资源描述
北方民族大学 学士学位论文 论文题目 : 基于 音乐喷泉控制系统 设计 软件 设计 院 (部 )名 称 : 电气信息工程学院 学 生 姓 名 : 邱留永 专 业 : 测控技术与仪器 学 号 : 20060234 指导教师姓名 : 祝玲 论文提交时间 : 论文答辩时间 : 学位授予时间 : 北方民族大学教务处制 摘要 本次设计的目的是制作一个以小型 控制核心，变频器控制水柱高度，以音频采集为基础的小型音乐喷泉控制系统。 系统控制核心选用 司的 泵的控制选用 20 变频器。 本文主要介绍音乐喷泉控制系统的软件设计，着重介绍可编程控制器的程序设计和 变频器的 参数设置。本文主要分为六个 部分，第一部分 对 原理 进行了简单介绍 ；第二部分 主要介绍 变频器原理； 第三部分对控制系统进行了总体介绍；第四部分主要介绍了设计变频器的参数设计，包括系统 参数设置方法、参数设置以及参数设计说明；第五部分主要介绍了控制 系统控制流程以及控制核心编程； 最后介绍了 系统调试的相关情况 。 关键 词 ： 音乐喷泉， 软件设计 ,控制系统 ， 可编程控制器， 变频器 he of is to a on a LC as of is of We 7LC as of 20 to of LC is LC of of of 目录 前 言 . 1 第 1 章 础知识简介 . 3 产生和发展 . 3 特点、分类与应用 . 4 基本结构 . 4 工作原理及工作过程 . 5 第 2 章 变频器基础 . 7 变频器概述 . 7 变频器技术的发展 . 7 变频器的分类 . 8 变频器的工作原理以及控制方式 . 8 变频器的工作原理 . 8 变频器的控制方式与性能 . 9 20 概述 . 10 频器的电路结构 . 11 第 3 章 系统总体介绍 . 13 音乐喷泉组成 . 13 音乐喷泉水池设计 . 13 控制系统组成 . 13 变频器设计 . 14 变频器选型 . 14 变频器控制接线图 . 14 计 . 15 型 . 15 入 /输出点分配 . 15 制接线图 . 16 第 4 章 变频器控制参数设计 . 17 频器操作面板 . 17 变频器参数设置方法 . 18 变频器参数设置 . 19 变频器控制说明 . 20 系统参数设计说明 . 20 相关参数的说明 . 20 第 5 章 制系统设计 . 25 制流程 . 25 主要控制程序 . 28 第 6 章 系统调试 . 30 调试 . 30 系统整体调试 . 30 结 论 . 32 致谢 . 34 参考文献： . 35 附录 1 音乐喷泉控制程序 . 36 附录 2 英文原文 . 42 附录 3 中文原文 . 47 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 1 前 言 所谓音乐喷泉，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、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，通过音乐控制喷泉的水形及灯光的变化，从而达到喷泉水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演生动且富有内涵。 目前音乐喷泉最常采用的控制方式为实时控制，即对音乐的主要音素进行全员实时跟踪采集、分解处理并转换成模拟量或数字量讯号，用以控制水泵的运行组合和转速变化，或用以控制液压伺服阀或电动调节阀的运行组合和开启度，同时相应控制灯光的组合变化。这种控制方式不必对音乐预先进行编辑 处理，所以对任何新版音乐文件甚至现场即兴演奏都可响应。 随着科学技术突飞猛进的发展，可编程控制器和变频调速器技术正大步走进喷泉控制领域，发挥着不可替代的作用。 利用小型 合变频器的音乐喷泉控制系统，可以实现喷泉彩灯、水泵的多点控制，简单的接线和编程即可完成水形灯光完美的伴随音乐节奏和情感，适合追求时尚的家居生活和娱乐场所等场合。 以 变频器为控制核心的音乐喷泉控制系统，将来自媒体设备的音频信号通过音频采集系统的识别，进行译码和编码后转换成控制信号，最终将信号输出到控制系统，使得所设计的音乐喷泉水形 的变化能够伴随音乐，灯光的闪烁跟随音乐的节奏，实现了水形跟随音乐的旋律变化，灯光跟随预定程序变化，形成了声、光、水、色交融的美景，灯光、音响、水景统一的立体效果。 基于 小型 音乐喷泉控制系统在实际生活中应用前景广阔，值得推广使用。 在设计过程中我们选用 可编程控制器来实现 对音喷泉 的控制。作为工业自动化的重要支柱之一的可编程控制器（ 其高可靠性和操作简便等特点引到了当今工业控制的潮流。 