霓虹灯PLC控制毕业设计.doc

毕业设计 论文 报告毕业设计 论文 报告 题 目 舞台灯舞台灯 PLCPLC 控制控制 1 毕业论文 设计 原创性声明毕业论文 设计 原创性声明 本人所呈交的毕业论文 设计 是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的本人所呈交的毕业论文 设计 是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果 据我所知 除文中已经注明引用的内容外 本论文 设计 不包含其他个研究成果 据我所知 除文中已经注明引用的内容外 本论文 设计 不包含其他个 人已经发表或撰写过的研究成果 对本论文 设计 的研究做出重要贡献的个人和集人已经发表或撰写过的研究成果 对本论文 设计 的研究做出重要贡献的个人和集 体 均已在文中作了明确说明并表示谢意 体 均已在文中作了明确说明并表示谢意 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖 作者签名 作者签名 日期 日期 毕业论文 设计 授权使用说明毕业论文 设计 授权使用说明 本论文 设计 作者完全了解本论文 设计 作者完全了解 学院有关保留 使用毕业论文学院有关保留 使用毕业论文 设计 的规定 学校有权保留论文 设计 并向相关部门送交论 设计 的规定 学校有权保留论文 设计 并向相关部门送交论 文 设计 的电子版和纸质版 有权将论文 设计 用于非赢利目文 设计 的电子版和纸质版 有权将论文 设计 用于非赢利目 的的少量复制并允许论文 设计 进入学校图书馆被查阅 学校可的的少量复制并允许论文 设计 进入学校图书馆被查阅 学校可 以公布论文 设计 的全部或部分内容 保密的论文 设计 在解以公布论文 设计 的全部或部分内容 保密的论文 设计 在解 密后适用本规定 密后适用本规定 聞創沟燴鐺險爱氇谴净 作者签名 作者签名 指导教师签名 指导教师签名 日期 日期 日期 日期 2 注 意 事 项 1 设计 论文 的内容包括 1 封面 按教务处制定的标准封面格式制作 2 原创性声明 3 中文摘要 300 字左右 关键词 4 外文摘要 关键词 5 目次页 附件不统一编入 6 论文主体部分 引言 或绪论 正文 结论 7 参考文献 8 致谢 9 附录 对论文支持必要时 2 论文字数要求 理工类设计 论文 正文字数不少于 1 万字 不包括图纸 程序清单等 文科类论文正文字数不少于 1 2 万字 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟 3 附件包括 任务书 开题报告 外文译文 译文原文 复印件 4 文字 图表要求 1 文字通顺 语言流畅 书写字迹工整 打印字体及大小符合要求 无错别字 不准 请他人代写 2 工程设计类题目的图纸 要求部分用尺规绘制 部分用计算机绘制 所有图纸应符 合国家技术标准规范 图表整洁 布局合理 文字注释必须使用工程字书写 不准用 徒手画酽锕极額閉镇桧猪訣锥 3 毕业论文须用 A4 单面打印 论文 50 页以上的双面打印 4 图表应绘制于无格子的页面上 5 软件工程类课题应有程序清单 并提供电子文档 5 装订顺序 1 设计 论文 2 附件 按照任务书 开题报告 外文译文 译文原文 复印件 次序装订 3 其它 3 摘要摘要 本文详细讨论舞台灯光的基本知识及发展和基于 S7 200PLC 的控制技术 介绍了舞台灯光的 PLC 控制系统的设计方案及其控制原理 用多种指令实现对 舞台灯光中 8 根镭射灯管和 24 只流水灯的控制 通过对时间继电器时间控制的 改变可实现不同的灯光效果 镭射灯管和流水灯有各自控制要求 但两者之间 也存在一定的联系 舞台灯光也叫 舞台照明 简称 灯光 舞台美术造型 手段之一 PLC 简单易学 可靠性高 其不仅具有开关量和模拟量的控制功能 还具有更强的数字计算能力 它的通信功能和模拟量处理能力更强大 它比小 型机的指令更丰富 适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程控制场合 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑 关键词关键词 舞台灯光 PLC Abstract This paper discusses the basics of stage lighting and the development and S7 200 PLC based control technology introduces the lighting of the PLC control system design and control theory using a variety of stage lighting in order to realize the laser tube 8 and 24 water control lights controlled by time relay time of change in different lighting effects can be realized Laser tube and flow control lamp has its own requirements but there are some between the links Lighting is also called stage lighting referred to as light stage art form one of the means PLC is