淺談變頻器在音樂噴泉中的應(yīng)用
2017-6-13 9:49:07??????點(diǎn)擊：
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1 引言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們?cè)絹碓阶⒅鼐幼…h(huán)境的改善和美化，在城市建設(shè)與規(guī)劃中，人們對(duì)休閑場(chǎng)所的建設(shè)提出更高的要求，各種休閑廣場(chǎng)、公園的建設(shè)也越來越美化，其中音樂噴泉系統(tǒng)以聲、光、水、色結(jié)合的獨(dú)特效果成為城市景觀建設(shè)的重要組成部分，國(guó)內(nèi)大、中城市已爭(zhēng)相建設(shè)音樂噴泉，并向小城市發(fā)展。目前很多廣場(chǎng)或公園等也采用音樂噴泉美觀設(shè)計(jì)，各類花樣的噴泉、彩色的燈光和優(yōu)美的音樂形成一幅怡人的夜景而吸引著人們，使得音樂噴泉系統(tǒng)日漸被推廣應(yīng)用。本文主要介紹音樂噴泉系統(tǒng)的構(gòu)成及變頻調(diào)速技術(shù)在音樂噴泉控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并以 海大音樂噴泉專用變頻器為例，闡述了音樂噴泉對(duì)變頻器應(yīng)用一些特殊要求。
2 音樂噴泉系統(tǒng)的組成
一般音樂噴泉系統(tǒng)主要由音頻控制系統(tǒng)、噴泉控制系統(tǒng)和燈光控制系統(tǒng)構(gòu)成。音頻控制系統(tǒng)主要由音樂播放器、前置放大器、功率放大器、監(jiān)聽音箱及音柱組成，大多系統(tǒng)采用多媒體PC通過上位機(jī)程序播放音樂。
噴泉系統(tǒng)主要由噴泉控制器、變頻器、水泵、多功能閥、萬向噴頭及供水管網(wǎng)組成，其中噴泉水泵目前已采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泵無級(jí)調(diào)速，能根據(jù)音頻信號(hào)的強(qiáng)弱隨時(shí)調(diào)節(jié)水泵速度，多功能閥及萬向噴頭由噴泉專用控制器控制，可根據(jù)設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)各種圖案和形狀。
音樂噴泉控制系統(tǒng)集音頻控制技術(shù)、程序控制技術(shù)和智能控制技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)，屬于一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，其上位機(jī)大多采用多媒體工業(yè)PC機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)音控，能根據(jù)樂曲旋律、節(jié)奏和音頻的強(qiáng)弱程度控制噴泉系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)主要有以下三種形式:
（1） 集中式控制
集中式控制系統(tǒng)采用放射型結(jié)構(gòu)，能滿足控制室離水池較近，規(guī)模較小，花型變化較少的音樂噴泉。
（2） 現(xiàn)場(chǎng)總線式控制
現(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行數(shù)據(jù)通信鏈路，實(shí)現(xiàn)噴泉現(xiàn)場(chǎng)基本控制設(shè)備與上級(jí)控制設(shè)備之間的聯(lián)系，例如RS-485總線和CAN總線，現(xiàn)場(chǎng)總線式優(yōu)點(diǎn)有:一條傳輸線可控制多臺(tái)設(shè)備，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝和維護(hù)容易;采用數(shù)字通信技術(shù)，抗干擾性強(qiáng)，精度高;控制功能分散到噴泉現(xiàn)場(chǎng)，提高了電控系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
（3） 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線式控制
網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)總線相似，性能更優(yōu)越于后者，網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線屬于分布式控制系統(tǒng)，電控系統(tǒng)運(yùn)行速度更快，達(dá)到音樂噴泉實(shí)時(shí)控制的要求，穩(wěn)定性也更好;網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)種類很多，能同時(shí)支持總線型和放射型，可采用混合結(jié)構(gòu);網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線主要差別是前者采用專用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)設(shè)備之間的相互操作。
此外音樂噴泉系統(tǒng)包括燈光控制系統(tǒng)，在此不再詳細(xì)敘述，由上可見音樂噴泉控制系統(tǒng)是集聲、光、電于一體的復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。
3 變頻技術(shù)在音樂噴泉系統(tǒng)的應(yīng)用
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷推廣，風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器已被廣泛用于水泵及風(fēng)機(jī)負(fù)載，音樂噴泉系統(tǒng)中需要采用大量的水泵來控制噴泉循環(huán)水，根據(jù)水泵工作特性知道泵的流量與泵轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可直接控制水泵的流量，在音樂噴泉系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)噴泉水量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因而變頻調(diào)速技術(shù)更適合在音樂噴泉系統(tǒng)使用，此外根據(jù)水泵特性知道，采用變頻調(diào)速技術(shù)具有一定的節(jié)能效果，這也是變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)得推廣應(yīng)用的原因。
以某廣場(chǎng)音樂噴泉系統(tǒng)為例，其電氣控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、音頻放大系統(tǒng)、噴泉跑泉電腦控制器、變頻器及各種電磁閥構(gòu)成.
