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孚瑞肯变频器+PLC音乐喷泉应用方案

发布人: admin 发布时间: 2018-06-26 00:00:00


1、    概述

当今喷泉工程和高新技术的结合使喷泉效果更加绚丽多彩、婀娜多姿,令人赏心悦目、流连忘返。当变频控制技术引入音乐喷泉控制系统,可以使水柱随着音乐快慢变化,仿佛是在随着音乐翩翩起舞,引人入胜。

起初的喷泉控制系统就是利用音乐的主要音素(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,其原理是将声音信号转变为电信号,经过放大及其它一些处理推动继电器或电子开关,再去控制设在水路上的电磁阀的启闭,从而达到控制喷头水路的通断。

音乐喷泉是现代科技与艺术的综合,利用喷泉来表现音乐的美感,令人赏心悦目。目前,有许多采用各式各样的控制系统来实现的音乐喷泉, 取得了良好的效果。但纵观这些音控产品,有的利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花型, 且多采用低频、中频和高频三个频段来控制。缺点是都没有在频域上很好地展现音乐,因此不能很好地体现音乐的内涵。

2、    音乐喷泉硬件组成

硬件系统主要由PLC、A/D转换模块、变频器、潜水泵和灯光组成。通过PLC对外部音频信号的采样、转换来控制变频器和故态继电器的动作,从而达到控制系统的要求,并能够实现对音乐和喷泉的实时的完美结合。音乐喷泉控制系统硬件组成部分如图2所示。

     

 

2  音乐喷泉控制系统硬件结构图


3、    系统控制要求

在诸多音乐喷泉控制系统中,不管是采用继电器控制或电磁阀对音乐喷泉进行控制(开关及喷泉扬程控制),由于不能对电动机或其他控制阀进行调速,所以这些方式都存在反应速度慢的弱点。因此,本设计的重点在于音乐与喷泉的同步实时性,在控制系统中采用了变频调速,通过变频器来控制电动机,从而达到快速反应的目的,所以下面所介绍的是本设计对音乐喷泉控制系统所需要达到的要求、效果。

顾名思义,音乐喷泉就是要求在音乐的伴随下喷泉的高度、灯光的强度、色彩以及喷泉的造型随音乐的音量而变化,通过对各种不同的音乐进行选择播放,以及对不同音频信号的采集、转化等处理后,利用编制程序来实现对音乐喷泉的实时控制。

3.1  乐曲播放

音乐喷泉所播放的乐曲可以从CD、VCD、DVD等播放器播放,通过功率放大器,将所选歌曲分为两路输出,一路输出到音箱设备,另一路输出到A/D转换模块对音频信号进行采样。当操作员在乐曲数据库中确定了演示乐曲后,随后启动该驱动器,正确地播放选定的乐曲。

3.2  水型与乐曲同步控制

当乐曲开始播放,水型会同步演示。在上一首乐曲结束和下一首乐曲开始的间歇期间,水型也会保持同步停止和继续演示。此音乐喷泉控制系统能提供可调整的喷泉延时,使水型与乐曲达到同步的效果。

3.3  水型的程序演示

喷泉潜水泵电动机是受控制器内部的程序控制,每一首乐曲可从控制器中相应的找到对应的固定程序数据,并可以将其对应输出。

3.4  彩色灯光的程序演示

与水型的演示程序类似,彩色灯光也由控制器系统程序控制。通过利用喷泉水泵的控制程序,将灯光控制也采用其同样的方法,随喷泉的变化相应的水下彩色灯光也会变化、动作。

3.5水型的节奏随动控制

对于不同的音乐,其水型的跳跃和摇摆是与乐曲的节奏同步的,表演出音乐喷泉的激情和活力。这种水型的跳跃和摇摆变化也是由A/D对其音频信号采集转换后通过对应的程序所表现出的。通过变频器对潜水泵实现加速、减速等控制,以达到对不同音乐信号的不同观赏感。


4、    控制原理

控制系统主电路图主要包括变频器、潜水泵两个主要部分。变频器的电源线直接从三相交流电获得,分别接至R、S、T三个端子上,对应的输出到潜水泵,潜水泵则接至U、V、W三个端子上,该控制系统电路中有熔断、热继电器两大保护装置。而DI1、DI3、DI4、DI5则是控制调节输出,通过改变其端子组合去改变潜水泵的转速。具体控制系统主电路图如图4所示。


控制系统主电路图

该变频器调速仅通过外部PLC信号切换,即可选择各种速度(高速,中速,低速)。即使在变频器运行中,各种速度(频率)也可在0~120Hz范围内任意设定。具体接点信号(高速,中速,低速信号)ON/OFF怎样组合实现调速,并能阶段性地切换运行速度使用。

5、    PLC软件控制部分

系统软件控制流程图,如图5所示。

如图5.1所示,当PLC运行时,PLC开始进行参数初始化,并开始扫描系统程序,当按下启动按钮,系统主程序将执行的步骤有:读入7组

表数据,并选择变频器,开始计时每0.6s读一次AIW0中的值,将所读值存到累加器AC0中,用AC0与内部设定值相比较,然后判断具体调用哪

个子程序,选定后运行子程序,结束。

在此流程图中应注意:系统停止流程图、变频器的选择流程图以及子程序流程图将在下面另做解释。



5.2  强制停止流程图

在系统需要关闭时,不管是出现何种情况的问题,都可以直接按下停止按钮即可,此时PLC会停止所有工作。如图5.2所示。

 

 5.3  变频器选择流程图

主程序部分,有一内容为选择变频器,由于本设计采用的是4组变频器循环,每个变频器的动作的时间相差0.6s。因此必须提前选择变频器,在选择变频器的时候,本设计中用到了加法、除法等基本指令,通过编程运算,当变量寄存器VW500中所存余数等于0时,选择变频器1#;当变量寄存器VW500中所存余数等于1时,选择变频器2#;当变量寄存器VW500中所存余数等于2时,选择变频器3#;当变量寄存器VW500中所存余数等于3时,选择变频器4#;这样依次循环,达到了根据表数据对应输出到某个变频器上的目的。






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