easy to learn and high reliability It not only has the switch and analog control functions also has a number of more computing power its communication functions and analog processing more powerful It is richer than the minicomputer instruction for complex logic control system and continuous process control situations謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔 Keywords Stage lighting PLC 4 目录目录 摘要 1厦礴恳蹒骈時盡继價骚 Abstract 1茕桢广鳓鯡选块网羈泪 前言 3鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴 第一章 课题的背景与意义 4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨 1 1 课题的背景 4預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴 1 2 课题的意义 4渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦 1 3 课题的研究内容 4铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡 第二章 控制要求分析 5擁締凤袜备訊顎轮烂蔷 2 1 控制要求 5贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷 2 2 任务分解及设计思路 6坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚 第三章控制系统硬件设计 10蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘 3 1 PLC 选型 10買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄 3 2 CPU 和扩展模块选择 11綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴 3 3 I O 分配表 11驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦 3 4 硬件接线图 12猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑 第四章 控制系统程序设计 13锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔 4 1 程序设计流程 14構氽頑黉碩饨荠龈话骛 4 2 主程序设计 14輒峄陽檉簖疖網儂號泶 4 3 程序模拟与调试 48尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅 第五章 总结与展望 52识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒 致谢 53凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴 参考文献 54恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦 5 前言前言 可编程序控制器 programmable logic controller PLC 是以微处理器 为核心的通用工业控制装置 是在继电接触器控制基础上发展起来的 随着社 会生产的发展和科学技术的进步 现代工业生产自动化水平的日益提高及微电 子的迅猛发展 当今的可编程控制器已将 3C computer control communication 技术 即微型计算机技术 控制技 术及通信技术融为一体 又集 电 即电控 电议 电信三方面控制功能于 一体的一种高可靠性控制器 是当代工业生产自动化重要支柱 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統 庫 SIMATIC S7 系列 PLC 是德国西门子公司性价比比较高的 PLC 系统 在其系 列 PLC 中 S7 200 是针对低性能要求设计的小型 PLC S7 300 是针对中的性能要 求设计的模块化中小型 PLC 最多可扩展 32 个模块 S7 400 是针对中高性能的 模块化大型 PLC 可以扩展 300 多个模块 硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹 我设计的课题是 舞台灯光的 PLC 控制 随着社会的发展和进步 舞台灯 在日常生活中运用已经越来越广泛了 舞台布光是演出空间构成的重要组成部 分 是根据情节的发展对人物以及所需的特定场景进行全方位的视觉环境的灯 光设计 并有目的将设计意图以视觉形象的方式再现给观众的艺术创作 舞台 灯光的控制系统须能有效地控制和调配全部灯具并产生谐调的艺术效果 在我 的设计中 我将运用顺序控制和指令控制两种方法对所要求的舞台灯进行编程 