基于PLC音樂噴泉電氣控制的應用

周斌斌

摘要

在本次研究中，本文結合音樂噴泉電氣控制系統設計的相關問題，闡述了PLC在音樂噴泉電一‘氣控制中應用的相關問題。本文先介紹了音樂噴泉設計的基本要點，再結合PLC的技術特點，對其在音樂噴泉電氣控制中的具體應用方向進行分析，希望能對相關學者工作有所幫助。

【關鍵詞】PLC 音樂噴泉 電氣控制

1 前言

音樂噴泉是一種具有極高觀賞價值的景觀，在實際生活中不僅美化了環境，更為人們帶來了歡樂，是近幾年一種比較流行的園林建筑與音樂欣賞現結合的產品。通過對音樂噴泉的設計、制作過程可以發現，PLC電氣控制系統發揮著重要作用，在保證音樂噴泉正常運行中發揮著重要作用。因此，為了進一步提高音樂噴泉的運行效果，就需要進一步認識PLC電氣控制的應用方法，從中尋找改進方法，保證音樂噴泉運行質量。

2 基于PLC的音樂噴泉電氣控制簡析

在音樂與噴泉相互作用下，音樂噴泉構建了一個有機的自動控制系統，在通過音樂表達噴泉主題的同時，依靠噴泉來反饋音樂，兩者之間的有效配合更具有藝術效果，因此得到了社會的關注。PLC是可編程序控制器的簡稱，在音樂噴泉電氣自動化運行中發揮著重要作用，更多學者希望通過PLC技術，自動控制音樂噴泉，最終為居民提供更好的音樂噴泉展示。通過對現階段音樂噴泉進行調查后可以發現，隨著信息技術與噴泉之間的聯系越來越密切，計算機控制對于音樂噴泉的影響也越來越明顯，所以對相關學者而言，需要通過控制系統來控制音樂噴泉運行。

3 PLC在音樂噴泉電氣控制中的應用研究

3.1 基本應用范圍

在音樂噴泉設計中應用PLC控制系統，需要從以下幾方面進行考慮：

（1）在了解項目基本信息后，對項目進行分解，了解被控制對象（音樂噴泉）的控制要求；

（2）根據項目特點做好PLC選型，在確定PLC型號后，根據既定的要求確定輸入與輸出口，制作接線圖；

（3）制作控制系統的流程表與音樂噴泉的工作循環資料，確定音樂噴泉的自動化控制糾牛；

（4）根據工作循環表設計PLC控制流程，羅列輸入輸出清單，若有具體的技術要求，可以在梯形圖上標注I/O的詳細信息；

（5）通過編程電纜線，將音樂噴泉控制程序下載到PLC控制器中，切換監視狀態后調整聯機狀態，之后符合要求為止。

3.2 主要設備

在本次分析中，本文選取FR-E700變頻器與FX2N-4AD校擬量輸出模塊，對其進行研究。

FR-E700變頻器主要包括整流電路、控制電路、濾波電路等部分組成，其主要功能就是將交流電轉直流電再轉交流電，實現輸入工頻電壓能轉變成一個可調頻、調壓的電壓。在PLC電氣控制系統中，FR-E700變頻器是一個重要組成部分，能夠對噴泉中的大功率器件進行有效的控制，并監控電壓輸出頻率與電壓的變化情況。

FX2N-4AD是三菱電機公司推出一種一款新型模擬量輸入數字量輸出模塊，其具有四個通道，包括CHI、CH2、CH3、CH4，在保證參數設定的情況下，每個通道都能實現AD轉換，該模塊的分辨率為12位，在電壓條件滿足的情況下，能采樣-10V-10V之間。同時，FX2N-4AD還具有內部緩沖存儲設備內，每個存儲器為16位，能與PLC之間完成數據交換。

