大型音乐喷泉说明书.doc

前言本实验装置是我公司实地考察实际的大型音乐喷泉的基础上加入了诸多智能化元素，根据教学需要对音乐喷泉进行创新性模拟的实训装置。装置采用PLC控制，音乐播放时通过音频转换模块将音频信号转换成模拟信号传送给PLC的模拟输入模块，然后再通过PLC的输出信号来控制变频器的输出频率，达到控制喷水高度效果。另外，还设置了温度、压力、液位控制系统。系统主要包括一个水箱，一个水罩，一台DVD播放器，一套音箱、十三个水泵、40点PLC、ADDA模块、变频器、一个水槽、一个液位变送器、一个压力变送器、一个温度变送器、一个加热器。系统功能齐全、现场感强、智能化程度高，能很好地激发学生的学习兴趣。可应用于各高等院校、职业学校、社会培训机构等，并可针对机械制造及自动化、电子自动化等相关专业的PLC原理及应用等课程开设实验课，也可作为本科生毕业设计、课程设计的课题。还可作为工程技术人员的培训设备。一、 GE-FANUC简介及基本知识一、基本知识一）硬件介绍PAC Systems RX3i的特点PAC Systems RX3i控制器是创新的可编程自动化控制器PAC Systems家族中最新增加的部件。它是中、高端过程和离散控制应用的新一代控制器。如同家族中的其它产品一样，PAC Systems RX3i的特点是具有单一的控制引擎和通用的编程环境，提供应用程序在多种硬件平台上的可移植性和真正的各种控制选择的交叉渗透。使用与PAC Systems RX7i相同的控制引擎，新的PAC Systems RX3i在一个紧凑的、节省成本的组件包中提供了高级的自动化功能。PAC Systems的可移植性的控制引擎在几种不同的平台上都有卓越的表现，使得初始设备制造商和最终用户在应用程序变异的情况下，能选择最适合他们需要的确切的控制系统硬件。RX3i模块在一个小型的、低成本的系统中提供了高级功能，它具有下列优点：1）把一个新型的高速底板（PCI-27mhz）结合到现成的90-30系列串行总线上。2）具有Intel 300mHz CPU(与RX7i相同)。3）消除信息的瓶颈现象，获得快速通过量。4）支持新的RX3i和90-30系列输入/输出模块。5）大容量的电源，支持多个装置的额外功率或多余要求。6）使用与RX7i模块相同的引擎，使得容易实现程序的移植。7）RX3i还使用户能够更灵活地配置输入/输出，包括：8）具有扩充诊断和中断的新增加的、快速的输入/输出。9）具有大容量接线端子板的32点离散输入/输出（弹簧型和盒式）。10）多种通用的模拟量（每个通道可以配置电压、电流、热电偶、电阻式温度监测器、应力计和电阻器）。10）高密度模拟量（隔离的）。11）运动模块。12）使RX3i和90-30系列I/O能“带电热插拨”（仅适用于通用底板）。13）用户能够按照自己的工作计划更改模块，使得在调整布线、安装、和绘图时更具有灵活性。14）高性能的以太网和Profibus模块。RX3i部件1底板RX3i可以使用二种通用底板：12插槽的和16插槽的。每个插槽既支持新的模块也支持现有的90-30系列I/O模块（PCM3xx和CMM301、CMM302、CMM311、CMM321等除外），此外还提供：1）内置在基板上的可选的风扇控制端子座（CPU和电源上的热敏传感器）。2）通过传统机架的扩展（选项模块）。3）当使用直流电源时（电源占用一个插槽），16槽的基板最多能够容纳13个输入/输出模块和选项模块。12槽的基板最多能够容纳9个上述模块（CPU占用2个模块插槽）4）RX3i基板既支持PCI总线也支持串行总线。每个插槽有2个连接器，1个是PCI连接器，另1个是串行连接器。PCI总线提供的性能是串行总线的250倍。串行总线（1MHz）数据传送速率0.062兆字节/秒，而新的PCI总线（27 MHz）的数据出送速率是27.0兆字节/秒。因此，在使用PCI总线的情况下，以太网和其它智能模块的数据吞吐量将增加70%。2RX3i CPURX3i CPU有一个300MHz处理器，支持32K输出、32K模拟输入、32K模拟输出和最大达5兆字节的数据存储。