基于PLC控制的舞臺藝術(shù)燈光設(shè)計.doc

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學(xué) 院 畢業(yè)論文 201 屆 基于 PLC 控制的舞臺藝術(shù)燈光設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 分 院 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 完成日期 基于 PLC 控制的舞臺藝術(shù)燈光設(shè)計 摘 要在 現(xiàn) 代 文 化 藝 術(shù) 領(lǐng) 域 中 晚 會 的 舞 臺 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 藝 術(shù) 燈 光 成 了 整 體 藝 術(shù) 中 不 可 缺 少 的 重 要 組 成 部 分 更 是 融 藝 術(shù) 和 技 術(shù) 為 一 體 的 隨 著 科 技 的 不 斷 發(fā) 展 舞 臺 藝 術(shù) 燈 光 正 逐 漸 向 自 動 化 控 制 方 向 發(fā) 展 單 片 機 PLC 的 應(yīng) 用 正 在 不 斷 地 走 向 深 入 對 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 序 的 變 化 等 本 設(shè) 計 就 是 利 用 PLC 作 為 核 心 部 件 進 行 邏 輯 控 制 及 信 號 的 產(chǎn) 生 PLC 的 性 能 優(yōu) 勢 必 定 會 使 得 舞 臺 燈 的 設(shè) 計 變 得 更 方 便 更 可 靠 關(guān)鍵詞 舞臺藝術(shù)燈 PLC 編程設(shè)計 目 錄 第一章 緒論 1 1 1本課題設(shè)計背景 1 1 2本課程的設(shè)計內(nèi)容 1 1 3本課程的設(shè)計目的和意義 2 第二章 系統(tǒng)控制方案的選擇和確立 4 2 1舞臺燈光設(shè)計的傳統(tǒng)控制 4 2 2PLC 控制與繼電器控制兩者區(qū)別 4 2 3控制繼電器存在的缺點 6 2 4PLC 相對于繼電器線路的優(yōu)勢 6 2 5PLC 的選型原則 9 2 6機型的選擇 13 2 7舞臺燈的發(fā)展 17 2 8舞臺燈的選擇 17 第三章 PLC 控制舞臺藝術(shù)燈系統(tǒng)的設(shè)計 19 3 1PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)的設(shè)計要求 19 3 2舞臺燈系統(tǒng)設(shè)計的控制要求 20 3 3PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)控制方式的要求 21 3 4PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)的 I O 分配表 22 3 5控制系統(tǒng)接線圖 22 3 6程序設(shè)計 24 3 6 1 梯形圖 24 3 6 2 指令表 26 第四章 PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)的設(shè)計效果 28 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻 33 引 言 可編程控制器 PLC 是以計算機技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動化裝 置 它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術(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 近年來在工業(yè)自動控 制 機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 被譽為 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱之首 本論文針對典型舞臺藝術(shù)燈的實際控制要求 運用三菱 PLC 基本 指令和功能指令兩種編程方法 在 I O 分配的基礎(chǔ)上 將整個舞臺藝 術(shù)燈實際控制系統(tǒng)分解為拱形和梯形兩個部分 進行 PLC 梯形圖程序 設(shè)計和程序功能分析 第一章 緒論 1 1 本課題設(shè)計背景 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)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 用在舞臺上增強晚會 燈光效果 隨著電子技術(shù)的發(fā)展 應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化 快速化 大 容量 重量輕的方向發(fā)展 PLC 技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開發(fā)的 革命性變革 語言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語言描述能力強 覆蓋 面廣 抽象能力強 在實際應(yīng)用中越來越廣泛 這個階段 人們開始 追求貫徹整個系統(tǒng)設(shè)計的自動化 可以從繁重的設(shè)計工作中徹底解脫 出來 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)計效率 縮短產(chǎn)品的研制周期 1 2 本課程的設(shè)計內(nèi)容 基于 PLC 控制的舞臺藝術(shù)燈光設(shè)計系統(tǒng)可以通過修改程序方便地 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)計出五彩繽紛的造型 如果對外部電路稍加修改 或者 在系統(tǒng)程序中加入分支 可以把舞臺藝術(shù)燈光系統(tǒng)改為霓虹燈 廣告 燈等藝術(shù)燈飾 能夠用在娛樂場所 賓館 餐廳以及大型商場的門面 等多種地方 可以滿足各種要求 收到良好的視覺效果 本論文針對典型舞臺藝術(shù)燈的實際控制要求 運用 PLC 基本指令 和功能指令兩種編程方法 在 I O 分配的基礎(chǔ)上 將整個舞臺藝術(shù)燈 實際控制系統(tǒng)分解為拱形和梯形兩個部分 進行 PLC 梯形圖程序設(shè)計 和程序功能分析 1 3 本課程的設(shè)計目的和意義 在現(xiàn)代生活中 最初的燈光設(shè)計只是局限在簡單的燈光切換上 燈光顏色單調(diào) 燈位布置單一 更不用說燈光特技了 而如今的舞臺 變得無比絢麗 光線色彩可以實現(xiàn)細微轉(zhuǎn)變 舞臺燈光變得更加靈活 夢幻 投影技術(shù)可以生成各種造型 使舞臺形象生動 電腦燈可以使光 線根據(jù)音樂的旋律搖擺 使舞臺更富動感 霓虹廣告燈及晚會的舞臺 燈光各式各樣 色彩繽紛 用以吸引觀眾的注意力 舞臺燈光設(shè)計作 為舞臺表演的一部分 近年來得到了越來越多的關(guān)注和重視 