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噴泉控制系統(tǒng)為您提供完整的音樂噴泉解決方案。 　　隨著我國人民物質(zhì)和精神生活水平的不斷提高，現(xiàn)在中國許多城市的市民廣場、單位和居民生活小區(qū)里都能看到各種形式的音樂噴泉。音樂噴泉，顧名思義就是指噴泉的水形根據(jù)播放音樂的旋律和節(jié)拍有規(guī)律地進(jìn)行變化，同時輔以燈光、激光或其它介質(zhì)的變化，在人們的視覺和聽覺上形成和諧的統(tǒng)一，使人們在精神上有愉悅的感受。 　　音樂噴泉的形式多種多樣，以筆者從事音樂噴泉控制系統(tǒng)設(shè)計及制造的經(jīng)驗來看大致可分為以下幾種： 　　※觀賞型噴泉：音樂程序控制噴泉（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、舞臺移動式水景、雕塑噴泉、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、隨動噴泉、時光隧道等； 　　※家庭噴泉景觀。 　　音樂噴泉涉及的專業(yè)非常廣泛，包括音樂信號分析、給排水、電氣控制、通訊、攝像技術(shù)、計算機(jī)自動控制、三維動畫制作和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等。所以說音樂噴泉這個行業(yè)是一個綜合性非常強(qiáng)的行業(yè)。一個音樂噴泉工程的成功實施需要以上幾方面的專業(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)就電氣和計算機(jī)自動控制系統(tǒng)在音樂噴泉中所完成的功能和組成結(jié)構(gòu)作簡單的闡述。 　　音樂噴泉控制的流程圖如下： ※音樂噴泉的控制由以下幾個部分組成： 　　1）、音樂信號的采集和處理： 　　在這個過程中，音樂信號的采集由含DSP芯片的音樂數(shù)字采集分析器來完成，在完成數(shù)據(jù)采集的同時，音樂采集分析器將采集進(jìn)來的信號按照按照分析音樂的算法將采集的信號根據(jù)音樂信號的元素和特征轉(zhuǎn)化成特定規(guī)律的數(shù)字信號輸出至中心控制站—工控機(jī)。（該音樂采集分析器是根據(jù)該裝置完成的功能而定義的名稱，在實際上該裝置可能并不是這個名稱，而是別的名稱。在上面的流程圖中，完成音樂信號采集和傳輸?shù)牟糠质且粋€硬件裝置，但在實際過程中完成音樂信號的采集和分析的部分也可以通過組態(tài)軟件專用驅(qū)動程序或在組態(tài)軟件平臺下開發(fā)的專用數(shù)據(jù)采集程序來完成。 　　2）、音樂噴泉中的水形與音樂采集分析器輸出的數(shù)字信號和諧對應(yīng)的處理過程： 　　在這個處理過程中，操作員要根據(jù)播放音樂的旋律為該音樂配置相應(yīng)的水形，所作的配置可以存儲在組態(tài)軟件的程序中，同時也可以根據(jù)需要進(jìn)行參數(shù)修改。在這個過程中，可以根據(jù)用戶的需要定義為以下這幾種模式： 　　※音樂自動模式：在這種模式下，隨著音樂在播放過程中旋律的變化，組態(tài)軟件將實時的、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輸出指令動態(tài)地改變水形以配合音樂的播放。 　　※音樂隨機(jī)模式：在這種模式下，隨著音樂在播放過程中旋律的變化，組態(tài)軟件將實時的、隨機(jī)的選擇水形配置向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)并由PLC輸出指令動態(tài)地改變水形以配合音樂的播放。 　　※音樂手動模式：在這種模式下，隨著音樂在播放過程中旋律的變化，組態(tài)軟件將操作員實時的、確定的水形指令發(fā)送給PLC，并由PLC輸出指令動態(tài)地該變水形配合音樂的播放。 　　※無音樂隨機(jī)模式：在這種模式下，組態(tài)軟件將實時的、隨機(jī)的選擇水形，向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)，并由PLC輸出指令動態(tài)地該變水形。 　　※無音樂手動模式：在這種模式下，組態(tài)軟件將操作員實時確定的水形發(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)軟件的畫面中通過視頻控件觀察現(xiàn)場安裝的攝像頭發(fā)送來的視頻畫面，或根據(jù)工程中確定的水形來制作相應(yīng)的三維動畫來反映音樂噴泉的當(dāng)前水形，同時在組態(tài)軟件中還可以進(jìn)行事件的顯示和存儲。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)的水泵的開啟和關(guān)閉、電磁閥的開和關(guān)、燈光、激光和各種執(zhí)行單元的動作和變化。 　　應(yīng)當(dāng)著重指出的是：上述的5種模式中的手動模式是非常重要的。由于現(xiàn)在大多數(shù)噴泉使用單位對音樂噴泉的要求越來越高，他們想讓噴泉具備更多的變化手段或表現(xiàn)形式，所以有越來越多的用戶或者需要根據(jù)自己的喜好；或者對音樂噴泉控制程序進(jìn)行進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用；或者抱著游戲的態(tài)度對噴泉本身的水形變化根據(jù)音樂信號的特征進(jìn)行有目的或隨機(jī)的編排。這就要求音樂噴泉控制系統(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)界面專門開辟出的編輯菜單或子程序內(nèi)填寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)后存儲形成新的控制程序）、開放式編程環(huán)境（即可以在線或離線編制與主控制程序相適應(yīng)的符合國際標(biāo)準(zhǔn)的開放式程序?