一种新型的通用自动控制装置，它将传统的继电器 接触器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体，专门为工业控制 而设计，特别是目前在现场总线和工业控制网络方面的发展为自动化领域开辟了崭新的空间。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 2 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 可编程控制器之所以越来越受到控制界人士的重视，是由于它具有 以下 特点：（ 1） 可靠性高，抗干扰能力强 。（ 2） 配套齐全，功能完善，适用性强 。 （ 3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎 。（ 4） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 。 （ 5） 体积小，重量轻，能耗低 。 由于音乐喷泉系统 控制的复杂性，如果采用常规继电器控制，音乐喷泉 控制的可靠性较差，并且接线复杂。采用 制后，由于 采用程序控制，是软接线，因此可靠性大大提高了。 音乐喷泉的核心控制是由可编程控制器实现的，可编程控制器是整个系统的“大脑”，由程序实现用音乐频率转换的开关量去控制喷泉水柱和彩灯闪烁的变化。可编程控制器简化了控制线路，提高了工作的速度和可 靠性以及系统操作的灵活性，也提升了喷泉工程的智能化性能。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 3 第 1 章 础知识简介 在继电器控制技术、计算机技术和现代通信技术的基础上逐步发展起来的一项先进的技术。 诞生至今 ,虽然只有短短的 30 年的历史 ,但是得到了异常迅猛的发展， 在现代工业发展中 术、 术和机器人技术并称为当代 工业自动化的三大支柱。它主要以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计算和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入 /输出（ I/O）来控制各种生产 过程。 现在广泛应用在机电控制、电气控制、数据采集、网络通信运输等多个领域。 产生和发展 1987 年国际电工委员会（ 布的可编程控制器标准草案中对 了如下的定义：“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围设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于 扩展其功能的原则设计”。 随着 速发展，功能越来越强大，应用范围也越来越广泛，形成了能够满足各种需要的 用系统， 发展逐渐体现出来以下趋势： 1. 向小型化、微型化和、 多功能化两个方向发展； 2. 过程控制功能不断增强； 3. 大力开发智能 I/O 模块； 4. 与个人计算机日益紧密结合； 5. 编程语言趋向标准化； 6. 通讯与联网能力不断增强 1 。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 4 特点 、分类与应用 1 特点 术的高速发展，除了得益于工业自动化的客观需求外，主要是由于它具有许多独特的优点。 可编程控制器本质上是具 有特殊体系结构的工业控制计算机，它与一般的计算机相比具有更强的与工业过程相连的接口，同时具有更适用于控制要求的程序设计语言。可以说，可编程控制器是将计算机技术和电器控制技术有机地结合在一起。其特点主要表现在以下几个方面。 1. 可靠性高，抗干扰性强 2. 编程简单、使用方便 3. 易于安装、调试、维修 4. 功能完善，通 用性强 5. 体积小，能耗低 2 2 分类 目前， 种类很多，规格性能不一，通常可根据它的结构形式、容量或功能进行分类。按照结构形式分类， 分为整体 式 块式 装式 照容量分类， 分为小型 I/O 点数一般在 256 以下）、中型 I/O 点数一般在 2561024 点之间）、 大型 I/O 点数在 1024 以上）；按功能分类， 分为低档机、中档机、高档机。 3. 应用 由于 身的特点和优势，在工业控制中得到了广泛应用。 主要应用领域包括以下几个方面，开关逻辑和顺序控制；模拟控制；定时控制；数据处理；信号连锁系统；通信 3。 基本结构 以微处理器为基础，综合了 计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，其硬件组成与微型计算机相似。一般的， 要由 存储器、 输入模块、输出模块和 通信接口等部分 组成 。