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基于PLC的舞台灯光控制系统设计说明书论文,基于,plc,舞台灯光,控制系统,设计,说明书,仿单,论文
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太原理工大学阳泉学院毕 业 设 计 说 明 书毕业生姓名 ： 潘文峰专业 ： 机械设计制造及其自动化学号 ： 120511048指导教师 杨德明所属系（部） ： 机械电子工程系二一六年六月0目录摘要 .IAbstract.II第一章 可编程控制器的概论 .1第一节 PLC 的定义 .1第二节 PLC 的构成 .3第三节 PLC 的特点 .4第四节 PLC 的输入与输出 .6第五节 PLC 的发展趋势 .7第六节 PLC 的选型原则 .8一、 输入输出（I/O）点数的估算 .9二、 存储器容量的估算 .9三、 运算功能 .9四、 控制功能 .10五、 通信功能 .10六、 编程功能 .10七、 诊断功能 .11八、 处理速度 .11九、 机型的选择 .11第二章 PLC 控制与继电器控制的比较 .14第一节 PLC 控制与继电器控制两者区别 .14第二节 控制继电器存在的缺点 .15第三节 PLC 相对于继电器线路的优势 .15第三章 舞台灯光的 PLC 设计 .17第一节 舞台灯光的设计原则 .17第二节 舞台灯光系统的工艺要求 .17第三节 舞台灯光工艺流程图 .17第四节 舞台灯光控制要求 .21第四节 舞台灯光的 PLC 设计 .21第四章 舞台灯光的组态设计 .32第一节 MCGS 系统介绍 .32第二节 MCGS 的构成 .35第三节 MCGS 的系统需求 .38第四节 MCGS 的安装 .39第五节 MCGS 的运行 .40第六节 舞台灯光的设计与制作 .40一、 工程建立 .40二、 建立用户窗口 .41三、 编辑文字 .41四、 制作舞台 .41五、 动画连接 .42六、 调试窗口 .431七、 设备连接 .44八、 主控窗口的设置 .46致 谢 .48参考文献 .49外文资料 .50中文译文 .53附录 .55系统的指令表 .55基于 PLC 的舞台灯光控制系统设计摘要可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称为 PC 或 PLC，是 60 年代末发明的工业控制器件。日本电气控制学会曾对可编程控制器作了一个定义：可编程控制器是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。关键词: 可编程控制器 实现自动化控制 舞台灯光系统 MCGS 组态设计太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书Design of stage lighting control system based on PLCAbstractThat programming controller (Programmable Logical Controller) is called for short is PC or PLC , is the industrial control component that the sixties powder invents. The Japan electric control institute has assumed a definition once to programming controller: And then programming controller is with logical calculus , sequential control, sequence and under the control of procedure such as counting and arithmetic arithmetic, the component, carries out the device controlling on production facility and procedure of production among using a string of the instruction form to deposit to memory, according to controlling content , the simulation , the figure passing and so on IO storing.Keywords: Programming controller； autocontrol ； manages a lighting ；MCGS configuration太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书第一章 可编程控制器的概论第一节 PLC 的定义PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” PLC 的特点 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的应用领域 目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC 的构成 从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU 的构成 CPU是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。第二节 PLC 的构成从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书第三节 PLC 的特点(1)可靠性高，抗干扰能力强工业生产对控制设备的可靠性要求： 平均故障间隔时间长； 故障修复时间（平均修复时间）短。任何电子设备产生的故障，通常为两种： 偶发性故障由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对 PLC 而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。 永久性故障由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使 PLC 在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使 PLC 在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在 PLC 上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低 PLC 的平均修复时间。为此，各 PLC 的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使 PLC 除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使 PLC 具有了很强的抗干扰能力。硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O 系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。 滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如 LC 或 型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V 电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。 隔离在微处理器与 I/O 电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离 I/O 接口与CPU 之间电的联系，减少故障和误动作；各 I/O 口之间亦彼此隔离。 采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。软件措施
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