李海欣

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山 064300）

0 引言

噴泉,是園林的重要組成，它既是一種體現(xiàn)動(dòng)、靜結(jié)合的水景藝術(shù)，又能形成明朗活潑的氣氛，給人以美的享受[1]。噴泉還能夠凈化空氣、增加濕度、降低溫度、增加空氣中的負(fù)離子含量，因此深受人們的喜愛[2]。

1 研究目的及設(shè)計(jì)思路

1.1 研究目的

通過對(duì)本系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，完成較為完善的音樂噴泉設(shè)計(jì)，美化電廠環(huán)境。熟練掌握 PLC 編程與設(shè)計(jì)方法，深入了解PLC的各種布置，進(jìn)一步熟悉各輸出線圈、輔助繼電器、置位復(fù)位等編程指令的應(yīng)用、電氣可編程控制中的基本實(shí)驗(yàn)器件與 PLC 編程的綜合運(yùn)用。

1.2 設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)是以西門子公司S7-200型可編程控制器為基礎(chǔ),并以此為基點(diǎn)向外擴(kuò)展設(shè)計(jì)。

使用者可以按照自己的意愿，通過預(yù)先編寫好的程序，配合開關(guān)、電源電路， 噴泉模塊對(duì)噴泉的水型、燈光、音樂進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)多種變化，還可以通過上位機(jī)(PC)與 PLC 之間的通信，來監(jiān)控噴泉的運(yùn)行狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)作出調(diào)整，以達(dá)到功耗少、運(yùn)行可靠、性價(jià)比高等基本要求。

2 硬件

2.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo)

（1）噴頭：本設(shè)計(jì)有4個(gè)噴頭，每一個(gè)噴頭都安裝有電磁閥，由PLC控制系統(tǒng)控制其開閉狀態(tài)，以達(dá)到噴射水柱花樣繁多的目的。

（2）LED 彩燈：4個(gè)噴頭，每個(gè)噴頭分別對(duì)應(yīng)著8個(gè) LED 彩燈，分別代表8個(gè)簡譜音符，由PLC控制其通斷，每當(dāng)音符響起，LED彩燈也會(huì)隨之點(diǎn)亮，加強(qiáng)了噴泉的夜間視覺效果。

（3）電源：220 V單相交流電源，通過PLC連接模塊內(nèi)部的降壓電路，轉(zhuǎn)換成24 V交流電源，用于PLC噴泉模塊的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)。

（4）按鈕：采用系統(tǒng)自帶的，按下隨即彈起的按鈕。

（5）潛水泵：采用新型節(jié)能靜音小型潛水泵，共計(jì)4個(gè)，功率100 W，最大揚(yáng)程4.4 m，最大流量2 000 L/h，出水口半徑為120 mm，尺寸1 070 mm×840 mm×523 mm； 噴頭 1、噴頭 2、噴頭3和噴頭4，分別是水泵1至水泵4的輸出口。

（6）指示燈：與各自相對(duì)應(yīng)的電路相連，直接反映出各模塊的運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 電路圖

PLC控制系統(tǒng)與電機(jī)之間的接線電路，如圖1所示。

圖1 PLC 控制系統(tǒng)與電機(jī)的接線電路

3 軟件

3.1 噴泉的I/O分配表

PLC 控制的噴泉系統(tǒng)的I/O分配表，如表1所示。

表1 PLC 的I/O點(diǎn)表

3.2 噴泉的運(yùn)行過程

按下啟動(dòng)開關(guān)I0.0，再按下音樂按鈕I0.2，則揚(yáng)聲器立即播放音樂《送別》，水柱噴射，1 s后，播放下一個(gè)音符，由于音樂講究抑揚(yáng)頓挫，《送別》樂譜中每一個(gè)音符的發(fā)音，以及時(shí)間均有所不同，故此，每一條網(wǎng)絡(luò)中的程序均有所不同。歌曲結(jié)束后，所有的線圈、定時(shí)器、輔助繼電器均復(fù)位清零，單個(gè)循環(huán)執(zhí)行時(shí)間33 s。2 s后，返回第一條指令，第二個(gè)周期執(zhí)行。按下停止按鈕I0.1，噴泉立即停止運(yùn)行。

