基于S7-200型PLC控制的音乐喷泉对电厂环境美化的设计

李海欣

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北 唐山 064300）

0 引言

喷泉,是园林的重要组成，它既是一种体现动、静结合的水景艺术，又能形成明朗活泼的气氛，给人以美的享受[1]。喷泉还能够净化空气、增加湿度、降低温度、增加空气中的负离子含量，因此深受人们的喜爱[2]。

1 研究目的及设计思路

1.1 研究目的

通过对本系统的研究与设计，完成较为完善的音乐喷泉设计，美化电厂环境。熟练掌握 PLC 编程与设计方法，深入了解PLC的各种布置，进一步熟悉各输出线圈、辅助继电器、置位复位等编程指令的应用、电气可编程控制中的基本实验器件与 PLC 编程的综合运用。

1.2 设计思路

本系统是以西门子公司S7-200型可编程控制器为基础,并以此为基点向外扩展设计。

使用者可以按照自己的意愿，通过预先编写好的程序，配合开关、电源电路， 喷泉模块对喷泉的水型、灯光、音乐进行控制，实现多种变化，还可以通过上位机(PC)与 PLC 之间的通信，来监控喷泉的运行状态,一旦发现问题，及时作出调整，以达到功耗少、运行可靠、性价比高等基本要求。

2 硬件

2.1 主要设计内容及主要技术指标

（1）喷头：本设计有4个喷头，每一个喷头都安装有电磁阀，由PLC控制系统控制其开闭状态，以达到喷射水柱花样繁多的目的。

（2）LED 彩灯：4个喷头，每个喷头分别对应着8个 LED 彩灯，分别代表8个简谱音符，由PLC控制其通断，每当音符响起，LED彩灯也会随之点亮，加强了喷泉的夜间视觉效果。

（3）电源：220 V单相交流电源，通过PLC连接模块内部的降压电路，转换成24 V交流电源，用于PLC喷泉模块的运行驱动。

（4）按钮：采用系统自带的，按下随即弹起的按钮。

（5）潜水泵：采用新型节能静音小型潜水泵，共计4个，功率100 W，最大扬程4.4 m，最大流量2 000 L/h，出水口半径为120 mm，尺寸1 070 mm×840 mm×523 mm； 喷头 1、喷头 2、喷头3和喷头4，分别是水泵1至水泵4的输出口。

（6）指示灯：与各自相对应的电路相连，直接反映出各模块的运行状态。

2.2 电路图

PLC控制系统与电机之间的接线电路，如图1所示。

图1 PLC 控制系统与电机的接线电路

3 软件

3.1 喷泉的I/O分配表

PLC 控制的喷泉系统的I/O分配表，如表1所示。

表1 PLC 的I/O点表

3.2 喷泉的运行过程

按下启动开关I0.0，再按下音乐按钮I0.2，则扬声器立即播放音乐《送别》，水柱喷射，1 s后，播放下一个音符，由于音乐讲究抑扬顿挫，《送别》乐谱中每一个音符的发音，以及时间均有所不同，故此，每一条网络中的程序均有所不同。歌曲结束后，所有的线圈、定时器、辅助继电器均复位清零，单个循环执行时间33 s。2 s后，返回第一条指令，第二个周期执行。按下停止按钮I0.1，喷泉立即停止运行。

3.3 程序设计

喷泉随歌曲的播放运行，因歌曲的播放每次都是由歌曲开始部分从前往后进行的，程序一旦开始，即按音符顺序一步一步执行，前一个音符的结束是后一个音符执行的前提条件，后一个音符执行也要对前一个音符进行复位处理，每一个音符的持续时间由内部定时器进行控制。

现以第一句“长亭外，古道边”为例对喷泉程序进行说明。第一句简谱如图2 所示。

图2 简谱示意图

按下IO.1按钮，停止喷泉运行。

图3 启动程序

网络2：停止程序。

图4 停止程序

自网络3开始，程序进入正式运行，由于先前启动按钮被按下，辅助继电器M0.1 得电，其对应触点闭合，音符5得电置1，发音；喷头1、2同时向上喷射水柱，与此同时辅助继电器M0.2置1，为下一条指令做好准备，同时计时器开始计时。

图5 “长”字程序

计时到时间后，网络4对网络3的音符及喷头进行复位，并开始“亭”字首个音符的执行及计时。

图6

网络5负责“亭”字首个音符的发声

图7

“亭”字首音符结束执行网络6，网络6具有3项功能：①作为网络5的复位指令，使网络5的喷头、音符全部复位；②发歌词里“亭”字的第二个音，也就是音符5，同时命令喷头1、2喷水；③作为下一条网络7的触发，即辅助继电器线圈 M0.5置1，其对应的常开触点 M0.5闭合并开始计时。

图8

图9

网络8：令歌曲中第四个字“古”（音符 6）发音；喷头1、2同时喷水。

图10

图11

网络10：令歌曲中第六个字“边”（音符5）发音；喷头1、2同时喷水。至此，第一句歌词播放完成。

图12

如此按顺序执行喷泉程序，直至歌曲最后一个字结束后，将前一个网络中的音符和喷头的线圈，全部复位清零并计时。

图13

网络38：实现程序的循环。受网络37的影响，网络38中的辅助继电器的常开接点M4.4得电，闭锁；通电延时型继电器T107的常开触点闭合，辅助继电器M0.1的线圈置1，M4.3和M4.4均复位清零。程序回到最初的起点，重新开始。

图14

4 结束语

本文在S7-200型PLC的基础上，通过V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9 进行编程， 将 PLC 与音乐、喷头、灯光、电源电路进行结合，具有操作简单，运行可靠，占地面积小，便于扩建等特点，解决了多重线圈输出、定时器的选择与调用、子程序的设置与调用，灵活使用置位复位指令，从而降低了工程难度，提高了效率。