有10兆字节全部可配置的用户存储器，这意味着你能够在CPU中存储所有的机器文件。CPU能够支持多种语言，包括：继电器梯形图语言指令表语言C编程语言功能块图Open Process用户定义的功能块结构化文本SFC符号编程RX3i CPU有2个串行端口，即一个RS-232端口和一个RS-485端口，它们支持无中断的SNP从、串行读/写、和Modbus协议。具有一个三档位置的转换开关：运行、运行禁止、停止。有一个内置的热敏传感器（中温和高温位）。注意：不允许带电热插拨CPU诊断用的发光二极管显示以下状态：CPU OK运行输出允许输入/输出强制电池系统故障COM1和COM2端口激活状态有关CPU性能和操作的附加详细信息。3电源RX3i有三种类型的40瓦电源：交流120/240伏（直流125伏）双宽度模块和直流24伏单幅宽模块。二种电源都装有热敏传感器，其接线端子是成双的，以便菊花链式接线。通/断开关位于门的背面。二种类型的电源支持带电热插拨。下面以PSA040电源为例：诊断用的发光二极管显示状态，电源上的4个发光二极管指示，含义如下：电源（绿色/琥珀色）。当这个LED呈现绿色时，表现电源已经施加到底板上。当这个LED呈现琥珀色时，表示供电已经施加到电源模块，但是电源开关没有接通。电源故障（红色）。当这个LED点亮时，表示电源模块已经接近或超过它的最大工作的温度。负荷过载（琥珀色）。当这个LED点亮时，表示电源模块中至少一路输出已接近或超过它的最大输出能力。如果出现任何过热、过载、或电源故障，CPU故障表显示出一个故障信息。通/断开关位于模块正面的门背后。该开关控制电源输出的操作。它不切断电力线路供电。开关旁边的突缘有助于防止意外接通或关断电源。4RX3i以太网模块RX3i以太网模块是以10/100兆位双工/全双工方式通信的，它支持SRTP、EGD和通道（信号发生器和使用器）。发光二极管诊断显示下列状态：以太网OK局域网OK工作登录状态（附加协议还计划包括Modbus TCP、Ethernet IP、ProfiNET、DNP3.0）。5通信RX3i模块支持以太网通信和串行通信。RX3i使用的基于机架的以太网接口模块是以太网外围设备PCI模块。6网络连接RX3i的网络支持包括下列局域网：Profibus DPDeviceNetGenius总线控制器7模拟输入/输出RX3i以16位的分辨率支持优越的模拟性能。选择性的输入模块支持下列性能：每个模块0至500毫秒的快速积分时间（除了通用模块）产生中断4级报警：低、低/低、高、高/高多种诊断-断线、欠范围/超范围、速率改变全部输出模块支持：多种诊断-欠范围/超范围、和箝位限制斜率控制新的通用模拟模块：8个可配置的通道，每个通道都支持热电偶、电阻式温度监测器、电压、电流、应力计、阻抗及其它等，二个隔离组，以4个为一组。内置（热电偶的）冷端补偿高级诊断8离散输入/输出RX3i提供广泛范围的离散输入/输出模块，包括以下类型：32点、直流12/24伏输入32点、直流24伏，具有ESCP（0.75安培）保护自修复，同时将点级的诊断发送给CPU的功能，每一点有一个双色的发光二极管（当点存在短路时为琥珀色）24点、2安培的继电器输出32点、交流120伏输入16点、4安培的隔离继电器输出16点、交流120伏隔离输入16点、交流120伏隔离输出9RX3i远程输入/输出RX3i支持以太网接口模块（IC693NIU004）用于90-30系列输入/输出，它具有下列性能：采用10/100兆位以太网连接内置开关使得不需要外部开关就容易将基板采用菊花链方式连接到相邻的基板。PACSystems廉价的CPU廉价的本地扩展支持多种的90-30系列输入/输出，并且价格非常具有竞争性。二）软件介绍PROFICY MACHINE EDITIONPROFICY MACHINE EDITION是一个包含若干软件产品的环境。其中每个软件产品都是独立的。但是，每个产品在相同的环境运行。这与Office办公软件包十分相似。