PLC自動控制舞臺

1、第1章緒論1.1課題研究背景隨著城市化進程的加快和人口大量聚集，使得生活節(jié)奏加快。如今，舞臺在人們周圍隨處可見；比如學校，大廈,劇場，小區(qū)等。舞臺是文化交流，娛樂大眾，自我展現(xiàn)的重要場所；可以使人心身愉悅，減輕壓力。而自動舞臺是科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，形式上和技術(shù)上都要優(yōu)于傳統(tǒng)舞臺。自動舞臺運行的靈活性是評價舞臺優(yōu)劣的關(guān)鍵，而這與舞臺的控制系統(tǒng)息息相關(guān)。可以根據(jù)場所的需要，設(shè)計出各種各樣的燈光，升降臺，旋轉(zhuǎn)臺等。給人創(chuàng)造更好的視覺享受。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制書上世界第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在美國(GM)的生產(chǎn)線上。但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制期，簡稱PLC

2、(programmablelogiccontroller)。70年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機的迅猛發(fā)展，使PLC從開關(guān)量的邏輯控制擴展到數(shù)字控制及生產(chǎn)過程控制域，真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，故稱為可編程控制器，簡稱PC(programmablecontroller).但由于PC容易與個人計算機(programmablecomputer)相混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程器的縮寫。1985年國際電工委員會(IEC)對PLC的定義如下：可編程控制器是一種進行數(shù)字運算的電子系統(tǒng)，是專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計的工業(yè)控制器，它采用了可以編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序

3、控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，所以它在數(shù)學處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢。繼電器在控制系統(tǒng)中主要起兩種作用：(1) 邏輯運算(2) 弱電控制強電。可編程控制器，簡稱PLC。它在集成電路、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一中新型工業(yè)控制設(shè)備。具有：(1) 可靠性高、抗十擾能力強(2) 設(shè)計、安裝容易，維護工作量少(3) 功能強、通用性好(4) 開發(fā)周期短，成功率高(5) 體積小，重量輕、功耗底等特點。具有功能強、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個

4、領(lǐng)域，并已成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱產(chǎn)品。與繼電一一接觸器系統(tǒng)相比系統(tǒng)更加可靠；價格上能與繼電一一接觸器控制系統(tǒng)競爭；易于在現(xiàn)場變更程序；便于使用、維護、維修；能直接推動電磁閥、接觸器與于之相當?shù)膱?zhí)行機構(gòu)；能向中央執(zhí)行機構(gòu)；能向中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)直接傳輸數(shù)據(jù)等。因此，進行自動舞臺PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，可以推動舞臺的發(fā)展，擴大PLC在自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用，具有一定的經(jīng)濟和理論研究的價值。1.2課題設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計將在以下幾個方面對自動舞臺的控制系統(tǒng)進行研究和論證。(1) 自動舞臺類型的選擇。綜合自動舞臺的類別和各類的特點和要求，在本課題中主要研究舞臺帷幕的開合、燈光的順序運行、升降臺的上升，和下降

5、。設(shè)置自動和手動兩種狀態(tài)，自動狀態(tài)要求自動運行，手動狀態(tài)要求手動運行和檢修。自動舞臺硬件系統(tǒng)的設(shè)計。本課題設(shè)計的自動舞臺要求運行迅速準確度高，在舞臺帷幕兩端和中間以及升降臺上下兩端選用工業(yè)自動控制上大量運用的具有耐摩擦、壽命長、接觸性能好的位置開關(guān)，運用開關(guān)量信號輸入給PLC來實現(xiàn)控制。在硬件系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮了自動舞臺的經(jīng)濟實用、穩(wěn)定、靈活、美觀的需要。自動舞臺控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計。在本設(shè)計中選用了目前運用最多的PLC編程語言梯形圖，梯形圖的編程能直觀明了的設(shè)計自動舞臺控制的要求，梯形圖的編寫運用SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，此軟件支持全部的三菱FX系列的PLC,并且具有強大

