周安 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于PLC的音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周安 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

音樂噴泉中主要包括的因素有聲音、燈光以及音色等三部分，噴泉水泵在工作的整個(gè)過程里面需要按照所對(duì)應(yīng)的音樂相關(guān)要素從而完成噴泉速度的控制，通過聯(lián)系燈光所發(fā)生的變化最后就產(chǎn)生了所謂的噴泉。運(yùn)用基于PLC對(duì)噴泉系統(tǒng)進(jìn)行控制，從而可以達(dá)到完美控制噴泉的聲音以及燈光等要素。

PLC 噴泉控制系統(tǒng) 音樂

這些年，人民的生活質(zhì)量逐漸得到了改善，許多的大型商場(chǎng)以及大型的公園里面都有音樂噴泉的設(shè)施，該系統(tǒng)中的要素主要包括了三點(diǎn)，分別是燈光、燈色以及聲音等，使得水柱改變以及音樂之間很好地結(jié)合了起來(lái)，在一定程度上充分展現(xiàn)出了藝術(shù)美感，從而人們有了美感的享受。在控制音樂噴泉的過程中用到了PLC也就是指的是可編程序控制器、單片機(jī)以及繼電器等等，同時(shí)核心部件是工控機(jī)。引入繼電器進(jìn)行系統(tǒng)控制，當(dāng)電路設(shè)計(jì)好之后，是不可以隨便地對(duì)噴水的花樣和噴水發(fā)射的時(shí)間進(jìn)行任意的更改。由于PLC的體積比較小，同時(shí)PLC有著較強(qiáng)的功能，另外也有著高效的可靠性，根據(jù)在控制音樂噴泉的過程中，同時(shí)結(jié)合基于PLC的系統(tǒng)在擴(kuò)展性以及靈活性等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)，開關(guān)的選擇是需要根據(jù)對(duì)噴泉里面的控制程序進(jìn)行修改，就能夠成功實(shí)現(xiàn)噴泉噴水規(guī)律的改變，最終即使是硬件不改變的情況下，依然是能夠產(chǎn)生新的花樣，在很多的大型商場(chǎng)甚至是大型的娛樂場(chǎng)所中，基于PLC的噴泉系統(tǒng)功能還包括了自診斷，通過該功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障及時(shí)的做出診斷，從而使得檢修的時(shí)間縮短，所以使得控制系統(tǒng)能夠保持很大的穩(wěn)定性以及可靠性，所以本文設(shè)計(jì)的噴泉系統(tǒng)運(yùn)用到了PLC。

1 音樂噴泉的原理

將聲卡中的音樂信號(hào)取出來(lái)，其中的一部分主要是通過音響設(shè)備實(shí)現(xiàn)，另一路就是將電流信號(hào)從揚(yáng)聲器取出來(lái)，通過采用PLC對(duì)形成的數(shù)字量進(jìn)行限幅以及濾波處理后，再接著通過D/A模塊，生成直流電壓信號(hào)，其中的電源范圍是處于0到10V之間。當(dāng)變頻器收到了信號(hào)之后，可以馬上啟動(dòng)起來(lái)，最終可以形成水花不斷隨著音樂操作起來(lái)的流程。系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。

圖1 音樂噴泉系統(tǒng)原理圖

圖2 噴水池示意圖

2 噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 音樂噴泉控制形式

該噴泉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具體包括了花式造型，主要的結(jié)構(gòu)以及布置如圖2所示。

噴水池的具體控制示意圖的要求主要包括：

①接通電源的開關(guān)，將開始的按鈕按下，這個(gè)時(shí)候噴水裝置就會(huì)進(jìn)入到正常的工作狀態(tài)，當(dāng)停止按鈕按下的時(shí)候，噴水操作就會(huì)停止。

②當(dāng)無(wú)論是單步還是連續(xù)的開關(guān)進(jìn)入到運(yùn)行的時(shí)候，噴泉的循環(huán)操作只是進(jìn)行一次，如果處于連續(xù)的位置過程中，噴泉才會(huì)不斷地進(jìn)行下去。

③開關(guān)選擇不同，從而所完成的操作也就不同。

2.2 水形花樣噴泉

在設(shè)計(jì)噴射的過程中所實(shí)現(xiàn)的效果主要是包括了設(shè)置控制器，其中水樣的設(shè)計(jì)主要包括了水形以及藝術(shù)等，而且在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以說對(duì)于音樂噴泉而言，起到了十分重要的作用。這個(gè)噴泉是圓形中的一種，同時(shí)其直徑是20m，中心位置是一個(gè)正方形的噴柱，而且當(dāng)噴水高度是8m的時(shí)候，其中的標(biāo)號(hào)是記為D的；當(dāng)?shù)诙π眹姷姆较蚴浅饷娴臅r(shí)候，噴水的高度就會(huì)超過4m，其中的標(biāo)號(hào)記為是C。如果噴柱的周圍是比較粗的時(shí)候，那么這個(gè)萬(wàn)向是向前面噴射的，這個(gè)時(shí)候的標(biāo)號(hào)就記錄成B以及A。二到四圈的所有噴頭一共是140個(gè)，其中的所有的噴頭中都會(huì)加入電磁閥，控制部分主要是通過PLC實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)噴射出多種多樣的花樣出來(lái)?；赑LC的噴泉在控制花樣的過程中起到了十分重大的意義，當(dāng)需要進(jìn)行花樣的變化的時(shí)候，可以通過將噴泉水形進(jìn)行增高，完全可以不用修改硬件都可以實(shí)現(xiàn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)PLC編程程序。本文設(shè)計(jì)的音樂噴泉的花樣組成主要包括了3種，具體的如圖3所示。