它可以包含文字处理软件、电子数据表程序、数据库程序、图形显示程序。每个程序能够单独运行，但是它们都具有共同的视觉和感觉界面。支持ME后台的概念是完全相同的。一旦你学会了在此种环境中浏览，今后要学会一种使用这种环境的新产品就变得非常简单。 浏览工具窗口Navigator是一个含有一组标签窗口的停放工具视窗，它包含开发系统的信息和视图。可供使用的标签取决于你安装哪一种Machine Edition产品以及你要开发和管理哪一种工作。每个标签按照树形结构分层次地显示信息，类似于Windows资源管理器。浏览器的顶部有3个按钮，利用它们可扩展的PropertyColumns(属性栏)及时地查看和操作若干项属性。属性栏呈现在浏览器的Variable List（变量表）标签的展开图中。通常，在检查窗口中能同时查看和编辑一个选项的属性。浏览器的属性栏让你及时查看和修改几个选项的属性，与电子表格非常相似。通过浏览器窗口左上角的工具按钮，你可以获得属性栏显示。在浏览窗口，点击切换属性栏显示的打开和关闭。属性栏呈现为表格形式。每个单元格显示一个特定变量的属性当前值。属性检查工具窗口Inspector（属性窗口）列出已选择的对象或组件的属性和当前位置。可以直接在属性窗口中编辑这些属性。当你选择了几个对象，属性窗口将列出公共属性。属性窗口提供了对全部对象进行查看和设定属性的方便途径。为了打开属性窗口，执行以下各项中的一项操作：从工具菜单中选择Inspector；点击工具栏的；从对象的快捷菜单中选择Properties。属性窗口的左边栏显示已选择对象的属性。你可以在右边栏中进行编辑和查看设置。显示红色的属性值是有效的。显示黄色的属性值在技术上是有效的，但是可能产生问题。 在线帮助窗口Companion（在线帮助）为你的工作提供有用的提示和信息。当在线帮助打开时，它对Machine Edition环境中当前选择的任何对象提供帮助。它们可能是浏览窗口中的一个对象或文件夹、某种编辑器（例如Logic DeveloperPCs地形图编辑器）、或者是当前选择的属性窗口中的属性。在线帮助内容往往是尖端和缩写的。如果需要更详细的信息，请点击在线窗口右上角的，主要帮助系统的相关主题在信息浏览窗口中打开。有些在线帮助在左边栏中包含主题或程序标题的列表。点击一个标题可以获得持续的简短描述。 反馈信息工具窗口Feedback Zone Window (反馈信息窗口)是一个用于显示Machine Edition产品生成的几种类型输出信息的停放窗口。这种交互式的窗口使用类别标签去组织产生的输出信息。有哪些标签可供使用取决于你所安装的Machine Edition产品。关于特定标签的更多信息，选中标签并按F1键。反馈信息串口标签中的输入支持一个或多个下列基本操作：右键点击：当你右键点击一个输入项，该项目就显示指令菜单。双击： 如果一个输入项支持双击操作，双击它将执行项目的默认操作。默认操作的例子包括打开一个编辑器和显示输入项的属性.F1： 如果输入项支持上下文相关的帮助主题，按F1，在信息浏览窗口中显示有关输入项的帮助。F4： 如果输入项支持双击操作，按F4，输入项循环通过反馈信息窗口，好像你双击了某一项。若要显示反馈信息窗口中以前的信息，按Ctrl+Shift+F4。选择： 有些输入项被选中后更新其他工具窗口（属性窗口、在线帮助或反馈信息窗口）。点击一个输入项，选中它。点击工具栏中的，将反馈信息窗口中显示的全部信息复制到Windows中。 据监视工具窗口Data Watch Tool （据监视工具）是一个调试工具，让你监视变量的数值。当在线操作一个对象时他是一个很有用的工具。使用据监视工具，你能够监视单个变量或用户定义的变量表。监视列表可以被输入、输出、或存储咋一个项目中。据监视工具至少有两个标签：l Static Tab（静态标签）包含你自己添加到据监视工具中的全部变量。l Auto Tab（自动标签）包含当前在变量表中选择的或与当前选择的梯形逻辑图中的指令相关变量，最多可以有50行。