青岛理工大学毕业设计（论文）
摘 要
一些园林建筑、大型公共建筑以及旅游建筑设计中，设计者经常将喷泉以一种艺术形式融合在建筑物中，给人以自然之美与艺术感。当音乐播放时（包括音乐的曲调和音乐的声音大小），喷头有规律的喷水，彩灯有规律的亮灭（达到白天时灯不亮，夜晚时灯有规律的亮与灭）。
本系统是一个小型音乐喷泉控制系统,它以PLC为控制核心，变频器控制水柱高度，以音频采集为基础，同时PLC程序控制灯光的亮灭和颜色的变化。本系统选用SIEMENS公司的S7-200 PLC为控制核心，选用MicroMaster 440（简称MM440）变频器控制水泵高度，达到喷泉的立体效果随音乐变换而变化。 本系统主要包括PLC的选型（CPU226）、PLC的扩展模块（EM222）、I/O地址的分配、输入输出接口的连接和梯形图的绘制，梯形图绘制是重点，同时着重介绍了MM440变频器的变频原理、参数设置和变频器与PLC和电动机的接口连接。 系统设计完成后，能够达到中心、内圈、外圈共三圈喷头喷水，变频器控制内圈喷头改变水柱高度，PLC控制余下喷头有序启动停止，同时夜晚有三层灯光变幻，能够实时展现音乐的动态美。
关键词：音乐喷泉,控制系统，可编程控制器，梯形图，变频器
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青岛理工大学毕业设计（论文）
ABSTRACT
In a number of landscape architecture, the design of large public buildings and tourist buildings, designers often fountain in the form of an art integration in the building, giving to the beauty of nature. Along with regular music player nozzle spray and lights a regular light off (the law, including the size of the music tunes and music sound), to achieve the control effect of light (day light does not shine, night light a regular light off) .
This system is a small musical fountain control system, which PLC as the control core, inverter control column height to audio capture-based PLC program control while the bright lights off and color changes. The system selected company SIEMENS S7-200 PLC as the control core, the choice MicroMaster 440 (referred MM440) inverter control pump height and reach fountains transform three-dimensional effect varies with the music.
The system includes PLC Selection (CPU226), PLC expansion module (EM222), I / O address allocation, input-output interface connections and draw ladder, ladder drawing is the key, while highlighting MM440 inverter the inverter principle, parameter settings and the motor and inverter and PLC interface connection.
System design is complete, it can reach the center, the inner and outer rings of nozzles spray three times, the inverter control inner nozzle change column height, PLC control start and stop the remaining nozzles, while at night there are three light changes, real-time display of music dynamic beauty.
KEY WORDS: musical fountain,control system, PLC, LAD，Transducer
II
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目 录
摘 要 ............................................................................................................................... I ABSTRACT .................................................................................................................. II 第1章 绪 论 ................................................................................................................ 1
1.1 课题背景 .......................................................................................................... 1
1.1.1 音乐喷泉的发展历程 ............................................................................ 1 1.1.2 音乐喷泉的现状 .................................................................................... 2 1.2 课题研究内容 .................................................................................................. 2 第2章 PLC基础知识 ................................................................................................. 4
2.1 PLC的产生和发展 .......................................................................................... 4 2.2 PLC的特点和功能 .......................................................................................... 4 2.3 PLC的基本结构和工作原理 .......................................................................... 5 第3章 变频器基础知识 .............................................................................................. 7
3.1 变频器概述 ...................................................................................................... 7 3.2 变频器的分类 .................................................................................................. 7 3.3 变频器的工作原理及控制方式 ...................................................................... 7
3.3.1 变频器的工作原理 ................................................................................ 7 3.3.2 变频器的控制方式 ................................................................................ 8 3.4 MM440变频器 ................................................................................................ 9 第4章 系统方案分析及可行性分析 ........................................................................ 11
4.2 方案论证 ........................................................................................................ 12 4.3 对选定方案的分析 ........................................................................................ 13 第5章 系统总体设计 ................................................................................................ 14
5.1 音乐喷泉组成 ................................................................................................ 14
5.1.1 音乐喷泉水池设计 .............................................................................. 14 5.2 控制系统组成 ................................................................................................ 17 5.3 变频器设计 .................................................................................................... 18
5.3.1 变频器选型 .......................................................................................... 18 5.3.2 变频器控制接线图 .............................................................................. 18 5.3.3 变频器参数设置 .................................................................................. 19 5.4 PLC设计 ........................................................................................................ 19
5.4.1 PLC选型 .............................................................................................. 19 5.4.2 控制系统的I/O地址分配 .................................................................. 20 5.4.3 PLC控制接线图 .................................................................................. 22
第6章 PLC控制系统设计 ....................................................................................... 24
6.1 PLC控制流程 ................................................................................................ 24 6.2 变频器选择流程 ............................................................................................ 24 第7章 结 论 .............................................................................................................. 25 致 谢 ............................................................................................................................ 27 参考文献 ...................................................................................................................... 28 附 录 ............................................................................................................................ 29
III
青岛理工大学毕业设计（论文）
第1章 绪 论
现今喷泉工程和高新技术的相结合使的喷泉效果更加丰富多彩，优美，令人赏心悦目，流连忘返。当音乐喷泉控制系统引入变频技术，可以使水柱的变化与音乐变化相一致，仿佛跳舞的音乐，引人入胜。
可编程逻辑控制器（PLC）是一种新型、通用自动控制装置，以微处理器为基础，综合了传统的继电器控制技术、数字技术、计算机技术和通信技术，具有编程简单，功能加强，体积小，使用方便，低功耗等一系列的优点。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。 本文通过一个实用的广场音乐喷泉PLC控制系统的设计，介绍了PLC在控制系统中的应用。通过本次设计过程，进一步熟悉设计的步骤和方法，加强理论与实际相结合的能力。本章对课题的设计背景及主要内容做简单介绍。
1.1 课题背景
1.1.1 音乐喷泉的发展历程
所谓音乐喷泉，就是利用音乐的主要音素(振幅、频率、音色等)控制喷头水柱的组合变化、高低变化、水流远近变化和灯光组合、颜色及明暗变化的喷泉。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，通过控制喷泉的水形及灯光变化，从而达到喷泉水型、灯光及色彩的变化与音乐节奏完美结合，使喷泉表演生动且富有内涵。
最初设计的音乐喷泉控制系统是利用音乐的基本要素(频率、振幅、音色和节拍)来控制喷泉的各种变化，它的原理是将声音信号转换为电信号，把电信号放大和经过其他一些处理后，用来推动继电器或电子的开与关，继而控制设在管道上的电磁阀的开闭，从而控制喷头水流的通断。
音乐喷泉是现代科技与当代艺术的结合，利用喷泉的视觉效果来表现音乐的美感，令人赏心悦目。目前，有许多音乐喷泉利用各式各样的控制系统来实现， 产生了良好的艺术效果。但纵观这些音控产品，有的是采用音乐的时域变化来控制喷泉，有的将音乐分成几个频段来控制喷泉的组合， 但大多都采用低频、中频和高频三个频段来控制喷水。它们的缺点是都没有在频域上完美展现音乐节奏，所以不能很好地体现音乐的内涵。
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