基于PLC控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì)

***********學(xué)院畢業(yè)論文〔201*屆〕基于PLC控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì)學(xué)生姓名*****學(xué)號(hào)*****分院*****專業(yè)*****指導(dǎo)教師*****完成日期*****基于PLC控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì)摘要在現(xiàn)代文化藝術(shù)領(lǐng)域中，晚會(huì)的舞臺(tái)藝術(shù)燈光各式各樣色彩繽紛，用以吸引觀眾的注意力。舞臺(tái)藝術(shù)燈光成了整體藝術(shù)中不可缺少的重要組成局部，更是融藝術(shù)和技術(shù)為一體的，隨著科技的不斷開(kāi)展，舞臺(tái)藝術(shù)燈光正逐漸向自動(dòng)化控制方向開(kāi)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，對(duì)于這些燈飾的控制均可以采用PLC控制，如燈光的閃耀、移位及時(shí)序的變化等。本設(shè)計(jì)就是利用PLC作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生，PLC的性能優(yōu)勢(shì)必定會(huì)使得舞臺(tái)燈的設(shè)計(jì)變得更方便，更可靠。關(guān)鍵詞舞臺(tái)藝術(shù)燈PLC編程設(shè)計(jì)目錄第一章緒論11.1本課題設(shè)計(jì)背景11.2本課程的設(shè)計(jì)內(nèi)容11.3本課程的設(shè)計(jì)目的和意義2第二章系統(tǒng)控制方案的選擇和確立42.1舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)控制42.2PLC控制與繼電器控制兩者區(qū)別42.3控制繼電器存在的缺點(diǎn)62.4PLC相對(duì)于繼電器線路的優(yōu)勢(shì)62.5PLC的選型原那么92.6機(jī)型的選擇132.7舞臺(tái)燈的開(kāi)展172.8舞臺(tái)燈的選擇17第三章PLC控制舞臺(tái)藝術(shù)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)193.1PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求193.2舞臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要求203.3PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)控制方式的要求213.4PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的I/O分配表223.5控制系統(tǒng)接線圖223.6程序設(shè)計(jì)243.6.1梯形圖243.6.2指令表26第四章PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果28結(jié)論31致謝32參考文獻(xiàn)33引言可編程控制器(PLC)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動(dòng)化裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程和使用方便等特點(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化以及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之首。本論文針對(duì)典型舞臺(tái)藝術(shù)燈的實(shí)際控制要求，運(yùn)用三菱PLC根本指令和功能指令兩種編程方法，在I/O分配的根底上，將整個(gè)舞臺(tái)藝術(shù)燈實(shí)際控制系統(tǒng)分解為拱形和梯形兩個(gè)局部，進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)和程序功能分析。緒論本課題設(shè)計(jì)背景隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展以及人民生活水平的提高，在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強(qiáng)人們的感觀，起到廣告宣傳的作用，又可以增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添亮麗，用在舞臺(tái)上增強(qiáng)晚會(huì)燈光效果。隨著電子技術(shù)的開(kāi)展，應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、大容量、重量輕的方向開(kāi)展PLC技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的革命性變革。語(yǔ)言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言描述能力強(qiáng)，覆蓋面廣，抽象能力強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越廣泛。這個(gè)階段，人們開(kāi)始追求貫徹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可以從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解脫出來(lái)，把精力集中在創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上，從而提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的研制周期。本課程的設(shè)計(jì)內(nèi)容基于PLC控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以通過(guò)修改程序方便地調(diào)整燈光的閃爍次序與閃爍速度，再加上改變燈光的顏色和燈光的排列，可以設(shè)計(jì)出五彩繽紛的造型。如果對(duì)外部電路稍加修改，或者在系統(tǒng)程序中參加分支，可以把舞臺(tái)藝術(shù)燈光系統(tǒng)改為霓虹燈、廣告燈等藝術(shù)燈飾，能夠用在娛樂(lè)場(chǎng)所、賓館、餐廳以及大型商場(chǎng)的門(mén)面等多種地方，可以滿足各種要求，收到良好的視覺(jué)效果。本論文針對(duì)典型舞臺(tái)藝術(shù)燈的實(shí)際控制要求，運(yùn)用PLC根本指令和功能指令兩種編程方法，在I/O分配的根底上，將整個(gè)舞臺(tái)藝術(shù)燈實(shí)際控制系統(tǒng)分解為拱形和梯形兩個(gè)局部，進(jìn)行PLC梯形圖程序設(shè)計(jì)和程序功能分析。本課程的設(shè)計(jì)目的和意義在現(xiàn)代生活中，最初的燈光設(shè)計(jì)只是局限在簡(jiǎn)單的燈光切換上，燈光顏色單調(diào)，燈位布置單一，更不用說(shuō)燈光特技了。