燈光設(shè)備技術(shù)的高速發(fā)展 大大豐富了舞臺燈光藝術(shù)表現(xiàn)手段 甚至給舞臺燈光帶來革命性的變化 近年來隨著科技的飛速發(fā)展 我 國的燈光技術(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 發(fā)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 舞臺燈光的信號傳輸形式也由簡單的線路傳輸 發(fā)展為無線 光纖 網(wǎng)絡(luò)化等多種形式 這使得操作控制管理直觀化 簡易化 并能精準(zhǔn)地完成舞臺演出所需要的藝術(shù)表現(xiàn)與再現(xiàn)單片機 PLC 的應(yīng)用正在不斷地走向深入 對于這些燈飾的控制均可以采用 PLC 控制 如燈光的閃耀 移位及時序的變化等 PLC 控制的彩燈控制設(shè)計具有可編程性 線路簡單 可靠性高等 特點 提高了系統(tǒng)的靈活性及可擴展性 第二章 系統(tǒng)控制方案的選擇和確立 舞臺燈光設(shè)計的傳統(tǒng)控制 傳統(tǒng)舞臺燈光的控制是采用空氣開關(guān)人工機械式控制 由于舞臺 燈光所控制的聚光燈數(shù)量較多 用人工機械式地撥動空氣開關(guān)來實現(xiàn) 變幻的舞臺燈光效果 控制者常常手忙腳亂 感到十分疲倦 而且所 控制的舞臺燈光也難以達到預(yù)期的效果 2 2 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 器機械觸點的串聯(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 電器的觸點數(shù)量有限 所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴展性受到很 大性質(zhì) 而 PLC 采用了計算機技術(shù) 其控制邏輯是以程序的方式存放 在 存儲器中 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 實質(zhì)上是存儲器單元的狀態(tài) 所以 軟繼電器 的觸點數(shù)量是無 限的 PLC 系統(tǒng)的靈活性和可擴展性好 2 工作方式不同 在繼電器控制電路中 當(dāng)電源接通時 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繼電器的動作次序 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 觸點數(shù)日不同 硬繼電器的觸點敬量有限 用于控制的繼電 器觸點一般為 4 8 對 而梯形圖中每只 軟繼電器 供編程使用的觸 點數(shù)是無限對的 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 則無磨損現(xiàn)象 5 定時和計數(shù)控制不同 電器控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時 時間控制 時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和溫度變化影響 定 時精度不高 而 PLC 采用半導(dǎo)體集成電路做定時器 時鐘脈沖由晶體 振蕩器產(chǎn)生 精度高 定時范圍寬 用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定時 值 修改方便 不受環(huán)境的影響 且 PLC 具有計數(shù)功能 而電器控制 一般不具備計數(shù)功能 6 可靠性和可維護性不同 由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機 械觸點 其存在機械磨損 電弧燒傷等 壽命短 系統(tǒng)的連線多 所 以可靠性和可維護性差 而 PLC 大量的開關(guān)動作有無觸點的半導(dǎo)體電 路來完成 其壽命長 可靠性高 PLC 還具有自診斷功能 能查出自 身的故障 隨時顯示給操作人員 并能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情 況 為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供方便 2 3 控制繼電器存在的缺點 今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域 他們比以往的 產(chǎn)品具有更高的可靠性 但是 這也是隨之帶來的一些問題 如絕大 多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進行的 容易損壞 而且繼電器的觸點容易產(chǎn)生電弧 甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作 引起 嚴重的后果 再者 對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備 其 控制箱將是龐大而笨重的 在全負荷運載的情況下 大的繼電器將產(chǎn) 生大量的熱及噪聲 同時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 如果有簡單的改動 也需要花費大量時間及 人力和物力去改制 安裝和調(diào)試 2 4 PLC 相對于繼電器線路的優(yōu)勢 l 功能強 性能價格比高 一臺小型 PLC 內(nèi)有成百上千可供用戶使用的編程元件 有很強的 功能 可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能 與相同功能的繼電器相比 具 有很高的性能價格比 可編程序控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng) 實現(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 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行系統(tǒng)配置 組成不同的功能 不同規(guī)模的系統(tǒng) 可編程序控制器的安裝接線也很方便 一般用接線端子連接外部 接線 PLC 有很強的帶負載能力 可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流 接觸器 3 可靠性高 抗干擾能力強 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器 時間繼電器 由于觸點接觸不良 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 具有很強的抗干擾能 力 平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上 可以直接用于有強烈干擾的 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場 PLC 已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一 