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)軟件在音樂噴泉工程中所完成的功能： 　　1、 組態(tài)軟件以強(qiáng)大畫面制作能力搭建良好的人機(jī)交互界面： 現(xiàn)在市場上主流的組態(tài)軟件大多具有以下特點：優(yōu)秀的性能、純中文界面、編程風(fēng)格簡單、實時性能好、與其他應(yīng)用程序交換方便、調(diào)試簡便等。在音樂噴泉這個特殊領(lǐng)域依然可以使用組態(tài)軟件強(qiáng)大的畫面制作能力，制作出畫面美觀且適合于操作員操作的畫面。 　　2、在組態(tài)軟件的畫面上播放視頻信號監(jiān)視音樂噴泉現(xiàn)場： 　　成熟的組態(tài)軟件可提供視頻控件來播放符合WVF標(biāo)準(zhǔn)的視頻采集卡采集到的視頻信號。這樣就豐富了對生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)控方式，在音樂噴泉工程中實現(xiàn)了對音樂噴泉的多視角的監(jiān)視。 　　3、在組態(tài)軟件的驅(qū)動程序中完成對音樂的分析： 　　可以將音樂的分析功能用組態(tài)軟件的驅(qū)動程序來完成。該驅(qū)動程序?qū)⒁シ诺囊魳肺募靡环N特定的算法進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生一個純文本文件。該文件中包含有該音樂文件的分段數(shù)、分段時刻、段持續(xù)的時間和對應(yīng)的水形組合碼。水形組合碼包含該水形組合碼對應(yīng)哪些水形的信息。 　　4、在組態(tài)軟件運(yùn)行環(huán)境下進(jìn)行動態(tài)的控制： 　　在上述的音樂噴泉工程概述的幾種工作模式下進(jìn)行相互切換。 　　5、對生成的音樂文件進(jìn)行在線修改： 　　可以在組態(tài)軟件中直接啟動Excel對音樂驅(qū)動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：分段時刻、段持續(xù)的時間和對應(yīng)的水形組合碼，以此來控制音樂和噴泉的配合。 　　6、用戶的權(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，保障操作員對噴泉控制的安全性。 　　7、支持在組態(tài)軟件的畫面中播放動畫： 　　以動態(tài)的動畫完成對工業(yè)現(xiàn)場的模擬，增強(qiáng)美觀效果。一般來說組態(tài)軟件現(xiàn)在支持的動畫格式分別為gif、avi等。 　　8、控制音樂的播放： 　　成熟的組態(tài)軟件可以直接播放WAV格式的歌曲或音樂CD上的歌曲。實現(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開放式國際標(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：由于音樂噴泉的各個控制機(jī)構(gòu)的安置地比較分散，用戶對控制的實時性 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)的通訊方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 　　五、音樂噴泉控制系統(tǒng)簡介： 　　控制系統(tǒng)主要由：工業(yè)控制計算機(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)控制計算機(jī)作為用戶終端，操作界面及控制程序安裝在工業(yè)控制計算機(jī)內(nèi)，控制程序傳輸?shù)娇删幊炭刂破鳎煽删幊炭刂破骺刂谱冾l器、電磁閥和燈光的動作，由控制柜、變頻器控制相應(yīng)的負(fù)載動作。 　　※工業(yè)控制計算機(jī)： 　　多年來我公司一直采用工控機(jī)作為系統(tǒng)控制工作站，主要是因為它具有性能穩(wěn)定，速度快，對環(huán)境條件適應(yīng)性強(qiáng)，抗振和抗干擾性好等優(yōu)點。 　　※可編程控制器： 　　音樂噴泉的成敗最重要的是看噴出的水流是否有音樂感?？删幊炭刂破鞯闹饕δ苁菍σ魳沸盘栠M(jìn)行處理，再將處理后的信號傳輸?shù)较乱患壙刂圃O(shè)備，這樣就可以控制所需的水型及燈光按照音樂的節(jié)奏高低起伏做動感變化，使音樂噴泉真正達(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)定的特點和多點控制的功能已使它成為現(xiàn)代高技術(shù)音樂噴泉工程中不可缺少的設(shè)備。 　　※變頻器： 　　變頻器通過通訊網(wǎng)絡(luò)實時接收PLC輸出的控制信號，使水泵的轉(zhuǎn)速與音樂同步變化，因而使噴出的水柱能夠隨著音樂的高低、節(jié)奏的快慢而起伏變換，達(dá)到了音樂噴泉特殊的藝術(shù)效果。在選擇變頻器時必須注意：變頻器信號響應(yīng)速度、啟動和停止力矩、直流母線電容濾波參數(shù)、變頻器單位時間內(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，工作安全可靠等特點。 　　※控制柜： 　　采用噴泉專用配電和控制系統(tǒng)，更適合于水景操作的特點。根據(jù)控制柜的數(shù)量、分配功率和負(fù)荷性質(zhì)，配電柜可以為每臺控制柜分別提供供電回路。整個水景控制系統(tǒng)均采用GGD標(biāo)準(zhǔn)低壓柜箱體，質(zhì)量優(yōu)良，為國家機(jī)電專業(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)口和國內(nèi)的優(yōu)質(zhì)可靠產(chǎn)品。多年來的實踐表明其不僅符合國家標(biāo)準(zhǔn)，工藝考究，并具有多重保護(hù)功能，運(yùn)行安全可靠。