l Watch List Tab（监视表标签）包含当前选择的监视表中的全部变量。监视表让你创建和保存要监视的变量清单。你可以定义一个或多个监视表，但是，数据监视工具在一个时刻只能监视一个监视表。数据监视工具中变量的基准地址（也简称为地址）显示在Address栏中，一个地址最多具有8个字符（例如%AQ99999）。数据监视工具中变量的数值显示在Value栏中。如果要在数据监视工具中添加变量之前改变数值的显示格式，可以使用数据监视属性对话框或右键点击变量。数据监视属性对话框若要配置数据监视工具的外部特性，右键点击它并选择Data Watch Properties. 工具箱窗口Toolchest（工具箱）是功能强大的设计蓝图仓库，你可以把它添加到项目中去。可以把大多数项目从工具箱直接拖到Machine Edition 编辑器中一般而言，工具箱中储存有三种蓝图：、l 简单的祸“基本”设计图，例如梯形逻辑指令、CFBS（用户功能块）、SFC（程序功能图）指令、和查看脚本关键字。例如，简单的蓝图位于Ladder、View Scripting、和Motion绘图抽屉中。l 完整的图形查看画面，查看脚本、报警组、登陆组和用户Web文件。你可以把这一类蓝图拖动到浏览窗口的项目中去。l 你的项目使用的机器、设备、和其他配件模型。包括梯形逻辑程序段和对象的图形表示，随同预先配置的动画。存储在工具箱内地机器和设备模型被称作fxclasses。有了fxClasses，你可以用模块化方式来模拟过程，其中较小型的机器和设备能够组合成大型设备系统。详情请见工具箱fxClasses如果需要一再地使用设置相同的fxClasses，你可能希望把这些fxClasses加入到经常用到标签中。有关常用工具箱的更多信息，参见常用标签（Toolchest）。有关在工具箱的绘图抽屉标签中寻找项目的信息，参见Navigating through the Toolchest（通过工具箱浏览）。Machine Edition编辑器窗口开始操作编辑器窗口时，双击浏览窗口中的项目。Editor Windows是你实际上建立应用程序的工具窗口。编辑窗口的运行和外部特征取决于要执行的边际的特点。例如，当你编辑HMI脚本时，编辑窗口的格式就是一个完全的文本编辑器。当你编辑梯形图逻辑时，编辑窗口就是显示梯形逻辑程序的梯级。你可以像操作其他工具一样，移动、停放、最小化和调整编辑窗口的大小。但是，某些编辑窗口不能够直接关闭。这些编辑窗口只有当关闭项目时才消失。可以将对象从编辑窗口拖入或拖出。允许的拖放操作取决于确切的编辑器。例如，将一个变量拖动到梯形图逻辑编辑窗口中的一个输出线圈，就是把该变量分配给这个线圈。你能够同时打开多个编辑窗口，可以用窗口菜单在窗口之间相互切换。三）编程介绍1Proficy Machine Edition的系统介绍1）地址形式Q222）常用指令形式及结构 另外，还具有比较、数据传送、块操作功能、表格搜索功能、逻辑运算、移位、子程序调用、主控指令、跳转指令等功能，这里不再一一讲述。4）Proficy Machine Edition的基本使用及RX3i的基本配置（1）Proficy Machine Edition的基本使用方法1) 双击屏幕上的图标，即可启动Proficy Machine Edition的操作界面，如图1.1.1所示，再点击FileNew Project，按图1.1.2设置,并输入工程名后点击OK。 图1.1.2图1.1.1 图1.1.3此时可以进行硬件配置。在图1.1.3中，选择11Target1Hardware Configuration，据实际的硬件模块逐一进行设置，在设置中可双击该模块，对该模块的Reference Address(I/O口地址)进行设置，然后设置MAC IP地址，完成后点击，打开后点击，输入使用模块的MAC的12位号码以及临时IP地址，要求MAC的临时IP与通信模块ETM001设置IP地址一致，并要设置计算机的IP地址，要求计算机的IP地址与通信模块ETM001的IP地址在同一个网段内，输入完毕后点击可以进行软件、硬件之间的通信联系，如果设置正确，能显示“Connect to Device”，表明两者已经连接上，如果不能完成软硬件之间的联系，则应查明原因，重新进行设置重新连接。