1 引言 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們越來越注重居住環(huán)境的改善和美化，在城市建設與規(guī)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(tǒng)以聲、光、水、色結(jié)合的獨特效果成為城市景觀建設的重要組成部分，國內(nèi)大、中城市已爭相建設音樂噴泉，并向小城市發(fā)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(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)速技術在音樂噴泉控制系統(tǒng)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(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，實現(xiàn)水泵無級調(diào)速，能根據(jù)音頻信號的強弱隨時調(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)設定程序?qū)崿F(xiàn)各種圖案和形狀。系統(tǒng)如下圖所示。 音樂噴泉控制系統(tǒng)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(tǒng)，屬于一種工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)，其上位機大多采用多媒體工業(yè)PC機組成，可實現(xiàn)全程實時音控，能根據(jù)樂曲旋律、節(jié)奏和音頻的強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)場總線式控制 現(xiàn)場總線是一種串行數(shù)據(jù)通信鏈路，實現(xiàn)噴泉現(xiàn)場基本控制設備與上級控制設備之間的聯(lián)系，例如RS-485總線和CAN總線，現(xiàn)場總線式優(yōu)點有:一條傳輸線可控制多臺設備，控制系統(tǒng)簡單，安裝和維護容易;采用數(shù)字通信技術，抗干擾性強，精度高;控制功能分散到噴泉現(xiàn)場，提高了電控系統(tǒng)的可靠性和靈活性。 （3） 網(wǎng)絡現(xiàn)場總線式控制 網(wǎng)絡現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)與現(xiàn)場總線相似，性能更優(yōu)越于后者，網(wǎng)絡現(xiàn)場總線屬于分布式控制系統(tǒng)，電控系統(tǒng)運行速度更快，達到音樂噴泉實時控制的要求，穩(wěn)定性也更好;網(wǎng)絡連接結(jié)構(gòu)種類很多，能同時支持總線型和放射型，可采用混合結(jié)構(gòu);網(wǎng)絡現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線主要差別是前者采用專用網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡上各個設備之間的相互操作。 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、電于一體的復雜的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。 3 變頻技術在音樂噴泉系統(tǒng)的應用 隨著變頻調(diào)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(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)需要實現(xiàn)噴泉水量實時調(diào)節(jié)，因而變頻調(diào)速技術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)得推廣應用的原因。 以某廣場音樂噴泉系統(tǒng)為例，其電氣控制系統(tǒng)主要由上位機、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，如圖所示。 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(nèi)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(diào)速給定信號，結(jié)合音樂噴泉專用變頻器的特有功能可實現(xiàn)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(jù)音樂噴泉控制系統(tǒng)要求而設計的，它主要是在風機水泵專用變頻器HD510系列產(chǎn)品基礎上增加以下功能:可通過外部端子實現(xiàn)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(xiàn)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(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)音樂信號輸出0～20mA信號控制變頻器，同時根據(jù)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(yōu)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(jù)程序設定分別輸出相應信號控制變頻器。 （3） 調(diào)試注意事項 音樂噴泉系統(tǒng)是個集音樂、燈光、噴泉于一體的系統(tǒng)，其電氣控制系統(tǒng)相對比較復雜，在調(diào)試時容易出現(xiàn)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(cè)會產(chǎn)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(chǎn)生干擾。 音樂噴泉系統(tǒng)中諧波干擾信號會經(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(tǒng)的電源盡可能與變頻器供電電源隔離等。 （2 變頻器跳保護問題 噴泉水泵需隨音頻信號的強弱隨時調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這就要求變頻器響應速度快，在系統(tǒng)調(diào)試時應注意變頻器選型及參數(shù)調(diào)節(jié)，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(shù)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(xiàn)過電流保護，在調(diào)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(diào)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(jié)束語 隨著噴泉系統(tǒng)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(fā)展到現(xiàn)在集音控技術、程控技術及上位機控制技術于一體的網(wǎng)絡現(xiàn)場控制，其中變頻調(diào)速技術在噴泉系統(tǒng)應用也逐步成熟，并成為其水泵調(diào)速的主要方式，實踐也證明噴泉系統(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)速技術值得進一步推廣和應用。