plc的音乐喷泉控制系统设计
摘 要音乐喷泉是近些年来流行的一种结合园林设计与花样变换的观赏物 ，它集合声、光、色、形于一体，并产生千变万化的水景。由于可编程控制器（PLC）的迅速发展，音乐喷泉对其控制系统的要求也逐渐提高，越来越多的控制系统运用PLC实现起来更加方便。根据本次课题任务书的要求，采用三菱PLC作为喷泉的控制器。设计的控制方式有两种：一种是固定程序运行方式。是按事先设计好的步骤一步一步进行，循环执行。另一种控制方式是通过音乐控制喷泉。是通过PLC的中断程序采集播放音乐的音频信号，PLC对采集的音频信号进行标准化算法，将运算的数据转换成模拟量，通过模拟量输出口输出去控制变频器的输出频率，从而控制水泵转速，达到控制喷泉水柱的高低跟随音乐强弱的变化。本次设计对音乐喷泉控制系统的总体功能进行了分析，并且对可编程控制技术、变频控制技术的应用、发展趋势作了简要介绍，以及音乐喷泉控制总体设计方案、电气系统的整体设计和PLC程序设计思路、变频参数设置。本次设计目的在于提高音乐喷泉系统的性能、改善控制系统的稳定性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1音乐喷泉课题背景 1
1.2喷泉的发展及现状 1
1.3PLC的产生与发展 3
1.4课题的目的和意义 4
第二章 总体设计 5
2.1喷泉设计概况 5
2.1.1喷头布置 5
2.1.2彩灯布置 5
2.1.3水泵布置 5
2.1.4工作方式 5
2.2控制系统结构 6
第三章 硬件设计 7
3.1硬件设备选型 7
3.1.1可编程序控制器（PLC） 7
3.1.2变频器 8
3.2参数设置 10
3.2.1PLC的I/O端口分配 10
3.2.2变频器参数设置 10
3.3控制系统硬件电路设计 11
第四章 软件设计 13
4.1控制系统流程 13
4.2梯形图程序设计 13
4.2.1开机程序 13
4.2.2音控程序 14
4.2.3灯光及音频信号采集子程序 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.2.4程控程序 16
第五章 控制系统仿真调试 17
5.1程序调试 17
5.2系统整体调试 21
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1音乐喷泉课题背景
水是人类赖以生存的源泉，包括人类在内所有生命体中最重要的组成元素，它不仅能够满足我们身体上的基本需求，最重要的是要能使我们的身心更加舒适。因为人天生离不开水，自然会对水有依赖性和亲近感，所以自从有人类文明，人们就会选择靠近水源居住，自从古代城市文明出现后，人们就陆续地开发出了水在取景、取乐以及保护环境方面的功能。社会发展到今天，现代文明中的喷泉已经发展成为园林艺术和城市建设中的特色部分，极大地迎合了人们的精神文化需要。
一九三零年，德国一位发明家，奥图皮斯特先生第一次表达出了喷泉的理念，一开始他只在人流密集的商铺和餐厅门前施工建造小型喷泉，随着技术的革新发展，喷泉便出现了不同的形式，各式新鲜的花样，结构也变得更大更复杂。二十年后一位美国人参加了在西柏林的工业展览并观看了音乐喷泉的表演，对音乐喷泉产生了极大的兴趣，同时把这种理念带回了美国，次年音乐喷泉第一次在美国街头上演，表演期间一百五十多万人参与观看。
通常所说的音乐喷泉，是由音乐信号的振幅、频率、节拍和音色等通过技术转换而控制到喷泉水柱的高度、水型上的配合以及灯具的亮灭、色彩的组合。音乐喷泉把现代智能调控技术应用在普通喷泉上，在一般程序系统中嵌入音乐控制系统，从而实现音乐控制喷泉水型及灯光变化的功能，达到喷泉水形、灯光色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演更加生动且具有内涵。
1.2喷泉的发展及现状
城镇建设要求的逐步提高是推动喷泉行业发展的主要原因。
上世纪中期，国内喷泉技术还没有得到广泛应用，仅仅运用在园林造景和建筑给排水专业中，产品相对简单粗糙。