3.3 程序設(shè)計(jì)

噴泉隨歌曲的播放運(yùn)行，因歌曲的播放每次都是由歌曲開始部分從前往后進(jìn)行的，程序一旦開始，即按音符順序一步一步執(zhí)行，前一個(gè)音符的結(jié)束是后一個(gè)音符執(zhí)行的前提條件，后一個(gè)音符執(zhí)行也要對(duì)前一個(gè)音符進(jìn)行復(fù)位處理，每一個(gè)音符的持續(xù)時(shí)間由內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行控制。

現(xiàn)以第一句“長亭外，古道邊”為例對(duì)噴泉程序進(jìn)行說明。第一句簡譜如圖2 所示。

圖2 簡譜示意圖

按下IO.1按鈕，停止噴泉運(yùn)行。

圖3 啟動(dòng)程序

網(wǎng)絡(luò)2：停止程序。

圖4 停止程序

自網(wǎng)絡(luò)3開始，程序進(jìn)入正式運(yùn)行，由于先前啟動(dòng)按鈕被按下，輔助繼電器M0.1 得電，其對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)閉合，音符5得電置1，發(fā)音；噴頭1、2同時(shí)向上噴射水柱，與此同時(shí)輔助繼電器M0.2置1，為下一條指令做好準(zhǔn)備，同時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。

圖5 “長”字程序

計(jì)時(shí)到時(shí)間后，網(wǎng)絡(luò)4對(duì)網(wǎng)絡(luò)3的音符及噴頭進(jìn)行復(fù)位，并開始“亭”字首個(gè)音符的執(zhí)行及計(jì)時(shí)。

圖6

網(wǎng)絡(luò)5負(fù)責(zé)“亭”字首個(gè)音符的發(fā)聲

圖7

“亭”字首音符結(jié)束執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)6，網(wǎng)絡(luò)6具有3項(xiàng)功能：①作為網(wǎng)絡(luò)5的復(fù)位指令，使網(wǎng)絡(luò)5的噴頭、音符全部復(fù)位；②發(fā)歌詞里“亭”字的第二個(gè)音，也就是音符5，同時(shí)命令噴頭1、2噴水；③作為下一條網(wǎng)絡(luò)7的觸發(fā)，即輔助繼電器線圈 M0.5置1，其對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn) M0.5閉合并開始計(jì)時(shí)。

圖8

圖9

網(wǎng)絡(luò)8：令歌曲中第四個(gè)字“古”（音符 6）發(fā)音；噴頭1、2同時(shí)噴水。

圖10

圖11

網(wǎng)絡(luò)10：令歌曲中第六個(gè)字“邊”（音符5）發(fā)音；噴頭1、2同時(shí)噴水。至此，第一句歌詞播放完成。

圖12

如此按順序執(zhí)行噴泉程序，直至歌曲最后一個(gè)字結(jié)束后，將前一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的音符和噴頭的線圈，全部復(fù)位清零并計(jì)時(shí)。

圖13

網(wǎng)絡(luò)38：實(shí)現(xiàn)程序的循環(huán)。受網(wǎng)絡(luò)37的影響，網(wǎng)絡(luò)38中的輔助繼電器的常開接點(diǎn)M4.4得電，閉鎖；通電延時(shí)型繼電器T107的常開觸點(diǎn)閉合，輔助繼電器M0.1的線圈置1，M4.3和M4.4均復(fù)位清零。程序回到最初的起點(diǎn)，重新開始。

圖14

4 結(jié)束語

本文在S7-200型PLC的基礎(chǔ)上，通過V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9 進(jìn)行編程， 將 PLC 與音樂、噴頭、燈光、電源電路進(jìn)行結(jié)合，具有操作簡單，運(yùn)行可靠，占地面積小，便于擴(kuò)建等特點(diǎn)，解決了多重線圈輸出、定時(shí)器的選擇與調(diào)用、子程序的設(shè)置與調(diào)用，靈活使用置位復(fù)位指令，從而降低了工程難度，提高了效率。