变频器 可编程控制器在彩色音乐喷泉系统中的应用.docx
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变频器可编程控制器在彩色音乐喷泉系统中的应用
变频器可编程控制器在彩色音乐喷泉系统中的使用
引言
二十一世纪是一个快速发展的世纪,是一个生活节奏快速,生活压力较大,生活质量要求提高的世纪,那么随着生活水平的不断提高,科学技术的不断发展和审美思维的创新,以及人们城市化生活方式的提高,彩色音乐喷泉在城市和社区环境建设中起着尤其重要的作用。
因此以高新技术为主的各种新型水景工程:
音乐喷泉、超高喷泉、激光水幕电影、超大瀑布、百米跑泉、跳跳泉等,都在我国相继出现。
程控花式喷泉是将现代控制技术使用于人工喷泉,通过可编程序控制器(PLC)来控制喷泉的水姿变化,成为一种新的喷泉艺术形式。
PLC作为一种自动控制器,包含有基本的软硬件资源。
本文采用了PLC控制技术,给出了PLC控制电路,水泵控制电路,彩灯控制电路。
随着科学技术突飞猛进的发展,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。
通过变频调速技术对电泵进行调速,实现程序控制喷泉的高度,不仅能够进行多种水型切换,而且能控制喷泉水柱上下起伏。
实现了对喷泉的水、光协调控制
要实现喷水高度的连续控制,就必须能够调节喷头出水水压,而通过调节水泵转速可以达到平滑调节水压的目的。
水泵由电机来驱动,通过调节电机转速可以实现以上的要求。
三相异步电动机通入工频电源,转速是不变化,变频器是专门针对电机调速装置。
选用变频器来实现对三相电机的控制。
由音源输出音乐信号,通过音频控制板输出的可变电压来控制变频器工作,进而实现控制水泵的转速,使水柱发生变化。
LED灯用来显示喷泉的运行状态。
喷泉在晚上运行时,会打开彩灯配合喷泉的花样。
当变频器的控制电压为零时,变频器停止工作,水泵也会随之停止工作,达到关掉水泵的目的。
第一章元器件选择
1.1潜水泵的选择
根据喷泉的规模和设计要求,我们选择潜水泵的型号和数量,以及管路的口径,(以下案例为例)
图1喷泉布置平面图
根据场地大小确定喷泉有几组造型,再确定各种造型的管路的半径。
再根据设计要求如;出水量水型高度等确定每台水泵的型号
1.2PLC的选择
根据设计水泵的数量其他点位的需求本案例选择了20点的PLC
1.3变频器的选择
根据潜水泵的功率大小,本案例是8台(4台音控,4台程控),每台3KW所以选择的变频器为15KW.。
1.4交流接触器,热继电器的选择
根据潜水泵电流的大小选择匹配的交流接触器和热继电器
1.5空气开关的选择
根据空气开关所带的负载和功能选择匹配的型号的空气开关
1.6音频转换器为专利产品
第二章工作原理
2.1变频器工作原理
变频器的电源L1L2L3(见图2)由控制柜中的空气开关或者交流接触器提供,变频器的UVW输出到潜水泵电机,将变频器的信号输入端111213分别接到音频转换器的输入端,并将X1X2X3接到中间继电器的敞开触点,这样在音源(DVDVCD电脑等)对音频转换器输出音乐信号时,音频转换器会有一个5V-10V的电压信号作用于变频器,控制变频器输出频率在0HZ-50HZ之间变换,从而达到对潜水泵电机的转数的控制,由于电机的转数有变化,出水量就不一样,从而达到了管路中水的压力的不同,体现在管路中喷头喷出水柱的高低变化不同,也就达到了随音乐变化的效果。
变频器具体设置参数为
2.1.1加速时间,
设置为0.1-0.8可以使水柱柔和或者瞬间升起。
2.1.2减速时间,
设置为0.1-0.8可以使水柱柔和或者瞬间降落。
2.1.3上限频率,
根据喷泉水柱的高度要求可以设置为50HZ以内的任何频率数值。
2.1.4下限频率,
根据喷泉水柱的最低高度要求可以设置为50HZ以内的任何频率数值。
2.1.5LED监视选择,
可以根据实际需要和监视习惯选择想要监视的运行参数显示。
2.1.6多步频率设定,
可以根据设计和视觉效果对变频器的频率设计几个固定值,在PLC程序的控制下能够达到更多的造型组合,以便达到更强的视觉冲击效果。
图2变频器的电路连接图
2.1.7级数选择,
根据电机的级数不同选择2或4.
