(基于PLC的舞台灯控制系统的设计

1、PLC原理与应用课程设计报告书设计题目：基于 PLC 的舞台灯控制系统的设计班级： 1010 自动化 2 2专业： 自动化学生姓名学号课程名称PLC 原理与应用设计题目基于 PLC 的舞台灯控制系统的设计设计目的、主要内容(参数、方法)及要求设计目的：1 掌握移位寄存器指令的应用2、掌握 PLC 控制系统的设计流程 设计主要内容及要求：1 舞台灯模块共有 7 组指示灯，用 PLC 控制 7 组舞台灯光的闪烁、移位及时序的变化。 具体要实现的功能有：(1) 、17 组灯依次点亮，再全亮。(2) 、重复(1)，循环往复。2、 画出实现程序流程图。3、 列出输入、输出端口。4、写出梯形图程序。5、

2、调试程序，直至符合设计要求。工作量2 周时间，每天 3 学时，共计 42 学时进度安排第 1 天：明确课程设计的目的和意义，根据课程设计要求查找相关资料第 2-3 天：学习课程设计中用到的PLC 相关知识第 4-5 天：根据课程设计的要求画出程序流程图第 6 天：列出 I/O 分配表第 7-8 天：写出梯形图程序，并对程序进行注释第 9-10 天：学习西门子 S7-200 的编程软件 STEP 7 MicroWin SP6，并在该软件中编写 梯形图程序第 11 天：学习西门子 S7-200 仿真软件，并进行程序仿真和调试。第 12 天：将课程设计中用到的程序在PLC 试验箱上进行运行和调试。第

3、 13-14 天：撰写课程设计报告。主要参考 资料1 廖常初.S7-200 PLC 编程及应用M.北京：机械工业出版社，2013.82 梅丽凤.电气控制与 PLC 应用技术M.机械工业出版社,2012,33 殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护M.机械工业出版社,2006.1指导教师 签字教研室主任签字本文详细讨论舞台灯光的基本知识及发展和基于 S7-200PLCS7-200PLC 的控制技术，介 绍了舞台灯光的 PLCPLC 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 7 7组灯的控制，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。舞台灯光也叫“舞台照明”，简称“灯

4、光”，舞台美术造型手段之一。PLCPLC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。关键词：舞台灯光；PLCPLC 控制功能5参考文献.141 可编程控制器的概论1.1 PLC 的定义1.2 PLC 的工作原理.1.3 PLC 的选型原则.2 PLC 控制与继电器控制的比较2.1 控制继电器存在的缺点2.2 PLC 相对于继电器线路的优势.2.3 系统 I/O 分配3 舞台灯光的 PLC 设计3.1舞台灯光设计要求3.2 舞台灯光的设计原则

5、3.3 舞台3.4舞台125参考文献.14心得体会.131 可编程控制器的概论1.1 PLC 的定义PLCPLC 英文全称 ProgrammableProgrammable LogicLogic ControllerController ，中文全称为可编程逻辑 控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/ /输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制系统是一种专门为在工业环境下应用而 设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存

6、储器，在其内部存储执行 逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟 式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装 置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具 有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛 应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。可编程控制器 (PLC)(

7、PLC)，是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具 有可靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。由此可见，用PLCPLC 控制的智能型舞台灯比传统的舞台灯控制优越的多。1.2 PLC 的工作原理PLCPLC 的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道， 要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、 阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等 主要因素对数据传输的影响。1.3 PLC 的选型原则在 PLCPLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLCPLC 工程设计选 型。工艺流程的特点和

8、应用要求是设计选型的主要依据。PLCPLC 及有关设备是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用 PLCPLC 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLCPLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动 作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 PLCPLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLCPLC 和设计相应的控制系统。1

9、1、输入输出（I/OI/O ）点数的估算I/OI/O 点数估算时应考虑适当的余量， 通常根据统计的输入输出点数， 再增加 10%-20%10%-20%勺扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制 造厂商 PLCPLC 的产品特点，对输入输出点数进行圆整。2 2、存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的， 需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用 存储器容量的估算来代替

10、。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/OI/O 点数的 10-1510-15 倍，加上模拟量 I/OI/O 点数的 100100 倍，以此数为内存的总字数（1616 位为一个字），另外再按次数的 25%25%考虑余量。控制功能的选择：该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、 编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。3 3、运算功能简单 PLCPLC 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通 PLCPLC 的运算功能 还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等； 大型 PLPLC C中还有模拟量的 PIDPID

11、 运算和其他高等级运算功能。随着开放系统的出现， 目前在 PLPLC C中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通讯，有些产品具有 与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功 能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应 用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用 于模拟量检测和控制时，才使用代数运算， 数值转换和 PIDPID 运算等。要显示数据 时需要编译和编码等运算。2 PLC 控制与继电器控制的比较2.1 控制继电器存在的缺点今天继电器已应用到家庭及工业控制的各个领域。它们比以往的产品具有更 高的可靠性。

