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浅谈变频器在音乐喷泉中的应用

编辑:福建正华喷泉设备有限公司   时间:2014/07/11   字号:
摘要:浅谈变频器在音乐喷泉中的应用

1  引言
    随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,人们越来越注重居住环境的改善和美化,在城市建设与规划中,人们对休闲场所的建设提出更高的要求,各种休闲广场、公园的建设也越来越美化,其中音乐喷泉系统以声、光、水、色结合的独特效果成为城市景观建设的重要组成部分,国内大、中城市已争相建设音乐喷泉,并向小城市发展。目前很多广场或公园等也采用音乐喷泉美观设计,各类花样的喷泉、彩色的灯光和优美的音乐形成一幅怡人的夜景而吸引着人们,使得音乐喷泉系统日渐被推广应用。本文主要介绍音乐喷泉系统的构成及变频调速技术在音乐喷泉控制系统中的应用,并以 海大音乐喷泉专用变频器为例,阐述了音乐喷泉对变频器应用一些特殊要求。
 
2  音乐喷泉系统的组成
    一般音乐喷泉系统主要由音频控制系统、喷泉控制系统和灯光控制系统构成。音频控制系统主要由音乐播放器、前置放大器、功率放大器、监听音箱及音柱组成,大多系统采用多媒体PC通过上位机程序播放音乐。
    喷泉系统主要由喷泉控制器、变频器、水泵、多功能阀、万向喷头及供水管网组成,其中喷泉水泵目前已采用变频调速技术,实现水泵无级调速,能根据音频信号的强弱随时调节水泵速度,多功能阀及万向喷头由喷泉专用控制器控制,可根据设定程序实现各种图案和形状。
    音乐喷泉控制系统集音频控制技术、程序控制技术和智能控制技术于一体的控制系统,属于一种工业现场控制系统,其上位机大多采用多媒体工业PC机组成,可实现全程实时音控,能根据乐曲旋律、节奏和音频的强弱程度控制喷泉系统,其电气控制系统主要有以下三种形式:
(1) 集中式控制
    集中式控制系统采用放射型结构,能满足控制室离水池较近,规模较小,花型变化较少的音乐喷泉。
(2) 现场总线式控制
    现场总线是一种串行数据通信链路,实现喷泉现场基本控制设备与上级控制设备之间的联系,例如RS-485总线和CAN总线,现场总线式优点有:一条传输线可控制多台设备,控制系统简单,安装和维护容易;采用数字通信技术,抗干扰性强,精度高;控制功能分散到喷泉现场,提高了电控系统的可靠性和灵活性。
(3) 网络现场总线式控制
    网络现场总线结构与现场总线相似,性能更优越于后者,网络现场总线属于分布式控制系统,电控系统运行速度更快,达到音乐喷泉实时控制的要求,稳定性也更好;网络连接结构种类很多,能同时支持总线型和放射型,可采用混合结构;网络现场总线与现场总线主要差别是前者采用专用网络操作系统,实现网络上各个设备之间的相互操作。
    此外音乐喷泉系统包括灯光控制系统,在此不再详细叙述,由上可见音乐喷泉控制系统是集声、光、电于一体的复杂的现场控制系统。
3  变频技术在音乐喷泉系统的应用
    随着变频调速技术的不断推广,风机水泵专用变频器已被广泛用于水泵及风机负载,音乐喷泉系统中需要采用大量的水泵来控制喷泉循环水,根据水泵工作特性知道泵的流量与泵转速成比例关系,通过调节水泵转速可直接控制水泵的流量,在音乐喷泉系统需要实现喷泉水量实时调节,因而变频调速技术更适合在音乐喷泉系统使用,此外根据水泵特性知道,采用变频调速技术具有一定的节能效果,这也是变频器在音乐喷泉控制系统得推广应用的原因。
    以某广场音乐喷泉系统为例,其电气控制系统主要由上位机、音频放大系统、喷泉跑泉电脑控制器、变频器及各种电磁阀构成.