4 系統(tǒng)的設(shè)計 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 間繼電器 計數(shù)器等器件 使控制柜的設(shè)計 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)計方法 這種編程方法 很有規(guī)律 很容易掌握 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng) 梯形陶的設(shè)計時間比 設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多 PLC 的用戶程序可以在實驗竄模擬調(diào)試 輸入信號用小開關(guān)來模 擬 通過 PLC 上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài) 完成了系統(tǒng)的 安裝和接線后 在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就 可以解決 系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多 5 編程方法簡單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言 其電路符號 和表達方式與繼電器電路原理圖相似 梯形圖語言形象直觀 易學(xué)易 懂 熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯 形圖語言 并用來編制用戶程序 梯形圖語言實際上是一種而向用戶的一種高級語言 可編程序控 制器在執(zhí)行梯形圖的程序時 用解釋程序?qū)⑺?翻譯 成匯編語言后 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)行機構(gòu)發(fā)坐故障時 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 和時間繼電器 小型 PLC 的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小 因此可將開 關(guān)柜的體積縮小到原來的確 1 2 1 10 2 5 PLC 的選型原則 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時 首先應(yīng)確定控制方案 下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計選型 工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(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 一個整體 易于擴充其功能的原則選型所選用 PLC 應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng) 域有投運業(yè)績 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)的編程語言有利于縮短編程時間 因此 工程設(shè)計選型和估算時 應(yīng)詳細分析工藝過程的特點 控制要求 明確控制任務(wù)和范圍確定所 需的操作和動作 然后根據(jù)控制要求 估算輸入輸出點數(shù) 所需存儲 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 格比的 PLC 和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng) 輸入輸出 I O 點數(shù)的估算 1 I O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出 點數(shù) 再增加 10 20 的可擴展余量后 作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù) 實際訂貨時 還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點 對輸入輸出點數(shù)進 行圓整 2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小 程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小 因此程序 容量小于存儲器容量 設(shè)計階段 由于用戶應(yīng)用程序還未編制 因此 程序容量在設(shè)計階段是未知的 需在程序調(diào)試之后才知道 為了設(shè)計 選型時能對程序容量有一定估算 通常采用存儲器容量的估算來替代 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式 許多文獻資料中給出了 不同公式 大體上都是按數(shù)字量 I O 點數(shù)的 10 15 倍 加上模擬 I O 點數(shù)的 100 倍 以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù) 16 位為一個字 另外再按此 數(shù)的 25 考慮余量 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能 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 運算功能 簡單 PLC 的運算功能包括邏輯運算 計時和計數(shù)功能 普通 PLC 的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位 比較等運算功能 較復(fù)雜運算功能有代 數(shù)運算 數(shù)據(jù)傳送等 大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運算和其他高級 運算功能 隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn) 目前在 PLC 中都已具有通信功能 有些產(chǎn)品具有與下位機的通信 有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通 信 有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能 設(shè)計選型 時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā) 合理選用所需的運算功能 大多數(shù)應(yīng)用 場合 只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能 有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比 較 當(dāng)用于模擬量檢測和控制時 才使用代數(shù)運算 數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運算等 