所用的 PLC 为 S7 200 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖 6 第一章第一章 课题的背景与意义课题的背景与意义 1 11 1 课题的背景课题的背景 舞台灯光的作用 在不同的历史时期 不同的演出形式 不同物质条件下 其照明概念也不相同 它的发展是随着戏剧艺术 剧场建筑 科学技术的发展 而发展的 舞台灯光大致经历了五个发展阶段 1 照明 2 可控光的启蒙 3 表 现自然幻觉 4 抒发艺术情感 5 走向光景时代 以上五个发展方面 并非时间 意义上的严格划分 而是舞台灯光功能发展上的概要归纳 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩 1 21 2 课题的意义课题的意义 舞台灯光的发展日新月异 人们对舞台灯光所呈现出来的效果也提出了更 高的要求 舞台灯光系统设计是遵循舞台艺术表演的规律和特殊使用要求进行 配置的 其目的在于将各种表演艺术再现过程所需的灯光工艺设备 按系统工 程进行设计配置 使舞台灯光系统准确 圆满地为艺术展示服务 可编程序控 制器 PLC 是专门在工业环境情况下应用的一种数字运算操作的电子系统 舞台 灯光的控制要求动态变化 在某一时间内多次控制某一类灯光的亮与灭 要直 接控制某类灯光按设计图案动态变化 将 PLC 应用到舞台灯光控制中 能取得 较好的实际效果 PLC 可通过循环 移位 传送等指令编制程序 轻松地实现 复杂控制功能 一旦舞台灯光系统建立后 若需要修改设计程序 就能轻易地 实现 不需要改变外部复杂的连线 大大降低了工作的难度 釷鹆資贏車贖孙滅獅赘 1 31 3 课题的研究内容课题的研究内容 本课题的研究内容如下 一是课题的背景和意义 二是对控制要求进行分析 包括任务的分解和设计思路的分析 三是对控制系统硬件要求的解析包括 PLC 的选型 CPU 的选择 I O 分配表和硬件接线图的制作 四是对程序的编写以及 模拟和调试等等 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉 7 第二章第二章 控制要求分析控制要求分析 2 12 1 控制要求控制要求 1 控制对象 2 控制要求 舞台中有 8 根镭射灯管 24 只各色流水灯 其中每 4 只灯为一组 舞台周围 8 根镭射灯管控制要求 按下启动按钮后 第 1 根亮 第 2 根 亮 第 8 根亮 时间间隔为 3s 全亮后 显示 24s 再反过来从 第 8 根 第 7 根 第 1 根 按 3s 间隔时间顺序熄灭 全熄灭 后保持熄灭状态 6s 再从第 8 根开始亮 顺序点亮第 7 根 第 6 根 第 1 根 间隔 3s 全亮后显示 15s 再从第 1 根 第 2 根 第 8 根 按 3s 顺序间隔熄灭 全部熄灭后保持熄灭状态 6s 然后 8 循环执行上述动作 自动控制 要求分别用顺序控制方式和用移位 传送指 令方式实现控制 24 只流水灯 4 个流水灯为一组 控制要求 按下启动按钮后 先点亮 1 3 3s 钟后熄灭 点亮 5 7 3s 钟后熄灭 点亮 9 11 3s 钟后熄灭 点亮 13 15 3s 钟后熄灭 点亮 17 19 3s 钟后熄灭 点亮 21 23 3s 钟后熄灭 点亮 24 22 3s 钟后熄灭 点亮 20 18 3s 钟后熄灭 点亮 16 14 3s 钟后熄灭 点亮 12 10 3s 钟后熄灭 点亮 8 6 3s 钟后熄灭 点亮 4 2 3s 钟后熄灭 循环执行上 述动作 自动控制 自动控制 要求分别用顺序控制方式和用移位 传送指 令方式实现控制 启动时 灯管和流水灯同时启动 关闭时 既可以同时关闭也可以分别关闭 2 22 2 任务分解及设计思路任务分解及设计思路 在该课题中 所要控制的舞台灯共有 32 盏 即 8 盏镭射灯管和 24 只各色 的流水灯 对程序设计时将镭射灯和流水灯分为两组进行分别编程 然后将所 编程序按照一定关系组合成完整的程序 谚辞調担鈧谄动禪泻類 按照要求 将会使用顺序和指令两种方法进行编程 在顺序编程中 将用 到多个定时器加入程序 所以需要了解 s7 200 中定时器的使用方法和时间控制 范围 在指令编程中 也会用到很多的定时器 而其更多的是要接触到移位指 令和传送指令 所以得先了解那些指令并且学会如何使用它们 然后再一步一 步的将程序编出 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩 2 3 设计工具介绍设计工具介绍 1 PLC 的产生及意义 PLC 产生以前 以各种继电器为主要元件的电气控制线路 承担着生产过 程自动控制的艰巨任务 这样的控制系统 需要大量的导线 大量的电器柜 占据大量的空间 消耗大量电能 为保证控制系统的正常运行 需要安排大量 的电气技术人员进行维护 尤其是在生产工艺发生变化时 甚至可能需要重新 9 安装控制系统 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库 20 世纪 60 年代末期 美国的汽车制造业竞争激烈 各生产厂家的汽车型 号不断更新 就必然要求生产线的控制亦随之改变 以及对整个控制系统重新 配置 为此要寻求一种比继电器更可靠 响应速度更快 功能更强大的通用工 业控制器 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞 1969 年 美国数据设备公司根据上述要求 研制开发出世界上第一台可编 程控制器 并在 GM 公司汽车生产线上首次应用成功 取得显著地经济效益 当 时人们把它称为可编程逻辑控制器 