基于PLC控制的自动花样音乐喷泉控制系统的设计

汤庆中

摘 要： 在基于PLC控制的自动花样音乐喷泉实时控制系统中，主要是为了运用PLC的编程技术及通讯功能，以实现花样喷泉上机位和下机位的控制及通讯，PLC在花样喷泉控制系统中的运用，可以使喷泉完成实时控制中的水型变化、跑泉的速度、灯光的样式，为自动花样音乐喷泉的控制系统提高其可靠性、科学性、性价比高等一系列优势。本文以如何进行基于PLC控制自动花样音乐喷泉控制系统的设计为主要内容，进行探究。

关键词： PLC控制技术 音乐喷泉 系统设计

自动花样音乐喷泉的控制系统是凭借操作计算机远距离控制喷泉的，使喷泉实现自动化的输出各种形式的灯光、水型、水速等，同时也可以通过计算机将事先选好的音乐进行控制程序的编制，使得喷泉可以和音乐同步播放。

一、花样喷泉的概述

花样喷泉在人工环境的设计中占有一席之地，其具有生命力、趣味性、音乐性等，使其成为时代的宠儿。同时音乐喷泉具有增加层次、分离空间、美化环境、净化空气的作用。自动花样音乐喷泉的核心是PLC，又叫做可编程逻辑控制器，是一种带有输入输出的接口及指令储存器的装置，PLC的核心是微处理器，它将计算机技术、自动控制功能、电子技术及通讯技术结合在一起，成为新一代的工业控制的装置，有效丰富花样喷泉的多样性。花样喷泉产生于1930年，它在编程控制喷泉的基础上，又融入音乐控制系统的技术计算机对MIDI及音频的辨别，进行接下来的编码及译码，以使得最终将数据信号输出到控制系统中，让喷泉的水型同音乐播放同步，使喷泉表演变得更丰富。音乐喷泉之所以被称为音乐喷泉，是因为喷泉可以通过音乐实现起伏的变化，用户在编辑的页面上加入自己喜欢的音乐，使播放的系统可以实现音乐、灯光、水的同步播放与气氛统一。

二、PLC控制花样喷泉的优点

PLC在音乐喷泉控制系统中运用的优势和价值十分巨大。在控制方面，通过PLC的软接线，就可以实现改变逻辑及增加功能只需要改变控制程序。在定数、定时上，PLC凭借其是时钟脉冲是由晶振产生的，而使得喷泉控制的定数、定时更准确、涉及范围更广，同时具有记忆功能。在工作方式上，PLC在串行工作时是不会受到任何制约的。在控制速度上，PLC凭借半导体进行控制，可以有效对控制系统进行加速，无触点，无抖动的现象发生。在可靠性及维护上，PLC凭借其无触点的特性，保证其使用寿命长，同时PLC具有自我诊断的特性，这就使得喷泉控制程序在实施监控、维护、现场调查等变得更方便。

三、控制系统的方案确定

在自动花样喷泉中，通过按键开关的信号实现对PLC的控制。在系统设计过程中，要深入分析和研究喷泉的控制要求及工艺条件，并根据I/O的点数选择合适的PLC类型。在分配I/O点数时，编制输出输入的分配表或是输入输出的端子接线图。同时在设计花样喷泉的梯形图的程序时，也要根据实际工作要求，设计精密的梯形图，最后将程序输入PLC中，进行相应软件调试，查找并改正错误，实现控制系统程序的完整性与完善性。喷泉控制系统的方案如下：第一，先按下开始按键，让喷泉设备开始工作，再按下停止按键，使喷泉设备停止工作，最后按下自动运行按键，使喷泉设备进入自动工作状态。第二，考虑四种喷泉喷出的花样，让喷泉的方式由花样的选择开关进行决定。当花样选择的开关在1的时候，开始启动，则1、2、3每三秒以此喷出，之后同时喷出十秒的时间。如果是单步的模式，则停止，反之则循环下去。第三，花样选择开关在2时，先启动，则2、3同时喷出三秒后停止，1、3再开始同时喷出三秒停止。如为单步模式，则停止，反之继续。第四，开关在3时，启动，先1、2、3顺序喷出水，过四秒后，同时喷水五秒，并按照3、2、1的顺序停止，如果为单步模式，则停止，反之继续。

四、硬件设计

首先是对PLC的选择。第一，要先清楚控制系统I/O的总点数，以防造成浪费，再按照实际需要的点数留出10%-15%的备用量，之后确定PLC需要的总点数是多少。第二，输入电路的延迟、扫描的工作方式、输出的电路延迟等构成了PLC的I/O响应的时间。第三，在I/O点数相同且功能相同的时候，整体式价格要更划算，但是模块式性能更好，此时就需要根据实际需求确定。其次是水泵的选型。水泵选型的不合理，极易导致成本的增加、运行的效率低下、浪费资源等，关注水泵的参数可以有效地对其进行选型。水泵参数主要是指在工作性能中的技术数据，其中包括转速、效率、流量、扬程等。在选型时，第一，罗列出基本数据，例如介质中含有的固体和颗粒的类型及数量、需要的流量是多少等。第二，确定流量。例如生产的工艺只给出了基本流量，那么就要留出余量。

五、软件设计

首先，PLC的梯形图。梯形图和电器的控制系统电路图很相近，具有直观性、简单性，方便电气人员的识别和掌握，是PLC的首个编程语言，又被称作是电路或是程序。其次，输入信号。SB7为开始按键，SB1为花样选择1的开关，而花样选择2、3的开关依次设计为SB2、SB3，单步与连续的按键为SB5，停止的按键则为SB6。然后是与输入信号先联系的输出信号。根据设计的方案，将1号的喷水喷头开关接触器设置为KM1，依次类推，2号、3号的喷水喷头开关接触器则被设置为KM2与KM3。最后是GX Developer编程软件。打开编辑软件，单击创建新工程，并选择FXCPU/FXIN（C），在打开文件后就可以回执梯形图，在功能绘制图表中输入梯形图所需的元件，以完成梯形图的绘制。

六、结语

PLC在自动花样音乐喷泉控制系统中的应用势在必行。当PLC取代传统的大量的继电器的线路时，可以有效改进自动花样音乐喷泉的效果，通过PLC编写一些简单的程序实现大量开关按键能按照逻辑顺利地进行动作。PLC在音乐喷泉中的运用不仅可以实现水型的切换，而且可以控制喷泉在音乐中上下摆动，提高自动花样音乐喷泉的可观赏性。

参考文献：

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