圖3 控制按鈕

當(dāng)開關(guān)選擇的位置是處于1地方，可以將啟動(dòng)按鈕按下，從而在標(biāo)識(shí)A、B以及C和D的地方是會(huì)輪流進(jìn)行噴水的，但是這個(gè)時(shí)間間隔是2s，如果噴水的總共時(shí)間是達(dá)到了15s之后噴水的操作就會(huì)停止下來(lái)，然后依次輪流循環(huán)下去。

當(dāng)開關(guān)選擇的位置是處于2的地方時(shí)候，可以將按鈕按下，B與D會(huì)同時(shí)出現(xiàn)噴水的現(xiàn)象，如果時(shí)間推遲了3s之后，A和C就會(huì)出現(xiàn)噴水，同時(shí)B和D就不會(huì)出現(xiàn)噴水，如果這個(gè)交替的操作是進(jìn)行了6次之后，時(shí)間上如果每隔2s，按照這個(gè)過程進(jìn)行循環(huán)下去。

3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 控制電路的硬件設(shè)計(jì)

圖4 PLC多點(diǎn)控制回路

本文主要用到的結(jié)構(gòu)上比較小巧，同時(shí)也有著低價(jià)的價(jià)格，其中PLC取代了傳統(tǒng)意義上體積大的繼電器進(jìn)而可以對(duì)噴泉很好地控制，而且通過更加直接以及簡(jiǎn)單的觸摸屏可以監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程，系統(tǒng)中的控制也離不開電磁閥。由于本文設(shè)計(jì)的是比較小型的噴泉控制系統(tǒng)，其中的I/O點(diǎn)數(shù)比較小同時(shí)都是數(shù)字量，所以PLC采用的型號(hào)是CPU224型，其中14輸入/10都集成進(jìn)去了，而且另外輸出的數(shù)字量I/O點(diǎn)一共是有24個(gè)，可以使得系統(tǒng)的要求得到滿足。

分配PLC輸入輸出。在PLC控制回路中本音樂噴泉系統(tǒng)用到器件主要包括了電磁閥、彩燈以及水泵等，其中的PLC根據(jù)程序從而可以很好地控制器件，這對(duì)于音樂噴泉的花樣可以很好地進(jìn)行控制以及操作。PLC多點(diǎn)控制回路如圖4所示。

3.2 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)

由于PLC主機(jī)中所用到的輸入電源以及輸出電源是彼此互相獨(dú)立的，所以在一定程度上可以防止電源產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象，而且有利于在光電隔離中進(jìn)行輸入、輸出，從而在一定程度上可以方便增強(qiáng)抗干擾能力。PLC用到的封裝是防塵、抗震以及密封的，同時(shí)能在十分差的工作氛圍中運(yùn)行。PLC中的設(shè)置有監(jiān)視器電路，從而對(duì)CPU可以穩(wěn)定性以及可靠性運(yùn)行起到了很好的確保作用。PLC在輸入以及輸出中有著很多的接口，從而有利于進(jìn)行多路多點(diǎn)的控制。此外選擇的是模塊式結(jié)構(gòu)，對(duì)于用戶進(jìn)行模塊的檢修以及更新起到了很好的操作。

4 控制電路的軟件設(shè)計(jì)

選擇編程語(yǔ)言是用到了SIMATIC指令，在這個(gè)指令集里面，大部分的指令是符合IEC113標(biāo)準(zhǔn)。其中SIMATIC指令集的使用可以是選擇梯形圖，也可以是功能塊圖另外還可以是語(yǔ)句表。因?yàn)樘菪螆D信號(hào)流的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單明了，同時(shí)比較直觀，另外清晰容易理解，所以很容易通過梯形圖的方式完成編程。另外能夠想到的噴泉花式主要包括了三種，所以把每種花式所對(duì)應(yīng)的控制程序編碼為子程序，接著可以是通過對(duì)子程序的調(diào)用從而完成具體的操作。

結(jié)束語(yǔ)：因?yàn)楸疚南到y(tǒng)用到了PLC對(duì)花式噴泉進(jìn)行控制，從而完成了通過開關(guān)選擇的方式進(jìn)而對(duì)噴水花樣進(jìn)行控制，所以該噴泉控制系統(tǒng)才有著巨大的靈活性。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)是低于30點(diǎn)。如果在控制大型的噴泉方面，可以通過I/O擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)。如果再繼續(xù)添加了顯示模塊，那么就能夠更加方便同時(shí)更加直接地將噴水的時(shí)間進(jìn)行改變，最終噴水的規(guī)律也會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)的改變，從而很好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的易操作性。本文主要是介紹了基于PLC的音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體介紹了噴泉的原理以及相關(guān)電路組成。

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