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 5 工作原理及工作过程 工作原理可以简单地表述为在系统程序的管理下，通过运行应用程序，对控制要求进行处理判断，并通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上， 行的任务是按串行方式进行的，其具体的运行方式与继电器 根据 结构，可以简单地 将 作电路分为 3 部分，即输入部分、内部程序执行部分和输出部分。输入部分的主要功能就是检测各外部输入信号的状态，并将结果存放到输入映像寄存器中，供程 序执行过程中查询。 程序是电器控制线路的软件实现，程序的执行过程相当于电气控制的逻辑运算过程。照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号和输出信号的状态进行检测、判断、运算和处理，得到相应的输出。这些输出同样对应于 某些内部软元件。输出部分由 部输出继电器常开触点、输出端子和外部驱动电路组成。输出端子与同编号的输出继电器相对应，通过输出继 电器常开触点的分合来驱动外部负载。 用户程序由 若干条指令组成，依次存放在程序存储器中。 作时，总是从第一条指令开始按照用户程序所固有的顺序逐条执行，直至用户程序结束，然后再返回到第一条指令，开始新一轮的程序执行过程。程序的每一次执行过程称为一次扫描过程。 工作过程就是这样周而复始的顺序扫描过程，简称为扫描工作方式，这种周期性的顺序扫描是 有的一种工作方式。 电处理；扫描过程；故障处理 4。 图 1示 。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 6 电 源 开 启内 部 处 理输 入 处 理 （ 输 入 刷 新 、 远 程 I / O ）通 信 服 务 （ 外 设 、 C P U 、 总 线 ）更 新 时 钟 、 系 统 内 部 寄 存 器C P U 运 行 方 式 为 R U N ？执 行 用 户 程 序执 行 输 出 刷 新 过 程执 行 自 诊 断 过 程存 放 自 诊 断 错 误 结 果C P U 强 制 为 S T O P 方 式自 诊 断 错 误 为 致 命 错 误P L C 正 常 ？ O P 图 1 扫描工作流程 4 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 7 第 2 章 变频器基础 变频器概述 通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。变频器是 利用电力电子器件把工频电源变换成各种频率的交流电源以实现电动机的变速运行的设备，是运动控制系统中的功率变换器。变频技术是集自动控制、微电子、电力电子、通信等技术于一体的高科技技术。变频器以其具有调速、节电、节能、可靠、高效的特性广泛应用于各个 领域中：直流输电、不同频率电网系统的连接、静止无功功率补偿和谐波吸收、超导电抗器的电力储存、高频输电；在运输及产业行业中的交流电动机调速、超导悬磁浮列车、高速铁路、电动汽车、产业用机器人；在家用电器方面有变频空调、变频洗衣机、变频电动自行车等；军事方面有通信、导航、雷达、宇宙设备的小型轻量化电源等；石油行业已实现了采油的调速、超声波驱动等 5。 变频器技术的发展 变频器用于交流异步电动机调速，其性能远远超过以往任何交、直流调速方式，而且其结构简单、调速范围宽、调速精度高、安装调试、使用方便、 保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著，是交流电动机调速的主流技术。变频器是运动控制系统中的功率变换器，当今的运动控制系统是综合了多种学科的高新技术领域，是自动化技术的“前沿”，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率交换的高频化，控制技术的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频交流电源，必然会伴着系统技术发展而发展。 伴随着变频器日益广泛的应用，其性能和技术也在飞速发展，主要体现在以下方面：（ 1）模块化；（ 2）专用化；（ 3）软件化；（ 4）网络化；（ 5）低电磁噪 声、静音化；（ 6）图形化用户界面；（ 7）引导式调试步骤；（ 8）参数趋势图形。 变频器未来的发展方向： (1)进一步提高控制理论，发展控制策略； 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 8 (2)高速全数字化控制； (3)新型电力电子器件的应用技术； (4)变频器的大容量化和小体积化； (5)更符合环境保护标准，成为真正的“绿色产品”。 6 变频器的分类 （ 1） 按直流电源的性质分类： 电流型变频器； 电压型变频器。 （ 2） 按输出电压调节方式分类： 式； 式； 高载波变频率的 式。 （ 3） 按控制方式分类： 控制； 转差频率控制； 矢量控制。 （ 4） 按电压等级分类： 低压型变频器； 高压大容量变频器。 （ 5） 按用途分类： 通用变频器； 高性能专用变频器； 高频变频器； 小型变频器。 7 变频器的工作原理以及控制方式 变频器的工作原理 变频器的主要任务是把工频电源变换为另一频率的交流电，以满足交流电动机的变频调速的需要。现在使用的变频器主要采用交 交方式（ 频或矢量控制变频），先把工频交流电通过整流器转换成直流电，然后再把直流电转 换成频率、电压均可控制的交流电，以供给电动机。变频器的电路一般 由整流器、中间直流环节、 逆变 器和控制电路 4 个部分组成。 8 交流电动机的同步转速表达式为 n = 60 f (1 s) / p 式中： n 异步电动机的转速； f 异步电动机的频率； s 电动机转差率； p电动机极对数。 由上式可知，异步电动机的转速 n 与频率 f 成正比，只要改变频率 f 即可改变电动机的转速，当频率 f 在 0 50 范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段 。 8 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 9 变频器 首先是将交流电变为直流电 ， 然后用电子元件对直流电进行开关变为交流电 。 一般功率较大的变频器用可控硅 ， 并设一个可调频率的装置 ， 使频率在一定范围内可调 使转数在一定的范围内可调 ， 一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。 变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着图 2 整 流 电 路 直 流 中 间 电 路 逆 变 电 路控 制 电 路交 流 电商 用 电 源交 流 电频 率 和 电 压 可调 的 交 流 电图 2变频器的基本构成 9 变频器的 控制方式与性能 异步电动机调速转动时 ,变频器可以根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当的控制 ,不同的控制方式所得到的调速性能、特性以及用途也不同 . 变频器控制方式大致大体可分为开环控制和闭环控制两种，后者进行电动机速度反馈。开环控制有 控制方式， 闭环控制有转差频率控制和 矢量控制等方式。 (1) 控制 对于异步电动机，只要改变其供电电源的频率，即可以改变电动机的转速，达到进行调速运转的目的。但是，对于一个实际的 交流调速控制系统来说，事情远远不是那么简单。这是因为当电动机电源的频率被改变时，电动机的内部阻抗也将随之改变，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强的情况。在励磁不足的情况下电动机将难以给出足够的转矩，而在励磁过强时电动机又将出现磁饱和，造成电动机功率因数和效率的下降。因此，为了得到理想的转矩速度特性，在改变电源频率进行调速的同时，必须采取必要的措施来保证电动机的气隙磁通处于高效状态（即保持磁通不变）。这就是 控制的出发点。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 10 这种 变频器虽然结构比较简 单，但是，由于这种变频器采用的是开环控制方式，其精度和动态特性并不是十分理想，尤其是在低速区电压调整比较困难，难以得到较大的调速范围。所以采用这种控制方式的变频器一般是对控制性能要求不太高的通用变频器。 转差频率控制： 转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机转速与转差频率之和作 为变频器的给定输出频率。由于通过控制转差频率来控制转矩和电流， 与 控制相比其加减速特性和限制过电流的能力得到 提高。另外它有速度调节器，利用速度反馈进行速度闭环控制，速度的静差小，适用于自动控制系统。转差频率控制方式通常用于单机运转。 因为在采用转差频率控制方式时需要检测电动机的实际转速，所以需要在异步电动机轴上安装速度传感器。而电动机的转速检测则由速度传感器和变频器控制电路中的运算电路完成。控制电路还将通过适当的算法根据检测到的电动机速度产生转差频率和其他的控制信号。此外，在采用了转差频率控制方式的变频器中往往还加有电流负反馈，对频率和电流进行控制，所以这种变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好 的响应特性 10 。 