淺談變頻器在音樂噴泉中的應用
2017-6-13 9:49:07??????點擊：
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1 引言
隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，人們越來越注重居住環境的改善和美化，在城市建設與規劃中，人們對休閑場所的建設提出更高的要求，各種休閑廣場、公園的建設也越來越美化，其中音樂噴泉系統以聲、光、水、色結合的獨特效果成為城市景觀建設的重要組成部分，國內大、中城市已爭相建設音樂噴泉，并向小城市發展。目前很多廣場或公園等也采用音樂噴泉美觀設計，各類花樣的噴泉、彩色的燈光和優美的音樂形成一幅怡人的夜景而吸引著人們，使得音樂噴泉系統日漸被推廣應用。本文主要介紹音樂噴泉系統的構成及變頻調速技術在音樂噴泉控制系統中的應用，并以 海大音樂噴泉專用變頻器為例，闡述了音樂噴泉對變頻器應用一些特殊要求。
2 音樂噴泉系統的組成
一般音樂噴泉系統主要由音頻控制系統、噴泉控制系統和燈光控制系統構成。音頻控制系統主要由音樂播放器、前置放大器、功率放大器、監聽音箱及音柱組成，大多系統采用多媒體PC通過上位機程序播放音樂。
噴泉系統主要由噴泉控制器、變頻器、水泵、多功能閥、萬向噴頭及供水管網組成，其中噴泉水泵目前已采用變頻調速技術，實現水泵無級調速，能根據音頻信號的強弱隨時調節水泵速度，多功能閥及萬向噴頭由噴泉專用控制器控制，可根據設定程序實現各種圖案和形狀。
音樂噴泉控制系統集音頻控制技術、程序控制技術和智能控制技術于一體的控制系統，屬于一種工業現場控制系統，其上位機大多采用多媒體工業PC機組成，可實現全程實時音控，能根據樂曲旋律、節奏和音頻的強弱程度控制噴泉系統，其電氣控制系統主要有以下三種形式:
（1） 集中式控制
集中式控制系統采用放射型結構，能滿足控制室離水池較近，規模較小，花型變化較少的音樂噴泉。
（2） 現場總線式控制
現場總線是一種串行數據通信鏈路，實現噴泉現場基本控制設備與上級控制設備之間的聯系，例如RS-485總線和CAN總線，現場總線式優點有:一條傳輸線可控制多臺設備，控制系統簡單，安裝和維護容易;采用數字通信技術，抗干擾性強，精度高;控制功能分散到噴泉現場，提高了電控系統的可靠性和靈活性。
（3） 網絡現場總線式控制
網絡現場總線結構與現場總線相似，性能更優越于后者，網絡現場總線屬于分布式控制系統，電控系統運行速度更快，達到音樂噴泉實時控制的要求，穩定性也更好;網絡連接結構種類很多，能同時支持總線型和放射型，可采用混合結構;網絡現場總線與現場總線主要差別是前者采用專用網絡操作系統，實現網絡上各個設備之間的相互操作。
此外音樂噴泉系統包括燈光控制系統，在此不再詳細敘述，由上可見音樂噴泉控制系統是集聲、光、電于一體的復雜的現場控制系統。
3 變頻技術在音樂噴泉系統的應用
隨著變頻調速技術的不斷推廣，風機水泵專用變頻器已被廣泛用于水泵及風機負載，音樂噴泉系統中需要采用大量的水泵來控制噴泉循環水，根據水泵工作特性知道泵的流量與泵轉速成比例關系，通過調節水泵轉速可直接控制水泵的流量，在音樂噴泉系統需要實現噴泉水量實時調節，因而變頻調速技術更適合在音樂噴泉系統使用，此外根據水泵特性知道，采用變頻調速技術具有一定的節能效果，這也是變頻器在音樂噴泉控制系統得推廣應用的原因。
以某廣場音樂噴泉系統為例，其電氣控制系統主要由上位機、音頻放大系統、噴泉跑泉電腦控制器、變頻器及各種電磁閥構成.