改革开放以后，我国经济社会随之得到发展，人民对生活的要求越来越多，所以城建部门和园林主管也在美化生活环境、营造文化氛围方面对喷泉提出了更高的创新要求。顺应此项要求后，一些园林建筑与水利设计研究院开始以传统的土建工程、给排水、电气自动化控制技术为基础，另外结合当时最为先进的单片机控制技术，通过电磁阀的通断和直流电机变速实现对水泵设备的控制，由此设计出一批可控喷泉，在社会上取得了良好反响并收获了一定的社会经济效益。与此同时，一部分喷泉公司及其专业设备工厂开始筹备组建，为喷泉向更专业的方向发展奠定了坚实的基础。
九十年代以后，社会主义市场经济逐步建立并得到迅速发展，城镇建设的脚步开始加快，越来越多的人想要追求更高质量的人文环境。市场需求量的加大促进了喷泉行业的进步。喷泉走进广场、公园、游乐场、步行街......涉及到各个人群密集的社会活动场所。先进的计算机理论、PLC技术、变频调控技术陆续被工程设计人员运用到喷泉中，同时也会涉及到光学、电学、声学、激光、音乐、水幕影像等方面的学科技术，如此一来整个喷泉行业的科技水平又向前推进了一步，使得喷泉行业可以拓展更宽广的应用空间，由此得以快速发展。
目前国内很多地方都可以见到大大小小的人工音乐喷泉，是集合了光、声、形、色等特点用于娱乐和欣赏的动态水上景观，是当代技术和艺术相融合的完美作品。由音乐喷泉表现出的美丽水景，可以完美的与周围建筑环境交相辉映，在给观赏人带来视听享受的同时为我们生活的地方增添了色彩，有利于城市环境向更理想的状态发展，有助于净化空气，为充满钢筋混凝土的城市增添艺术文化氛围，带动社会经济效益，满足人们精神文化的需要。
目前在国内较发达的城市里已经有许多专业性的音乐喷泉企业，它们也都已经能够独立设计、生产、安装、调试，但是因为音乐喷泉都需要程序控制系统和音乐控制系统同时对一首音乐进行编排，这样一来每场喷泉表演的音乐数量容易受到限制，所以仍然需要投入大量的精力和财力在提高计算机软件集成控制技术上，同时我们在程序控制和音乐内涵的表达形式等方面还与国外企业相比存在很大的差距。
音乐喷泉的控制系统可以使用单片机、可编程控制器，甚至可以采用工业控制机作为其控制核心。其中电气设备包括水泵、彩灯、音响、变频器等。一个音乐喷泉艺术表现力不仅与音乐喷泉水柱的整体造型、喷头的空间造型、水泵的功率等硬件因素有关，更重要的是与喷泉的程序控制水平有关。硬件是音乐喷泉设计的基础，程序控制则是音乐喷泉变化的灵魂。
从20世纪德国人发明音乐喷泉至今的几十年里，国内外的科学技术发展迅猛，音乐喷泉系统的科技含量随之提高，控制方法也有了越来越多的选择。目前音乐喷泉控制系统有如下几种控制方式：
（1）程序控制
目 录
第一章 绪论 1
1.1音乐喷泉课题背景 1
1.2喷泉的发展及现状 1
1.3PLC的产生与发展 3
1.4课题的目的和意义 4
第二章 总体设计 5
2.1喷泉设计概况 5
2.1.1喷头布置 5
2.1.2彩灯布置 5
2.1.3水泵布置 5
2.1.4工作方式 5
2.2控制系统结构 6
第三章 硬件设计 7
3.1硬件设备选型 7
3.1.1可编程序控制器（PLC） 7
3.1.2变频器 8
3.2参数设置 10
3.2.1PLC的I/O端口分配 10
3.2.2变频器参数设置 10
3.3控制系统硬件电路设计 11
第四章 软件设计 13
4.1控制系统流程 13
4.2梯形图程序设计 13
4.2.1开机程序 13
4.2.2音控程序 14
4.2.3灯光及音频信号采集子程序 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.2.4程控程序 16
第五章 控制系统仿真调试 17
5.1程序调试 17
5.2系统整体调试 21
结束语 22
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1音乐喷泉课题背景
水是人类赖以生存的源泉，包括人类在内所有生命体中最重要的组成元素，它不仅能够满足我们身体上的基本需求，最重要的是要能使我们的身心更加舒适。因为人天生离不开水，自然会对水有依赖性和亲近感，所以自从有人类文明，人们就会选择靠近水源居住，自从古代城市文明出现后，人们就陆续地开发出了水在取景、取乐以及保护环境方面的功能。社会发展到今天，现代文明中的喷泉已经发展成为园林艺术和城市建设中的特色部分，极大地迎合了人们的精神文化需要。