而如今的舞臺(tái)變得無(wú)比絢麗，光線色彩可以實(shí)現(xiàn)細(xì)微轉(zhuǎn)變，舞臺(tái)燈光變得更加靈活夢(mèng)幻;投影技術(shù)可以生成各種造型，使舞臺(tái)形象生動(dòng);電腦燈可以使光線根據(jù)音樂(lè)的旋律搖擺，使舞臺(tái)更富動(dòng)感，霓虹廣告燈及晚會(huì)的舞臺(tái)燈光各式各樣，色彩繽紛，用以吸引觀眾的注意力。舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)作為舞臺(tái)表演的一局部，近年來(lái)得到了越來(lái)越多的關(guān)注和重視。燈光設(shè)備技術(shù)的高速開(kāi)展，大大豐富了舞臺(tái)燈光藝術(shù)表現(xiàn)手段，甚至給舞臺(tái)燈光帶來(lái)革命性的變化。近年來(lái)隨著科技的飛速開(kāi)展，我國(guó)的燈光技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化。燈具設(shè)備從最原始的自然光、燭光，開(kāi)展到氣燈、乙炔燈、電燈、氣體放電燈、LED(發(fā)光二極管)，繼而到今天的電腦燈。舞臺(tái)燈光的信號(hào)傳輸形式也由簡(jiǎn)單的線路傳輸開(kāi)展為無(wú)線、光纖、網(wǎng)絡(luò)化等多種形式。這使得操作控制管理直觀化、簡(jiǎn)易化，并能精準(zhǔn)地完成舞臺(tái)演出所需要的藝術(shù)表現(xiàn)與再現(xiàn)單片機(jī)、PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，對(duì)于這些燈飾的控制均可以采用PLC控制，如燈光的閃耀、移位及時(shí)序的變化等。PLC控制的彩燈控制設(shè)計(jì)具有可編程性、線路簡(jiǎn)單、可靠性高等特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的靈活性及可擴(kuò)展性。系統(tǒng)控制方案的選擇和確立舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)控制傳統(tǒng)舞臺(tái)燈光的控制是采用空氣開(kāi)關(guān)人工機(jī)械式控制，由于舞臺(tái)燈光所控制的聚光燈數(shù)量較多，用人工機(jī)械式地?fù)軇?dòng)空氣開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)變幻的舞臺(tái)燈光效果，控制者常常手忙腳亂，感到十分疲倦，而且所控制的舞臺(tái)燈光也難以到達(dá)預(yù)期的效果。PLC控制與繼電器控制兩者區(qū)別1、控制方法不同，電器控制系統(tǒng)邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成邏輯控制，其連線多且復(fù)雜，體積大，功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功率較為困難。另外，繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很大性質(zhì)。而PLC采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲(chǔ)器中，要改變控制邏輯只需政變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少，體積小，功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器〞實(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器〞的觸點(diǎn)數(shù)量是無(wú)限的，PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性好。2、工作方式不同，在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。而PLC的用戶程序按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動(dòng)作次序決定于程序掃描順序，這種T作方式稱為串聯(lián)工作方式。3、觸點(diǎn)數(shù)日不同，硬繼電器的觸點(diǎn)敬量有限，用于控制的繼電器觸點(diǎn)一般為4-8對(duì)，而梯形圖中每只“軟繼電器〞供編程使用的觸點(diǎn)數(shù)是無(wú)限對(duì)的。4、組成器件不同，繼電器控制線路是許多真正的硬繼電器組成的，而梯形圖是由許多所謂“軟繼電器〞組成的。硬繼電器易磨損，而“軟繼電器〞那么無(wú)磨損現(xiàn)象。5、定時(shí)和計(jì)數(shù)控制不同，電器控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化影響，定時(shí)精度不高。而PLC采用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLC具有計(jì)數(shù)功能，而電器控制一般不具備計(jì)數(shù)功能。6、可靠性和可維護(hù)性不同，由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，其存在機(jī)械磨損，電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性差。而PLC大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作有無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，其壽命長(zhǎng)，可靠性高，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供方便?？刂评^電器存在的缺點(diǎn)今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來(lái)的一些問(wèn)題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對(duì)一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)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(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。PLC相對(duì)于繼電器線路的優(yōu)勢(shì)l、功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比。可編程序控制器可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。