要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算 4 控制功能 控制功能包括 PID 控制運算 前饋補償控制運算 比值控制運算 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)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制 有時也采用 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)省存儲器容量 例如采用 PID 控制單元 高速計數(shù)器 帶速度補 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)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議 TCP IP 需要時應(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)符合國際標(biāo)準(zhǔn) 通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中 上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 lMbps 通 信負荷不大丁 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 多臺同型號 PLC 為從站 組成簡易 PLC 網(wǎng)絡(luò) 2 l 臺 PLC 為主站 其他同型號 PLC 為從站 構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò) 3 PLC 網(wǎng)絡(luò)通過特定網(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)組成的實際需要 應(yīng)選擇具有不 同通信功能的 如點對點 現(xiàn)場總線 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 CPU 編程器在編程模式 叫 CPU 只為編程器提供服務(wù) 不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制 完成編程后 編程器切換到運行模式 CPU 對現(xiàn)場設(shè)備進行控制 不能進行編程 離線編程方式可降低系統(tǒng)成本 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 CPU 負責(zé)現(xiàn)場 控制 并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(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 下一掃描周期 主機就根據(jù)新收到的程 序運行 這種方式成本較高 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)化編程語言 順序功能圖 SFC 梯形圖 LD 功能模 塊圖 FBD 三種圖形化語言和語句表 IL 結(jié)構(gòu)文本 ST 兩種文本語 言 選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn) IEC6113123 同時 還應(yīng)支持 多種語言編程形式 如 C Basic 等 以滿足特殊控制場合的控制要 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 通過軟件 對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷 通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷 PLC 的診斷功能的強弱 直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的 要求 并影響平均維修時間 8 處理速度 PLC 采用掃描方式工作 從實時性要求來看 處理速度應(yīng)越快越 好 如果信號持續(xù)時間小于掃描時間 則 PLC 將掃描不到該信號 造 成信號數(shù)據(jù)的丟失 處理速度與用戶程序的長度 CPU 處理速度 軟件質(zhì)量等有關(guān) 目前 PLC 接點的響應(yīng)快 速度高 每條二進制指令執(zhí)行時間約 0 2 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 的掃描時間不大于 0 5ms K 大中型 PLC 的掃描時間不大于 0 2ms K 2 6 機型的選擇 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)場安裝 和控制室安裝兩類 按 CPU 字長分為 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數(shù)選型 整體型 PLC 的 I O 點數(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 點數(shù) 功能擴展方便靈活 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 例如對輸入模塊 應(yīng)考慮信號電平 信號傳輸距離 信號隔離 信號供電方式等應(yīng)用要 求 對輸出模塊 應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型 通常繼電器輸出模塊 具有價格低 使用電壓范圍廣 壽命短 響應(yīng)時間較長等特點 可控 硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁 電感性低功率因數(shù)負荷場合 但價格較 貴 過載能力較差 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 可根據(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)用成本 3 電源的選擇 PLC 的供電電源 除了引進設(shè)備時同時引進 PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明 書要求設(shè)計和選用外 一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計選用 220VAC 電源 與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致 重要的應(yīng)用場合 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 應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng) 用要求 否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源 