舞臺藝術(shù)彩燈課程設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 基于PLC的舞臺藝術(shù)燈飾的設(shè)計院 (系)：機電工程學院 專 業(yè)：應用電子技術(shù)姓名： 秦林鋒 學號：指導教師： 程佳佳二一 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學生姓名秦林鋒學號專 業(yè)應用電子技術(shù)院（系）機電工程學院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目基于PLC的舞臺藝術(shù)燈飾的設(shè)計任務(wù)與要求完成時間段年 月 日 至 年 月 日 共 周指導教師單位職稱院（系）審核意見畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導教師簽 字教師對進度計劃實施情況總評 簽名 年 月 日 本表作評定學生平時成績的依據(jù)之一畢業(yè)設(shè)計(論文)中期檢查記錄表學生填寫畢業(yè)設(shè)計(論文)題目:基于PLC的舞臺藝

2、術(shù)燈飾的設(shè)計學生姓名: 秦林鋒學號：專業(yè)：應用電子技術(shù)指導教師姓名: 程佳佳職稱: 講師檢查教師填寫畢業(yè)設(shè)計(論文)題目工作量飽滿一般不夠畢業(yè)設(shè)計(論文)題目難度大適中不夠畢業(yè)設(shè)計(論文)題目涉及知識點豐富比較豐富較少畢業(yè)設(shè)計(論文)題目價值很有價值一般價值不大學生是否按計劃進度獨立完成工作任務(wù)學生畢業(yè)設(shè)計(論文)工作進度填寫情況指導次數(shù)學生工作態(tài)度認真一般較差其他檢查內(nèi)容：存在問題及采取措施:檢查教師簽字: 年 月 日院（系）意見(加蓋公章):年 月 日序言本次PLC課程設(shè)計題目為舞臺藝術(shù)彩燈的PLC控制，控制要求主要圍繞七盞燈（Q0.0-Q0.6）進行的，顏色分別為紅色、橙色、黃色、綠色、

3、藍色、粉色、紫色?；?中的要求首先紅色彩燈點亮；經(jīng)過2秒后自動熄滅，同時橙色彩燈點亮；經(jīng)過2秒后自動熄滅，黃色彩燈點亮；紫色彩燈熄滅之后，紅色彩燈又繼續(xù)點亮，如此循環(huán)；花樣2中要求七盞彩燈同時閃（亮0.5s、滅0.5s）；花樣3中要求七盞彩燈依次都亮，間隔時間為1秒；然后反方向依次全滅；如此循環(huán)。按下啟動按鈕SB1后，七盞彩燈首先按花樣1點亮，循環(huán)3次后按花樣2點亮，5秒后再按花樣3點亮，循環(huán)3次后按花樣4點亮，循環(huán)3次后按花樣1點亮，完成一個大循環(huán)。按下停止按鈕SB2，彩燈停止工作。仔細分析實驗要求發(fā)現(xiàn)四種花樣顯示是循環(huán)完本身的次數(shù)后依次進行來完成一個大循環(huán)且控制對象為七盞彩燈的亮滅。綜合

4、考慮，可采用傳送指令和比較指令完成本次設(shè)計。實驗要求雖然復雜但是卻是按照時間順序的方法走下去，每一步對應著彩燈花樣的變化，采用傳送指令可滿足對彩燈變化要求。本次設(shè)計宜采用主程序調(diào)用子程序的方法。主程序為七盞彩燈4種花樣的得電回路，利用定時器、計數(shù)器和比較指令的組合讓四種花樣限制分別在其對應的時間內(nèi)得電，各個子程序編寫對應花樣網(wǎng)絡(luò)，這樣編寫的目的是調(diào)試程序方便且便于修改。目錄1S7-200系列PLC基本知識1.1 S7-200系列PLC概述西門子S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列和CPU22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU2

5、22，CPU224和CPU226四種基本型號，其主要技術(shù)規(guī)范如表1-1所示。表1-1 S7-200CN CPU主要技術(shù)規(guī)范特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226外形尺寸（mm)90*80*6290*80*62120.5*80*62140*80*62190*80*62程序存儲器：可在運行模式下編輯不可在運行模式下編輯409640964096409681921228812288163841638424576數(shù)據(jù)存儲區(qū)2084208481921024010240掉電保持時間5050100100100本機I/O數(shù)字量模擬量6入/4出-8入/6出-14入/10出-

6、14入/10出2入/1出24入/16出-擴展模塊數(shù)量0個模塊2個模塊7個模塊7個模塊7個模塊模擬電位器11222通訊口1RS 4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-4851.2 擴展模塊擴展單元沒有CPU，作為基本單元輸入/輸出點數(shù)的擴充，只能與基本單元連接使用，不能單獨使用。連接時CPU模塊放在最左側(cè)，擴展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連。S7-200的擴展模塊包括數(shù)字量擴展模塊，模擬量擴展模塊，熱電偶、熱電阻擴展模塊，通信模塊，稱重模塊，位置控制模塊等。模擬量、數(shù)字量擴展模塊分別如表1-2、表1-3所示。表1-2 模擬量擴展模塊型號點數(shù)EM2314路模擬量輸入EM2322路

