基于PLC的舞臺燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

-.z物理與電子工程學(xué)院?PLC原理與應(yīng)用?課程設(shè)計報告書設(shè)計題目：基于PLC的舞臺燈控制系統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)：自動化班級：10級2班學(xué)生**:黃超學(xué)號:2010341242指導(dǎo)教師：成燕平2013年12月20日-.z物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書專業(yè)：自動化班級：10級2班學(xué)生**黃超**2010341242課程名稱PLC原理與應(yīng)用設(shè)計題目基于PLC的舞臺燈控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計目的、主要內(nèi)容〔參數(shù)、方法〕及要求設(shè)計目的：1、掌握移位存放器指令的應(yīng)用2、掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計流程設(shè)計主要內(nèi)容及要求：1、舞臺燈模塊共有7組指示燈，用PLC控制7組舞臺燈光的閃爍、移位及時序的變化。具體要實現(xiàn)的功能有：〔1〕、1～7組燈依次點亮，再全亮?！?〕、重復(fù)〔1〕，循環(huán)往復(fù)。2、畫出實現(xiàn)程序流程圖。3、列出輸入、輸出端口。4、寫出梯形圖程序。5、調(diào)試程序，直至符合設(shè)計要求。工作量2周時間，每天3學(xué)時，共計42學(xué)時進度安排第1天：明確課程設(shè)計的目的和意義，根據(jù)課程設(shè)計要求查找相關(guān)資料第2-3天：學(xué)習(xí)課程設(shè)計中用到的PLC相關(guān)知識第4-5天：根據(jù)課程設(shè)計的要求畫出程序流程圖第6天：列出I/O分配表第7-8天：寫出梯形圖程序，并對程序進展注釋第9-10天：學(xué)習(xí)西門子S7-200的編程軟件STEP7MicroWinSP6，并在該軟件中編寫梯形圖程序第11天：學(xué)習(xí)西門子S7-200仿真軟件，并進展程序仿真和調(diào)試。第12天：將課程設(shè)計中用到的程序在PLC試驗箱上進展運行和調(diào)試。第13-14天：撰寫課程設(shè)計報告。主要參考資料[1]廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].:機械工業(yè),2013.8[2]梅麗鳳.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè),2012.3[3]殷洪義.可編程序控制器選擇設(shè)計與維護[M].機械工業(yè),2006.1指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字-.z摘要本文詳細討論舞臺燈光的根本知識及開展和基于s7-200PLC的控制技術(shù)，介紹了舞臺燈光的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方案及其控制原理，用多種指令實現(xiàn)對舞臺燈光中7組燈的控制，通過對時間繼電器時間控制的改變可實現(xiàn)不同的燈光效果。舞臺燈光也叫“舞臺照明〞，簡稱“燈光〞，舞臺美術(shù)造型手段之一。PLC簡單易學(xué),可靠性高。其不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強的數(shù)字計算能力，它的通信功能和模擬量處理能力更強大。它比小型機的指令更豐富，適用于復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制場合。關(guān)鍵詞：舞臺燈光；PLC；控制功能-.z目錄TOC\o"1-3"\h\u277111可編程控制器的概論 181131.1PLC的定義169591.2PLC的工作原理 1121351.3PLC的選型原則 1179422PLC控制與繼電器控制的比擬 245322.1控制繼電器存在的缺點 289042.2PLC相對于繼電器線路的優(yōu)勢 3273822.3系統(tǒng)I/O分配 4231943舞臺燈光的PLC設(shè)計 4173683.1舞臺燈光設(shè)計要求 4280453.2舞臺燈光的設(shè)計原則 4220943.3舞臺燈光設(shè)計梯形圖 5265873.4舞臺燈光設(shè)計流程圖 860094心得體會 917597參考文獻 10-.z1可編程控制器的概論1.1PLC的定義PLC英文全稱ProgrammableLogicController，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂葡到y(tǒng)是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破魇怯嬎銠C技術(shù)與自動化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛開展，可編程控制器更多地具有了計算機的功能，不僅能實現(xiàn)邏輯控制，還具有了數(shù)據(jù)處理、通信、網(wǎng)絡(luò)等功能。由于它可通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強等特點，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，大大推進了機電一體化的進程?？