隨著音樂噴泉應(yīng)用不斷推廣，各種噴泉專用控制器也不斷完善，噴泉控制器或跑泉控制器具有多功能開關(guān)量輸出、標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出及內(nèi)置通訊接口電路，可通過RS-485或總線方式與上位機(jī)進(jìn)行通訊，其輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)可作為變頻器調(diào)速給定信號(hào)，結(jié)合音樂噴泉專用變頻器的特有功能可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。
4 海大音樂噴泉專用變頻器的應(yīng)用
（1） 海大音樂噴泉專用變頻器功能介紹
海大音樂噴泉專用變頻器是根據(jù)音樂噴泉控制系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的，它主要是在風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器HD510系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上增加以下功能:可通過外部端子實(shí)現(xiàn)變頻器不同運(yùn)行方式間的切換，如可編程自動(dòng)運(yùn)行方式與外部模擬輸入方式間的切換;外部多段速運(yùn)行方式與可編程自動(dòng)運(yùn)行方式間的切換;外部多段速運(yùn)行方式與外部模擬輸入方式間的切換等，這種豐富的頻率設(shè)定方式可方便地與噴泉控制器或PLC控制器連接，以實(shí)現(xiàn)各種不同控制方式。
（2） 海大音樂噴泉專用變頻器的應(yīng)用
以某廣場(chǎng)音樂噴泉系統(tǒng)為例，該音樂噴泉選用海大HD510音樂噴泉專用變頻器，其變頻器控制圖如下圖所示。
噴泉控制器選用MF-32S噴泉專用控制器，其具有32路繼電信號(hào)輸出、1路4～20mA電流輸出，并有RS-485通信電路，根據(jù)音樂信號(hào)輸出0～20mA信號(hào)控制變頻器，同時(shí)根據(jù)噴泉控制程序控制變頻器是否處于自動(dòng)運(yùn)行（即PLC運(yùn)行），當(dāng)X6閉合時(shí)變頻器按PLC運(yùn)行，斷開時(shí)按外部多段速運(yùn)行，由于變頻器外部端子運(yùn)行具有優(yōu)先級(jí)，當(dāng)X1至X3閉合時(shí)按多段速設(shè)定速度運(yùn)行，當(dāng)X7端子閉合，變頻器運(yùn)行頻率由外部電壓信號(hào)0～10V給定，噴泉控制器根據(jù)程序設(shè)定分別輸出相應(yīng)信號(hào)控制變頻器。
（3） 調(diào)試注意事項(xiàng)
音樂噴泉系統(tǒng)是個(gè)集音樂、燈光、噴泉于一體的系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，在調(diào)試時(shí)容易出現(xiàn)以下問題:
（1 音頻信號(hào)干擾問題
從變頻器工作原理知道，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)其輸入輸出側(cè)會(huì)產(chǎn)生高次諧波，此諧波信號(hào)通過傳導(dǎo)、輻射、耦合等方式對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾。
音樂噴泉系統(tǒng)中諧波干擾信號(hào)會(huì)經(jīng)過音頻放大系統(tǒng)放大后，形成刺耳的噪音并影響音樂的播放。調(diào)試時(shí)若遇到這種情況可采取以下措施:降低變頻器載波頻率;變頻器可靠接地，接地線采用線徑較粗的線，并且接地點(diǎn)與變頻器距離要盡量短;變頻器輸入、輸出動(dòng)力線盡量遠(yuǎn)離音頻信號(hào)線和控制線，不要將動(dòng)力線與控制線走在同一線槽中;音頻信號(hào)放大系統(tǒng)的電源盡可能與變頻器供電電源隔離等。
（2 變頻器跳保護(hù)問題
