音乐喷泉自动控制系统设计
摘要: 利用plc和变频器技术来设计音乐喷泉自动控制系统，与传统电气接线相比，plc具有接线方便、可灵活改变控制过程等特点，变频器可根据输入模拟量值的变化来改变输出频率从而控制水泵的转速，改变喷水水形，使音乐喷泉的功能更加多样。
关键词：音乐喷泉；自动控制；plc；变频器；
中图分类号：s611文献标识码： a 文章编号：
引言
音乐喷泉改善了人们的生活环境，使人们的生活更加丰富多彩，随着高新技术的不断产生，音乐喷泉自动控制技术也不断提高。
plc体积小，功能强，可靠性高，且具有较大的灵活性和可扩展性的特点，通过改变喷泉的控制程序或改变选择开关，就可改变喷泉的喷水样式，音乐喷泉也不再是单一不变的喷水花样。
变频器技术也为音乐喷泉注入了活力，使喷泉水形能够伴随音乐节奏不断变化，再加上多彩灯光，大大增加了音乐喷泉的观赏性。
1 系统概述
1.1 系统配置
喷泉水泵按水花样式划分为：彩虹、半球、雪松、蒲公英、日出、海鸥、孔雀、摇摆1、摇摆2等，每组水泵为一部2.2kw的三相异步电动机；每组喷泉安装与喷水方向一致的彩灯一台；plc采用西门子s7-200系列plc cpu224并扩展4块8输出模块；变频器采用艾默生ev1000系列；音控器一台；控制柜一台及相关电气元件等。
1.2 控制原理
plc采集输入点信息，以梯形图的方式在cpu内部进行编程，可随意将任何几种水花样式按顺序组合，编成各个程序控制段，每一段程序段为一种喷泉景观，最后通过逻辑计算后，经输出点输出控制命令。
plc的输入点如下：程序控制、音乐控制、试验控制、启动、停止；输出点为状态指示灯、变频器、继电器线圈、彩灯的启动命令。
水泵有两种启动方式，工频启动和变频启动，当系统处于“程序控制”和“试验控制”启动时，水泵直接工频启动，在电气回路上设有热继保护，电流过大时断开回路，保护水泵电机，如图1；当程序处于“音乐控制”启动时水泵为变频启动，由变频器来控制，如图2。
图1 工频控制回路
图2 变频控制回路
音控器可以将音乐节奏的变化转换成电信号变化，以dc0-10v之间的模拟量值输出给变频器，变频器接受启动命令后，变频器的模拟量输入端子接收来自音控器的模拟量输出，变频器的输出频率随模拟量输入值的变化而变化，喷泉水泵的转速也相应的变化，从而使喷泉喷出的水花按音乐节奏的高低而不断变化，配合多彩灯光，达到令人赏心悦目的效果。
2 plc功能设计
2.1 控制方式
（1）程序控制系统程序控制启动后，plc运行程序控制程序段，喷泉按照预先编辑的喷水花样循环运行，水泵处于工频运行状态，不随音乐节奏改变。
（2）音乐控制系统音乐控制启动后，plc运行音乐控制程序段，水泵处于变频运行状态，喷水花样按照程序设定和音乐节奏而变化。
（3）试验控制系统试验控制启动后，各组喷泉水泵按plc程序规定顺序依次循环启动，每台水泵的运行时间不少于30秒，试验控制目的是为了检验、调整水泵喷水花样效果以及检测水泵功能是否完好。
2.2 程序设计
plc的控制程序采用梯形图编程，梯形图是plc使用得最多的图形编程语言，被称为plc的第一编程语言。
梯形图与电气控制系统的电路图很相似，是最接近继电气控制图的一种编程方式，具有直观易懂的优点，易于掌握，特别适用于开关量逻辑控制。
可将程序分为各个程序段，逻辑清晰，方便调试。
根据音乐喷泉控制过程特点，本程序在编写时引入了子程序的概念，每个字程序是一套循环样式，这样方便以后可以随意增加喷泉样式，子程序中引用基本功能块时间继电器，用于程序段之间的过渡及每种喷水花样持续时间设置等，梯形图程序示例如图3-图5，图3 主程序逻辑关系
图4 引用字程序段
图5 时间继电器功能块
3 变频器功能设计
3.1接线端子
主回路的输入端子r、s、t接380交流电源，输出端子u、v、w 接喷泉水泵电机，控制回路用到以下功能接线端子（图6）：
fwd(正转/停止命令) ，接来自plc启动信号
x1(多功能输入选择1)，由plc输出信号触发
x2(多功能输入选择2)，由plc输出信号触发
x3(多功能输入选择3)，由plc输出信号触发
cm3(公共端)，接信号公共端
vi1(模拟量输入)，接来自音控器模拟量信号
gnd，接来自音控器模拟量信号com端
g(接地端子)
图6 变频器接线端子图
3.2参数设置
根据功能要求，ev1000变频器需设置如下主要参数：
f0.03=1控制方式为外部端子
f0.04=0正转运行
f0.10=0.5加速时间
f0.11=0.5减速时间
f0.00=3dc0-10v模拟量输入调速
4 结论
在音乐喷泉自动控制系统中应用plc与变频器技术，与继电器电路相比，电气接线简便，故障点少，利于维护，梯形图编程简单直观、设计思路清晰，功能实现起来灵活，控制方式多样，系统运行更加稳定可靠。
变频器与plc接口连接简单方便，可实现的功能更加强大，使喷泉随音乐起舞得以实现，将美轮美奂的音乐喷泉景观呈现在人们面前。
图5 时间继电器功能块
3 变频器功能设计
3.1接线端子
主回路的输入端子r、s、t接380交流电源，输出端子u、v、w 接喷泉水泵电机，控制回路用到以下功能接线端子（图6）：
fwd(正转/停止命令) ，接来自plc启动信号
x1(多功能输入选择1)，由plc输出信号触发
x2(多功能输入选择2)，由plc输出信号触发
x3(多功能输入选择3)，由plc输出信号触发
cm3(公共端)，接信号公共端
vi1(模拟量输入)，接来自音控器模拟量信号
gnd，接来自音控器模拟量信号com端
g(接地端子)
图6 变频器接线端子图
3.2参数设置
根据功能要求，ev1000变频器需设置如下主要参数：
f0.03=1控制方式为外部端子
f0.04=0正转运行
f0.10=0.5加速时间
f0.11=0.5减速时间
f0.00=3dc0-10v模拟量输入调速
4 结论
在音乐喷泉自动控制系统中应用plc与变频器技术，与继电器电路相比，电气接线简便，故障点少，利于维护，梯形图编程简单直观、设计思路清晰，功能实现起来灵活，控制方式多样，系统运行更加稳定可靠。
变频器与plc接口连接简单方便，可实现的功能更加强大，使喷泉随音乐起舞得以实现，将美轮美奂的音乐喷泉景观呈现在人们面前。
作者简介：齐伟（1984.4）男辽宁省沈阳市助理工程师学历:大学本科研究方向:自动化专业
王鹏（1984.11）男辽宁省灯塔市学历:大学本科研究方向:自动化专业。