    随着音乐喷泉应用不断推广,各种喷泉专用控制器也不断完善,喷泉控制器或跑泉控制器具有多功能开关量输出、标准模拟量输出及内置通讯接口电路,可通过RS-485或总线方式与上位机进行通讯,其输出的标准电流或电压信号可作为变频器调速给定信号,结合音乐喷泉专用变频器的特有功能可实现复杂的控制。

4  海大音乐喷泉专用变频器的应用
(1) 海大音乐喷泉专用变频器功能介绍
    海大音乐喷泉专用变频器是根据音乐喷泉控制系统要求而设计的,它主要是在风机水泵专用变频器HD510系列产品基础上增加以下功能:可通过外部端子实现变频器不同运行方式间的切换,如可编程自动运行方式与外部模拟输入方式间的切换;外部多段速运行方式与可编程自动运行方式间的切换;外部多段速运行方式与外部模拟输入方式间的切换等,这种丰富的频率设定方式可方便地与喷泉控制器或PLC控制器连接,以实现各种不同控制方式。
(2) 海大音乐喷泉专用变频器的应用
    以某广场音乐喷泉系统为例,该音乐喷泉选用海大HD510音乐喷泉专用变频器,其变频器控制图如下图所示。
    喷泉控制器选用MF-32S喷泉专用控制器,其具有32路继电信号输出、1路4~20mA电流输出,并有RS-485通信电路,根据音乐信号输出0~20mA信号控制变频器,同时根据喷泉控制程序控制变频器是否处于自动运行(即PLC运行),当X6闭合时变频器按PLC运行,断开时按外部多段速运行,由于变频器外部端子运行具有优先级,当X1至X3闭合时按多段速设定速度运行,当X7端子闭合,变频器运行频率由外部电压信号0~10V给定,喷泉控制器根据程序设定分别输出相应信号控制变频器。
(3) 调试注意事项
    音乐喷泉系统是个集音乐、灯光、喷泉于一体的系统,其电气控制系统相对比较复杂,在调试时容易出现以下问题:
(1 音频信号干扰问题
    从变频器工作原理知道,当变频器运行时其输入输出侧会产生高次谐波,此谐波信号通过传导、辐射、耦合等方式对其它设备产生干扰。
    音乐喷泉系统中谐波干扰信号会经过音频放大系统放大后,形成刺耳的噪音并影响音乐的播放。调试时若遇到这种情况可采取以下措施:降低变频器载波频率;变频器可靠接地,接地线采用线径较粗的线,并且接地点与变频器距离要尽量短;变频器输入、输出动力线尽量远离音频信号线和控制线,不要将动力线与控制线走在同一线槽中;音频信号放大系统的电源尽可能与变频器供电电源隔离等。
(2 变频器跳保护问题
    喷泉水泵需随音频信号的强弱随时调节转速,这就要求变频器响应速度快,在系统调试时应注意变频器选型及参数调节,一般情况一台音乐喷泉变频器要求控制多台水泵,在选用时首先应保证变频器的功能大于水泵功能总和,并至少预留10%的余量,在变频器参数设定方面,变频器的加减速时间尽量短,但加减时间过短容易出现过电流保护,在调试时应特别注意,目前大多变频器具有故障自恢复功能,在调试可将此功能打开,以避免误信号引起变频器报警停机。
 
5  结束语
    随着喷泉系统的不断推广,喷泉控制技术也在不断完善和提高,已从早期简单喷泉控制发展到现在集音控技术、程控技术及上位机控制技术于一体的网络现场控制,其中变频调速技术在喷泉系统应用也逐步成熟,并成为其水泵调速的主要方式,实践也证明喷泉系统采用变频器控制后一方面提高系统控制灵活性,另一方面水泵采用变频调速起到节能效果,因而音乐喷泉变频调速技术值得进一步推广和应用。

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