1、郑州电力职业技术学院毕业生论文题目： 基于三菱 PLC 的全自动音乐喷泉控制的设计 系别电力工程系 专业 发电厂及电力系统 班级 11 发电一班 学号 姓名 论文成绩 指导教师答辩成绩 主答辩教师综合成绩 答辩委员会主任1摘要本次设计的目的是制作一个以小型 PLC 为控制核心，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 SIEMENS 公司的 S7-200 Micro PLC，水泵的控制选用 MICROMASTER 420 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 PLC
2、 的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 PLC 的编程；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2目录第 1 章 PLC 基础知识简介 .71.1 PLC 的产生和发展 .71.2 PLC 的特点、分类与应用 .81.3 PLC 的基本结构 .81.4 PLC 的工作原理及工作过程 .9第 2 章 变频器基础 112.1 变频器概述 112.2.1 变频器技术的发
3、展 112.2.2 变频器的分类 122.3 变频器的工作原理以及控制方式 122.3.1 变频器的工作原理 122.3.2 变频器的控制方式与性能 132.4 MICROMASTER 420 概述 .142.5 MM420 变频器的电路结构 .15第 3 章 系统总体介绍 163.1 音乐喷泉组成 163.1.1 音乐喷泉水池设计 163.1.2 控制系统组成 163.2 变频器设计 173.2.1 变频器选型 173.2.2 变频器控制接线图 173.2 PLC 设计 .183.2.1 PLC 选型 .183.2.2 PLC 输入/输出点分配 .183.2.3 PLC 控制接线图 .19第
4、 4 章 变频器控制参数设计 194.1 MM420 变频器操作面板 .204.2 变频器参数设置方法 214.2 变频器参数设置 224.3 变频器控制说明 234.3.1 系统参数设计说明 234.3.2 相关参数的说明 23第 5 章 PLC 控制系统设计 .275.1 PLC 控制流程 .275.2 主要控制程序 30第 6 章 系统调试 326.1 PLC 的调试 .326.2 系统整体调试 32结 论 333致谢 35参考文献： 364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
5、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
6、着不可替代的作用。利用小型 PLC 结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 PLC 与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 PLC 的音乐喷泉控制系统在实际生活中应用前景广阔
7、，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（PLC）以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。PLC 是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。PLC 是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。5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
8、生产过程。PLC 及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 PLC 控制后，由于 PLC 是采用程序控制，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
9、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。6第 1 章 PLC 基础知识简介PLC 是在继电器控制技术、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。PLC 从诞生至今,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 PLC 技术、CAD/CAM 技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/
10、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。1.1 PLC 的产生和发展1987 年国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对 PLC 作了如下的定义：“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 PLC 迅速发展，功能越来越强大，应
11、用范围也越来越广泛，形成了能够满足各种需要的 PLC 应用系统，PLC 的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。71.2 PLC 的特点、分类与应用1 PLC 的特点PLC 技术的高速发展，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
12、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 PLC 的分类目前，PLC 的种类很多，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，PLC 可分为整体式 PLC、模块式 PLC、叠装式 PLC；按照容量分类，PLC 可分为小型 PLC（I/O 点数一般在 256 以下） 、中型 PLC（I/O 点数一般在 2561024 点之间） 、大型 PLC（I/O 点数在 1024 以上） ；按功能分类，PLC 可
13、分为低档机、中档机、高档机。3. PLC 的应用 由于 PLC 自身的特点和优势，在工业控制中得到了广泛应用。PLC 的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。1.3 PLC 的基本结构PLC 是以微处理器为基础，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，PLC 主要由 CPU、存储器、输入模块、输出模块和通信接口等部分组成。81.4 PLC 的工作原理及工作过程PLC 的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