programmable logic controller PLC 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛 20 世纪 70 年代后期 随着微电子技术和计算机技术的发展 可编程逻辑 控制器更多的具备计算机功能 不仅用逻辑编程代替硬接线逻辑 还增加了运 算 数据传送和处理功能 从此 PLC 真正的成为一种计算机工业控制装置 而 且做到了小型化和超小型化 这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能 远远超出了逻辑控制 顺序控制的范围 故称为可编程控制器 简称 PC 但由 于 PC 容易和个人计算机混淆 故人们乃习惯的用 PLC 作为可编程控制器的英文 缩写 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷 进入 20 世纪 80 年代以来 随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术 的迅猛发展 以及 16 位和 32 位微处理器构成的微机化 PLC 的到了惊人的发展 使 PLC 在概念 设计 性能价格比以及应用等方面都有了新的突破 不仅控制 功能增强 功耗 体积减小 成本下降 可靠性提高 编程和故障检测更为灵 活方便 而且远程 I O 和通信网络 数据处理以及图像显示也有了长足的发展 所有这些已经使 PLC 应用于连续生产的过程控制系统 使之成为今天自动化技 术的四大支柱之一 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻 PLC 一直在飞速发展中 到现在为止 还未能对其下一个确切的定义 1982 年 11 月国际电工委员会 IEC 曾颁发了可编程控制器标准草案第一 稿 1985 年 1 月发表了第二稿 1987 年 2 月颁布第三稿 该草案中对可编程控 制器的定义是 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为工业环境 而设计 它采用了可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序 运算 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式和模拟式的输入和 10 输出 控制各种类型的机械生产过程 而有关的外围设备 都应按易于与工业 系统连成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼 定义强调了 PLC 以直接应用于工业环境 它必须具有很强的抗干扰能力 广泛的适应能力和应用范围 这也是区别与一般的微机控制系统的一个重要特 征 挤貼綬电麥结鈺贖哓类 2 PLC 的工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式 工作过程如图 2 1 所示 一般包括 5 个阶 段 内部处理 与编程器等通信处理 输入扫描 执行用户程序和输出处理 图 2 1 中 当 PLC 方式开关置于 RUN 时 执行所有阶段 当方式开关置于 STOP 时 不执行后 3 个阶段 此时可进行通信处理 如 PLC 联机或离线编程 赔荊紳 谘侖驟辽輩袜錈 PLC 的输入处理 执行用户程序和输出处理过程的原理如图 2 2 所示 PLC 执行的 5 个阶段称为一个扫描周期 PLC 完成一个周期后 又重新执行上述过 程 扫描周而复始的进行 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫 简而言之 PLC 采用了周期循环扫描 集中输入与输出的工作方式 这种 工作方式的显著特点是可靠性高 抗干扰能力强 但响应滞后 速度较慢 也 就是说 PLC 以降低速度求的高可靠性 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺 11 图 2 1 PLC 工作原理图 图 2 2 程序执行原理图 12 3 现代 PLC 的发展趋势 今年来 随着技术的发展和市场的需求的增加 PLC 的结构和功能正在不 断改进 各个上产厂家不断推进 PLC 新产品 平均 3 5 年更新换代一次 有些 新型中小型 PLC 的功能甚至达到或超过了大型 PLC 的功能 现代 PLC 有两个方 面的发展趋势 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁 1 发展微小型 PLC 时期体积更小 速度更快 功能更强 价格更低 配 置更灵活 由于自动控制系统的规模不同 小型化 低成本的 PLC 将广泛应用 于各个行业 其组成由整体结构向小型模块化结构发展 增加了配置的灵活性 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧 2 发展大型 PLC 使其具有大型网络化 高可靠 多功能 兼容性好等特 点 网络化和强化通信能力是 PLC 发展的重要方向 向上与以太网 MAP 网等 相连 向下通过现场总线将多个 PLC 或远程 I O 等相连 构成整个工厂的自动 化控制系统 今年来各公司陆续推出各种智能模块 大大增强了 PLC 的控制功 能 智能模块式以微处理器为基础的功能部件 其 CPU 与 PLC 的 CPU 并行工作 能够独立完成某些控制功能 如通信控制 高速计数 模拟量输入输出等 使 系统设计和调试时间减少 控制精度提高 