噴泉水泵需隨音頻信號(hào)的強(qiáng)弱隨時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這就要求變頻器響應(yīng)速度快，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)應(yīng)注意變頻器選型及參數(shù)調(diào)節(jié)，一般情況一臺(tái)音樂噴泉變頻器要求控制多臺(tái)水泵，在選用時(shí)首先應(yīng)保證變頻器的功能大于水泵功能總和，并至少預(yù)留10%的余量，在變頻器參數(shù)設(shè)定方面，變頻器的加減速時(shí)間盡量短，但加減時(shí)間過短容易出現(xiàn)過電流保護(hù)，在調(diào)試時(shí)應(yīng)特別注意，目前大多變頻器具有故障自恢復(fù)功能，在調(diào)試可將此功能打開，以避免誤信號(hào)引起變頻器報(bào)警停機(jī)。
5 結(jié)束語
隨著噴泉系統(tǒng)的不斷推廣，噴泉控制技術(shù)也在不斷完善和提高，已從早期簡(jiǎn)單噴泉控制發(fā)展到現(xiàn)在集音控技術(shù)、程控技術(shù)及上位機(jī)控制技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)控制，其中變頻調(diào)速技術(shù)在噴泉系統(tǒng)應(yīng)用也逐步成熟，并成為其水泵調(diào)速的主要方式，實(shí)踐也證明噴泉系統(tǒng)采用變頻器控制后一方面提高系統(tǒng)控制靈活性，另一方面水泵采用變頻調(diào)速起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調(diào)速技術(shù)值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
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2 音樂噴泉系統(tǒng)的組成
一般音樂噴泉系統(tǒng)主要由音頻控制系統(tǒng)、噴泉控制系統(tǒng)和燈光控制系統(tǒng)構(gòu)成。音頻控制系統(tǒng)主要由音樂播放器、前置放大器、功率放大器、監(jiān)聽音箱及音柱組成，大多系統(tǒng)采用多媒體PC通過上位機(jī)程序播放音樂。
噴泉系統(tǒng)主要由噴泉控制器、變頻器、水泵、多功能閥、萬向噴頭及供水管網(wǎng)組成，其中噴泉水泵目前已采用變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水泵無級(jí)調(diào)速，能根據(jù)音頻信號(hào)的強(qiáng)弱隨時(shí)調(diào)節(jié)水泵速度，多功能閥及萬向噴頭由噴泉專用控制器控制，可根據(jù)設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)各種圖案和形狀。
音樂噴泉控制系統(tǒng)集音頻控制技術(shù)、程序控制技術(shù)和智能控制技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)，屬于一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，其上位機(jī)大多采用多媒體工業(yè)PC機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)全程實(shí)時(shí)音控，能根據(jù)樂曲旋律、節(jié)奏和音頻的強(qiáng)弱程度控制噴泉系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)主要有以下三種形式:
（1） 集中式控制
集中式控制系統(tǒng)采用放射型結(jié)構(gòu)，能滿足控制室離水池較近，規(guī)模較小，花型變化較少的音樂噴泉。
（2） 現(xiàn)場(chǎng)總線式控制
現(xiàn)場(chǎng)總線是一種串行數(shù)據(jù)通信鏈路，實(shí)現(xiàn)噴泉現(xiàn)場(chǎng)基本控制設(shè)備與上級(jí)控制設(shè)備之間的聯(lián)系，例如RS-485總線和CAN總線，現(xiàn)場(chǎng)總線式優(yōu)點(diǎn)有:一條傳輸線可控制多臺(tái)設(shè)備，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝和維護(hù)容易;采用數(shù)字通信技術(shù)，抗干擾性強(qiáng)，精度高;控制功能分散到噴泉現(xiàn)場(chǎng)，提高了電控系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