14、通过执行用户程序来实现控制任务。但是，在时间上，PLC 执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-接触器控制系统及计算机控制系统都有着一定的差异与不同。根据 PLC 的结构，可以简单地将 PLC 工作电路分为 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。PLC 的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。PLC 按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 PLC 的某些
15、内部软元件。输出部分由 PLC 内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。PLC 的用户程序由若干条指令组成，依次存放在程序存储器中。PLC 工作时，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。PLC 的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 PLC 特有的一种工作方式。PLC的扫描工作过程可分为如下三个部分：上电处理；扫描过程；故障处理。PLC的
16、扫描工作流程如图 1-2 所示。910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 ？YNS T O P 图 12 PLC 的扫描工作流程11第 2 章 变频器基础2.1 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
17、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。2.2.1 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
18、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
19、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：12(1)进一步提高控制理论，发展控制策略；(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” 。2.2.2 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：PAM 方式；PWM 方式；高载波变频率的 PWM 方式。（3） 按控制方式分类： 控制； 转差频率控制；矢量控制。fU/（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
20、用变频器；高性能专用变频器；高频变频器；小型变频器。2.3 变频器的工作原理以及控制方式2.3.1 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-直-交方式（VVVF，变频或矢量控制变频） ，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。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
21、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 050 Hz 的范围内变化时，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。13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.用来控制电机的转数。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
22、市场主流的变频器基本上有着图 2-1 所示的基本结构。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 2-1 变频器的基本构成2.3.2 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fU/制等方式。(1) 控制 f/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
23、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14控制的出发点。fU/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
24、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fU/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
25、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 。 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
26、机转矩的目的。2.4 MICROMASTER 420 概述MICROMASTER420 是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1511KW 可供用户选用。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体管（IGBT ）作为功率输出器件。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。MICROMASTER420 具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
27、频驱动装置。由于 MICROMASTER420 具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。MICROMASTER 420 既可用于单机驱动系统，也可集成到自动化系统中。2.5 MM420 变频器的电路结构MM420 变频器电路图，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 CPU 控制下，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 3-1 可知，MM420变频器直流换届是
28、通过电容进行滤波的，因此属于电压型交-直-交变频器。MM420 变频器的控制电路由 CPU、模拟输入（AIN+、AIN） 、模拟输出（AOUT+、AOUT） 、数字输出（DIN1DIN3） 、输出继电器触头（RL1B、RL1C） 、操作板（BOP）等组成。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 CPU 来控制系统。16数字输入端 5、6、7 为用户提