3、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)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(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)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(shí)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--I/100，因觸點(diǎn)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(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間到達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣闊用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、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(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形陶的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)竄模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò)PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。5、編程方法簡(jiǎn)單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語(yǔ)言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)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(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種而向用戶的一種高級(jí)語(yǔ)言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g〞成匯編語(yǔ)言后再去執(zhí)行。6、維修工作量少，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的白診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)坐故障時(shí)，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地排除故障。7、體積小，能耗低對(duì)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(shí)間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)確實(shí)1/2-1/10。PLC的選型原那么在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體．易于擴(kuò)充其功能的原那么選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績(jī)、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)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)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(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。輸入輸出(I/O)點(diǎn)數(shù)的估算1、I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%—20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。2、存儲(chǔ)器容量的估算存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用工程使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10—15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16位為一個(gè)字)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量?？刂乒δ艿倪x擇；該選擇包括運(yùn)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。3、運(yùn)算功能簡(jiǎn)單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比擬等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級(jí)運(yùn)算功能。隨著開(kāi)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(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)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(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。4、控制功能控制功能包括PID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)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(chǔ)器容量。例如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。5、通信功能大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(TCP/IP)，需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)。PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線〔含接口設(shè)備和電纜〕廊1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于lMbps，通信負(fù)荷不大丁60%。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有I?列幾種形式：1〕PC為主站，多臺(tái)同型號(hào)PLC為從站，組成簡(jiǎn)易PLC網(wǎng)絡(luò)；2〕l臺(tái)PLC為主站，其他同型號(hào)PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；3〕PLC網(wǎng)絡(luò)通過(guò)特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；4〕專用PLC網(wǎng)絡(luò)〔各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡(luò)〕。為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的〔如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)〕通信處理器。