1、音乐喷泉的控制系统研究摘要：由于音乐喷泉系统控制的复杂性，如果采用常规继电器控制，音乐喷泉控制的可靠性较差，并且接线复杂。采用 PLC 控制后，由于 PLC 是采用程序控制，是软接线，因此可靠性大大提高了。音乐喷泉的核心控制是由可编程控制器实现的，可编程控制器是整个系统的“大脑” ，由程序实现用音乐频率转换的开关量去控制喷泉水柱和彩灯闪烁的变化。可编程控制器简化了控制线路，提高了工作的速度和可靠性以及系统操作的灵活性，也提升了喷泉工程的智能化性能。因此本文对基于PLC 的音乐喷泉控制系统进行了研究。 关键词：PLC 音乐喷泉 控制系统 Abstract: As the musical foun
2、tain control system complexity, if the conventional relay control, music control fountain poor reliability, and wiring complexity. PLC control, due to the PLC program control is used, is soft wiring, thus greatly improving the reliability. Musical fountain core control is implemented by the programm
3、able controller, programmable controller is the whole system, “brain“, with music by the program to achieve the switching frequency converters to control the amount of water column and fountain lights flashing changes. Programmable controller simplifies the control lines, improve the speed and relia
4、bility, and flexibility of system operation, but also enhance the fountain project intelligent performance. This article on the PLC-based musical fountain control system is studied. Key words: PLC musical fountain control system 中图分类号：TU986.4+3 文献标识码：A 文章编号： 1.音乐喷泉与控制系统概述 1.1 音乐喷泉 所谓音乐喷泉，就是利用音乐的主要音素
5、(频率、振幅、音色和节拍)控制喷水的花型组合变化、水柱高低、远近变化和灯光色彩组合、明暗变化的喷泉。音乐喷泉是把现代控制技术应用于人工喷泉，是在程序控制喷泉的基础上加入了音乐控制系统，通过音乐控制喷泉的水形及灯光的变化，从而达到喷泉水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演生动且富有内涵。 1.2 音乐喷泉控制系统 目前音乐喷泉最常采用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素进行全员实时跟踪采集、分解处理并转换成模拟量或数字量讯号，用以控制水泵的运行组合和转速变化，或用以控制液压伺服阀或电动调节阀的运行组合和开启度，同时相应控制灯光的组合变化。这种控制方式不必对音乐预先进行编辑处理
6、，所以对任何新版音乐文件甚至现场即兴演奏都可响应。 随着科学技术突飞猛进的发展，可编程控制器和变频调速器技术正大步走进喷泉控制领域，发挥着不可替代的作用。利用小型 PLC 结合变频器的音乐喷泉控制系统，可以实现喷泉彩灯、水泵的多点控制，简单的接线和编程即可完成水形灯光完美的伴随音乐节奏和情感，适合追求时尚的家居生活和娱乐场所等场合。 1.3 基于 PLC 的音乐喷泉控制系统 以 PLC 与变频器为控制核心的音乐喷泉控制系统，将来自媒体设备的音频信号通过音频采集系统的识别，进行译码和编码后转换成控制信号，最终将信号输出到控制系统，使得所设计的音乐喷泉水形的变化能够伴随音乐，灯光的闪烁跟随音乐的节
7、奏，实现了水形跟随音乐的旋律变化，灯光跟随预定程序变化，形成了声、光、水、色交融的美景，灯光、音响、水景统一的立体效果。 基于小型 PLC 的音乐喷泉控制系统在实际生活中应用前景广阔，值得推广使用。在设计过程中我们选用可编程控制器来实现对音喷泉的控制。作为工业自动化的重要支柱之一的可编程控制器（PLC）以其高可靠性和操作简便等特点引到了当今工业控制的潮流。PLC 是一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器接触器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制而设计，特别是目前在现场总线和工业控制网络方面的发展为自动化领域开辟了崭新的空间。 2. 基于 PLC 的音乐喷泉控制系统设计