图1.1.4图1.1.5硬件设置完毕后，可以进行软件编程。点击，选择11Target1Logicprogram Blocksmain，即可进入梯形图的编辑状态，如图1.1.4所示。在屏幕上有梯形图编程所需的快捷按钮。如果对GE-Fanuc的指令系统不熟悉，可以点击Toolchest的快捷键，将在屏幕右方的框中选择PLC LD Instructions查看，并可求助Help。如图1.1.5所示。在MAIN窗口，根据程序的设计，通过上面介绍的快捷键或通过Toolchest的快捷键，选择所需的指令，放到相应的位置，输入完毕后，输入地址号，如地址号为I00001，只需敲入1I，按回车键即可，如图1-6所示。也可对地址号在属性检查窗口进行管理。如在图1.1.6中，设置I00001为启动按钮，便于整理及记忆。图1.1.6在整个程序输入完毕后，要将程序下载到CPU中，先用检查程序，检查无误后，用建立起计算机与RX3i之间的通信联系，此时有灰变绿，点击，此时将CPU的转换开关打到停止状态，还应在N avigator下选中Target1，单击鼠标左键，在下拉菜单中选择Properties，在出现的Inspector的对话框中，设置通信模式，在Physical Port中设置成ETHERNET，在IP Address中设置原通信模块ETM001中设置的IP地址，如图1.1.7所示。此时有暗变亮，点击，将出现如图1.1.8所示的对框，初次下载，应将硬件配置及程序一起下载进去，点击OK，下载后，如正确无误，Target1前面的有灰变绿，屏幕下方出现表明当前的RX3i配置与程序中的硬件配置吻合，内部逻辑与程序中的逻辑吻合。此时可将将CPU的转换开关打到运行状态，即可调试外部的设备。图1.1.7图1.1.8二、系统简介本系统由以下几个部分组成：1水箱水箱位于系统的底部，主要材料是1.5mm厚的不锈钢板做成，长、宽、高分别为1.2m、1.2m、0.3m。外观漂亮且具有不易生锈、不易漏水，使用寿命长的特点。 2玻璃水罩玻璃水罩位于水箱的内部，水泵的上方，长、宽、高分别为1.14 m，1.14m,1.5m。四周是用了5mm厚的透明玻璃围成，具有很强的直观型，固定玻璃的支架全部都由30mm30mm的铝型材组装而成，美观大方。3水泵该装置的喷水系统总共有十三个水泵组成，其中有十二个水泵的参数为：AC220v-240v, 50hz ,60w.有一个水泵的参数为：AC220v-240v, 50hz，90w. 此水泵性能稳定，无噪音。4变频器本装置的PLC采用的是三菱Fx1N-40MT,数模转换为FX0N-3A模块，变频器为1.5kw的三菱变S500系列频器。一、 主回路端子：二、 控制回路端子：1-2 基本参数一览表除基本参数外还有扩张功能参数，扩张参数表请参阅变频器使用手册。5水槽为了丰富实验内容，本装置还设置了液位、压力、温度控制。水箱由高档钢化玻璃，便于实验者观察现象。三、系统特点1本系统是以实际音乐喷泉原型而设计制作的，是一套具有实际操作功能和实验功能的高标准教学系统，系统重点突出了教学的直观性和实验操作的方便性，效果生动、直观形象、现场感强；2该系统要求将PLC、变频器的应用技术、复杂的模拟量控制、时序逻辑控制有机结合成一体的教学装置，可进行手动、自动控制实验。