矢量控制： 矢量控制的基本思想是认为异步电动机和直流电动机具有相同的转矩产生机理，即电动机的转矩为磁场和与其相垂直的电流的积，而异步电动机的定子电流则可以分为产生磁场的电流分量（磁场电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）。因此，通过控制电动机定子电流的大小和相位（即定子电流矢量），即可以分别对电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制电动机转矩的目的9。 20 概述 用于控 制三相交流电动机速度的变频器系列。本系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率 120W 到三相电源电压，额定功率11供用户选用。 该变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 11 体管（ 为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。 有缺省的工厂设置参数，它是 数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于 有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。 20 既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。 11 频器的电路结构 频器电路图如图 2示，包括主电路和控制电路两部分，主电路完成电能转换（整流和逆变），控制电路处理信息的收集、变换和传输。 在主电路中，由电源输入单相或三相恒压恒频的交流电，经整流电路转换成恒定的直流电，供给逆变电路。逆变电路在 制下，将恒定的直流电 你变成电压和频率均可调的三相交流电供给电动机负载。由图 3知， 频器直流换届是通过电容进行滤波的，因此属于电压型交 交变频器。 频器的控制电路由 拟输入（ ）、模拟输出（ ）、数字输出（ 输出继电器触头（ 操作板（ 组成。 端子 1、 2 是为用户提供的 10V 直流电源。当采取模拟电压信号输入方式输入给定频率时，为了提高交流变频调速系统的控制精度，必须配备一个高精度的直流电源。 模拟输入 3、 4 端 ，为用户提供了两对模拟电压给定输入端，作为频率给定信号，经变频器内的模 /数转换器，将模拟量转换为数字量，提供给 控制系统。 数字输入端 5、 6、 7 为用户提供了 3 个完全可编程的数字输入端，数字信号经光电隔离输入 电动机进行控制。 端子 8 和 9 是 24V 直流电源端，为变频器的控制电路提供 24V 直流电源 12。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 12 图 2变频器电路图 11 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 13 第 3 章 系统总体介绍 音乐喷泉的控制主要由 变频器完成，通过音乐的频率信号控制 过改变水泵电机的控制频率可以实现水泵转速变化，进而通 过水泵的转速变化来控制音乐喷泉的水柱高度变化，实现音乐变化对喷泉的控制。变频器接受来自经 理的音乐控制信号，输出频率不同的交流电，从而水泵的喷水状态不断变化，实现了喷泉喷水随音乐高低呈现不同的形态。同时通过 制彩灯，实现彩灯组与音乐节奏的同步变换。 音乐喷泉组成 音乐喷泉水池设计 此小型音乐喷泉喷头分三组。外圈九个喷头，中圈六个喷头，心主喷头用集流直上喷头，它比一般直流喷头喷水流量大，当水泵大功率运行时，有壮观的喷水直径和高度。本设计采用两组单相潜 水泵，外两圈喷头由一个 12W 的潜水泵提供压力，主喷头由一个 55W 的潜水泵提供水压。两组彩灯分两圈，分别安装在外圈和中圈喷头下，工作是成交替闪烁。这样音乐喷泉工作时喷水层次感明显，视觉效果良好。喷泉水池直径约 头组最大直径 外圈和中圈喷头向内倾斜的情况下很好的防止了水池喷水造成的向外溅水。 控制系统组成 音乐喷泉的控制系统由音乐信号处理电路（包括 F/V 转换电路、模 /数转换电路、信号隔离电路）， 变频控制电路，潜水泵和彩灯控制电路，稳压电源电路和音响设备组成。其中 变频控制电路为设计重点。 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 14 变频器设计 变频器选型 由于控制系统较简单，本次设计选择 频器来控制水泵转速。通用变频器，是用于控制三相交流电动机速度的变频器，适用于各种变频驱动装置。 有缺省的工厂设置参数，它是 数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。 