6、的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，從而大大縮短的維修時間。1.3課題設(shè)計的目的和意義隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。而隨著我國城市化進程的加快和人口大量集聚，使得社會競爭加劇，學習和工作的壓力加大，生活節(jié)奏加快，精神上壓抑。而舞臺是文化交流，娛樂大眾，自我展現(xiàn)的重要場所；可以使人心身愉悅，減輕壓力。自動舞臺是科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，形式上和技術(shù)上都要優(yōu)于傳統(tǒng)舞臺，給人在視覺上有更好的沖擊效果。可編程序控制器(PLC)因為穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、簡單易學、功能強大和使用方便已經(jīng)成為應(yīng)用面最廣、最廣泛的通用工業(yè)控制裝置，成為當代工業(yè)自動化的主要支

7、柱之一。自動舞臺控制要求接入設(shè)備使用簡便，對應(yīng)于系統(tǒng)組態(tài)的編程簡單,具有人性化的人機界面，配備應(yīng)用程序庫，加快編程和調(diào)試速度。通過PLC對程序設(shè)計，提高了舞臺的控制水平，并改善了舞臺的樣式。第2章系統(tǒng)控制方案的確定2.1白動舞臺的概述自動舞臺是將燈光、美術(shù)、機械融為一體的新型舞臺，是一種可控的技術(shù)型舞臺，是科技發(fā)展帶來的舞臺藝術(shù)?，F(xiàn)代城市中的自動舞臺形式已十分豐富，按功能的不同可以分為音樂舞臺，聚光燈舞臺，機械升降、旋轉(zhuǎn)舞臺，以及綜合性舞臺等。2.2采用PLC控制白動舞臺的優(yōu)點(1)控制方式上看：PLC軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。(2) 工作方式上看：PLC申行工作，不

8、受制約。(3) 控制速度上看：PLC通過半導體來控制，速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。(4) 定時、記數(shù)看：PLC時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能?？煽?、維護看：PLC無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。2.3系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟在自動舞臺控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中主要考慮以下幾點：(1) 深入了解和分析自動舞臺的工藝條件和控制要求。(2) 確定I/O設(shè)備。根據(jù)自動舞臺控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、位置開關(guān)等，常用的輸出設(shè)備有電機、燈光等。(3) 根據(jù)I/O點數(shù)選擇合適的PLC類型。(4) 分配I/O

9、點，分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。(5) 設(shè)計自動舞臺的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個自動舞臺系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。(6) 將程序輸入PLC進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善123精品452.4系統(tǒng)控制方案自動舞臺示意圖如圖2-1所示：圖2-1自動舞臺示意圖自動舞臺系統(tǒng)的控制要求如下：(1) 舞臺帷幕兩端和中間共有三個限位開關(guān)SQ1、SQ2、SQ3,舞臺中間有圓形升降臺，升降臺上下兩端有限位開關(guān)SQ4、SQ5,舞臺上方有七盞聚光燈HL1、HL2、HL3、HL4、HL5、HL6、HL7。eSizeNumberBSheet

10、Drawn該舞臺有兩種工作方式：第一種方式是自動運行狀態(tài)，在自動狀態(tài)下舞臺段動18靠裂/File:新建又十12345運行；第二種方式是手動運行狀態(tài)，在手動狀態(tài)下舞臺可手動控制和檢修。工作方式由自動/手動切換開關(guān)來控制。系統(tǒng)上電默認自動運行狀態(tài)，按下開幕按鈕，帷幕打開；當帷幕完全打開并碰到帷幕左右兩端的限位開關(guān)時停止打開；同時舞臺上方的聚光燈以1秒的速率按HL1亮,HL2、HL3亮，HL4、HL5亮，HL6、HL7亮的方式依次點亮，后亮前保持，直至全部點亮；在聚光燈全部點亮的同時升降臺上升，當升降臺碰到上限位開關(guān)后升降臺停止上升。在舞臺完全開啟后，按下閉幕按鈕，升降臺下降，當升降臺碰到下限位開關(guān)