隨著音樂噴泉應用不斷推廣，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量輸出、標準模擬量輸出及內置通訊接口電路，可通過RS-485或總線方式與上位機進行通訊，其輸出的標準電流或電壓信號可作為變頻器調速給定信號，結合音樂噴泉專用變頻器的特有功能可實現復雜的控制。
4 海大音樂噴泉專用變頻器的應用
（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音樂噴泉控制系統要求而設計的，它主要是在風機水泵專用變頻器HD510系列產品基礎上增加以下功能:可通過外部端子實現變頻器不同運行方式間的切換，如可編程自動運行方式與外部模擬輸入方式間的切換;外部多段速運行方式與可編程自動運行方式間的切換;外部多段速運行方式與外部模擬輸入方式間的切換等，這種豐富的頻率設定方式可方便地與噴泉控制器或PLC控制器連接，以實現各種不同控制方式。
（2） 海大音樂噴泉專用變頻器的應用
以某廣場音樂噴泉系統為例，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路繼電信號輸出、1路4～20mA電流輸出，并有RS-485通信電路，根據音樂信號輸出0～20mA信號控制變頻器，同時根據噴泉控制程序控制變頻器是否處于自動運行（即PLC運行），當X6閉合時變頻器按PLC運行，斷開時按外部多段速運行，由于變頻器外部端子運行具有優先級，當X1至X3閉合時按多段速設定速度運行，當X7端子閉合，變頻器運行頻率由外部電壓信號0～10V給定，噴泉控制器根據程序設定分別輸出相應信號控制變頻器。
（3） 調試注意事項
音樂噴泉系統是個集音樂、燈光、噴泉于一體的系統，其電氣控制系統相對比較復雜，在調試時容易出現以下問題:
（1 音頻信號干擾問題
從變頻器工作原理知道，當變頻器運行時其輸入輸出側會產生高次諧波，此諧波信號通過傳導、輻射、耦合等方式對其它設備產生干擾。
音樂噴泉系統中諧波干擾信號會經過音頻放大系統放大后，形成刺耳的噪音并影響音樂的播放。調試時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，并且接地點與變頻器距離要盡量短;變頻器輸入、輸出動力線盡量遠離音頻信號線和控制線，不要將動力線與控制線走在同一線槽中;音頻信號放大系統的電源盡可能與變頻器供電電源隔離等。
（2 變頻器跳保護問題
噴泉水泵需隨音頻信號的強弱隨時調節轉速，這就要求變頻器響應速度快，在系統調試時應注意變頻器選型及參數調節，一般情況一臺音樂噴泉變頻器要求控制多臺水泵，在選用時首先應保證變頻器的功能大于水泵功能總和，并至少預留10%的余量，在變頻器參數設定方面，變頻器的加減速時間盡量短，但加減時間過短容易出現過電流保護，在調試時應特別注意，目前大多變頻器具有故障自恢復功能，在調試可將此功能打開，以避免誤信號引起變頻器報警停機。
5 結束語
隨著噴泉系統的不斷推廣，噴泉控制技術也在不斷完善和提高，已從早期簡單噴泉控制發展到現在集音控技術、程控技術及上位機控制技術于一體的網絡現場控制，其中變頻調速技術在噴泉系統應用也逐步成熟，并成為其水泵調速的主要方式，實踐也證明噴泉系統采用變頻器控制后一方面提高系統控制靈活性，另一方面水泵采用變頻調速起到節能效果，因而音樂噴泉變頻調速技術值得進一步推廣和應用。
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1 引言
隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，人們越來越注重居住環境的改善和美化，在城市建設與規劃中，人們對休閑場所的建設提出更高的要求，各種休閑廣場、公園的建設也越來越美化，其中音樂噴泉系統以聲、光、水、色結合的獨特效果成為城市景觀建設的重要組成部分，國內大、中城市已爭相建設音樂噴泉，并向小城市發展。目前很多廣場或公園等也采用音樂噴泉美觀設計，各類花樣的噴泉、彩色的燈光和優美的音樂形成一幅怡人的夜景而吸引著人們，使得音樂噴泉系統日漸被推廣應用。本文主要介紹音樂噴泉系統的構成及變頻調速技術在音樂噴泉控制系統中的應用，并以 海大音樂噴泉專用變頻器為例，闡述了音樂噴泉對變頻器應用一些特殊要求。
2 音樂噴泉系統的組成
一般音樂噴泉系統主要由音頻控制系統、噴泉控制系統和燈光控制系統構成。音頻控制系統主要由音樂播放器、前置放大器、功率放大器、監聽音箱及音柱組成，大多系統采用多媒體PC通過上位機程序播放音樂。
噴泉系統主要由噴泉控制器、變頻器、水泵、多功能閥、萬向噴頭及供水管網組成，其中噴泉水泵目前已采用變頻調速技術，實現水泵無級調速，能根據音頻信號的強弱隨時調節水泵速度，多功能閥及萬向噴頭由噴泉專用控制器控制，可根據設定程序實現各種圖案和形狀。
音樂噴泉控制系統集音頻控制技術、程序控制技術和智能控制技術于一體的控制系統，屬于一種工業現場控制系統，其上位機大多采用多媒體工業PC機組成，可實現全程實時音控，能根據樂曲旋律、節奏和音頻的強弱程度控制噴泉系統，其電氣控制系統主要有以下三種形式:
（1） 集中式控制
集中式控制系統采用放射型結構，能滿足控制室離水池較近，規模較小，花型變化較少的音樂噴泉。
（2） 現場總線式控制
現場總線是一種串行數據通信鏈路，實現噴泉現場基本控制設備與上級控制設備之間的聯系，例如RS-485總線和CAN總線，現場總線式優點有:一條傳輸線可控制多臺設備，控制系統簡單，安裝和維護容易;采用數字通信技術，抗干擾性強，精度高;控制功能分散到噴泉現場，提高了電控系統的可靠性和靈活性。
（3） 網絡現場總線式控制
網絡現場總線結構與現場總線相似，性能更優越于后者，網絡現場總線屬于分布式控制系統，電控系統運行速度更快，達到音樂噴泉實時控制的要求，穩定性也更好;網絡連接結構種類很多，能同時支持總線型和放射型，可采用混合結構;網絡現場總線與現場總線主要差別是前者采用專用網絡操作系統，實現網絡上各個設備之間的相互操作。
此外音樂噴泉系統包括燈光控制系統，在此不再詳細敘述，由上可見音樂噴泉控制系統是集聲、光、電于一體的復雜的現場控制系統。
3 變頻技術在音樂噴泉系統的應用
隨著變頻調速技術的不斷推廣，風機水泵專用變頻器已被廣泛用于水泵及風機負載，音樂噴泉系統中需要采用大量的水泵來控制噴泉循環水，根據水泵工作特性知道泵的流量與泵轉速成比例關系，通過調節水泵轉速可直接控制水泵的流量，在音樂噴泉系統需要實現噴泉水量實時調節，因而變頻調速技術更適合在音樂噴泉系統使用，此外根據水泵特性知道，采用變頻調速技術具有一定的節能效果，這也是變頻器在音樂噴泉控制系統得推廣應用的原因。
以某廣場音樂噴泉系統為例，其電氣控制系統主要由上位機、音頻放大系統、噴泉跑泉電腦控制器、變頻器及各種電磁閥構成.