29、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 CPU，对电动机进行控制。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。第 3 章 系统总体介绍音乐喷泉的控制主要由 PLC 和变频器完成，通过音乐的频率信号控制PLC。通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 PLC 处理的音乐控制信号，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PLC 控制彩灯，实现彩灯组与音乐节奏的同步变换。3.1 音乐
30、喷泉组成3.1.1 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，喷水口直径0.5mm，中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 0.8m，喷头组最大直径 0.5m，在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。3.1.2 控制系统组成音乐喷泉的控制系统由音乐信
31、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） ，PLC 及变频控制电路，潜水泵和彩灯控制电路，稳压电17源电路和音响设备组成。其中 PLC 及变频控制电路为设计重点。3.2 变频器设计3.2.1 变频器选型由于控制系统较简单，本次设计选择 MM420 变频器来控制水泵转速。MM420是通用变频器，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。MICROMASTER420 具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。3.2.2 变频器控制接线图硬件连接图如图 3-1 所示，PLC 的输出口 Q1.5 连接到 MM420
32、变频器的 AIN+端子上，用来控制变频器的起停。PLC 输出口 Q1.0Q1.2 连接到变频器 DIN1DIN3 端子上，通过 PLC 输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 -A I N +D I N 1D I N 2D I N 3P EQ 1 . 5Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2K A 1K A 2K A 1 K A 2MMK M 1 K M 2UVV IU IL N0 VP L CQ F图 31 变压器设计连接图183.2 PLC 设计3.2.1 PLC 选型S7-200 是西门子推出的小型 PL
33、C，S7-200 系列 PLC 为单体式结构，配有RS-485 通讯接口、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/O 扩展，性能价格比高，是目前中小规模控制系统的理想控制设备。S7-200 PLC 有 5 种 CPU 模块。CPU 226 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 PLC 数字量输出模块的驱动方式不同，它又分为晶体管输出（DC/DC/DC）方式和继电器输出（AC/DC/继电器）方式。根据本设计的控制要求，选择 CPU 226 DC/DC/DC 型 PLC
34、 作为控制核心。3.2.2 PLC 输入/输出点分配根据系统控制要求，使用 PLC 的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 PLC 内部 CPU 处理，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 PLC 的输入/输出点分配如表 3-2 和表 3-3。序号 点号 符合 意义1 I0.0 Bit0 音频信号输入2 I0.1 Bit1 音频信号输入3 I0.2 Bit2 音频信号输入4 I0.3 Bit3 音频信号输入5 I0.4 Bit4 音频信号输入6 I0.5 Bit5 音频信号输入7 I0.6 Bit6 音频信号输入8 I0.7 Bit7 音
35、频信号输入9 I1.0 K0 启动按钮10 I1.1 K1 停止按钮表 3-2 PLC 输入点分配表序号 点号 符合 意义1 Q0.2 KM1 1#水泵工作2 Q0.3 KM2 2#水泵工作3 Q0.6 KA1 1#彩灯工作194 Q0.7 KA2 2#彩灯工作5 Q1.0 DIN1 变频器速度一6 Q1.1 DIN2 变频器速度二7 Q1.2 DIN3 变频器速度三8 Q1.5 AIN+ 变频器运行表 3-3 PLC 输出点分配表3.2.3 PLC 控制接线图启动按钮接入 PLC 的 I1.0 端子，停止按钮接入 I1.1 端子，I0.0I0.7 接收开关量信号，Q0.6 和 Q0.7 端子
36、直接控制两个 LED 灯组的变换。Q0.2 和 Q0.3用来控制水泵的起停，Q1.0Q1.2 用于控制变频器的输出频率选择。PLC 硬件连接图如图 3-4 所示。S 7 - 2 0 0P L CC P U 2 2 6D C / D C / D CI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 11 MQ 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 6Q 0 . 7M1 L +2 L +2 MQ 1 . 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
37、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 -图 3-4 PLC 控制端子连接图20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 PLC 处理的音乐控制信
38、号，输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。4.1 MM420 变频器操作面板利用 BOP 可以更改 MM 420 变频器的各个设置参数。BOP 具有 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，BOP 不能存储参数的信息。BOP 上的按钮以及功能说明见表 4-1状态显示 LCD 显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P0700 = 1。停止变频器OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车 .缺省值运行时此键被封锁
39、；为了允许此键操作，应设定P0700 = 1。OFF2：按此键两次（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 P0700 = 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