删幊炭刂破?PLC)，是集自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、和通訊技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品。具有可靠性高，功能齊全，使用靈活方便等優(yōu)點。由此可見，用PLC控制的智能型舞臺燈比傳統(tǒng)的舞臺燈控制優(yōu)越的多。1.2PLC的工作原理PLC的工作原理：電力線是一個極其不穩(wěn)定的高躁聲、強衰減的傳輸通道，要實現(xiàn)可靠的電力線高速數(shù)據(jù)通信，必須解決低壓配電網(wǎng)上各種因素如：噪聲、阻抗波動、配電網(wǎng)構(gòu)造、電磁兼容性以及線路阻抗和容性負載引起的信號衰減等主要因素對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?.3PLC的選型原則在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)。PLC及有關(guān)設(shè)備是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴大其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，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，明確控制任務(wù)和*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)?！?〕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(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%-20%的擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進展圓整。〔2〕存儲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)用工程使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。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代替。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10-15倍，加上模擬量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〕，另外再按次數(shù)的25%考慮余量?？刂乒δ艿倪x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?！?〕運算功能。簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比擬等運算功能；較復(fù)雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高等級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的通訊，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進展數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比擬，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要編譯和編碼等運算。2PLC控制與繼電器控制的比擬2.1控制繼電器存在的缺點今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來了一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進展的，容易損壞。而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴重的后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力物力去改制、安裝和調(diào)試。2.2PLC相對于繼電器線路的優(yōu)勢〔1〕功能強，性能價格比高一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與一樣功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比?？善绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理?！?〕硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進展系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器?！?〕可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間到達數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣闊用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一?！?〕系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多?！?