身型小巧，可以轻易的放置在设备的预留位置上，这种有点决定了其理想的实用性。
PLC的控制功能非常多，根据不同的控制要求可以完成对PLC的选型动作。首先对于PLC的选型，需要知道需要那种PLC，国外生产的PLC比如三菱、OMRON、AB、ABB、施耐德和西门子等，国内生产的PLC比如信捷、伟伦和通泰等PLC，本文设计选择的PLC为三菱FX2N系列。这种PLC是日本三菱公司生产的一种高性能PLC，主要使用在小型设备生产线控制。这一种小型PLC的性能十分突出，能够达到一般品牌大型PLC的控制速度，并且有很高的稳定性，一般都不容易出现问题。三菱PLC的扩展模块有很多种，能够完成很多控制的功能，比如说模拟量控制、数字量控制、通讯控制和定位控制，这些控制都可以使用PLC的扩展模块完成对应的控制动作。三菱PLC的内部有很多继电器和计数器等内部元件，这些内部元件的使用十分方便，并且能够准备的完成控制。本次设计使用的PLC需要13个数字量输入点和11个数字量输出点，这样就需要使用PLC的本体型号为FX2N-32MR-001型，能够完成控制的目的。
对比其他产品的PLC，三菱PLC的优点有很多，首先三菱PLC的抗干扰能力十分好，主要是三菱的PLC的输入为低电平有效，这样就可以排除很多干扰，同西门子PLC进行比较，三菱PLC的稳定性什么好，并且三菱PLC的输入需要低电平有效，十分容易造成干扰，这样就容易产生很多问题。其次三菱PLC的价格比较便宜，能够被广大用户接受，经过市场调查，三菱FX2N系列PLC，主体模块为FX2N-48MR型的价格为1200元左右，扩展模块16入16出的价格为600元左右，这个价格比较便宜，能够被用户接受。最后三菱PLC的输入信号为NPN信号，这样的产品在国内十分常见，比同样的低电压输出型的价格更有优势，方便了外部输入的使用，减少了设备制造的整个成本。
图3-2 PLC实物图
3.2 信号源
传感器的种类非常多，传感器是自动控制的必须条件，根据输入传感器的变化，可以完成不同的控制功能。传感器主要是根据检测到的温度、湿度、浓度等物理量，使用这个检测值进行放大处理，得到的变化值就能够完成对信号的采集工作。传感器可以根据需要完成不同的输出动作，主要可以分为继电器输出、晶体管输出和模拟量输出。根据使用情况的不同，可以完成不同的功能。
传感器的控制参数有很多种，主要的参数是控制的灵敏度和稳定性。传感器根据选型的型号不同，控制的功能不同，这样就可以影响传感器的灵敏度。对于不同的数据处理中（单片机），传感器的灵敏度也不尽相同。这样就要求选择的传感器的性能要好，能够具有较高的抗干扰能力，具有一定的响应速度，这样才能够完成稳定快速的响应。
这样就可以避免在动态监测的时候带来的误差，当信号发生变化的时候，动态监测就跟着变化，这样就需要很高的灵敏度才能完成检测。
传感器的稳定性主要跟传感器本身的结构有关系，外界环境也能影响传感器的稳定性，这样就需要使用者在使用传感器的时候，按照说明书的需要完成安装和检测工作，这样才能够提供一个稳定的检测手段。
本次设计使用信号从声卡中直接提取，声卡把话筒等声音信号转换为模拟量信号，声卡使用数据装换模块根据需要将声波振幅信号进行采集，然后经过处理放大后完成输出动作。这种方法采集到的信号变化不稳定，这样对变频器的控制有影响，就需要使用滤波信号完成对信号的处理，这样才能够完成对变频器的控制。
图3-3 音乐信号转换器
3.3 水泵的选择
水泵的种类有很多种，主要根据需要分为卧式水泵和潜水泵。根据设计的需要选择合适的水泵，这样就可以降低水泵的成本。本设计选择潜水泵完成控制，潜水泵的优点是能耗低、体积小、重量轻，不需灌引水，使用、维护及管理方便，能够达到节约水资源的目的，适合喷泉的喷水要求。本设计中央水泵选用QSP10-13-0.75型号，外围水泵选用QSP10-10-0.55,具体参数如表所示： 表3-2 水泵参数
图3-4 水泵实物图
3.4喷泉灯和按钮的选择
本设计的指示灯选择的型号为SD-07，工作电压为交流220V，功率为9*1KW，颜色分为红黄蓝绿青蓝，能够达到完全防水，外部材质为不锈钢制作。
本设计按钮选择GQ12B高强度彩色按钮开关，安装孔尺寸Φ12mm，开关额定值2A/36VDC，开关组合1NO，操作类型自复式，外壳材料锌铝合金，钮头材料PBT，头部颜色有红绿黄蓝白黑等，防护等级IP65/IK08。
图3-5 开关实物图
3.5变频器的选择
变频器的作用是根据输入的控制要求，完成对电机转动速度的控制。当变频器的控制信号发生变化的时候，使用变频器的输出频率的变化完成对电机速度的控制。变频器