3实验对象来自于大型广场喷泉的典型应用，直观形象，集模拟量、信号采集及电气控制于一体，通过实验，学生能够迅速掌握变频器、PLC及其各种外围器件使用用法、编程技巧，较快的适应工业现场的要求；4采用了独特的音箱控制，而且还配有灯光设施，五种颜色交替变化，伴随着优美的乐曲，交相辉映，增强了实训的趣味性、观赏性、实用性；5水箱整体由不锈钢材料制作，美观坚固；四、技术参数及基本配置模型尺寸1200mm1200mm1500mm（长宽高）主体材料高档不锈钢、高级铝型材、重量150kg环境温度使用时040，保存时070相对湿度3585RH（不结露）环境空气不含腐蚀性、可燃性气体，无大量导电性尘埃供电电源单相三线AC220V5%，50Hz，良好接地工作电源AC220V5% , DC24V、功耗1500WPLC主机Fx1n-40MT-Fxon3A 1台变频器三菱变频器 功率:1.5KW水泵13台音频转换设备1台开关电源1台电脑1台固态继电器13个喷泉照明灯1个水槽由不锈钢和钢化玻璃制成 1个 五、音乐喷泉控制本系统是精心设计的新型高性能专业控制软件，是基于情感特征识别，集合智能音乐控制、可编程序控制手动控制技术为一体的音乐喷泉控制系统。为了使操作安全，使系统更具真实感，我们为系统配备了手动和自动两种运行模式。独立的手动面板。通过手动面板 “手/自动”开关切换。a.手动模式通过手动面板将系统切换到手动模式，该模式可以通过手动来实现对八个音符的控制。自动模式下可实现系统的所有功能。 b.自动模式通过手动面板的切换开关使系统运行在自动模式。在本模式中，选择WAV文件作为播放音源，软件利用音乐的电压波形，将其分为若干乐段，并且自动识别乐曲的基本情感特征，转换成控制信号，经过PLC、变频器的输出信号输出到外围的具体控制单元，即根据水型组态规则控制潜水泵，将视觉感受与听觉感受融为一体。水泵的排列如图：自动模式下可自由分配，并加以优美的名字，下面简单举例做具体介绍：1.含苞欲放形态。 1号水泵为1组，首先喷水，2、3、4、5号水泵为2组，当1组喷水2秒后一起喷水，最后6、7、8、9、10、11、12、13号水泵为3组，1组首先喷水，当1组喷水2秒后2组再接着一起喷水，当2组喷水2秒后，3组再接着一起喷水，持续10秒后再重复以上动作，此模式不断循环形态极其相似春天的一朵鲜花正蠢蠢欲动。I/O分配：输入信号信号元件及作用I1I2I3I4I5I6I7I8I9手动/自动音符1按钮音符2按钮音符3按钮音符4按钮音符5按钮音符6按钮音符7按钮音符i按钮输出信号控制对象及作用Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13VOUT1/设定值泵1泵2泵3泵4泵5泵6泵7泵8泵9泵10泵11泵12泵13变频器2端2、蝶恋花形态所有的水泵都一起喷水，原则是1组1号水泵喷水高度最高，2组2、3、4、5号水泵喷水高度略低于1组水泵喷水高度，3组6、7、8、9、10、11、12、13号水泵喷水高度再略低于1组、2组一些，但每一组的高度是同一高度，通过固态继电器来控制每组水泵的高度。2组、3组的高度会交替时高时低，时而停留，就像好多美丽的蝴蝶盘旋在鲜花的周围，迟迟不愿离去。I/O分配：输入信号信号元件及作用I1I2I3I4I5I6I7I8I9VIN1手动/自动音符1按钮音符2按钮音符3按钮音符4按钮音符5按钮音符6按钮音符7按钮音符i按钮设定值输出信号控制对象及作用Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13VOUT1泵1泵2泵3泵4泵5泵6泵7泵8泵9泵10泵11泵12泵13泵水高度控制3、排山倒海形态（踏潮放歌）8、7、3、9、6、2、1、4、10号水泵为1组，10、9、4、11、8、3、1、5、12号水泵为2 组，12、13、5、11、6、2、1、4、10号水泵为3组，6、7、2、13、8、3、1、5、12号水泵为4组，首先是1组8号喷水，结束后接着7、3、9号水泵喷水，结束后紧接着6、2、1、4、10号水泵喷水，2组、3组、4组重复同样的动作，4组结束后，1组、2组、3组、4组同时做同样的动作，反复循环，场面犹如排山倒海的气势。I/O分配：输入信号信号元件及作用I1I2I3I4I5I6I7I8I9VIN1手动/自动音符1按钮音符2按钮音符3按钮音符4按钮音符5按钮音符6按钮音符7按钮音符i按钮设定值输出信号控制对象及作用Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9