一九三零年，德国一位发明家，奥图皮斯特先生第一次表达出了喷泉的理念，一开始他只在人流密集的商铺和餐厅门前施工建造小型喷泉，随着技术的革新发展，喷泉便出现了不同的形式，各式新鲜的花样，结构也变得更大更复杂。二十年后一位美国人参加了在西柏林的工业展览并观看了音乐喷泉的表演，对音乐喷泉产生了极大的兴趣，同时把这种理念带回了美国，次年音乐喷泉第一次在美国街头上演，表演期间一百五十多万人参与观看。
通常所说的音乐喷泉，是由音乐信号的振幅、频率、节拍和音色等通过技术转换而控制到喷泉水柱的高度、水型上的配合以及灯具的亮灭、色彩的组合。音乐喷泉把现代智能调控技术应用在普通喷泉上，在一般程序系统中嵌入音乐控制系统，从而实现音乐控制喷泉水型及灯光变化的功能，达到喷泉水形、灯光色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演更加生动且具有内涵。
1.2喷泉的发展及现状
城镇建设要求的逐步提高是推动喷泉行业发展的主要原因。
上世纪中期，国内喷泉技术还没有得到广泛应用，仅仅运用在园林造景和建筑给排水专业中，产品相对简单粗糙。
改革开放以后，我国经济社会随之得到发展，人民对生活的要求越来越多，所以城建部门和园林主管也在美化生活环境、营造文化氛围方面对喷泉提出了更高的创新要求。顺应此项要求后，一些园林建筑与水利设计研究院开始以传统的土建工程、给排水、电气自动化控制技术为基础，另外结合当时最为先进的单片机控制技术，通过电磁阀的通断和直流电机变速实现对水泵设备的控制，由此设计出一批可控喷泉，在社会上取得了良好反响并收获了一定的社会经济效益。与此同时，一部分喷泉公司及其专业设备工厂开始筹备组建，为喷泉向更专业的方向发展奠定了坚实的基础。
九十年代以后，社会主义市场经济逐步建立并得到迅速发展，城镇建设的脚步开始加快，越来越多的人想要追求更高质量的人文环境。市场需求量的加大促进了喷泉行业的进步。喷泉走进广场、公园、游乐场、步行街......涉及到各个人群密集的社会活动场所。先进的计算机理论、PLC技术、变频调控技术陆续被工程设计人员运用到喷泉中，同时也会涉及到光学、电学、声学、激光、音乐、水幕影像等方面的学科技术，如此一来整个喷泉行业的科技水平又向前推进了一步，使得喷泉行业可以拓展更宽广的应用空间，由此得以快速发展。
目前国内很多地方都可以见到大大小小的人工音乐喷泉，是集合了光、声、形、色等特点用于娱乐和欣赏的动态水上景观，是当代技术和艺术相融合的完美作品。由音乐喷泉表现出的美丽水景，可以完美的与周围建筑环境交相辉映，在给观赏人带来视听享受的同时为我们生活的地方增添了色彩，有利于城市环境向更理想的状态发展，有助于净化空气，为充满钢筋混凝土的城市增添艺术文化氛围，带动社会经济效益，满足人们精神文化的需要。
目前在国内较发达的城市里已经有许多专业性的音乐喷泉企业，它们也都已经能够独立设计、生产、安装、调试，但是因为音乐喷泉都需要程序控制系统和音乐控制系统同时对一首音乐进行编排，这样一来每场喷泉表演的音乐数量容易受到限制，所以仍然需要投入大量的精力和财力在提高计算机软件集成控制技术上，同时我们在程序控制和音乐内涵的表达形式等方面还与国外企业相比存在很大的差距。
音乐喷泉的控制系统可以使用单片机、可编程控制器，甚至可以采用工业控制机作为其控制核心。其中电气设备包括水泵、彩灯、音响、变频器等。一个音乐喷泉艺术表现力不仅与音乐喷泉水柱的整体造型、喷头的空间造型、水泵的功率等硬件因素有关，更重要的是与喷泉的程序控制水平有关。硬件是音乐喷泉设计的基础，程序控制则是音乐喷泉变化的灵魂。
从20世纪德国人发明音乐喷泉至今的几十年里，国内外的科学技术发展迅猛，音乐喷泉系统的科技含量随之提高，控制方法也有了越来越多的选择。目前音乐喷泉控制系统有如下几种控制方式：
（1）程序控制
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