12、但是，这也是随之带来了一些问题。如绝大多数控制继电器都是长 期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧， 甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上 百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统 必须是手工接线、安装，如果有简单的改动，也需要花费大量时间及人力物力去改制、安装和调试。2.2 PLC 相对于继电器线路的优势1 1、功能强，性能价格比高一台小型 PLCPLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功

13、能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。 可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。2 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种 硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。 PLPLC C有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。3 3、可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLCPLC 用软件代替大量的中间继电器和时

14、间继电器，仅 剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10-1/1001/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLCPLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无 故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLCPLC 已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。4 4、系统的设计、安装、调试工作量少PLCPLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、 计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLCPLC 的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很

15、 容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的 时间要少得多。PLCPLC 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 PLCPLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态。 完成了系统的安装和接线后，在现场的 统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。5 5、编程方法简单梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高

16、级语言，可编程序控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。6 6、维修工作量少，维修方便PLCPLC 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLCPLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLCPLC 上的发光二极管或编程器提供的住处迅速 的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速排除故障。7 7、体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用 PLCPLC 后,可以减少大量的中间继电器和时间继电 器，小型 PLCPLC 的体积相当于几个继电器大小， 因此可将开关柜的体积缩小到原来 的 1/2-1/101/2-1/10。2.3 系统 I/O 分配系统的

17、I/OI/O 分配如表 2-3-12-3-1 所示。表 2-3-1 系统 I/O 分配表输入输出主机实验模块注释主机实验模块注释I0.0K1启动Q0.01灯 1 区I0.1K2停止Q0.12灯 2 区1M24VQ0.23灯 3 区0V-COM开关公共端Q0.34灯 4 区Q0.45灯 5 区Q0.56灯 6 区Q0.67灯 7 区1L、2L24V3 舞台灯光的 PLC 设计3.1 舞台灯光设计要求本设计要求应用 PLCPLC 来控制舞台灯光的闪烁变化。在设计中共有七个输出端 口分别控制七组舞台灯的闪烁变换。此外还有两个输入端口分别作为启动与停止 控制端。程序运行过程为当程序开始运行后舞台灯从灯

18、 1 1 区开始依次点亮，两灯 闪烁间隔为一秒。当按下停止按钮后舞台灯停止闪烁。3.2 舞台灯光的设计原则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。1 1、功能性原则这一条也就是说大家在对演艺厅舞台灯光设计的时候必须符合功能的要求。无论是哪一个角落的灯光设计都需要根据不同的空间、不同的场合、不同的对象 选择不同的照明方式和灯具，并保证恰当的照度和亮度。2 2、美观性原则美观性原则设计是为了能够让自己的舞台灯光设计更加吸引人，灯光照明是装饰美化环境和创造艺术

19、气氛的重要手段。一般演艺厅的舞台灯光设计都是为了 烘托出好的娱乐气氛。所以在设计的时候一般非常注意这方面的设计原则。3 3、经济性原则在舞台灯光设计的时候在满足需求的同时要保证这一点原则，那才是整个舞台灯光设计的重点，所以你若是一名灯光设计师那么在给演艺厅舞台灯光设计的 时候要注意这一点。在观众区灯光照明设计是为了满足人们视觉生理和审美心理 的需要，使演艺厅空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值， 并达到使用功能和 审美功能的统一。这就是我们所说的经济性原则。4 4、安全性原则安全性原则应当是整个演艺厅舞台灯光设计的重点，无论大家想设计一个什 么样的灯光，在设计的时候一定要遵循这一设计的原则，在

20、灯光照明设计要求绝 对的安全可靠。大家在设计的时候不要只追求美观而不注意它的安全设计。 其实 整个舞台灯光设计中它应当算是设计的重点。3.3 舞台灯光设计梯形图舞台灯设计梯形图如图 3 3-3 3-1 1 所示| PROGRAMCDMMENTE 冋给 1Network TitleNetwork Comment网貉2T34T331INTON* +50* PT10 msM0.000网络3T33|MTON1-IN+50 PT10 msQI.7T34网络 4VO 6M0.0MOV_BENENOINOUT VBOVBO-1-ROLBENENOINOUTN-VBOV0.V0.0 0Q0.Q0.0 0Q02Q03网路10V0.41Q0.4I_f1网谿III- )V0.5IQ0.5Ir、1网络12iJV0.6IQ0.6Ir II- 1)网绍13V0.7图 3-3-1 舞台灯光设计梯形图网貉 7V0.1Q01 90%)良好(90%x 80%)中等(80%x 70%)及格(70%x 60%)不及格(x60%)评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准平时考核20学习态度认 真，科学作风 严谨，严格保 证设计时间并 按任务书中规 定的进度开展各项工作。学习态度比较 认真，科学作 风良好，能按 期圆满完成任 务书规定的任 务。学习态度尚好，遵守组织