机电一体化专业设计交流
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一、摘要
音乐喷水池,是将近年来产生的各种园林建筑艺术和花式观赏有机地融合的一个产品,它集声、光、色、形于融为一体,从而形成丰富多变的水体景观。本论文以声乐喷泉为研究对象,选择西门子系列S7-300PLC用作喷泉的控件，对声乐喷泉中的可编程控制器系统的一些问题进行了分析,阐述了可编程控制器系统的基本结构和工作原理，使用声控和变频器控制，实现了根据音乐特点，展现出不一样的音乐喷泉，增添了不一样的动感美。该系统设计大大改善提高了整个喷泉系统的自动化控制的性能,从而也真正有效的适应到了自动化实时喷泉控制系统的需求。
关键词：PLC；音乐喷泉；控制系统
二、绪论
1.1 研究背景
随着国民经济的增长和人民群众生活层次的提升,中国人民也日益重视城市人群居住条件的提高与完善,在现代城市设计和城市规划过程中,中国人民对游憩场地的建造有了越来越多的要求,而各类游憩广场、公园的建造也日趋完善,而利用音乐喷泉系统的音、光、水、色等组合产生的特殊效应作为现代都市中风景建筑的主要元素,目前国内外大、中型城市都已竞相建造了音乐喷泉系统,并逐步向小县城开发。目前许多商场或主题公园等都使用了艺术喷泉美观造型,以各种花样的音乐喷泉、多彩的灯饰和美妙的乐曲,构成了一个怡人的城市夜景从而吸引着游人,也因此音乐喷泉系统也越来越得到了推广和应用。
1.2 研究意义
音乐喷泉作为一个特殊的人工景点,所形成的景观效果也十分优美。在广场、宁静的湖泊、公园中设有一个音乐喷泉,将使原本静止的景色变为充满动感的景色,所形成的效应并非其他人工景观所能够比拟的。也正是这些因素,促进了对音乐喷泉的发展与研究[1]．。
本课题研究利用现代化的数控装置,来研发音乐喷泉控制器。第一,全面地运用现代PLC自动控制系统技术,研究设计和解决特定项目需求问题的自动控制程序。第二,通过变频器技术。由扬声器二段所能收集到的喷泉乐曲信号来作为变频控制的信号,去自动调整变频器输出的信号输出的频率,以便于调整变频泵输出的水泵转速,以更便于的达到控制喷泉水柱根据喷泉音乐节奏进行的变换。
PLC是集成了工业自动化技术、计算机和通讯系统于一身的工业控制装置,相比于传统机械式的继电器控制系统,更多具有实现了编程操作简便,抗干扰保护能力强,维修简单等优势。设想一个用PLC为控制核心的音乐喷泉,有着良好的发展前景。
二、音乐喷泉的设计
2.1 PLC控制系统
在喷泉系统中,利用单片或微型计算机的控制原理,将可控硅作为大功率开关元器件,但由于可控硅耐受过电压、过电流的能力不足,所以无法长时间工作。而通过PLC就可以很有效快速的来解决了这个技术问题,同时,PLC控制器还同时具有了一个强大可靠的故障自诊断检测系统功能,可以更加快速和方便准确的发现检测监控系统所出的故障,减少了设备故障停机检查停机的准备时间,所以,可以更有效地保证检测监控系统装置和设备系统的运行正常与安全运行和设备工作的平稳与可靠、工作流畅，但也因为其成本较高。于是我们在本文案例分析中喷泉控制单元中就选择了采用了由西门子公司最新推出的三百系列S7-300PLC所组成的控制单元。[2]
2.2 音乐喷泉设计方案
2.2.1 音乐喷泉示意图
图2-1喷泉布局图
图2-1中的A组喷水管道范围内,有一组是喷水管道，该组喷水管道中所能喷出来的水柱数量均为这四组的喷水管道数中的最高,喷出的高度数也是这四组的喷水管道数中的最高的，高达8m。
图2-1中的B组群喷水管道所在的区域内的一个圆周平面上共由八个群喷水管道所组成,这八组群的喷水在管道系统中其所能直接喷射而出的水柱直径约为比其中A组所喷射出的最大直径水柱直径高度略小,且其最大所能直接喷出水的直径高度也比A组所喷射水的最大直径高度略低,且其最大所能直接喷出水的最大直径高度约为6m。
图中的C组喷水管群所在的一个大圆柱平面上共是由二十个喷水管群构成,而在这二个群组中所要喷出的水柱比B组喷出的水柱要小,所要喷的高度同样也要比低于B组的水柱要低,平均所要喷的高度同样也约为4m。
图中,D组喷水管所在处的大圆柱上每组共由二三十只喷水管柱组成,但实际上该组中的喷水柱数量是在所有的四组柱中喷水柱数量的最小,且对其喷水柱高度要求也是最低限度的一组，所喷高度约为2m。由于在对每一个喷水管的同时进行工作观测时为了能够得到最好的工作观测的情况,可以同时分辨出四组所处要处喷出的水柱,使得其中的B组所处要处最小的每一个圆柱最小的半径分别均为R=2m,C组最小所处要处最小的每一个圆柱最小的半径分别均为R=4m,而使得其中的D组最小所处要处最小的每一个圆柱最小的半径均分别均为R=6m。
本课题的实际研究工作过程设计中A组喷头所要设计喷射出的水柱高度分别设