6、編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個(gè)CPU，編程器在編程模式叫，CPU只為編程器提供效勞，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)本錢(qián)，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)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(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式本錢(qián)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(biāo)準(zhǔn)化編程語(yǔ)言：順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表(IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語(yǔ)言。選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)(IEC6113123)，同時(shí)，還應(yīng)支持多種語(yǔ)言編程形式，如C．Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。7、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(guò)硬什的邏輯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(guò)軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì)PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。8、處理速度PLC采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，那么PLC將掃描不到該信號(hào)，造成信號(hào)數(shù)據(jù)的喪失。處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約02—0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期〔處理器掃描周期〕應(yīng)滿足：小型PLC的掃描時(shí)間不大于05ms/K;大中型PLC的掃描時(shí)間不大于02ms/K。機(jī)型的選擇1、PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2、輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用本錢(qián)。3、電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否那么應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。4、存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的開(kāi)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)日的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。5、冗余功能的選擇〔1〕控制單元的冗余1)重要的過(guò)程單元：CPU〔包括存儲(chǔ)器〕及電源均應(yīng)181冗余。2)在需要時(shí)也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等?！?〕I/O接口單元的冗余1)控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。2)重點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。3)根據(jù)需要對(duì)章要的I/O信號(hào)，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。6、經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比擬和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。近年來(lái)，從美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)廠家組裝或自行開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列、上百種型號(hào)。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)型式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。本設(shè)計(jì)的彩燈系統(tǒng)控制需要設(shè)置總啟動(dòng)、停止按鈕各1個(gè)，輸出負(fù)載為8組發(fā)光二極管，可選用工作電壓為12V，工作電流為10～20mA的發(fā)光二極管。因?yàn)檩斎胄盘?hào)較少，而輸出負(fù)載較多，時(shí)間響應(yīng)較快，所以選擇PLC根本單元FX2N－32MT，可提供16輸入/16輸出，輸出電壓DC5～30V，輸出電流0．8A/4點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間小于0.2ms。舞臺(tái)燈的開(kāi)展隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展以及人民生活水平的提高，在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強(qiáng)人們的感觀，起到廣告宣傳的作用，又可以增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添亮麗，用在舞臺(tái)上增強(qiáng)晚會(huì)燈光效果。隨著電子技術(shù)的開(kāi)展，應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、大容量、重量輕的方向開(kāi)展PLC技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的革命性變革。語(yǔ)言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言描述能力強(qiáng)，覆蓋面廣，抽象能力強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越廣泛。這個(gè)階段，人們開(kāi)始追求貫徹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可以從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解脫出來(lái)，把精力集中子啊創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上，從而提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的研制周期。舞臺(tái)燈的選擇舞臺(tái)燈光按燈光的不同位置可分為面燈、側(cè)燈、天幕燈和地?zé)舻?，一般中大型的舞臺(tái)因地?zé)舭仓迷谖枧_(tái)的前面對(duì)演出有一定的影響而取消，取而代之的是提高面燈的功率(3KW)，以增強(qiáng)舞臺(tái)光源的強(qiáng)度。