7、模擬量輸出EM2354路模擬量輸入，1路模擬量輸出表1-3 數(shù)字量擴展模塊類型型號各組輸入點數(shù)各組輸出點數(shù)輸入擴展模塊EM221EM221 24V DC輸入4，4EM221 230V AC輸入8點相互獨立輸出擴展模塊EM222EM222 24V DC輸出4，4EM222 繼電器輸出4，4EM222 230V AC雙向晶閘管輸出8點相互獨立輸入/輸出擴展模塊EM223EM223 24V DC輸入繼電器輸出44EM223 24V DC輸入24VDC輸出4，44，4EM223 24V DC輸入24VDC輸出8，84，4，8EM223 24V DC輸入繼電器輸出8，84，4，4，41.3 S7-200

8、的編程元件1. 輸入過程映像寄存器（輸入繼電器）I編號范圍：I0.0-I15.7功能：專門用來接收從外部開關(guān)發(fā)來的信號。2. 輸出映像寄存器（輸出繼電器）Q編號范圍：Q0.0-Q15.7功能：專門用來將輸出信號傳送給外部負載。3. 定時器T定時器的分類按分辨率來分，有1ms、10ms、100ms三種定時器。按工作方式來分，有通電延時定時器（TON）、斷電延時型定時器（TOF）和保持型通電延時定時器（TONR）三種。定時時間： 定時時間=預置值時基4. 位存儲器（中間繼電器）M位存儲器用來保存中間操作狀態(tài)和控制信息，其作用相當于繼電器控制電路中的中間繼電器。地址編號范圍為M0.0-M31.7共2

9、56點。5. 計數(shù)器C計數(shù)器的功能：用于累計計數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個數(shù)。計數(shù)器的編號：C0-C255。計數(shù)器的分類：加計數(shù)器 減計數(shù)器 加/減計數(shù)器6累加器AC累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來存放運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。CPU提供了4個 32位的累加器，其地址編號為AC0-AC3。累加器的可用長度為32位，可采用字節(jié)、字、雙字的存取方式，按字節(jié)、字只能存取累加器的低8位或低16位，雙字可以存取累加器全部的32 位。 7. 幾個常用的特殊存儲器SMSM0.0：運行監(jiān)視繼電器當PLC運行時，SM0.0自動處于接通狀態(tài)，當PLC停止運行時，SM0.0處于斷開狀態(tài)。SM0.1:

10、初始化脈沖（開機脈沖）。SM0.4:周期為1分鐘占空比為50%的時鐘脈沖。SM0.5:周期為1秒鐘占空比為50%的時鐘脈沖。8順序控制繼電器S順序控制繼電器是專門用于編制順序控制程序的，通常與順序控制繼電器指令一起使用以實現(xiàn)順序功能圖的編程。順序控制繼電器的地址編號范圍為S0.0-S31.7。1.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式1. S7-200的數(shù)據(jù)長度S7-200的數(shù)據(jù)可以按位、字節(jié)、字和雙字存取。其中1個二進制數(shù)為1位，8個相連的二進制位為1個字節(jié)（B），2個字節(jié)組成1個字（W），2個字組成1個雙字（D）。2. S7-200的編址方式位編址：區(qū)域標志符+字節(jié)號.位號，如I0.0、Q2

11、.0、M1.2等。字節(jié)編址：區(qū)域標志符+B+字節(jié)號，如IB0、QB2、VB20等。字編址：區(qū)域標志符+W+起始字節(jié)號，如VW0表示由VB0和VB1這2字節(jié)組成的字。雙字編址：區(qū)域標志符+D+起始字節(jié)號，如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。1.5 編程注意事項1觸點不能放在線圈的右邊。2梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。3輸出線圈不能串聯(lián)，但可以并聯(lián)。4除含跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用指令的程序以外，同一操作數(shù)的線圈只能使用一次。5線圈不能直接與左母線相連。6地址編號中不可以出現(xiàn)XX.8和XX.9。7定時器和計數(shù)器必須有設(shè)定值。8立即輸出和立即置位指令只能用于輸出量，立即觸點指令只能用于輸入量。

12、9跳轉(zhuǎn)指令和標號指令必須成對使用。1.6 梯形圖設(shè)計方法1.6.1 經(jīng)驗設(shè)計法經(jīng)驗設(shè)計法就是在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點，最后才能得到一個較為滿意的結(jié)果。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設(shè)計所用的時間、設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，所以把這種方法叫做經(jīng)驗設(shè)計法。1.6.2 繼電器電路移植法繼電器電路移植法的一般步驟如下：1認真研究繼電器控制電路及有關(guān)資料，深入理解控制要求。2對繼電器控制電路中用到的低壓電器進行分析、歸納。繼