3.3 具體應用分析

3.3.1 音頻信號轉變為PLC輸入

在音樂噴泉運行過程中，考慮到變頻器與電動機本身具有運動慣性，并且負載也會對這些設備的運行產生影響。因此在設計音樂噴泉中，可以先對音樂進行采樣，采樣的頻率為10s/次，這種采樣方法就能有效解決以內變頻器與電機無法及時反映信號而產生的滯后問題。

在具體操作中，可以人為的設定PLC；在對音樂進行采樣中，通過實現ADC量化，再對編碼做四位的二進制數碼，這個轉變過程一共有15種變化，這就可以與變頻器對應的多段速度之間相對應。在完成操作中，可以通過AD轉換方法，依靠發光管作用，直接輸入驅動PLC，最終達到這個目的。上述過程可以用圖1來解釋。

3.3.2 音樂噴泉控制系統

在音樂噴泉控制系統設計中可以發現，由于噴泉需要控制的點數較多，因此要求控制系統具有很高的實時性控制能力。為了達到這個目標，在硬件處理中盡量采用FX2N-4AD模擬量控制模塊，完成數字量輸出模塊與變頻器的轉換外，與PLC控制的外設模塊就行結合，依靠I/O擴展模塊，將FX2N-4AD與PLC、變頻器等進行通信。這種方法能有效解決系統中存在的信息交流不暢問題。

同時為了進一步提高系統運行質量，可以采用彩燈將音樂噴泉中的音頻效果進一步擴展系統功能，讓音樂噴泉更具有觀賞性。

通過上述方法設計的音樂噴泉控制系統，能完全達到音樂噴泉的預期效果，并且結構簡單，能充分發揮PLC性能。

3.3.3 噴泉組控制

整個音樂噴泉有一個水泵，噴嘴為若干組（本次研究中假設噴嘴有6組），每組均由電磁閥控制。當噴泉1端口接收到輸入信號后，則會控制大圓噴水；當噴泉2端口接受到片輸入信號后，以大圓、中小圓噴水，以此類推。在系統設計中，需要按照時間優先原則選擇其中的一路頻率選擇輸入信號，并相互解鎖其他幾路的輸入信號，在維持整個音樂時間后，自動解鎖，在啟動另一路的輸入信號。在這個過程中，PLC系統保持輸入時間的常數為2ms、異常時運行I/O刷新選擇為2.0ms、時間設置與編程口設置的參數為2.0ms。

3.3.4 噴泉流量控制

音樂噴泉設置的流量分為慢、快、跳躍三種類型，其中PLC設置為變頻輸出控制方法，并采用這種控制模式管理水泵。在這個過程中，任何一頻段的噴泉輸入信號都可以作為啟動變頻程序進行控制，在信號發出之后，會從數據寄存器中開始導入設置值，此時PLC會設為脈沖輸出方式，并將輸出頻率設置在20HZ。整個音樂噴泉一般需要輸出30秒共600個脈沖，之后再輸出50HZ工頻，斷3秒后立即連通3秒，形成一個跳躍。

4 結論

本文重點分析了PLC在音樂噴泉電氣控制中應用的相關問題。在本次研究中，本文在重點考慮音樂節奏的基礎上，采用FX2N-4AD模塊，將模擬信號發送給PLC，再通過PLC來控制變頻器輸出，實現對噴泉流量、噴泉組的控制，這樣就能讓音樂與噴泉之間實現有效的組合，再依靠PLC驅動彩燈，進一步提高噴泉的可觀賞性，盡量為居民提供更高水平的視覺體驗。

參考文獻

[1]林濤，楊慶斌，寧福軍等.PLC在音樂噴泉控制系統中的應用[J].青島大學學報（工程技術版），2014（04）：26-30.

[2]熊炎炎，李墨林.探析PLC技術在化工裝置電氣自動化控制中的應用[J].化工管理，2014（36）：117.

[3]邵鵬超，胡美玲.基于PLC的電氣控制系統在魯地拉水電站清污機中的應用[J].輕工科技，2015（06）：47-48.

[4]金昌龍.基于PLC的電氣控制技術的應用分析[J].時代農機，2015（05）：34-35.