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙 第三章控制系统硬件设计第三章控制系统硬件设计 3 13 1 PLCPLC 选型选型 PLC 发展到今天 已经有很多种类型 而且功能也不尽相同 所以分类的 方法有很多 根据控制规模分类就是其中一种 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉 PLC 的控制规模是以所配置的输入 输出点数来衡量的 PLC 的 I O 点数表 明了 PLC 可从外部接收多少个输入信号和向外部发出多少个信号 实际上也就 是 PLC 的输入 输出端子数 根据 I O 点数的多少可将 PLC 分为小型机 中型 机和大型机 一般来说 点数多的 PLC 功能也相应较强 鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求 可进行 PLC 型号的选定 13 进行 PLC 选型时 基本原则是满足控制系统的功能需要 同时要兼顾维修 备件的通用性 对开关量控制系统 当控制速度要求不高时 一般的小型 PLC 都可以满足要求 如对小型泵的顺序控制 单台机械的自动控制等 当控制速 度要求较高 输出有高速度脉冲信号等情况时 要考虑输入 输出点的形式 最 好采用晶体管形式输出 对带有部分模拟量控制的应用系统 如工业生产中经 常遇到的温度 压力 流量 液位等连续量的控制 应选择具有所需功能的 PLC 主机 还要根据需要选择相应的模块 配接相应的传感器 变送器和驱动 装置等 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬 在此要特别的介绍一下 S7 200 在该课题的程序设计中 所用的编程软件 就是 S7 200 西门子 S7 200 系列 PLC 适用于各种行业 各种场合的检测 监 测及控制的自动化 S7 200 系列的强大功能使其无论在独立运行中还是相连成 网络 皆能实现控制功能 辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应 3 23 2 CPUCPU 和扩展模块选择和扩展模块选择 S7 200 主机的 CPU 共有两个系列 CPU21X 及 CPU22X CPU21X 系列包括 CPU212 CPU214 CPU215 和 CPU216 CPU222X 包括 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 和 CPU226MX 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺 S7 200 系列目前可以提供三大类数字量输入输出扩展模板 即 EM221 EM222 和 EM223 在本课题中所用到得 CPU 为 CPU226MX 所用的扩展模板为 EM222 其输出 类型为 DC24V 输出 8 点 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜 3 33 3 I OI O 分配表分配表 表 3 1 I O 分配表 14 3 43 4 硬件接线图硬件接线图 15 图 3 1 硬件接线图 16 第四章第四章 控制系统程序设计控制系统程序设计 4 14 1 程序设计流程程序设计流程 图 4 1 程序流程图 17 4 24 2 主程序设计主程序设计 主程序用顺序和指令两种方法编写 1 顺序法编写程序 如图 4 2 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 图 4 2 30 2 运用指令编写程序 如图 4 3 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 图 4 3 51 4 34 3 程序模拟与调试程序模拟与调试 对编好的程序进行调试运行 可以分为以下几个步骤 1 在 S7 200 的界面里选择合适的 CPU 型号为 CPU226XM 如图 4 4 图 4 4 52 2 导出源程序并保存 如图 4 5 图 4 5 3 打开仿真软件 选择与源程序一致的 CPU 型号 CPU226XM 如图 4 6 53 图 4 6 4 由于灯管较多 所以要增加 2 个扩展模块 如图 4 7 图 4 7 5 下载程序 运行程序 如图 4 8 图 4 8 54 6 按下启动按钮 如图 4 9 图 4 9 7 程序进入启动状态后开始运行 如图 4 10 图 4 10 55 第五章第五章 总结与展望总结与展望 PLC 在传统的优势运用领域会继续平稳增长 在诸如单机控制 自动化 装配线等方面的运用将随相关行业的发展保持稳定的增长 PLC 本身固有的 稳定可靠性特点决定了它在这些行业内不可取代的地位 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷 随着科学技术的发展 现代社会对专业人才的要求越来越高 尤其作 为电气 机电专业的人员 不仅要有坚实的理论知识 更应该具备丰富的 实践经验和较强的动手能力 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻 在进行毕业设计的过程中 我深刻体会到我的基础功并不是那么的扎 实 比如在编程序的时候发现以自己的实力只能用简单的顺序法编写 而 对指令却不是很了解 通过课题设计让我感受到 PLC 指令运用的灵活性和 PLC 在现代各行各业中的重要地位 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減