摘要：用組態(tài)軟件、可編程控制器、變頻器、音響系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)和其它工控器件組成的高技術(shù)含量和高可靠性的音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)為您提供完整的音樂(lè)噴泉解決方案。 　　隨著我國(guó)人民物質(zhì)和精神生活水平的不斷提高，現(xiàn)在中國(guó)許多城市的市民廣場(chǎng)、單位和居民生活小區(qū)里都能看到各種形式的音樂(lè)噴泉。音樂(lè)噴泉，顧名思義就是指噴泉的水形根據(jù)播放音樂(lè)的旋律和節(jié)拍有規(guī)律地進(jìn)行變化，同時(shí)輔以燈光、激光或其它介質(zhì)的變化，在人們的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上形成和諧的統(tǒng)一，使人們?cè)诰裆嫌杏鋹偟母惺堋? 　　音樂(lè)噴泉的形式多種多樣，以筆者從事音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及制造的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看大致可分為以下幾種： 　　※觀(guān)賞型噴泉：音樂(lè)程序控制噴泉（分為水景控制、燈光控制、水景＋燈光控制等方式）、跑泉、水幕電影、激光表演噴泉、火山噴泉、程控小景、霧化造景、舞臺(tái)移動(dòng)式水景、雕塑?chē)娙?、瀑布、超高型噴泉等? 　　※游戲參與型噴泉：跳跳泉、珍珠噴泉、噴泉迷宮、聲控噴泉、踩泉、隨動(dòng)噴泉、時(shí)光隧道等； 　　※家庭噴泉景觀(guān)。 　　音樂(lè)噴泉涉及的專(zhuān)業(yè)非常廣泛，包括音樂(lè)信號(hào)分析、給排水、電氣控制、通訊、攝像技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、三維動(dòng)畫(huà)制作和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等。所以說(shuō)音樂(lè)噴泉這個(gè)行業(yè)是一個(gè)綜合性非常強(qiáng)的行業(yè)。一個(gè)音樂(lè)噴泉工程的成功實(shí)施需要以上幾方面的專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員緊密的配合才能完成。 　　一、系統(tǒng)流程與原理： 　　現(xiàn)就電氣和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在音樂(lè)噴泉中所完成的功能和組成結(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)單的闡述。 　　音樂(lè)噴泉控制的流程圖如下： ※音樂(lè)噴泉的控制由以下幾個(gè)部分組成： 　　1）、音樂(lè)信號(hào)的采集和處理： 　　在這個(gè)過(guò)程中，音樂(lè)信號(hào)的采集由含DSP芯片的音樂(lè)數(shù)字采集分析器來(lái)完成，在完成數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，音樂(lè)采集分析器將采集進(jìn)來(lái)的信號(hào)按照按照分析音樂(lè)的算法將采集的信號(hào)根據(jù)音樂(lè)信號(hào)的元素和特征轉(zhuǎn)化成特定規(guī)律的數(shù)字信號(hào)輸出至中心控制站—工控機(jī)。（該音樂(lè)采集分析器是根據(jù)該裝置完成的功能而定義的名稱(chēng)，在實(shí)際上該裝置可能并不是這個(gè)名稱(chēng)，而是別的名稱(chēng)。在上面的流程圖中，完成音樂(lè)信號(hào)采集和傳輸?shù)牟糠质且粋€(gè)硬件裝置，但在實(shí)際過(guò)程中完成音樂(lè)信號(hào)的采集和分析的部分也可以通過(guò)組態(tài)軟件專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)程序或在組態(tài)軟件平臺(tái)下開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集程序來(lái)完成。 　　2）、音樂(lè)噴泉中的水形與音樂(lè)采集分析器輸出的數(shù)字信號(hào)和諧對(duì)應(yīng)的處理過(guò)程： 　　在這個(gè)處理過(guò)程中，操作員要根據(jù)播放音樂(lè)的旋律為該音樂(lè)配置相應(yīng)的水形，所作的配置可以存儲(chǔ)在組態(tài)軟件的程序中，同時(shí)也可以根據(jù)需要進(jìn)行參數(shù)修改。在這個(gè)過(guò)程中，可以根據(jù)用戶(hù)的需要定義為以下這幾種模式： 　　※音樂(lè)自動(dòng)模式：在這種模式下，隨著音樂(lè)在播放過(guò)程中旋律的變化，組態(tài)軟件將實(shí)時(shí)的、嚴(yán)格按照操作人員設(shè)定的水形配置向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)，并由PLC輸出指令動(dòng)態(tài)地改變水形以配合音樂(lè)的播放。 　　※音樂(lè)隨機(jī)模式：在這種模式下，隨著音樂(lè)在播放過(guò)程中旋律的變化，組態(tài)軟件將實(shí)時(shí)的、隨機(jī)的選擇水形配置向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)并由PLC輸出指令動(dòng)態(tài)地改變水形以配合音樂(lè)的播放。 　　※音樂(lè)手動(dòng)模式：在這種模式下，隨著音樂(lè)在播放過(guò)程中旋律的變化，組態(tài)軟件將操作員實(shí)時(shí)的、確定的水形指令發(fā)送給PLC，并由PLC輸出指令動(dòng)態(tài)地該變水形配合音樂(lè)的播放。 　　