11、后升降臺停止下降；同時聚光燈以1秒的速率按HL7、HL6滅，HL5、HL4滅，HL3、HL2滅，HL1滅的方式依次熄滅；在聚光燈全部熄滅的同時帷幕關(guān)閉，當帷幕完全關(guān)閉并碰到帷幕中間限位開關(guān)后停止關(guān)閉。在自動運行狀態(tài)下，任意時刻按下停止按鈕，系統(tǒng)完成當前動作后停止，再次按下開幕按鈕系統(tǒng)繼續(xù)完成未執(zhí)行的動作；按下自動/手動切換開關(guān)系統(tǒng)將切換到手動狀態(tài)。(2) 在手動運行狀態(tài)下，可以對帷幕的打開和關(guān)閉，升降臺的上升和下降進行點動控制和檢修，通過聚光燈檢修開關(guān)檢修聚光燈；按下自動/手動切換開關(guān)系統(tǒng)將切換到自動狀態(tài)。2.5白動舞臺控制系統(tǒng)的原理圖在自動舞臺中，通過按鈕開關(guān)信號來控制PLC;再通過PLC控

12、制電機和聚燈。自動舞臺控制系統(tǒng)的原理圖如圖2-2所示:圖2-2自動舞臺控制系統(tǒng)的原理圖1. 第3章系統(tǒng)碩件設(shè)計3.1可編程控制器(PLC)的選型PLC概述PLC是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。PLC基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而PLC則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，

13、便于維修及抗十擾等問題，入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運算功能；準確定時功能；高速計數(shù)功能；中斷處理(可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷)功能；程序與數(shù)據(jù)存儲功能；聯(lián)網(wǎng)通信功能；自檢測、自診斷功能可以說，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能，PLC幾乎也都可以做到。像PLC這樣。有很豐富的功能，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功

14、能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。(1) PLC工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。(2) 輸入刷新過程。當輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。(3) 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。(4) 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。(5) 掃描周期的長短由三條決定:CPU執(zhí)行指令的速度、指令本身占有的時間、指令條數(shù)(6) 由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/

15、輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。PLC選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定-7-PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。(1)輸入輸出(I/O)點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。(2) 存儲器容量的估算存儲

16、器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲容容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)(16位為一個字)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。因此本課題的PLC內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。

17、(3) 控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。根據(jù)本課題所設(shè)計控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。控制功能PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式

18、：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語-8-言'應(yīng)遵守其標準（IEC6113123）,同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C,Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。診斷功能PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯

19、判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。（4）機型的選擇通過對輸入/輸出點的選擇、對存儲容量的選擇、對I/O響應(yīng)時間的選擇以及輸出負載的特點選型的分許。該控制系統(tǒng)選用三菱公司FXON系列的PLC。它體積小，重量輕,使用壽命長，編程和維護方便，故障率低,通過擴展模塊的連接，可以增加輸入/輸出點數(shù)。我設(shè)計的自動舞臺模型共有14個輸入,11個輸出，因此，選用型號為FX2N-32MR的P

20、LC。其實物圖如圖3-1示。圖3-1三菱FX2N-32MR的PLC3.2電動機的選型本設(shè)計中選用三相異步電動機，三相異步電機是交流電機的一種，乂稱感應(yīng)電機。它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、堅固耐用，維修方便、成本較低、價格便宜等一系列優(yōu)點。其實物圖如圖3-3示。(1) 帷幕開合電機選用Y90L-2型號電機。此型號電機效率高、節(jié)能、啟動轉(zhuǎn)矩高、噪聲低、振動小、運行安全可靠。其實物圖如圖3-2示:圖3-2Y90L-2異步電機實物圖升降臺電機選用YTD-200型號電機。此型號電機噪聲低、振動小、牽引效果較好、運行安全可靠。其實物圖如圖3-3示:圖3-3YTD-200異步電機實物圖3.3硬件接線圖電機接線圖

