葉春德　馮友強(qiáng)

【摘 要】隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的音樂噴泉，已經(jīng)滿足不了噴泉水型多樣化的需求，由于控制系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，運(yùn)行穩(wěn)定性和設(shè)備安全性相對較差。依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制要求，在原有的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)的升級(jí)改造。通過設(shè)備的更新、PLC控制系統(tǒng)的升級(jí)、以及控制界面的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，并完成調(diào)試和投入運(yùn)行。改造后的音樂噴泉，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】音樂噴泉;PLC;控制系統(tǒng);系統(tǒng)改造

中圖分類號(hào)： TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）22-0026-003

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對于周圍環(huán)境美化的要求也越來越高。在城市規(guī)劃和建設(shè)中，公園和休閑場所的構(gòu)成也越來越多樣化，音樂噴泉就是其中重要的組成部分。音樂噴泉以水、光、聲、色四種要素相互融合的形式并配合城市夜景吸引眾多市民和游客駐足觀賞，往往成為城市旅游景觀的一大亮點(diǎn)。新豐江音樂噴泉就是河源市的一張名片，但由于設(shè)備老舊，已經(jīng)滿足不了越來越多樣化的控制要求，需要通過系統(tǒng)改造以提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度，運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性和可靠性，同時(shí)也能夠滿足人們不斷提高的觀賞要求。

1 系統(tǒng)改造方案

1.1 存在問題

新豐江音樂噴泉控制系統(tǒng)已經(jīng)投入使用較長時(shí)間，部分設(shè)備和電路老舊，如圖1所示，導(dǎo)致運(yùn)行效果不夠理想。主要問題有以下幾個(gè)方面。

（1）控制系統(tǒng)PLC采用西門子S7-200，考慮其I/O數(shù)量、擴(kuò)展模塊以及后續(xù)維護(hù)等原因，已經(jīng)滿足不了當(dāng)前的控制要求，更加滿足不了以后不斷更新的控制要求。

（2）音樂節(jié)奏通過萬能板進(jìn)行控制，如圖2所示。由于萬能板是人工焊接的，且做工粗糙、外形裸露、存在跳線，導(dǎo)致控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，同時(shí)也會(huì)存在安全隱患。

（3）控制系統(tǒng)缺少抗干擾措施，很容易受到雷電和其他外界的干擾，導(dǎo)致控制電壓不平穩(wěn)。

（4）操作界面功能單一，無法實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)運(yùn)行、檢測系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)等功能;同時(shí)界面比較簡單，不夠美觀，操作也不夠方便。

1.2 硬件改造

根據(jù)原有系統(tǒng)存在的問題，分析當(dāng)前的實(shí)際需求，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的改造升級(jí)。涉及到硬件方面的主要有：

（1）PLC更換升級(jí)。選擇PLC機(jī)型首要原則是能夠滿足音樂噴泉控制系統(tǒng)的功能需求，并且考慮到往后系統(tǒng)的修改或者進(jìn)一步改進(jìn)，必須要留有一定的裕量。同時(shí)要注意PLC輸出類型應(yīng)與外圍設(shè)備相匹配。

根據(jù)系統(tǒng)控制要求，劃分好PLC的I/O分配，總共有42個(gè)輸出端口，如表1所示。

綜合考慮，將原有的PLC升級(jí)為SIMATIC S7-1200可編程控制器。該控制器的模塊化是該款產(chǎn)品的核心，可實(shí)現(xiàn)簡單而卻高度精確的自動(dòng)化任務(wù)設(shè)計(jì)，該款產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了模塊化和緊湊型設(shè)計(jì)，功能強(qiáng)大全面、安全并且完全適用各種應(yīng)用，可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活度高的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通信的通信接口以及一整套強(qiáng)大的集成技術(shù)功能，便于使該控制器成為完整、全面的自動(dòng)化解決方案的重要組成部分。因此，最終采用西門子S7-1200-1214C AC/DC/RLY機(jī)型（訂貨號(hào)為6ES7 214-1BG40-0XB0），并擴(kuò)展4個(gè)SM1222 RLY輸出擴(kuò)展模塊（訂貨號(hào)為6ES7 222-1HF30-0XB0），滿足控制需求。

（2）將原有的萬能板更換為音樂控制器，如圖3所示?，F(xiàn)場播放的音樂將其音頻傳送到音樂控制器中，根據(jù)音頻信號(hào)的強(qiáng)弱，音樂控制器輸出不同的電壓信號(hào)到變頻器中，從而改變變頻器的運(yùn)行頻率，達(dá)到控制音樂噴泉高度的目的。與萬能板相比，音樂控制器安裝更加便利、安全性能更佳、運(yùn)行更加穩(wěn)定。其性能參數(shù)為：型號(hào)：LSMC;電壓：AC220V。

（3）舊控制系統(tǒng)容易受到雷電以及其它外界干擾導(dǎo)致運(yùn)行電壓不平穩(wěn)，因此在控制系統(tǒng)中增加一個(gè)防雷保護(hù)器與一個(gè)電源濾波器來防止干擾，以提高控制系統(tǒng)的抗干擾性能。設(shè)備性能參數(shù)如下：

防雷保護(hù)器：? ? ? ? ? ?濾波器：

型號(hào)：DZ47Y202? ? ? ? 型號(hào)：CW4L2-20A-R

重量：0.21KG? ? ? ? ? ?額定電流：20A

額定電流：20KA? ? ? ?額定電壓：250V

保護(hù)等級(jí)：三級(jí)保護(hù) 泄露電流：<0.8mA

經(jīng)過改造之后，音樂噴泉控制電路在滿足控制要求的基礎(chǔ)上，布局更加緊湊、合理、美觀，安全性也進(jìn)一步得到保障，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性也將會(huì)大大提高。改造后的控制電路如圖4所示。