※無(wú)音樂(lè)隨機(jī)模式：在這種模式下，組態(tài)軟件將實(shí)時(shí)的、隨機(jī)的選擇水形，向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)，并由PLC輸出指令動(dòng)態(tài)地該變水形。 　　※無(wú)音樂(lè)手動(dòng)模式：在這種模式下，組態(tài)軟件將操作員實(shí)時(shí)確定的水形發(fā)送給 PLC發(fā)送數(shù)據(jù)，并由PLC輸出指令以動(dòng)態(tài)地該變水形。 　　在上述的5種模式下都可以在組態(tài)軟件的畫(huà)面中通過(guò)視頻控件觀(guān)察現(xiàn)場(chǎng)安裝的攝像頭發(fā)送來(lái)的視頻畫(huà)面，或根據(jù)工程中確定的水形來(lái)制作相應(yīng)的三維動(dòng)畫(huà)來(lái)反映音樂(lè)噴泉的當(dāng)前水形，同時(shí)在組態(tài)軟件中還可以進(jìn)行事件的顯示和存儲(chǔ)。PLC接到組態(tài)軟件輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算控制相應(yīng)的水泵的開(kāi)啟和關(guān)閉、電磁閥的開(kāi)和關(guān)、燈光、激光和各種執(zhí)行單元的動(dòng)作和變化。 　　應(yīng)當(dāng)著重指出的是：上述的5種模式中的手動(dòng)模式是非常重要的。由于現(xiàn)在大多數(shù)噴泉使用單位對(duì)音樂(lè)噴泉的要求越來(lái)越高，他們想讓噴泉具備更多的變化手段或表現(xiàn)形式，所以有越來(lái)越多的用戶(hù)或者需要根據(jù)自己的喜好；或者對(duì)音樂(lè)噴泉控制程序進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用；或者抱著游戲的態(tài)度對(duì)噴泉本身的水形變化根據(jù)音樂(lè)信號(hào)的特征進(jìn)行有目的或隨機(jī)的編排。這就要求音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)中的組態(tài)軟件、PLC編程軟件、網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)和變頻器必須具備“宏指令編輯功能”（即在組態(tài)界面專(zhuān)門(mén)開(kāi)辟出的編輯菜單或子程序內(nèi)填寫(xiě)相應(yīng)的數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)形成新的控制程序）、開(kāi)放式編程環(huán)境（即可以在線(xiàn)或離線(xiàn)編制與主控制程序相適應(yīng)的符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式程序?qū)懭氲浇M態(tài)軟件和PLC程序內(nèi)形成新的控制程序）和快速穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。 　　二、系統(tǒng)功能： 　　下面討論一下組態(tài)軟件在音樂(lè)噴泉工程中所完成的功能： 　　1、 組態(tài)軟件以強(qiáng)大畫(huà)面制作能力搭建良好的人機(jī)交互界面： 現(xiàn)在市場(chǎng)上主流的組態(tài)軟件大多具有以下特點(diǎn)：優(yōu)秀的性能、純中文界面、編程風(fēng)格簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性能好、與其他應(yīng)用程序交換方便、調(diào)試簡(jiǎn)便等。在音樂(lè)噴泉這個(gè)特殊領(lǐng)域依然可以使用組態(tài)軟件強(qiáng)大的畫(huà)面制作能力，制作出畫(huà)面美觀(guān)且適合于操作員操作的畫(huà)面。 　　2、在組態(tài)軟件的畫(huà)面上播放視頻信號(hào)監(jiān)視音樂(lè)噴泉現(xiàn)場(chǎng)： 　　成熟的組態(tài)軟件可提供視頻控件來(lái)播放符合WVF標(biāo)準(zhǔn)的視頻采集卡采集到的視頻信號(hào)。這樣就豐富了對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控方式，在音樂(lè)噴泉工程中實(shí)現(xiàn)了對(duì)音樂(lè)噴泉的多視角的監(jiān)視。 　　3、在組態(tài)軟件的驅(qū)動(dòng)程序中完成對(duì)音樂(lè)的分析： 　　可以將音樂(lè)的分析功能用組態(tài)軟件的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成。該驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒁シ诺囊魳?lè)文件用一種特定的算法進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生一個(gè)純文本文件。該文件中包含有該音樂(lè)文件的分段數(shù)、分段時(shí)刻、段持續(xù)的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的水形組合碼。水形組合碼包含該水形組合碼對(duì)應(yīng)哪些水形的信息。 　　4、在組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行動(dòng)態(tài)的控制： 　　在上述的音樂(lè)噴泉工程概述的幾種工作模式下進(jìn)行相互切換。 　　5、對(duì)生成的音樂(lè)文件進(jìn)行在線(xiàn)修改： 　　可以在組態(tài)軟件中直接啟動(dòng)Excel對(duì)音樂(lè)驅(qū)動(dòng)程序分析生成的純文本文件進(jìn)行修改，修改的內(nèi)容包括：分段時(shí)刻、段持續(xù)的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的水形組合碼，以此來(lái)控制音樂(lè)和噴泉的配合。 　　