8、音乐喷泉的控制主要 PLC 完成，通过音乐的频率信号控制 PLC 的输出，变频器接受来自经 PLC 的开关量信号，控制变频器输出频率不同的交流电，从而使水泵的喷水状态不断变化，实现了喷泉喷水随音乐高低呈现不同的形态。同时 PLC 还控制水泵的启动停止并控制彩灯，实现彩灯组与音乐节奏的同步变换。 2.1PLC 控制流程 PLC 初始化后，首先检测启动按钮是否按下，进而选择控制电动机的启动，如果停止按钮按下则调至电机停止控制程序，停止电机工作。电动机启动信号作为变频器启动的初始条件，如果其中一台电动机启动工作即可启动变频器。PLC 对变频器的控制室根据 I0.0I0.7 读入的开关量数值，控制 Q
9、1.0Q1.2 的输出，进而达到选择预置变频器输出频率的目的。变频器预置了七个不同频率，分别为：20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz。通过改变输出电流的频率来控制电机的转速，调节水柱的高低变换。两组彩灯与音乐节奏的强度有关，通过 I0.0I0.7 的读入数值控制彩灯的高低变换，达到与音乐协同。系统控制流程如图 1 所示 图 1 PLC 控制程序流程图 如果 PLC 启动按钮按下，则 PLC 控制启动第一台水泵电机，经过 10s延时后检测停止按钮的状态，如果停止按钮没有被按下，则顺序启动第二台水泵电机，如果停止按钮被按下则程序执行电动机停止程序，顺序关掉水泵电机。
10、彩灯的控制与启动按钮的状态无关，程序运行后，彩灯就开始工作。如果 2 台电动机中的其中一台工作就可以启动变频器，进而通过变频器控制水泵电机，控制程序如图 2 所示 图 2 变频器启动控制 变频器启动后，就开始读取输入的开关量，对电机进行控制。变频器工作流程如图 3 所示 图 3 变频器工作流程 变频器启动后，读入 DIN1DIN3 的数字量信息，3 个数字输入量控制变频器的 7 种频率输出（具体参考“表 4-4 数字输入与对应频率” ） ，选择预先设置的 7 种固定频率。 2.2 主要控制程序 对变频器的控制是软件设计的核心之一，对读入的处理后的音频信号进行分析后，用来控制变频器的输出。以下程
11、序是系统通过 PLC 控制变频器的具体过程。 首先根据 I0.0I0.7 的输入值，控制中间状态 M2.0M2.7 的数值，由于输入值是从低到高的一串“1” ，所以高位为“1”低位也一定为“1” ，如 I0.1 为“1” ，I0.2I0.7 为“0” ，则 I0.0-I0.1 一定均为“1” ，此时M2.1 的值为“1” ，则 Q1.1Q1.2 的输出值为 100，结合数字输入与对应频率选择表，可知变频器输出 20Hz 的交流电控制电机转速。 3.控制系统调试 3.1PLC 的调试 S-200 机有 STOP、RUN 及 TEMP3 种模式。STOP 模式可下载程序，但不能运行程序，PLC 没
12、有输出。RUN 模式为运行程序，PLC 产生控制输出,一般不能下载程序，但可设定为允许下载部分程序。TEMP 模式，是由面板上的控制开关置 TEMP 未知确定的。在此模式下，PLC 处于 RUN 还是STOP 模式，由编程软件对其远程操作进行控制。 面板上的控制开关置 STOP 位置，则 PLC 处于 STOP 模式。且编程软件无法用远程操作使其改变。而面板上的控制开关置 RUN 位置，则 PLC处于 RUN 模式，但编程软件可用远程操作使其改变为 STOP 模式。改变后还可改为 RUN 模式。 在将所有设备安装好，所有连线都接好的情况下进行实际调试，也就是 PLC 程序的现场调试。 3.2
13、系统整体调试 整个硬件系统实物图如图 1 所示。 图 1 硬件系统实物图 将 PLC 置于 STOP 模式，下载 PLC 控制程序到 PLC 中，并根据预先设计的变频器参数对变频器进行设置。开启交流线路总电源和音乐信号控制部分电源，按下 PLC 启动控制开关 K1，PLC 控制启动水泵 1，开启音源播放音乐，音乐信号采集系统上的柱状显示器工作，随音乐节律的高低显示不同的高度，经过 10 秒的延时，启动水泵 2。此后，2 号水泵跟 1号水泵一起工作，直至按下停止控制开关。 系统采集处理音乐信号后，变频器开始工作，变频器接收 PLC 送出的段速控制信号来改变交流电源的频率，使水泵接收到不同频率的单相交流电压，水泵电机变速运转，喷出水柱的高度不断改变。同时 PLC 随音乐信号控制彩灯的闪烁。音乐喷泉灯光和喷水效果图如图 2 所示 图 2 音乐喷泉灯光和喷水效果图 参考文献： 1 刘朋,王卫红.串行 A/D、D/A 与 TMS320C6713 的接口设计J. 微计算机信息. 2005(07) 2 吴明亮,蔡夕忠主编.可编程控制器实训教程M. 化学工业出版社, 2005