1.3 軟件改造

1.3.1 控制界面設(shè)計(jì)與編程

利用C#語言編寫音樂噴泉控制界面，如圖5所示。

所實(shí)現(xiàn)的功能，主要包括以下幾個(gè)部分：

1）通過IP地址和端口號(hào)與服務(wù)器（PLC）建立連接。

2）選擇參與工作的變頻器。

3）選擇參與工作的噴頭，形成不同的組合，構(gòu)成音樂噴泉各種花樣。

4）能添加或插入花樣組合，并能夠設(shè)置每個(gè)花樣的工作時(shí)間。

5）能監(jiān)控到目前運(yùn)行的步，執(zhí)行總時(shí)間和剩余時(shí)間。

6）添加花樣組合后，能實(shí)現(xiàn)程序按組合順序自動(dòng)運(yùn)行功能。

7）可保存常用設(shè)置到文件中。

C#通訊端口編程如下：

//添加引用

using System.Net;

using System.Net.Sockets;

#region 全局變量

Socket client;//客戶端

#endregion

//創(chuàng)建客戶端連接實(shí)例化

client=new Socket（AddressFamily.InterNetwork，SocketType.Stream，ProtocolType.Tcp）;

IPAddress ipaddress=PAddress.Parse（textBoxIP.Text.Trim（））;//獲取Ip地址

IPEndPoint（ipaddress，Convert.ToInt16（textBoxport.Text.Trim（）））;//獲取端口號(hào)

client.Connect（ipaddress，Convert.ToInt16（textBoxport.Text.Trim（）））;//連接服務(wù)器

1.3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

控制界面的設(shè)置傳送到PLC中，控制PLC的輸出，使得噴泉按照預(yù)期的花樣順序運(yùn)行。因此，PLC的程序設(shè)計(jì)要考慮到控制界面?zhèn)魉瓦^來的輸入信號(hào)。

2 調(diào)試與運(yùn)行

經(jīng)過音樂噴泉控制界面與PLC多次連接測試成功，且PLC輸出正常的前提下，可以把PLC與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行連接?，F(xiàn)場調(diào)試前要需要全面檢查整個(gè)音樂噴泉控制系統(tǒng)，包括電源、設(shè)備連接線，I/O連接線、接地線等，保證整個(gè)硬件連接正確無誤的情況下方可送電。在調(diào)試和運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)并解決如下問題：

1）調(diào)試過程中由于使用了超過斷路器額定電流的電氣元件而導(dǎo)致了過載跳閘，更換匹配的斷路器并且增加了電抗器來抑制諧波保護(hù)電容器和濾波。

2）前期測試階段由于I/O點(diǎn)和機(jī)械設(shè)備沒有準(zhǔn)確匹配上、添加花樣組合沒有達(dá)到預(yù)期效果等，對電氣設(shè)備的接線進(jìn)行檢查和修正，對C#編程代碼進(jìn)行修改，最終達(dá)到預(yù)期效果。

3）后期正常運(yùn)行階段中燒壞了變頻器的整流模塊，最后研究得出原因是斷開或者閉合接觸器時(shí)變頻器沒有處于0HZ不運(yùn)行狀態(tài)，因而產(chǎn)生了反向電動(dòng)勢燒壞了變頻器整流模塊。

調(diào)試工作需要耐心進(jìn)行，只要沒有達(dá)到預(yù)期效果，則需要反復(fù)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場解決，如果系統(tǒng)調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則可對硬件或者軟件做出相應(yīng)調(diào)整，通常只需修改用戶程序即可達(dá)到調(diào)整目的。

經(jīng)過反復(fù)調(diào)試后，改造后的音樂噴泉實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制要求，主要有以下幾個(gè)方面。

1）成功通過 C#語言編寫的控制界面來控制SIMATIC S7-1200信號(hào)的輸入及輸出。

2）SIMATIC S7-1200準(zhǔn)確控制變頻器、接（下轉(zhuǎn)第23頁）（上接第28頁）觸器以及中間繼電器等設(shè)備的動(dòng)作。

3）成功運(yùn)用音頻轉(zhuǎn)換器和變頻器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換。

4）成功通過控制界面控制噴泉的花樣水型組合，結(jié)合音樂播放的節(jié)奏控制噴泉水柱的高度及始停。

當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行一段時(shí)間后，可將程序固定下來存儲(chǔ)到PLC中，并做好備份。最后對系統(tǒng)改造的所有技術(shù)資料，包括圖紙、電氣原理圖、梯形圖、C#程序等進(jìn)行整理和歸檔。

3 結(jié)束語

本文主要介紹了音樂噴泉PLC控制系統(tǒng)改造，通過PLC的升級(jí)、音樂控制器的更換以及控制界面的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使得整個(gè)控制系統(tǒng)布局合理、線路簡化，電氣故障減少，維護(hù)成本得以降低，系統(tǒng)安全性、工作穩(wěn)定性、可靠性得到明顯提高。從城市建設(shè)的實(shí)際情況考慮，對一些傳統(tǒng)老舊的音樂噴泉進(jìn)行改造是有必要的，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度考慮也是可行的。新豐江音樂噴泉實(shí)踐證明，對傳統(tǒng)老舊的噴泉進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)改造是一種行之有效的方法，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]詹文彬.用PLC改造舊式機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的一般方法[J].機(jī)電工程技術(shù)，2009，38（2）：81-83.

[2]呂棟騰，孫永芳.普通臥式車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造[J].科技信息，2011（7）：89-89.

[3]王德吉.西門子PLC控制技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2014.