6、用戶(hù)的權(quán)限分配和安全管理： 　　為不同的操作員分配不同的操作權(quán)限，保障操作員對(duì)噴泉控制的安全性。 　　7、支持在組態(tài)軟件的畫(huà)面中播放動(dòng)畫(huà)： 　　以動(dòng)態(tài)的動(dòng)畫(huà)完成對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的模擬，增強(qiáng)美觀(guān)效果。一般來(lái)說(shuō)組態(tài)軟件現(xiàn)在支持的動(dòng)畫(huà)格式分別為gif、avi等。 　　8、控制音樂(lè)的播放： 　　成熟的組態(tài)軟件可以直接播放WAV格式的歌曲或音樂(lè)CD上的歌曲。實(shí)現(xiàn)了真正意義上的多媒體在組態(tài)軟件上的使用。 　　三、軟件配置： 　　軟件配置為：Windowns NT 2000 + Severs Pack 6補(bǔ)丁程序+帶web功能的組態(tài)軟件+符合IEC61131開(kāi)放式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程軟件。 　　四、硬件配置： 　　硬件配置為：工控機(jī)或觸摸屏人機(jī)界面+ PLC+帶網(wǎng)絡(luò)通訊功能的變頻器。 　　注：由于音樂(lè)噴泉的各個(gè)控制機(jī)構(gòu)的安置地比較分散，用戶(hù)對(duì)控制的實(shí)時(shí)性 要求也比嚴(yán)格，所以在工程中工控機(jī)與PLC采用的是標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通訊協(xié)議以工業(yè)快速以太網(wǎng)的通訊方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 　　五、音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介： 　　控制系統(tǒng)主要由：工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器、變頻器、控制柜等組成。 　　※控制系統(tǒng)主要流程： 　　工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為用戶(hù)終端，操作界面及控制程序安裝在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)，控制程序傳輸?shù)娇删幊炭刂破?，由可編程控制器控制變頻器、電磁閥和燈光的動(dòng)作，由控制柜、變頻器控制相應(yīng)的負(fù)載動(dòng)作。 　　※工業(yè)控制計(jì)算機(jī)： 　　多年來(lái)我公司一直采用工控機(jī)作為系統(tǒng)控制工作站，主要是因?yàn)樗哂行阅芊€(wěn)定，速度快，對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)，抗振和抗干擾性好等優(yōu)點(diǎn)。 　　※可編程控制器： 　　音樂(lè)噴泉的成敗最重要的是看噴出的水流是否有音樂(lè)感?？删幊炭刂破鞯闹饕δ苁菍?duì)音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理后的信號(hào)傳輸?shù)较乱患?jí)控制設(shè)備，這樣就可以控制所需的水型及燈光按照音樂(lè)的節(jié)奏高低起伏做動(dòng)感變化，使音樂(lè)噴泉真正達(dá)到了水上芭蕾的藝術(shù)效果。可編程控制器所具有的準(zhǔn)確、精密、快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)和多點(diǎn)控制的功能已使它成為現(xiàn)代高技術(shù)音樂(lè)噴泉工程中不可缺少的設(shè)備。 　　※變頻器： 　　變頻器通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收PLC輸出的控制信號(hào)，使水泵的轉(zhuǎn)速與音樂(lè)同步變化，因而使噴出的水柱能夠隨著音樂(lè)的高低、節(jié)奏的快慢而起伏變換，達(dá)到了音樂(lè)噴泉特殊的藝術(shù)效果。在選擇變頻器時(shí)必須注意：變頻器信號(hào)響應(yīng)速度、啟動(dòng)和停止力矩、直流母線(xiàn)電容濾波參數(shù)、變頻器單位時(shí)間內(nèi)啟停次數(shù)指標(biāo)、電磁兼容性指標(biāo)、可靠性等參數(shù)。由于現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通訊方式逐漸普及，所以在選用變頻器時(shí)應(yīng)選擇具備profibus、modbus等通訊協(xié)議和功能的變頻器。這種控制方式具有靈敏度高，控制效果好，使用壽命長(zhǎng)，工作安全可靠等特點(diǎn)。 　　※控制柜： 　　采用噴泉專(zhuān)用配電和控制系統(tǒng)，更適合于水景操作的特點(diǎn)。根據(jù)控制柜的數(shù)量、分配功率和負(fù)荷性質(zhì)，配電柜可以為每臺(tái)控制柜分別提供供電回路。整個(gè)水景控制系統(tǒng)均采用GGD標(biāo)準(zhǔn)低壓柜箱體，質(zhì)量?jī)?yōu)良，為國(guó)家機(jī)電專(zhuān)業(yè)認(rèn)證合格和CCC認(rèn)證合格的產(chǎn)品。主要元器件采用進(jìn)口和國(guó)內(nèi)的優(yōu)質(zhì)可靠產(chǎn)品。多年來(lái)的實(shí)踐表明其不僅符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，工藝考究，并具有多重保護(hù)功能，運(yùn)行安全可靠。