隨著音樂噴泉應用不斷推廣，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量輸出、標準模擬量輸出及內置通訊接口電路，可通過RS-485或總線方式與上位機進行通訊，其輸出的標準電流或電壓信號可作為變頻器調速給定信號，結合音樂噴泉專用變頻器的特有功能可實現復雜的控制。
4 海大音樂噴泉專用變頻器的應用
（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音樂噴泉控制系統要求而設計的，它主要是在風機水泵專用變頻器HD510系列產品基礎上增加以下功能:可通過外部端子實現變頻器不同運行方式間的切換，如可編程自動運行方式與外部模擬輸入方式間的切換;外部多段速運行方式與可編程自動運行方式間的切換;外部多段速運行方式與外部模擬輸入方式間的切換等，這種豐富的頻率設定方式可方便地與噴泉控制器或PLC控制器連接，以實現各種不同控制方式。
（2） 海大音樂噴泉專用變頻器的應用
以某廣場音樂噴泉系統為例，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路繼電信號輸出、1路4～20mA電流輸出，并有RS-485通信電路，根據音樂信號輸出0～20mA信號控制變頻器，同時根據噴泉控制程序控制變頻器是否處于自動運行（即PLC運行），當X6閉合時變頻器按PLC運行，斷開時按外部多段速運行，由于變頻器外部端子運行具有優先級，當X1至X3閉合時按多段速設定速度運行，當X7端子閉合，變頻器運行頻率由外部電壓信號0～10V給定，噴泉控制器根據程序設定分別輸出相應信號控制變頻器。
（3） 調試注意事項
音樂噴泉系統是個集音樂、燈光、噴泉于一體的系統，其電氣控制系統相對比較復雜，在調試時容易出現以下問題:
（1 音頻信號干擾問題
從變頻器工作原理知道，當變頻器運行時其輸入輸出側會產生高次諧波，此諧波信號通過傳導、輻射、耦合等方式對其它設備產生干擾。
音樂噴泉系統中諧波干擾信號會經過音頻放大系統放大后，形成刺耳的噪音并影響音樂的播放。調試時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，并且接地點與變頻器距離要盡量短;變頻器輸入、輸出動力線盡量遠離音頻信號線和控制線，不要將動力線與控制線走在同一線槽中;音頻信號放大系統的電源盡可能與變頻器供電電源隔離等。
（2 變頻器跳保護問題
噴泉水泵需隨音頻信號的強弱隨時調節轉速，這就要求變頻器響應速度快，在系統調試時應注意變頻器選型及參數調節，一般情況一臺音樂噴泉變頻器要求控制多臺水泵，在選用時首先應保證變頻器的功能大于水泵功能總和，并至少預留10%的余量，在變頻器參數設定方面，變頻器的加減速時間盡量短，但加減時間過短容易出現過電流保護，在調試時應特別注意，目前大多變頻器具有故障自恢復功能，在調試可將此功能打開，以避免誤信號引起變頻器報警停機。
5 結束語
隨著噴泉系統的不斷推廣，噴泉控制技術也在不斷完善和提高，已從早期簡單噴泉控制發展到現在集音控技術、程控技術及上位機控制技術于一體的網絡現場控制，其中變頻調速技術在噴泉系統應用也逐步成熟，并成為其水泵調速的主要方式，實踐也證明噴泉系統采用變頻器控制后一方面提高系統控制靈活性，另一方面水泵采用變頻調速起到節能效果，因而音樂噴泉變頻調速技術值得進一步推廣和應用。
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