40、个参数开始）：1. 直流回路电压（用d 表示 单位：V）21功能2. 输出电流（A）3. 输出频率（Hz ）4. 输出电压（用 o 表示 单位：V）。5. 由P0005 选定的数值（如果P0005 选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（rXXXX 或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。跳转到 r0000 后，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
41、示的参数数值.表 4-1 基本操作面板（BOP）上的按钮及其功能4.2 变频器参数设置方法用 BOP 可以更改参数的数值，下面以更改过滤功能参数 P0004 为例介绍数值的更改步骤，见表 4-2；并以选择命令/设定值源 P0719 为例说明如何修改参数的数值，见表 4-3。按照表 4-2 和表 4-3 中说明的类似方法，可以用 BOP 修改任何一个参数。表 4-2 改变过滤功能参数 P000422表 4-3 修改选择命令/ 设定值源下标参数 P01794.2 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
42、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） P0010 参数为“30 ”， P0970 参数设定为“1” ，变频器复位到工厂设定值（2） P0003 参数为“2” 扩展用户的参数访问范围（3） P0700 参数为“2” 由模拟端子/数字输入控制变频器（4） P0701 参数为“17 ”BCD 码选择+ON 命令（5） P0702 参数为“17 ”BCD 码选择+ON 命令（6） P0703 参数为“1
43、7 ”BCD 码选择+ON 命令（7） P0704 参数为“1” 正转启动23（8） P1000 参数为“3” 固定频率设定值（9） P1001 参数为“20 ”固定频率 1 为 20Hz（10） P1002 参数为“25 ”固定频率 2 为 25Hz（11） P1003 参数为“30 ”固定频率 3 为 30Hz（12） P1004 参数为“35 ”固定频率 4 为 35Hz（13） P1005 参数为“40 ”固定频率 5 为 40Hz（14） P1006 参数为“45 ”固定频率 6 为 45Hz（15） P1007 参数为“50 ”固定频率 7 为 50Hz4.3 变频器控制说明4.3
44、.1 系统参数设计说明变频器由数字信号控制，将 P0700 参数设置为“2” ，控制编码形式为 BCD码，实现变频器对水泵电机多段调速控制。变频信号由 PLC 发出，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CPU，处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 4-4 所示DIN1 1 0 1 0 1 0 1DIN2 0 1 1 0 0 1 1DIN3 0 0 0 1 1 1 1频率值（Hz）20 25 30 35 40 45 50表4-4 数字
45、输入与对应频率4.3.2 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 BOP，AOP 或必要的通讯选件）：1. 设定 P0010 = 30242. 设定 P0970 = 1（2）P0003 参数为 “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 P0003 来选择。对于大多数应用对象，只要访问标准级（P0003 = 1）和扩展级（P0003=2）参数就足够了。每组功能中出现的参数号取决于 P0003 中设定的访问级。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
46、1 标准级：可以访问最经常使用的一些参数。2 扩展级：允许扩展访问参数的范围，例如变频器的 I/O 功能。3 专家级：只供专家使用。4 维修级：只供授权的维修人员使用-具有密码保护。（3）P0700 参数为 “2”，选择数字的命令信号源（最小值：0；缺省值：2；最大值：6） 。改变这一参数时，同时也使所选项目的全部设置值复位为工厂的缺省设置值。例如：把它的设定值由 1 改为 2 时，所有的数字输入都将复位为缺省的设置值。可能的设定值：0 工厂的缺省设置1 BOP（键盘）设置2 由端子排输入4 通过 BOP 链路的 USS 设置5 通过 COM 链路的 USS 设置6 通过 COM 链路的通讯板
47、（CB ）设置（4）P0701 参数为 “17”，用来选择数字输入 1 的功能。该参数的最小值为 0，最大值为 99，缺省值为 1。本系统中设置 P0701 为“17”即固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令） 。可能的设定值：0 禁止数字输入1 ON/OFF1（接通正转 / 停车命令 1）2 ON reverse /OFF1（接通反转 / 停车命令 1）3 OFF2（停车命令 2） - 按惯性自由停车254 OFF3（停车命令 3） - 按斜坡函数曲线快速降速停车9 故障确认10 正向点动11 反向点动12 反转13 MOP（电动电位计）升速 （增加频率）14
48、 MOP 降速（减少频率）15 固定频率设定值（直接选择）16 固定频率设定值（直接选择 + ON 命令）17 固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令）21 机旁/远程控制25 直流注入制动29 由外部信号触发跳闸33 禁止附加频率设定值99 使能 BICO 参数化（5）P0702 参数为 “17”，用来选择数字输入 2 的功能。该参数的最小值为 0，最大值为 99，缺省值为 12。本系统中设置 P0702 为“17”即固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令） 。可能的设定值同参数 P0701 设置说明。（6）P0703 参数为
49、“17”，用来选择数字输入 3 的功能。该参数的最小值为 0，最大值为 99，缺省值为 9。本系统中设置 P0703 为“17”即固定频率设定值（二进制编码的十进制数（BCD 码）选择 + ON 命令） 。可能的设定值同参数 P0701 设置说明。（7）P0704 参数为 “1”，用来选择数字输入 4 的功能。该参数的最小值为 0，最大值为 99，缺省值为 0。本系统中设置 P0704 参数为“1” ，即 1 ON/OFF1（接通正转 / 停车命令 1） 。可能的设定值0 禁止数字输入261 ON/OFF1（接通正转 / 停车命令 1）2 ON reverse /OFF1（接通反转 / 停车命令 1）3 OFF2（停车命令 2） - 按惯性自由停车4 OFF3（停车命令 3） - 按斜坡函数曲线快速降速停车9 故障确认10 正向点动11 反向点动12 反转13 MOP（电动电位计）升速 （增加频率）14 MOP 降速（减少频率）21 机旁 / 远程控制25 直流注入制动29 由外部
