音乐喷泉实时控制系统通过操作计算机远距离即时控制喷
泉，随心所欲地控制输出各种水型、灯光等，也可以在计算机上
将预先配合各种音乐编制好的控制程序与该音乐同步播放。
1 大型音乐喷泉的控制特点
大型音乐喷泉通常用于大型广场、 宽广的湖面、 主题公园
等，电气设备包括水泵、灯光、音响、变频、配电屏等，总装机容量
约在数千 kW，由于是处在间歇变化工作，瞬间的电压波动和干
扰特别严重，尤其是变频的高频大电流，因此在音乐喷泉实时控
制时采用上位机和下位机的工作方式， 将用于操作控制的上位
机安装在远离设备控制机房， 且能观察到喷泉全景的地方便于
监视、控制，而将控制电力设备的下位机直接安装在机房的配电
屏上。上位机一般采用计算机，可提供多媒体技术及文字和图形
的各种操作、显示界面并时对下位机进行监控，下位机采用单片
机、PLC 或工控机，但考虑到抗干扰和恶劣的工作环境以及较好
的性能价格比，一般都采用 PLC，本文讨论的下位机采用三菱公
司的 FX2N 系列为例。
2 实时控制系统的设计
音乐喷泉的控制通常包括实时控制与程序控制，实时控制是
根据播放的音乐意境由计算机来即时控制输出相应的灯光和水
型，这需要操作人员对音乐和操作都十分熟悉和了解，对现场控
制要能快速地反应，由于喷水的速度总是滞后于声音，喷水的上
升和下落需要一定的时间，太快的变化是反映不出来的，所以音
乐喷泉控制的实时要求很低，同时并不是所有的水形、灯光的变
化都是实时通过计算机直接控制的，因为实际上具有观赏和表演
意义的变化灯光和水形的组合还是有限的，很多快速变化是有规
律的重复，在喷泉设计和调试阶段已经将它们的控制信号组合在
一起，并存储在下位机中，因此计算机实时控制输出的灯光和水
型可分为固定的和变化的两大类，当计算机发出输出某个组合的
灯光和水型序号，下位机将根据序号将存储在下位机中数据控制
输出设备，如果是变化的组合则按照给定的时间循环变化控制输
出，如变化很快的跑泉实际上是下位机接到跑泉命令后在下位机
中控制执行，直到上位机发出下一条其它命令。
音乐喷泉实际工作时根据需要通常可分为实时控制和程序
程控两种方式，实时控制时由操作人员根据现场的情况，操作计
算机直接发出即时要输出的各类灯光、水型。程序程控方式实际
上是由计算机代替人工操作对下位机进行实时控制， 因此首先
要对播放的音乐与配合的灯光和水型进行时间上的编排， 调试
完成后将控制时序保存在计算机中， 正式播放时同步播放音乐
与对应的控制时序，而控制时序就好比一些实时控制的操作。
3 PLC 程序的设计特点
通常 PLC 主要是用于程序控制，如电梯、生产流水线、顺序
控制等， 当用于音乐喷泉作为下位机进行实时控制时必须依靠
与上位机始终保持通信，但与 DCS（分布式控制系统）不 同，它
只接收上位机发来的命令来执行 PLC 中的程序，因此它的通信
方式与程序运行不同于普通 PLC 的程序设计方法。
3．1 PLC 存储器地址的分配和作用
根据控制系统的控制方式，将 PLC 的数据存储器分为 3 块
区域：①输入缓存区：存放由于计算机实时发到 PLC 上是一些
控制命令数据，PLC 的主程序在每次循环过程中根据这些指令
数据来执行相应的控制喷泉设备的子程序。②输出缓存区：存放
经处理后的全部输出设备开关量， 每位控制对应喷泉设备的工
作状态，最后由 PLC 的开关触点控制变频器的控制电压以及通
过固态继电器来驱动灯光、水泵、电磁阀、接触器等。③控制组合
数据区：该区内存放大量的灯光、水型等、跑泉等静态造型数据，
根据喷泉的设备情况划分成几个区段，如灯光组合、水型组合、
跑泉等，组合名称的序号对应了该组合数据的存储器中的地址，
喷泉实际工作时的各种动态的变化是由这些数据的组合变化而
成，比如 3 个节拍的变化水型组合，它具有 3 个水型组合数据，
在 PLC 中通过循环输出 3 个水型组合数据而实现变化水型组
合的输出，而某种跑泉的则是通过该组造型数据在 PLC 中的移
位输出来实现的， 因此音乐喷泉实时控制系统能实现各种复杂
的快速变化。 输入、输出缓存区采用普通用途的数据寄存器，控
制组合数据采用供停电保持专用的数据寄存器区， 在喷泉调试
阶段由计算机将设计编排好的数据直接传送到数据寄存器区中
永久保存，供 PLC 程序实际运行时使用。
3．2 通信程序的设计
实时控制的通信方式采用主从控制方式， 上位机发到下位
机的数据是一些控制命令， 它按照定长度的通信帧格式将数据
直接存放在 PLC 的输入缓存区（例如下表中 D0～D11），PLC 的
主程序在每次执行循环过程中读取该数据， 并按照该数据命令
来完成对音乐喷泉的实时控制。 因此每一帧数据包含了当前喷
泉运行控制的全部信息。表 1 为普通喷泉的一帧数据，它直接有
计算机发到 PLC 的 D0～D11 寄存器，其中 D0 为运行标志位。
表 1 普通喷泉的一帧数据
