基于PLC音乐喷泉电气控制的应用

周斌斌

摘要

在本次研究中，本文结合音乐喷泉电气控制系统设计的相关问题，阐述了PLC在音乐喷泉电一‘气控制中应用的相关问题。本文先介绍了音乐喷泉设计的基本要点，再结合PLC的技术特点，对其在音乐喷泉电气控制中的具体应用方向进行分析，希望能对相关学者工作有所帮助。

【关键词】PLC 音乐喷泉 电气控制

1 前言

音乐喷泉是一种具有极高观赏价值的景观，在实际生活中不仅美化了环境，更为人们带来了欢乐，是近几年一种比较流行的园林建筑与音乐欣赏现结合的产品。通过对音乐喷泉的设计、制作过程可以发现，PLC电气控制系统发挥着重要作用，在保证音乐喷泉正常运行中发挥着重要作用。因此，为了进一步提高音乐喷泉的运行效果，就需要进一步认识PLC电气控制的应用方法，从中寻找改进方法，保证音乐喷泉运行质量。

2 基于PLC的音乐喷泉电气控制简析

在音乐与喷泉相互作用下，音乐喷泉构建了一个有机的自动控制系统，在通过音乐表达喷泉主题的同时，依靠喷泉来反馈音乐，两者之间的有效配合更具有艺术效果，因此得到了社会的关注。PLC是可编程序控制器的简称，在音乐喷泉电气自动化运行中发挥着重要作用，更多学者希望通过PLC技术，自动控制音乐喷泉，最终为居民提供更好的音乐喷泉展示。通过对现阶段音乐喷泉进行调查后可以发现，随着信息技术与喷泉之间的联系越来越密切，计算机控制对于音乐喷泉的影响也越来越明显，所以对相关学者而言，需要通過控制系统来控制音乐喷泉运行。

3 PLC在音乐喷泉电气控制中的应用研究

3.1 基本应用范围

在音乐喷泉设计中应用PLC控制系统，需要从以下几方面进行考虑：

（1）在了解项目基本信息后，对项目进行分解，了解被控制对象（音乐喷泉）的控制要求；

（2）根据项目特点做好PLC选型，在确定PLC型号后，根据既定的要求确定输入与输出口，制作接线图；

（3）制作控制系统的流程表与音乐喷泉的工作循环资料，确定音乐喷泉的自动化控制糾牛；

（4）根据工作循环表设计PLC控制流程，罗列输入输出清单，若有具体的技术要求，可以在梯形图上标注I/O的详细信息；

（5）通过编程电缆线，将音乐喷泉控制程序下载到PLC控制器中，切换监视状态后调整联机状态，之后符合要求为止。

3.2 主要设备

在本次分析中，本文选取FR-E700变频器与FX2N-4AD校拟量输出模块，对其进行研究。

FR-E700变频器主要包括整流电路、控制电路、滤波电路等部分组成，其主要功能就是将交流电转直流电再转交流电，实现输入工频电压能转变成一个可调频、调压的电压。在PLC电气控制系统中，FR-E700变频器是一个重要组成部分，能够对喷泉中的大功率器件进行有效的控制，并监控电压输出频率与电压的变化情况。

FX2N-4AD是三菱电机公司推出一种一款新型模拟量输入数字量输出模块，其具有四个通道，包括CHI、CH2、CH3、CH4，在保证参数设定的情况下，每个通道都能实现AD转换，该模块的分辨率为12位，在电压条件满足的情况下，能采样-10V-10V之间。同时，FX2N-4AD还具有内部缓冲存储设备内，每个存储器为16位，能与PLC之间完成数据交换。

3.3 具体应用分析

3.3.1 音频信号转变为PLC输入

在音乐喷泉运行过程中，考虑到变频器与电动机本身具有运动惯性，并且负载也会对这些设备的运行产生影响。因此在设计音乐喷泉中，可以先对音乐进行采样，采样的频率为10s/次，这种采样方法就能有效解决以内变频器与电机无法及时反映信号而产生的滞后问题。

在具体操作中，可以人为的设定PLC；在对音乐进行采样中，通过实现ADC量化，再对编码做四位的二进制数码，这个转变过程一共有15种变化，这就可以与变频器对应的多段速度之间相对应。在完成操作中，可以通过AD转换方法，依靠发光管作用，直接输入驱动PLC，最终达到这个目的。上述过程可以用图1来解释。

3.3.2 音乐喷泉控制系统

在音乐喷泉控制系统设计中可以发现，由于喷泉需要控制的点数较多，因此要求控制系统具有很高的实时性控制能力。为了达到这个目标，在硬件处理中尽量采用FX2N-4AD模拟量控制模块，完成数字量输出模块与变频器的转换外，与PLC控制的外设模块就行结合，依靠I/O扩展模块，将FX2N-4AD与PLC、变频器等进行通信。这种方法能有效解决系统中存在的信息交流不畅问题。

同时为了进一步提高系统运行质量，可以采用彩灯将音乐喷泉中的音频效果进一步扩展系统功能，让音乐喷泉更具有观赏性。

通过上述方法设计的音乐喷泉控制系统，能完全达到音乐喷泉的预期效果，并且结构简单，能充分发挥PLC性能。

3.3.3 喷泉组控制

整个音乐喷泉有一个水泵，喷嘴为若干组（本次研究中假设喷嘴有6组），每组均由电磁阀控制。当喷泉1端口接收到输入信号后，则会控制大圆喷水；当喷泉2端口接受到片输入信号后，以大圆、中小圆喷水，以此类推。在系统设计中，需要按照时间优先原则选择其中的一路频率选择输入信号，并相互解锁其他几路的输入信号，在维持整个音乐时间后，自动解锁，在启动另一路的输入信号。在这个过程中，PLC系统保持输入时间的常数为2ms、异常时运行I/O刷新选择为2.0ms、时间设置与编程口设置的参数为2.0ms。

3.3.4 喷泉流量控制

音乐喷泉设置的流量分为慢、快、跳跃三种类型，其中PLC设置为变频输出控制方法，并采用这种控制模式管理水泵。在这个过程中，任何一频段的喷泉输入信号都可以作为启动变频程序进行控制，在信号发出之后，会从数据寄存器中开始导入设置值，此时PLC会设为脉冲输出方式，并将输出频率设置在20HZ。整个音乐喷泉一般需要输出30秒共600个脉冲，之后再输出50HZ工频，断3秒后立即连通3秒，形成一个跳跃。

4 结论

本文重点分析了PLC在音乐喷泉电气控制中应用的相关问题。在本次研究中，本文在重点考虑音乐节奏的基础上，采用FX2N-4AD模块，将模拟信号发送给PLC，再通过PLC来控制变频器输出，实现对喷泉流量、喷泉组的控制，这样就能让音乐与喷泉之间实现有效的组合，再依靠PLC驱动彩灯，进一步提高喷泉的可观赏性，尽量为居民提供更高水平的视觉体验。

参考文献

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