21、如圖3-4所示:FUKM4圖3-4電機接線圖外部硬件的接線圖3-5所示:0AQ2DV.Cffif顧0CM1C0M1CffliX0YOXIY1X2Y2X3Y3X4Y4X5¥5X6Y6X7Y7X10¥10XIIX12YllX13Y12X14X15LNEX2N-32MRR也渺KV1/更戛爐簡芟鄒I_5峭客袖您'魏鯉:；2升觥6邢飴帶魅掏野夕花皋宓就節(jié)起1夕售游野瑜頊._夕升希上限町規(guī)夕膈下耳慚顆/聚拙港抨郭2g皓翱開口-UKMitoan-U皿升降臺上汁nKM3斜6靜歸nKMI-7U砌HU®_Ijfc'ffHUHL!Q觥燈匹®觥燈HLS果卻THU

22、_以y圖3-5PLC外部硬件接線圖3.4I/O分配表如表3-1,3-2表3-1輸入地址表輸入編號說明1X0自動/手動切換開關(guān)SA12X1開幕按鈕SB13X2閉幕按鈕SB24X3停止按鈕SB35X4帷幕拉開檢修按鈕SB46X5帷幕關(guān)閉檢修按鈕SB57X6升降臺上升檢修按鈕SB68X7升降臺下降檢修按鈕SB79X10帷幕左端限位開關(guān)SQ110X11帷幕右端限位開關(guān)SQ211X12帷幕中間限位開關(guān)SQ312X13升降臺上限位開關(guān)SQ413X14升降臺下限位開關(guān)SQ514X15聚光燈檢修開關(guān)SA2表3-2輸出地址表輸出編號說明1Y0帷幕拉開KM12Y1帷幕關(guān)閉KM23Y2升降臺上升KM34Y3升降臺下

23、降KM45Y4聚光燈HL16Y5聚光燈HL27Y6聚光燈HL38Y7聚光燈HL49Y10聚光燈HL510Y11聚光燈HL611Y12聚光燈HL7第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(1) 4.1系統(tǒng)工作過程分析上電系統(tǒng)默認自動運行狀態(tài)。(2) 按下開幕按鈕SB1,系統(tǒng)自動運行直至舞臺完全開啟。(3) 按下閉幕按鈕SB2,系統(tǒng)自動運行直至舞臺完全關(guān)閉。(4) 在自動狀態(tài)下按下停止按鈕SB3,系統(tǒng)完成當前動作后停止運行。(5) 任意時刻按下自動/手動切換開關(guān)SA1,系統(tǒng)切換為手動狀態(tài)；再按自動/手動切換開關(guān)SA1,系統(tǒng)切換回自動狀態(tài)。(6) 手動狀態(tài)下可以通過檢修按鈕對帷幕的打開和關(guān)閉，升降臺的上升和下降進行自動控

24、制和檢修，通過聚光燈檢修開關(guān)SA2檢修聚光燈。系統(tǒng)工作流程如圖4-2所示:M8002|S01X10T0S23-SETY5SETY6T1K10T123圖4-2系統(tǒng)工作流程圖第5章結(jié)束語本系統(tǒng)主要以可編程控制器PLC為核心，利用可編程控制器PLC強大的控制功能，實現(xiàn)了利用可編程控制器控制自動舞臺的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。當自動舞臺的功能增加時，只需增加一個I/O擴展模塊即可。原來的接線不需改變，軟件上只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、靈活性、精確性和可靠性方面，到達到了設(shè)計的要求，表明該設(shè)計方案是可行的。通過本設(shè)計，我學習到了很多東西，在工作的細心上也得到了提高。并且，更了解了有關(guān)可編程控制器的功能。我選擇這個設(shè)計，也是為了彌補以前學習上的不足。這次設(shè)計，使我了解到老師的用心良苦，并且從老師那學到了很多寶貴的東西。致謝在做論文的過程中鮑卓娟老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和一絲不茍的工作精神給了