PC 机与 PLC 的串行通讯在 PC 机中必须依据互联的 PLC
的通信协议来编写通信程序，PC 发送到 PLC 的实时控制的相
关数据作为一个固定长度的整体帧形式发送， 以 FX 系列为例
PC 机向 PLC 发送的报文格式如下：
其 中 STX 为 开 始 标 志：02H；ETX 为 结 束 标 志：03H；CMD
为命令的 ASCII 码；SUMH、SUML 为从 CMD 到 ETX 按字节求
累加和，溢出不计。由于每字节十六进制数变为两字节 ASCII 代
码，故校验和为 SUMH 与 SUML，当 PC 机将喷泉控制数据写入
PLC 的 数 据 寄 存 器 时 CMD 的 命 令 代 码 为 “1” 即 ASCII 码”
31H”。 数据段包含了元件组地址、数据字节数、数据，具体数据
段格式如下：
其中数据段中元件组地址占 4 字节， 数据寄存器的地址算
法：address（映象）＝address*2＋1000h，D0～D11 的首地址即
1000；数 据 个 数 占 2 字 节 即 12；数 据 12 个 字（16 位）占 24 字
节， 因此数据段共有 30 个字节， 每位数字需要转换成对应的
ASCII 码。
对 PLC 上喷泉输出的各种水型、灯光、跑泉等组合触 点 数
据也采用以上通信格式， 仅数据段的大小与数据寄存器的地址
不同而已。 在 PC 机上设计编排好后， 于调试阶段发送到 PLC
中供实际运行时使用。
3．3 喷泉控制程序的设计
音乐喷泉实时控制系统中的 PLC 程 序 是 根 据 PC 机 发 送
过来的数据来控制执行的，处理各种灯光、水型、跑泉的输出数
据均根据数据中的运行标志 D0（标志位辅助继电器 Mi）来执行
相应的子程序。 下面以变化水型控制程序为例加以说明：
MOV DO K4M0（D0 寄存器的标志位送各辅助继电器 M）
……
LDP M1 ；
RST T1 （变化时间）
RST C1 （节拍序号）
LD M1
CALL P1
……
P1
LD M1
OUT T1 D5
LD M1
MUL K1 C1 D20 （水
型地址偏移）
MOV D20 V
BMOV D1000V D100 K1
MOV D100 K2Y000（触点输
出）
LD T1
RST T1
OUT C1 D8
LD C1
RST C1
SRET．
……
以上主程序部分始终处于
循环过程，因此 利 用 M 继 电 器
的上升脉冲的特殊作用对实时
控制对象子程序中用于控制循
环动作的定时器和计数器的启
动初始复位，以 M 继 电 器 作 为
标志执行相应的重复操作，从
软件上加强了系统可靠性和抗
干扰能力， 以定时器的动作来
控制循环动作的时间， 以计数
器的动作来控制节拍数的循
环。
变化灯光的控制方式也完全类似，而跑泉主要通过带进位的
左、右为位移指令实现，跑泉对跑过程（交叉变化）则是调用左移
跑泉与右移跑泉子程序后将两输出数据相或后直接输出实现。
4 喷泉水型、灯光、跑泉的调试与 PLC 的独立运行。
采用以上设计方法是一种上位机对下上位机的实时控制运
行方式，它对喷泉的调试带来了很大的方便。 喷泉水型、灯光、跑
泉的静态组合造型与动态组合效果需要在现场反复调试完成的，
当需要修改静态组合造型时，只要将修改的造型数据由计算机按
照以上的通信格式和对应的 PLC 数据存储器地址发送到 PLC，
然后发送该组合音乐喷泉的的实时控制命令来观看效果。 而对于
一些只要程控的音乐喷泉，当完成调试后将计算机上编制好的喷
泉运行程控数据文件（由音乐喷泉的的实时控制命令组成的时序
文件）存放到 PLC 中特定数据存储器中，直接在 PLC 中自动执
行这些命令，并调用上述的 PLC 喷泉控制程序。 以上计方法也适
于开发控制复杂变化的霓虹灯、灯光、广告牌等。
5 结束语
PLC 指令针对控制操作功能强大、精练，内部资源丰富，各
类辅助继电器、定时器、计数器、数据寄存器以及象特殊的脉冲
执行指令等适合处理复杂的时序问题，具有高效编程，一般音乐
喷泉的全部 PLC 程序也就数百条左右。 PLC 可靠性很高，应用
模块齐全，通用性强，PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它
智能设备间的通信，能方便实现 PLC 的连网和远程控制，可为
大型音乐喷泉工程的组建提供快速、可靠和全面的应用方案。
参考文献
［1］廖常初．可编程序控制器的编程方法与工程应用［M］．重庆：重庆大学
出版社，2001
［2］三菱电器公司．FX2N 使用手册［K］．http: ／ ／ www．meas．cn ／ products ／
manual．asp芽cateid＝11＆navid＝3,411998．2，2008
［收稿日期：2009．4．20］
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