（3） 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線式控制
網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)總線相似，性能更優(yōu)越于后者，網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線屬于分布式控制系統(tǒng)，電控系統(tǒng)運(yùn)行速度更快，達(dá)到音樂噴泉實(shí)時(shí)控制的要求，穩(wěn)定性也更好;網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)種類很多，能同時(shí)支持總線型和放射型，可采用混合結(jié)構(gòu);網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線與現(xiàn)場(chǎng)總線主要差別是前者采用專用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)設(shè)備之間的相互操作。
此外音樂噴泉系統(tǒng)包括燈光控制系統(tǒng)，在此不再詳細(xì)敘述，由上可見音樂噴泉控制系統(tǒng)是集聲、光、電于一體的復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。
3 變頻技術(shù)在音樂噴泉系統(tǒng)的應(yīng)用
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的不斷推廣，風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器已被廣泛用于水泵及風(fēng)機(jī)負(fù)載，音樂噴泉系統(tǒng)中需要采用大量的水泵來控制噴泉循環(huán)水，根據(jù)水泵工作特性知道泵的流量與泵轉(zhuǎn)速成比例關(guān)系，通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可直接控制水泵的流量，在音樂噴泉系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)噴泉水量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，因而變頻調(diào)速技術(shù)更適合在音樂噴泉系統(tǒng)使用，此外根據(jù)水泵特性知道，采用變頻調(diào)速技術(shù)具有一定的節(jié)能效果，這也是變頻器在音樂噴泉控制系統(tǒng)得推廣應(yīng)用的原因。
以某廣場(chǎng)音樂噴泉系統(tǒng)為例，其電氣控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、音頻放大系統(tǒng)、噴泉跑泉電腦控制器、變頻器及各種電磁閥構(gòu)成.
隨著音樂噴泉應(yīng)用不斷推廣，各種噴泉專用控制器也不斷完善，噴泉控制器或跑泉控制器具有多功能開關(guān)量輸出、標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出及內(nèi)置通訊接口電路，可通過RS-485或總線方式與上位機(jī)進(jìn)行通訊，其輸出的標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)可作為變頻器調(diào)速給定信號(hào)，結(jié)合音樂噴泉專用變頻器的特有功能可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。
4 海大音樂噴泉專用變頻器的應(yīng)用
（1） 海大音樂噴泉專用變頻器功能介紹
海大音樂噴泉專用變頻器是根據(jù)音樂噴泉控制系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的，它主要是在風(fēng)機(jī)水泵專用變頻器HD510系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上增加以下功能:可通過外部端子實(shí)現(xiàn)變頻器不同運(yùn)行方式間的切換，如可編程自動(dòng)運(yùn)行方式與外部模擬輸入方式間的切換;外部多段速運(yùn)行方式與可編程自動(dòng)運(yùn)行方式間的切換;外部多段速運(yùn)行方式與外部模擬輸入方式間的切換等，這種豐富的頻率設(shè)定方式可方便地與噴泉控制器或PLC控制器連接，以實(shí)現(xiàn)各種不同控制方式。