〕編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g〞成匯編語言后再去執(zhí)行?！?〕維修工作量少，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速排除故障?！?〕體積小，能耗低對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2-1/10。2.3系統(tǒng)I/O分配系統(tǒng)的I/O分配如表2-3-1所示。表2-3-1系統(tǒng)I/O分配表輸入輸出主機實驗?zāi)K注釋主機實驗?zāi)K注釋I0.0K1啟動Q0.01燈1區(qū)I0.1K2停頓Q0.12燈2區(qū)1M24VQ0.23燈3區(qū)0V-開關(guān)公共端Q0.34燈4區(qū)Q0.45燈5區(qū)Q0.56燈6區(qū)Q0.67燈7區(qū)1L、2L24V3舞臺燈光的PLC設(shè)計3.1舞臺燈光設(shè)計要求本設(shè)計要求應(yīng)用PLC來控制舞臺燈光的閃爍變化。在設(shè)計中共有七個輸出端口分別控制七組舞臺燈的閃爍變換。此外還有兩個輸入端口分別作為啟動與停頓控制端。程序運行過程為當(dāng)程序開場運行后舞臺燈從燈1區(qū)開場依次點亮，兩燈閃爍間隔為一秒。當(dāng)按下停頓按鈕后舞臺燈停頓閃爍。3.2舞臺燈光的設(shè)計原則舞臺燈光系統(tǒng)設(shè)計是遵循舞臺藝術(shù)表演的規(guī)律和特殊使用要求進展配置的其目的在于將各種表演藝術(shù)再現(xiàn)過程所需的燈光工藝設(shè)備按系統(tǒng)工程進展設(shè)計配置使舞臺燈光系統(tǒng)準確、圓滿地為藝術(shù)展示效勞?！?〕功能性原則這一條也就是說大家在對演藝廳舞臺燈光設(shè)計的時候必須符合功能的要求。無論是哪一個角落的燈光設(shè)計都需要根據(jù)不同的空間、不同的場合、不同的對象選擇不同的照明方式和燈具，并保證恰當(dāng)?shù)恼斩群土炼取！?〕美觀性原則美觀性原則設(shè)計是為了能夠讓自己的舞臺燈光設(shè)計更加吸引人，燈光照明是裝飾美化環(huán)境和創(chuàng)造藝術(shù)氣氛的重要手段。一般演藝廳的舞臺燈光設(shè)計都是為了襯托出好的娛樂氣氛。所以在設(shè)計的時候一般非常注意這方面的設(shè)計原則。〔3〕經(jīng)濟性原則在舞臺燈光設(shè)計的時候在滿足需求的同時要保證這一點原則，那才是整個舞臺燈光設(shè)計的重點，所以你假設(shè)是一名燈光設(shè)計師則在給演藝廳舞臺燈光設(shè)計的時候要注意這一點。在觀眾區(qū)燈光照明設(shè)計是為了滿足人們視覺生理和審美心理的需要，使演藝廳空間最大限度地表達實用價值和欣賞價值，并到達使用功能和審美功能的統(tǒng)一。這就是我們所說的經(jīng)濟性原則?！?〕平安性原則平安性原則應(yīng)當(dāng)是整個演藝廳舞臺燈光設(shè)計的重點，無論大家想設(shè)計一個什么樣的燈光，在設(shè)計的時候一定要遵循這一設(shè)計的原則，在燈光照明設(shè)計要求絕對的平安可靠。大家在設(shè)計的時候不要只追求美觀而不注意它的平安設(shè)計。其實整個舞臺燈光設(shè)計中它應(yīng)當(dāng)算是設(shè)計的重點。3.3舞臺燈光設(shè)計梯形圖舞臺燈設(shè)計梯形圖如圖3-3-1圖程序設(shè)計梯形圖圖程序設(shè)計梯形圖3.4舞臺燈光設(shè)計流程圖舞臺燈光設(shè)計流程圖如圖3-4-1所示：1秒后1秒后1秒后燈區(qū)7亮1秒后1秒后1秒后1秒后啟動燈區(qū)1亮燈區(qū)2亮1秒后燈區(qū)3亮燈區(qū)4亮燈區(qū)5亮燈區(qū)6亮1秒后圖3-4-1舞臺燈光設(shè)計梯形圖4心得體會經(jīng)過一個多月不懈的努力，終于完成了從舞臺燈光的設(shè)計到論文的編寫。該課題是更具PLC及MCGS組態(tài)軟件相關(guān)知識完成的。成功的道路不是一帆風(fēng)順的，有這么一句話說的好“不經(jīng)歷風(fēng)雨怎能見彩虹〞，當(dāng)然我設(shè)計該課題時也曾遇到過困難，其中難度最大的就是關(guān)于MCGS組態(tài)這方面的知識，但是經(jīng)過同學(xué)們之間的討論及不斷的學(xué)習(xí)，與次同時在教師的幫助下漸漸地對MCGS組態(tài)軟件有了進一步的了解。對于變成這方面由于學(xué)習(xí)比擬認真，關(guān)于這方面就沒什么太大的問題。整個設(shè)計在發(fā)現(xiàn)錯誤改正錯誤的過程下不斷完善，到最后終于完成了。本次設(shè)計使我能夠更好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以表達。在做這次畢業(yè)實際的過程中使我學(xué)到了很多，我感到不管做什么事情，都要真真正正用心去做，才會使自己酵素成長，沒有學(xué)習(xí)就不可能有實踐的能力，沒有自己的實踐就不會有所突破，希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后的學(xué)習(xí)生活中不斷成長與進步。參考文獻[1]廖常初.S7-200PLC編程及應(yīng)用[M].:機械工業(yè),2013.8[2]梅麗鳳.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè),2012.3[3]殷洪義.可編程序控制器選擇設(shè)計與維護[M].機械工業(yè),2006.1課程設(shè)計成績評定表院系：物理與電子工程學(xué)院班級：10級2班**：黃超**：20103412