基于S7-200PLC舞台灯光控制系统实训.doc

1、 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。关键词：舞台灯光；PLC；控制功能abstractIs discussed in detail in this pape

2、r the basic knowledge and development of stage lighting and based on s7-200 PLC control technology, this paper introduces the PLC control system design scheme of stage lighting and its control principle, using a variety of instruction to achieve control of the stage lighting lamp, based on the chang

3、e of time relay control can realize different lighting effects. Stage lighting is also called stage lighting, hereinafter referred to as light, the stage fine arts modelling is one of the means. PLC is easy to learn and high reliability. It not only has the switch and analog control function, but al

4、so has stronger digital computing power, its communication function and analog processing power is more powerful. It is more abundant than minicomputers instructions, suitable for complicated logic control system and the continuous production process control. Key words: stage lighting; PLC; Control

5、function 目 录一 可编程控制器的概论11.1 PLC的定义11.2 PLC的工作原理11.3 PLC的选型原则1二 PLC控制与继电器控制的比较22.2 PLC相对于继电器线路的优势32.3 系统I/O分配4三 舞台灯光的PLC设计43.1 舞台灯光设计要求43.2 舞台灯光的设计原则43.3 舞台灯光设计思路（自写）53.4 舞台灯光设计梯形图12四 总结14参 考 文 献15附录一 电气原理接线图16附录二 实验现象图17一 可编程控制器的概论1.1 PLC的定义PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算

6、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

7、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)，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PLC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PLC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

8、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PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。（1）输入输出（I/O）点数的估算。I/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%的扩展余量后，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PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。（2）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

9、，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。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/O点数的10-15倍，加上模拟量I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按次数的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）运算功能。简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据

10、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PLC中还有模拟量的PID运算和其他高等级运算功能。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PID运算等。要显示数据时需要编译和编码等运算。二 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。但是，这也是随之带来了一些问题。容易损坏，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

11、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。2.2 PLC相对于继电器线路的优势（1）功能强，性能价格比高一台小型PLC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）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。

12、PLC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）可靠性高，抗干扰能力强 PLC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，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 （4）系统的设计、安装、调试工作量少PLC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。（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。（6）维修工作量少，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显

13、示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC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）体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC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1/2-1/10。2.3 系统I/O分配系统的I/O分配如表2-3-1所示。 表2-3-1 系统I/O分配表 输入输出名称编号IO编码名称IO编码启动SB1I0.0L1Q1.7停止SB2I0.1L2Q0.0方式1SB3I0.2L3Q0.1方式2SB4I0.3L4Q0.2方式3SB5I

14、0.4L5Q0.3单步/连续SB6I0.5L6Q0.4位选SB7K2L7Q0.5L8Q0.6L9Q0.7aQ1.0bQ1.1cQ1.2dQ1.3eQ1.4gQ1.5三 舞台灯光的PLC设计3.1 舞台灯光设计要求（1）当按下启动按钮，灯光控制装置开始工作，按下停止按钮，灯光控制装置停止工作。（2）灯光的工作方式由花样选择开关和单步/连续开关决定。（3）当单步/连续开关在单步位置时，灯光只能按照花样选择开关设定的方式，运行一个循环。（4）花样选择开关用于选择灯光的花样，设有三种灯光花样。用一个Led显示1、2、3如果为单步工作方式，30S后停下来，如果为连续工作方式，则继续循环。3.2 舞台灯光

15、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）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）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

16、的设计原则。（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）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

17、计的重点。113.3 舞台灯光设计思路： 设计要求灯光要有3中花样，故需要建立3个子程序，每个子程序对应一种灯光的花样。子程序主要完成循环移位和输出功能，控制程序和初始化程序在主程序中。主程序中起保停电路控制系统的启动停止；定时器T37控制灯光改变的时间间隔，计数器C20控制花样的正反循环，计数器C21、C22只对第3中花样起作用，用来控制方式一方式二按顺序执行，以形成第三中花样。主程序中还要将初始值送到指定寄存器地址位，从而可以在子程序中输出，并且将其移位控制。将方式控制信号连接到相应的子程序，为保证控制不发生混乱，控制信号采用互锁的方式，同时并在LED中显示相应的数字。由于需要显示的数字只

18、有1、2、3，所以只需要6个输出口就足够了，因此可以节省两个输出口留作他用，将Q1.7用作彩灯的输出口。程序化中大量采用MOV指令输出，节省程序段长度，但是也存在操作不如按位输出精确地缺点。程序应在MOV指令输出与按位输出相结合的方式方面改进。 3.4 舞台灯光设计梯形图 舞台灯设计梯形图如图3-4-1图3-4-1 舞台灯光设计梯形图四 总结经过一个周不懈的努力，终于完成了从舞台灯光的设计到论文的编写。该课题是更具PLC及顺序控制相关知识完成的。成功的道路不是一帆风顺的，有这么一句话说的好“不经历风雨怎能见彩虹”，当然我设计该课题时也曾遇到过困难，其中难度最大的就是关于顺序控制这方面的知识，但

19、是经过同学们之间的讨论及不断的学习，与次同时在老师的帮助下渐渐地顺序控制有了进一步的了解。对于变成这方面由于学习比较认真，关于这方面就没什么太大的问题。整个设计在发现错误改正错误的过程下不断完善，到最后终于完成了。本次设计使我能够更好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。在做这次课程实习的过程中使我学到了很多，我感到不论做什么事情，都要真真正正用心去做，才会使自己酵素成长，没有学习就不可能有实践的能力，没有自己的实践就不会有所突破，希望这次的经历能让我在以后的学习生活中不断成长与进步。参 考 文 献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

20、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,2006.14 ：何献忠. 可编程控制器应用技术M.北京:清华大学出版社,2007.145 ：杨莹.可编程控制案例教程J.上海:机械工业出版社, 2008.166 ：王军，郑新志.PLC自动控制系统J.山东：山东轻工业学院学报，2004.037 ：陈光明，赵连玉.可编程控制器应用J.天津：天津理工大学学报，2005.068 ：蔡瑞娟编.西门子PLC高级培训教程J. 北京：人民邮电出版社，2009.889 ：林春方.可编程控制器原理及其应用M.上海:上海交通大学出版社，2004.55 10 ：王永华.现代电气及可编程控制技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2003.48附录一：电气原理接线图附录二：实验现象图