主要由整流电路、滤波电路、逆变电路等电路组成。控制部分包含制动单元，驱动单元和微处理单元组成。整流电路主要是把交流电转换为直流电，这样就可以使用直流电控制电机转动的速度。滤波电路的作用是完成对交流变直流的滤波动作，这样就可以得到稳定的直流信号，最后逆变电路是根据直流的电压大小，转换为交流电，当电压变大的时候，交流电的频率就变大，当电压变小的时候，交流电的频率就变小。制动单元是在电机减速停车的时候，减少直流反馈电路的大小，起到保护电机的作用。驱动单元是控制交流电转换为直流电的大小，这样就可以完成对速度的控制。微处理单元主要是完成对电机的保护作用。
变频器的种类有很多种，可以简单的分为轻载型，重载型和矢量型。根据用法的需要可以选择不同的种类。本设计根据需要选择的是轻载型变频器，主要使用变频器的速度控制功能，根据输入的变化完成对速度的控制。
图3-6 变频器接线图
三菱变频器是一种新型的变频器，他的功能十分强大，可以完成很多控制，主要可以分为矢量控制和PID控制，本设计使用变频器的模拟量控制，当输入的模拟量信号发生变化的时候，变频器控制电机的速度根据输入完成变化。
本论文采用的是三菱S500变频器。 表 变频器参数
4 软件设计
4.1 流程设计
音乐喷泉的控制主要PLC完成，通过音乐的频率信号控制PLC的输出，变频器接受来自经PLC的开关量信号，控制变频器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。同时PLC还控制水泵的启动停止并控制彩灯，实现彩灯组与音乐节奏的同步变换。本设计使用控制按钮控制整个程序的动作，根据需要选择喷泉的花样，然后完成对喷泉的控制，程序框图如下图所示：
图4-1 程序框图
本次设计的音乐喷泉系统分为手动和自动状态，手动状态下，可以使用按钮控制音乐喷泉工作。自动状态下，按下启动按钮后，音乐喷泉开始自动工作，当按下停止按钮之后，音乐喷泉开始停止工作。本设计使用FX0N-3A检测音乐信号，音乐信号转换成4-20MA信号输出到PLC模拟量，PLC模拟量根据采集到的信号完成对变频器的控制，完成对喷泉动作高度的控制。当音乐的声音变大的时候，喷泉的高度就变高，当输入的声音变低的时候，喷泉的高度就变低。彩灯根据需要完成闪烁速度控制，并且按照红黄绿
和青蓝紫2种方式工作，程序流程如下图所示：
图4-2 音乐喷泉流程
自动状态下，动作的间隔时间为2秒， 动作循环如下图所示：
图4-3 花样1动作循环 图4-4 花样2动作循环
4.2 输入输出分配
根据设计的需要，完成对PLC 的输入和输出分配。对于输入和输出的分配，首先需要确定PLC的输入是什么信号，输出需要什么信号。本设计的输入有按钮等控制输入，需要完成输入的分配，然后根据输出的需要，完成输出的分配。输入和输出的分配需要保留20-30%的余量，这样能够灵活的完成控制。对于输入没有什么需要注意的设计，对于输出需要确定PLC的输出的工作电压一致，因为PLC的输出端口有很多，可以根据需要的不同完成不同的电压控制，输入输出分配表如下图所示：
表4-1 输入输出分配表
输入输出分配表 序号 PLC地址 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 启动 停止 手动自动 红灯手动 黄灯手动 绿灯手动 青色灯手动 蓝色灯手动 KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 L1 L2 L3 功能 序号 PLC地址 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1路喷泉 2路喷泉 3路喷泉 4路喷泉 5路喷泉 红灯 黄灯 绿灯 功能 SB9 SB10 SB11 SB12 SB13 X10 X11 X12 X13 X14 紫色灯手动 彩灯动作方式1 彩灯动作方式2 喷泉动作方式1 喷泉动作方式2 L4 L5 L6 Y10 Y11 Y12 青色灯 蓝色灯 紫色灯 FX0N-3A 输出输入1 输入2 A1 音乐信号 1 高度变频器输出 4.3电路图
根据PLC的输入和输出分配表，可以完成对电路图的设计，对于电路图的设计，首先要知道PLC的输入为高电平还是低电平，当输入的信号为低电平的时候，PLC的输入才动作。然后根据PLC的输入输出分配表，完成对输入的接线。最后根据设计的需要选择不同的符号，比如按钮开关需要使用固定的符号完成输出，本设计选择的按钮开关的触点为常开触点。对于PLC的输出端，只需要确定输出端的工作电压就行了，对于普通的控制，PLC的控制为交流220V，当PLC的输出端有步进电机或者伺服等控制器的时候，就需要使用晶体管完成输出，本设计的电路图如下图所示：
图4-5 PLC控制电路图
对于主回路的设计，使用的电源为三相380V，为整个系统提供电源，本次设计选择的变频器工作电压为380V，这样就可以完成对变频器的控制，使用空气开关控制整个电路的开关，变频器控制电机完成对速度调整控制，电路如下图所示：
图4-6 主回路电路图
基于PLC的音乐喷泉控制系统的设计毕业设计