（2） 海大音樂噴泉專用變頻器的應(yīng)用
以某廣場(chǎng)音樂噴泉系統(tǒng)為例，該音樂噴泉選用海大HD510音樂噴泉專用變頻器，其變頻器控制圖如下圖所示。
噴泉控制器選用MF-32S噴泉專用控制器，其具有32路繼電信號(hào)輸出、1路4～20mA電流輸出，并有RS-485通信電路，根據(jù)音樂信號(hào)輸出0～20mA信號(hào)控制變頻器，同時(shí)根據(jù)噴泉控制程序控制變頻器是否處于自動(dòng)運(yùn)行（即PLC運(yùn)行），當(dāng)X6閉合時(shí)變頻器按PLC運(yùn)行，斷開時(shí)按外部多段速運(yùn)行，由于變頻器外部端子運(yùn)行具有優(yōu)先級(jí)，當(dāng)X1至X3閉合時(shí)按多段速設(shè)定速度運(yùn)行，當(dāng)X7端子閉合，變頻器運(yùn)行頻率由外部電壓信號(hào)0～10V給定，噴泉控制器根據(jù)程序設(shè)定分別輸出相應(yīng)信號(hào)控制變頻器。
（3） 調(diào)試注意事項(xiàng)
音樂噴泉系統(tǒng)是個(gè)集音樂、燈光、噴泉于一體的系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，在調(diào)試時(shí)容易出現(xiàn)以下問題:
（1 音頻信號(hào)干擾問題
從變頻器工作原理知道，當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)其輸入輸出側(cè)會(huì)產(chǎn)生高次諧波，此諧波信號(hào)通過傳導(dǎo)、輻射、耦合等方式對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾。
音樂噴泉系統(tǒng)中諧波干擾信號(hào)會(huì)經(jīng)過音頻放大系統(tǒng)放大后，形成刺耳的噪音并影響音樂的播放。調(diào)試時(shí)若遇到這種情況可采取以下措施:降低變頻器載波頻率;變頻器可靠接地，接地線采用線徑較粗的線，并且接地點(diǎn)與變頻器距離要盡量短;變頻器輸入、輸出動(dòng)力線盡量遠(yuǎn)離音頻信號(hào)線和控制線，不要將動(dòng)力線與控制線走在同一線槽中;音頻信號(hào)放大系統(tǒng)的電源盡可能與變頻器供電電源隔離等。
（2 變頻器跳保護(hù)問題
噴泉水泵需隨音頻信號(hào)的強(qiáng)弱隨時(shí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這就要求變頻器響應(yīng)速度快，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)應(yīng)注意變頻器選型及參數(shù)調(diào)節(jié)，一般情況一臺(tái)音樂噴泉變頻器要求控制多臺(tái)水泵，在選用時(shí)首先應(yīng)保證變頻器的功能大于水泵功能總和，并至少預(yù)留10%的余量，在變頻器參數(shù)設(shè)定方面，變頻器的加減速時(shí)間盡量短，但加減時(shí)間過短容易出現(xiàn)過電流保護(hù)，在調(diào)試時(shí)應(yīng)特別注意，目前大多變頻器具有故障自恢復(fù)功能，在調(diào)試可將此功能打開，以避免誤信號(hào)引起變頻器報(bào)警停機(jī)。
5 結(jié)束語
隨著噴泉系統(tǒng)的不斷推廣，噴泉控制技術(shù)也在不斷完善和提高，已從早期簡(jiǎn)單噴泉控制發(fā)展到現(xiàn)在集音控技術(shù)、程控技術(shù)及上位機(jī)控制技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)控制，其中變頻調(diào)速技術(shù)在噴泉系統(tǒng)應(yīng)用也逐步成熟，并成為其水泵調(diào)速的主要方式，實(shí)踐也證明噴泉系統(tǒng)采用變頻器控制后一方面提高系統(tǒng)控制靈活性，另一方面水泵采用變頻調(diào)速起到節(jié)能效果，因而音樂噴泉變頻調(diào)速技術(shù)值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。
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