变频器控制接线图 硬件连接图如图 3示， 输出口 接到 频器的 子上，用来控制变频器的起停。 出口 接到变频器 子上，通过 出地开关量控制变频器 输出 预置的固定频率，变频器输出地预置频率由设置参数决定。 西 门 子M M 4 2 0变 频 器A I N N +D I N 1D I N 2D I N 3P . 5Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2K A 1K A 2K A 1 K A 2 1 K M 2U 0 图 3变频器设计连接图 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 15 计 型 西门子推出的小型 列 单体式结构，配有讯接口、内置电源系统和部分 I/O 接口。它体积小、运算速度块、可靠性高，具有丰富的指令，系统操作简便、便于掌握，可方便地实现系统的 I/能价格比高，是目前中小规模控制系统的 理想控制设备。 5 种 块。 26 的本机数字量 I/O 为 24 入 /16 出，最多可扩展 7 个扩展模块，根据 字量输出模块的驱动方式不同，它又分为晶体管输出（ C/式和继电器输出（ C/继电器）方式。根据本设计的控制要求，选择 26 C/ 为控制核心。 入 /输出点分配 根据系统控制要求， 使用 数字量输入模块接收来自音乐信号处理模块转换的 8 路开关量信号，经 部 理，通过输出模块控制彩灯和变频器 ，实现对变频器的数字控制。控制系统 输入 /输出点分配如表 3表 3 序号 点号 符合 意义 1 频信号输入 2 音频信号输入 3 音频信号输入 4 音频信号输入 5 音频信号输入 6 音频信号输入 7 音频信号输入 8 频信号输入 9 启动按钮 10 停止按钮 表 3入点分配表 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 16 序号 点号 符合 意义 1 #水泵工作 2 #水泵工作 3 #彩灯工作 4 #彩灯工作 5 频器速度一 6 频器速度二 7 频器速度三 8 变频器运行 表 3出点分配表 制接线图 启动按钮接入 子，停止按钮接入 子， 收开关量信号， 子直接控制两个 组的变换。 来控制水泵的起停， 于控制变频器的输出频率选择。 件连接图如图 3示。 S 7 - 2 0 0P L U 2 2 6D C / D C / D . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 11 . 2Q 0 . 3Q 0 . 6Q 0 . 7 +2 L +2 . 5Q 1 . 2Q 1 . 1Q 1 . 0K 1K 2开关量信号停 止启 动K M 1K M 21 # 水 泵 启 停 控 制 继 电 器2 # 水 泵 启 停 控 制 继 电 器1 # 彩 灯 亮 灭 控 制2 # 彩 灯 亮 灭 控 制变 频 器 速 度 1变 频 器 速 度 2变 频 器 运 行 A I N +变 频 器 速 度 3变 频 器 A I N 制端子连接图 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 17 第 4 章 变频器 控制参数 设计 根据播放的音乐来控 制水柱，达到 水柱 与音乐同步的效果，而水柱是由水泵来控制的， 水泵是由异步电动 机组成的， 异步电动机的转速如果通入工频电源，转速是不变化的，变频器是专门针对电机调速的装置。由变频器控制电机的转速，使水柱发生变化。 变频器的主要任务是把工频电源变换为另一频率的交流电，以满足交流电动机的变频调速的需要，本系统中变频器主要用来接受来自经 出频率不同的交流电，从而使水泵的喷水状态不断变化，实现了喷泉喷水随音乐高低呈现不同的形态。 频器操作面板 利用 以更改 20 变频器的各个设置参数。 有 5 位数字的7 段现实，用于显示参数的序号和数值 、报警和故障信息以及该参数的设定值和实际值， 能存储参数的信息。 的按钮以及功能说明见表 4态显示 示变频器当前的设定值。 起动变频器 按此键起动变频器。缺省值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效，应设定 1。 停止变频器 此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车 了允许此键操作，应设定 1。 此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。此功能总是“ 使能”的。 改变电动机 的转动方向 按此键可以改变电动机的转动方向。电动机的反向用负号（）表示或用闪烁的小数点表示。缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定 1。 