13、電器電路圖中的交流接觸器、電磁閥、電磁鐵、信號燈等執(zhí)行機構(gòu)一般用PLC的輸出繼電器來控制，它們的線圈接在PLC的輸出端。按鈕、限位開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、速度繼電器等用來提供控制命令和反饋信號，它們的觸點接在PLC的輸入端，一般使用常開觸點。繼電器電路中的中間繼電器和時間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時器來完成，它們與PLC的外部接線無關(guān)。熱繼電器的常閉觸點接在PLC的輸出端直接通斷電源更為可靠，梯形圖中不再考慮。3分配IO地址，作出PLC的外部接線圖。4用PLC的軟繼電器符號和IO編號取代原繼電器控制電路中的電氣符號，畫出草圖。5整理梯形圖。圖1-4 順序功能圖的組成1.6.3 順序控制設(shè)

14、計法1順序控制的定義順序控制是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，使生產(chǎn)過程中的每個執(zhí)行機構(gòu)自動有步驟地進行操作。2順序控制設(shè)計法的步驟分析理解系統(tǒng)的控制要求確定I/O地址及中間編程元件地址畫出順序功能圖將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖3順序功能圖的組成要素順序功能圖有五個組成要素，即步、動作、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖2-1所示。4步的相關(guān)概念將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步。步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進入新的步。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變，但是相鄰兩步輸出量總

15、的狀態(tài)是不同的。用矩形方框表示步，方框中一般用位存儲器或順序控制繼電器的地址來表示該步的編號。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應的步稱為初始步，用雙線框表示。系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。5動作的畫法如果某一步有兩個或多個動作，其畫法如圖1-5所示。圖1-5 動作的畫法6轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件（1）轉(zhuǎn)換條件的表示方法轉(zhuǎn)換條件的表示方法如圖1-6所示。圖1-6 轉(zhuǎn)換條件的表示方法（2）轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。相應的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 （3）轉(zhuǎn)換實現(xiàn)應完成的操作使所有的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?。使所有的前級步變?yōu)椴换顒硬健?順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)有單

16、序列、選擇序列和并行序列。a)單序列 b)選擇序列 c)并行序列圖1-7順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)8繪制順序功能圖時的注意事項兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們分隔開。兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們分隔開。不要漏掉初始步。在順序功能圖中一般應有由步和有向連線組成的閉環(huán)。9. 將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖的方法利用起保停方法模板如圖1-8所示。圖1-8 起保停模板利用置位和復位指令模板如1-9所示。圖1-9 置位復位模板利用順序控制繼電器指令模板如圖1-10所示。圖1-10 順序控制繼電器指令模板1 硬件設(shè)計2.1 PLC選型西門子S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列和CP

17、U22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號。本次設(shè)計選用了CPU224型，其主要技術(shù)規(guī)范如表2-1所示。表2-1 CPU224特性特性程序存儲器數(shù)據(jù)存儲區(qū)掉電保持時間本機I/OCPU2248192字節(jié)12288字節(jié)8192字節(jié) 100小時14入/10出特性擴展模塊數(shù)量模擬電位器通訊口外形尺寸（mm）CPU2247個模塊21 RS-485120.5x80x622.2 I/O分配及接線圖本設(shè)計中，共有2個輸入按鈕，7個LED輸出，根據(jù)PLC外部接線圖，我們能得出I/O分配表如表2-2所示I/O分配

18、輸入 輸出啟動按鈕停止按鈕紅燈橙燈黃燈綠燈藍燈粉燈紫燈 I0.0 I0.1Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6本次課程設(shè)計共2個輸入，7個輸出，硬件電路如下圖所示：3 軟件設(shè)計3.1 順序功能圖3.2 梯形圖4 工作原理 本次課程設(shè)計共四個花樣顯示組成一個大循環(huán)。其中花樣1需要循環(huán)3遍；花樣2需5秒；花樣3需要循環(huán)3遍；花樣4需要循環(huán)3遍。設(shè)置定時器、計數(shù)器和比較指令，讓其在規(guī)定的時間內(nèi)得電。工作原理如下；1.主程序：主程序目的是讓4個花樣顯示子程序得電，按下啟動按鈕I0.0，中間繼電器M0.0、M0.1得電 ，然后T37開始計時，計數(shù)器C0開始計數(shù)，此時運行子程序1。子程序1運行結(jié)束后，計數(shù)器C0常開觸點閉合中間繼電器M0.2得電,接通花樣2的子程序，T38開始計時。當T38計時時間到后，T38常開觸點閉合，中間繼電器M0.2得電，接通花樣3的子程序，T39計時，C1開始計數(shù)。子程序3運行結(jié)束，計數(shù)器C1常開觸點閉合，中間繼電器M0.3得電，接通花樣4子程序，T40計時，C2開始計數(shù)。子程序4運行結(jié)束，計數(shù)器C2常開觸點閉合，計數(shù)器、時間繼電器都復位。然后T37重新開始計時，計數(shù)器C0重新開始計數(shù)，又開始運行子程序1。2.花樣1：題目要求花樣1共循