而小型舞臺(tái)一般采用1KW左右的聚光燈，這種舞臺(tái)面燈功率小，光源弱，需要設(shè)置地?zé)暨M(jìn)行補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)采用八組工作電壓為12V，工作電流為10～20mA的發(fā)光二極管。PLC控制舞臺(tái)藝術(shù)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求1、如下列圖所示，共有8道燈，其中5道燈呈拱形，3道燈圖3SEQ圖\*ARABIC\s11舞臺(tái)藝術(shù)燈的結(jié)構(gòu)圖呈梯形；2、7號(hào)燈一亮一滅交替進(jìn)行；3、6至3號(hào)燈由內(nèi)到外依次點(diǎn)亮，全亮后再全滅；4、2至0號(hào)燈由上到下依次點(diǎn)亮，全亮后再全滅。舞臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要求舞臺(tái)燈光的照明系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)的主要要求如下1、舞臺(tái)照明每一回路的可載容量(額定電流)20A,使用容量(功率)一般按2-4kW考慮。2、在舞臺(tái)照明設(shè)備的供電系統(tǒng)中,演出過(guò)程中可能頻繁啟動(dòng)交流電動(dòng)機(jī),當(dāng)其啟動(dòng)沖擊電流引起電源電壓波動(dòng)超過(guò)3%時(shí),宜采用與舞臺(tái)照明負(fù)荷分開(kāi)的變壓器供電。3、燈光控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備運(yùn)行中的平安設(shè)置合理配置輸出:每個(gè)調(diào)光、直通輸出一般有1只32A的插座,每個(gè)插座的3根導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)一致,通過(guò)絞合而輸出;良好的接地:為消除可控硅干擾,使音、視頻設(shè)備到達(dá)使用要求,在燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇較合理、實(shí)用的接地系統(tǒng)。擴(kuò)聲系統(tǒng)和燈光系統(tǒng)都設(shè)有獨(dú)立接地干線,采用共用地極,接地電阻≤1歐姆;觸電保護(hù):應(yīng)采取PE線與相關(guān)回路相線一起配線的方式。以減小零序阻抗,保證在發(fā)生單相接地故障時(shí)保護(hù)裝置可靠動(dòng)作,保障人身平安;雷電防護(hù):在變電所低壓母線裝設(shè)避雷器,調(diào)光燈光配電柜裝設(shè)電涌保護(hù)器,防止舞臺(tái)或附近建筑物遭受雷擊時(shí)由于電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電流、過(guò)電壓損壞調(diào)光柜及燈光控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng),保證調(diào)光柜及燈光控制計(jì)算系統(tǒng)平安。4、燈光系統(tǒng)電氣線纜及線路敷設(shè)設(shè)置燈線和音樂(lè)、視頻等信號(hào)線相互遠(yuǎn)離,相遇時(shí)須做90°交叉且留有0.5m距離,平行時(shí)間距設(shè)置大于1m;所有信號(hào)連接線纜均選用五芯屏蔽線,以防止干擾;電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)將電磁干擾降低到最低程度,當(dāng)采用接線圖電纜軟管時(shí),其長(zhǎng)度不能超1m;動(dòng)力或控制線路所用的多芯和屏蔽電纜的芯線易于按編號(hào)識(shí)別,少于25芯的電纜使用顏色代碼。PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)控制方式的要求1、本程序分控制和輸出兩大局部，控制局部運(yùn)用PLC功能指令編寫(xiě)，輸出局部那么運(yùn)用PLC根本指令編寫(xiě)。2、將舞臺(tái)藝術(shù)燈的控制要求劃分為以下兩局部：其一，7號(hào)燈一亮一滅交替閃爍，同時(shí)6、5、4、3號(hào)燈由外到內(nèi)依次點(diǎn)亮，全亮后再全滅；其二，2、1、0號(hào)燈由上到下依次點(diǎn)亮，全亮后再全滅。3、7至3號(hào)燈運(yùn)行周期為6秒，分別用輔助繼電器M0～M5表示，啟動(dòng)X0和停止X1分別運(yùn)用PLC置位和復(fù)位指令(操作對(duì)象是M20)實(shí)現(xiàn)。指令LDIT0和OUTT0K10實(shí)現(xiàn)每間隔1秒的循環(huán)。PLC左位移功能指令傳送M0在此6秒周期內(nèi)，只有第1秒為ON(即邏輯為“1〞)，其他5秒都為OFF(即邏輯為“0〞)，故每隔1秒，M0～M5依次只有一個(gè)線圈得電。當(dāng)?shù)?秒未傳送到M6線圈得電時(shí)，啟動(dòng)區(qū)間復(fù)位指令ZRST，輔助繼電器M1～M6全部復(fù)位，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)周期循環(huán)。4、2至0號(hào)燈運(yùn)行周期為5秒，分別用輔助繼電器M11～M15表示。PLC左位移功能指令傳送M11在此5秒周期內(nèi)，只有第1秒為ON(即邏輯為“1〞)，其他4秒都為OFF(即邏輯為“0〞)，故每隔1秒，M12～M15依次只有一個(gè)線圈得電。當(dāng)?shù)?秒未傳送到M16線圈得電時(shí)，啟動(dòng)區(qū)間復(fù)位指令ZRST，輔助繼電器M11～M15全部復(fù)位，自動(dòng)進(jìn)入下周期循環(huán)。5、輸出局部運(yùn)用PLC根本指令編寫(xiě)，即用M輔助繼電器來(lái)控制輸出繼電器Y：某一輸出量在某幾步中都為ON(即“多對(duì)一〞)，就將代表各步的輔助繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)后，驅(qū)動(dòng)該輸出繼電器的線圈。PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的I/O分配表表3-1PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的I/O分配表輸入〔I〕輸出(O)原件功能信號(hào)地址元件功能信號(hào)地址按鈕SB1程序啟動(dòng)X0燈L0~L7組成舞臺(tái)藝術(shù)燈〔動(dòng)感效果〕Y0~Y7按鈕SB2程序停止X1控制系統(tǒng)接線圖根據(jù)I/O端口分配表，系統(tǒng)接線圖如圖35所示。圖35 控制系統(tǒng)接線圖程序設(shè)計(jì)梯形圖指令表PLC控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果第一步：按下SB1，7號(hào)燈一亮一滅交替閃爍，同時(shí)6、5、4、3號(hào)燈由外到內(nèi)依次點(diǎn)亮。如圖4-1所示。圖4SEQ圖\*ARABIC\s117號(hào)燈一亮一滅交替閃爍，同時(shí)6、5、4、3號(hào)燈由外到內(nèi)依次點(diǎn)亮第二步：全亮后再全滅。如圖4-2，圖4-3所示。圖4SEQ圖\*ARABIC\s123-7號(hào)燈全亮圖433-7號(hào)燈全滅第三步：2、1、0號(hào)燈由上到下依次點(diǎn)亮。如