2.2PLC工作原理
PLC的种类繁多,但其结构和工作原理则大同小异,一般由中央处理单元(CPU)存储器,输入、输出单元,编程器,电源等主要部分组成。
PLC的工作过程是循环扫描的过程,用户程序通过编程器或其它输入设备输入存放在PLC的用户存储器中。
当PLC开始运行时,CPU根据系统监控程序的规定顺序,通过扫描,完成备输入点的状态采集、用户程序的执行、各输出点状态的更新、编程器健入响应和显示更新、及CPU自检等功能。
PLC的扫描可按固定顺序进行,也可按用户程序规定的可变顺序进行。
这不仅仅因为有的程序丕需要每扫描一次,执行一次,也因为在一个大控制系统中,需要处理的I/O点数较多。
通过不同的组织模块的安排,采用分时分批扫描执行的方法,可缩短扫描周期和提高控制的实时相应性。
PLC采用集中采样、集中输出的方式,减少了外界干扰的影响。
PLC的工作过程分三个阶段进行,即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
如图(3)所示。
2.2.1输入采样阶段
PLC在输入采样阶段,首先扫描所有的输入端子,将各输入存入内存中各对应的输入映像寄存器。
此时,输入映像寄存器被刷新。
接着进入程序执行阶段或输出阶段,输入映像寄存器和外界隔离,无论信号如何变化其内容不变直到下一扫描周期的输入采样阶段,才重新写入输出入端的新内容。
图3PLC扫描工作过程
2.2.2程序执行阶段
根据PLC梯形图程序的扫描原则,PLC按先左后右,先上后下的步序语句逐句扫描。
但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
当指令中涉及到输入、输出状态时,PLC从输入映像寄存器中“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态。
从输出映像寄存器“读入”对应输出映像寄存器的当前状态。
然后,进行相应的运算,运算结果再存入元件映像寄存器中。
对于元件映像寄存器来说,每一个元件(输出软继电器的状态|)会随着程序执行过程而变化。
2.2.3输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后,输出映像寄存器中所有输出继电器的状态(接通/断开)在输出刷新阶段存到输出锁存寄存器中,通过一定方式输出,驱动外部负载。
对于小型PLC,I/O点数较少,用户程序较短,采用集中采样、集中输出的工作方式虽然在一定程度上降低了系统的响应速度,但从根本上提高了系统的抗干扰能力,系统的可靠性增强。
而中大型PLC,输入输出点数较多,控制功能强,编制的用户程序相应较长,为了提高系统响应速度,可以采用定周期输入采样、输出刷新,直接输入采样、直接输出刷新,中断输入输出和智能化I/O接口等方式。
2.3喷泉工作原理
2.3.1音乐控制
在以上案例中有8台潜水泵,其中4台是变频器输出电源,4台是50HZ工频电源,也就是说其中4台泵受变频器控制。
那么当喷泉运行开始音乐响起的时候,由音频转换器输出到变频器的5V-10V的信号作用于变频器,而和之对应的变频器的输出频率也在0HZ-50HZ之间变换,那么在喷泉现场的直观体现就是管路喷头喷出的水柱高低不同。
2.3.2自动控制
PLC有输入端子和输出端子,其中24V(见电气原理图)是PLC自身生成的,当24V分别通过中间继电器和P01P02,等单独连接时,输出端也对应输出,这样就做到了手动运行。
当24V和P00(见附录梯形图)通过中间继电器连接时,PLC按照输入程序输出,也就是说所有输出点按程序开始运行,
图4电气原理图
2.3.3彩灯的控制
由图4电气原理图可知,每一路彩灯的控制都由潜水泵的交流接触器来完成,也就是说当每一路潜水泵运行时,他所对应的彩灯都同时点亮,这样就做到了水和灯同步运行。
第三章音乐喷泉的控制系统组成
一个喷泉工程有以下几大部分组成见图
3.1PLC
PLC是整个喷泉系统中的CPU,喷泉运行过程中各种水型的体现,各种灯光的配合,都是PLC发出指令由下一级电气元件去执行。
3.2中间继电器
中间继电器起着承上启下的作用,PLC发出的指令由中间继电器转达到各个元器件去执行。
3.3音乐信号处理系统
音乐信号处理系统可以把音源传输来的信号放大转换成为0-10V的电压信号,然后把此信号传输给变频器。
3.4变频器
变频器可以把380V50HZ的交流电从0HZ到50HZ变换输出,从而达到控制潜水泵电机的转数的目的。
3.5执行机构
执行机构就是指最末端的潜水泵、彩灯、电磁阀等喷泉常用设备。
第四章结论
通过上述电路连接和功能设置,在音乐喷泉控制系统中便可以通过变频器来达到音乐效果。
通过PLC程序控制来达到各种水型的变换和组合,再通过灯光的配合会给人以视觉上的冲击和美的享受。
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致谢
本论文是在导师李石平教授指导下完成的,在实验的指导和论文的批改等方面都倾注了大量的心血,在此致以诚挚的谢意。
最后向所有给予我帮助的老师同学和朋友致以深深的谢意。
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- 变频器 可编程控制器在彩色音乐喷泉系统中的应用 可编程控制器 彩色 音乐喷泉 系统 中的 应用