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ABSTRACTIn 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目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题背景11.1.1 音乐喷泉的发展历程11.1.2 音乐喷泉的现状21.2 课题研究内容2第2章 PLC基础知识42.1 PLC的产生和发展42.2 PLC的特点和功能42.3 PLC的基本结构和工作原理5第3章 变频器基础知识73.1 变频器概述73.2 变频器的分类73.3 变频器的工作原理及控制方式73.3.1 变频器的工作原理73.3.2 变频器的控制方式83.4 MM440变频器9第4章 系统方案分析及可行性分析114.2 方案论证124.3 对选定方案的分析13第5章 系统总体设计145.1 音乐喷泉组成145.1.1 音乐喷泉水池设计145.2 控制系统组成175.3 变频器设计185.3.1 变频器选型185.3.2 变频器控制接线图185.3.3 变频器参数设置195.4 PLC设计195.4.1 PLC选型195.4.2 控制系统的I/O地址分配205.4.3 PLC控制接线图22第6章 PLC控制系统设计246.1 PLC控制流程246.2 变频器选择流程24第7章 结 论26致 谢27参考文献28附 录29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。 随着科学技术的快速发展，可编程控制器技术和变频控制器技术正大步走进喷泉控制领域的设计当中，在控制系统中发挥着无与伦比的作用，以PLC与变频器为控制核心的音乐喷泉控制系统，通过音频采集系统识别来自媒体设备的音频信号，通过译码和编码转换成能被识别的控制信号，信号最终输出到控制系统，控制喷泉变化，达到音乐喷泉水型、灯光跟随音乐的节奏同步变化，使得声、光、水、色融为一体，达到灯光，颜色，水型的立体展示效果。1.1.2 音乐喷泉的现状 目前音乐喷泉最常用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素（频率、振幅等）进行全员实时跟踪采集、分解处理并实时转换成模拟量或数字量讯号，通过变频器控制水泵的运行关闭和转速变化，或者用来控制液压伺服阀或电动调节阀的运行关闭和开启大小，同时控制相应灯光的亮灭和颜色变化。这种控制方式无需对音乐进行预先编辑与处理，因此对任何最新发行的音乐甚至现场的即兴演奏都可予以响应。 一个完整的程序控制和音乐控制系统，能够对音乐进行编程，达到喷泉造型与音乐旋律、灯光的同步结合从而产生美轮美奂的水景，实时在现音乐的内涵与主题。音乐喷泉声、形、色、光俱美，仿若舞台上的表演引起人们不同的情绪而感到美的艺术享受。音乐喷泉目前主要应用于大型广场、游乐场、人工湖泊、主题公园等休闲场所。 1.2 课题研究内容 本次设计的音乐喷泉系统以PLC系统为控制核心，变频器控制喷头喷水的关闭与水柱的高度，同时控制喷泉四周灯光的亮灭与颜色变化。各章主要内容如下： 第1章为绪论，介绍音乐喷泉系统的发展历程，并介绍音乐喷泉的现状，同时简单介绍了论文各章的主要内容。 第2章为PLC基础知识简介，介绍了PLC的产生和定义，PLC的发展历程，PLC的发展趋势，PLC的基本结构及PLC的工作原理。 第3章为变频器基础，概述变频器，介绍变频器的结构、分类、工作原理和变频器的控制方式与性能。 第4章为音乐喷泉方案论证，分析了三种控制系统的特点，最后选定PLC控制系统及可行性分析。 第5章为系统总体设计，第一部分为音乐喷泉的工艺控制图及完成效果介绍；第二部分为系统控制系统组成框图；第三部分为变频器的设计，选型、变频器与水泵连接及变频器参数设置，第四部分为PLC设计，主要介绍PLC选型、I/O地址分配及PLC与外部硬件连接图。 第6章为PLC控制系统设计，PLC控制流程图及主要控制程序。第2章 PLC基础知识PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控技术、数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。2.1 PLC的产生和发展 国际电工委员会（IEC）于1987年2月颁布可编程控制器标准草案第三稿，草案中对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境下应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外