輸入有效，對應的PLC輸入值為0-250,這樣就完成了信號的采集，信號采集完成后，使用除法運算，算出輸入的對應值，本文使用的模擬量輸入值為0-250，如果選用的傳感器為0-100的量程，那么只要把模擬量輸入到PLC的數(shù)字除以25之后乘以10就是對應的測量值，程序如下圖所示：圖5-1 模擬量信號采集按下啟動按鈕后，動作循環(huán)開始動作，程

43、序如下圖所示：圖5-2 循環(huán)控制根據(jù)計數(shù)器動作的數(shù)量完成輸出的控制，如下圖所示：圖5-2 計數(shù)器輸出控制最后完成輸出控制，如下圖所示：圖5-3 輸出控制噴泉控制完成后，根據(jù)需要完成對彩燈的控制，彩燈控制的時間使用PLC本身的時間繼電器完成控制，程序如下圖所示：圖5-4 彩燈控制程序控制程序完成后，開始完成變頻器模擬量輸出動作，首先判斷擴展模塊是否正常工作，正常工作后，使用模擬量輸入通道控制變頻器的動作速度，完成模擬量的輸出動作，程序如下圖所示：圖5-5模擬量輸出5.3 PLC程序仿真程序設計完成后，對程序進行檢查，檢查程序沒有問題，程序檢查完成后，開始對程序仿真，首先啟動邏輯啟動測試，這樣就可以在電腦上進行仿真，檢查結(jié)果如下圖所示：圖5-6 程序檢查圖5-7 程序仿真啟動按下啟動按鈕，程序開始啟動，選擇動作方