电动机点动 在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器 /电动机正在运行，按此键将不起作用。 此键用于浏览辅助信息。 变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动 2 秒钟，将显 示以下参数值（在变频器运行中，从任何一个参数开始）： 1. 直流回路电压（用 d 表示 单位： V） 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 18 功能 2. 输出电流（ A） 3. 输出频率（ 4. 输出电压（用 o 表示 单位： V）。 5. 由 定的数值（如果 择显示上述参数中的任何一个（ 3， 4，或 5），这里将不再显示）。 连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。 跳转功能 在显示任何一个参数（ 短时间按下此键，将立即跳转到 果需要的话，您可以接着修改其它的参数。跳转到 ，按此键将返回原来的显示点。 访问参数 按此键即可访问参数。 增加数值 按此键即可增加面板上显示的参数数值。 减少数值 按此键即可减少面板上显示的参数数值 . 表 4 基本操作面板（ 的按钮 及其功能 13 变频器参数设置方法 用 以更改参数的数值，下面以更改过滤功能参数 例介绍数值的更改步骤， 见表 4以选择命令 /设定值源 例说明如何修改参数的数值，见 表 4照表 4 表 4说明的类似 方法，可以用 改任何一个参数。 表 4变过滤功能参数 3 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 19 表 4改选择命令 /设定值源下标参数 3 变频器参数设置 一般涉及到的参数有：电机参数，可参考电机铭牌，如电机额定的电压、功率、电流、转速等。选择控制电机启动、停止方式，如通过变频器面板还是端子。选择变频器运行频率控制方式，如变频器面板、电位器（ 需设置对应频率范围） 还是若干个固定频率（ 通过变频器端子选择对应频率） 。变频器运行最小、最大频率，加、减速时间等。变频器控制方式 。 在本系统中需要是设置的参数有： （ 1） 数为“ 30”， 数设定为“ 1”， 变频器复位到工厂设定值 （ 2） 数为“ 2” 扩展用户的参数访问范围 （ 3） 数为“ 2” 由模拟端子 /数字输入控制变频器 （ 4） 数为“ 17” 选择 +令 （ 5） 数为“ 17” 选择 +令 （ 6） 数为“ 17” 选择 +令 （ 7） 数为“ 1” 正转启动 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 20 （ 8） 数为“ 3” 固定频率设定值 （ 9） 数为“ 20” 固定频率 1 为 20 10） 数为“ 25” 固定频率 2 为 25 11） 数为“ 30” 固定频率 3 为 30 12） 数为“ 35” 固定频率 4 为 35 13） 数为“ 40” 固定频率 5 为 40 14） 数为“ 45” 固定频率 6 为 45 15） 数为“ 50” 固定频率 7 为 50变频器控制说明 系统 参数设计 说明 变频器由数字信号控制，将 数设置为“ 2”，控制编码形式为 现变频器对水泵电机多段调速控制。变频信号由 出，接入变频器为用户提供的 3 个完全可编程的数字输入端， 3 个数字输入量控制变频器的 7 种频率输出，通过参数设置 7 种不同的固定频率。数字信号经光电隔离输入 理后通过逆变器实现对电机的控制。变频器设置水泵正转启动。数字输入与对应频率如表 4示 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 频率值（ 20 25 30 35 40 45 50 表 4 数字输入与对应频率 相关参数的 说明 （ 1） 为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设 定值，应按照下面的数值设定参数（用 必要的通讯选件）： 1. 设定 30 北方民族大学学士学位论文 基于 音乐喷泉控制系统 21 2. 设定 1 （ 2） 数为“ 2” ， 变频器的参数有 4 个用户访问级；即标准访问级，扩展访问级，专家访问级和维修级。访问的等级由参数 选择。对于大多数应用对象，只要访问标准级（ 1）和扩展级（ ）参数就足够了。每组功能中出现的参数号取决于 设定的访问级。 该参数的 最小值为 0，最大值为 4，缺省值为 1。 0 用户定义的参数表 1 标准级：可以 访问最经常使用的一些参数。 2 扩展级：允许扩展访问参
展开阅读全文