為防止外部高壓電源因誤操作而 引入 PLC 對輸入和輸出信號的隔離是必要的 有時也可采用簡單的 二極管或熔絲管隔離 4 存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展 存儲器的價格已下降 因此 為保證應(yīng)用項日的正常投運 一般要求 PLC 的存儲器容量 按 256 個 I O 點至少選 8K 存儲器選擇 需要復(fù)雜控制功能時 應(yīng)選擇容量更大 檔次更高的存儲器 5 冗余功能的選擇 1 控制單元的冗余 1 重要的過程單元 CPU 包括存儲器 及電源均應(yīng) 181 冗余 2 在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng) 2 重化或 3 重化冗余容錯系統(tǒng)等 2 I O 接口單元的冗余 1 控制回路的多點 I O 卡應(yīng)冗余配置 2 重點檢測點的多點 I O 卡可冗余配置 3 根據(jù)需要對章要的 I O 信號 可選用 2 重化或 3 重化的 I O 接 口單元 6 經(jīng)濟性的考慮 選擇 PLC 時 應(yīng)考慮性能價格比 考慮經(jīng)濟性時 應(yīng)同時考慮應(yīng) 用的可擴展性 可操作性 投入產(chǎn)出比等因素 進行比較和兼顧 最 終選出較滿意的產(chǎn)品 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響 每增加一塊輸入輸出卡件就需 增加一定的費用 當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后 相應(yīng)的存儲器容量 機架 母板等也 要相應(yīng)增加 因此 點數(shù)的增加對 CPU 選用 存儲器容量 控制功能 范圍等選擇都有影響 在估算和選用時應(yīng)充分考慮 使整個控制系統(tǒng) 有較合理的性能價格比 隨著 PLC 的推廣普及 PLC 產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多 而且功 能也日趨完善 近年來 從美國 日本 德國等國引進的 PLC 產(chǎn)品及 國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列 上百種型號 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 價格 等各不相同 適用場合也各有側(cè)重 本設(shè)計的彩燈系統(tǒng)控制需要設(shè)置總啟動 停止按鈕各 1 個 輸出 負載為 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 因為輸入信號較少 而輸出負載較多 時 間響應(yīng)較快 所以選擇 PLC 基本單元 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 響應(yīng)時間小 于 0 2ms 2 7 舞臺燈的發(fā)展 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)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 用在舞臺上增強晚會 燈光效果 隨著電子技術(shù)的發(fā)展 應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化 快速化 大 容量 重量輕的方向發(fā)展 PLC 技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開發(fā)的 革命性變革 語言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語言描述能力強 覆蓋 面廣 抽象能力強 在實際應(yīng)用中越來越廣泛 這個階段 人們開始 追求貫徹整個系統(tǒng)設(shè)計的自動化 可以從繁重的設(shè)計工作中徹底解脫 出來 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)計效 率 縮短產(chǎn)品的研制周期 2 8 舞臺燈的選擇 舞臺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?一般中大型的舞臺因地?zé)舭仓迷谖枧_的前面對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 以增強舞臺光源的強度 而小型舞臺一般采用 1 KW 左右的聚光燈 這種舞臺面燈功率小 光 源弱 需要設(shè)置地?zé)暨M行補償 本設(shè)計采用八組工作電壓為 12V 工 作電流為 10 20mA 的發(fā)光二極管 第三章 PLC 控制舞臺藝術(shù)燈系統(tǒng)的設(shè)計 PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)的設(shè)計要求 1 如下圖所示 共有 8 道燈 其中 5 道燈呈拱形 3 道燈 圖 3 1 舞臺藝術(shù)燈的結(jié)構(gòu)圖 呈梯形 2 7 號燈一亮一滅交替進行 3 6 至 3 號燈由內(nèi)到外依次點亮 全亮后再全滅 4 2 至 0 號燈由上到下依次點亮 全亮后再全滅 3 2 舞臺燈系統(tǒng)設(shè)計的控制要求 舞臺燈光的照明系統(tǒng)在設(shè)計和安裝時的主要要求如下 1 舞臺照明每一回路的可載容量 額定電流 20 A 使用容量 功率 一般按 2 4 kW 考慮 2 在舞臺照明設(shè)備的供電系統(tǒng)中 演出過程中可能頻繁啟動交 流電動機 當(dāng)其啟動沖擊電流引起電源電壓波動超過 3 時 宜采用與 舞臺照明負荷分開的變壓器供電 3 燈光控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備運行中的安全設(shè)置 合理配置輸出 每個調(diào)光 直通輸出一般有 1 只 32 A 的插座 每個插座的 3 根導(dǎo)線長度應(yīng)一致 通過絞合而輸出 良好的接地 為 消除可控硅干擾 使音 視頻設(shè)備達到使用要求 在燈光系統(tǒng)設(shè)計中 選擇較合理 實用的接地系統(tǒng) 擴聲系統(tǒng)和燈光系統(tǒng)都設(shè)有獨立接地 干線 采用共用地極 接地電阻 1 歐姆 觸電保護 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 接地故障時保護裝置可靠動作 保障人身安全 雷電防護 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)電涌保護器 防止舞臺或 附近建筑物遭受雷擊時由于電磁感應(yīng) 靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過電流 過電 壓損壞調(diào)光柜及燈光控制計算機系統(tǒng) 保證調(diào)光柜及燈光控制計算系 統(tǒng)安全 4 燈光系統(tǒng)電氣線纜及線路敷設(shè)設(shè)置 燈線和音樂 視頻等信號線相互遠離 相遇時須做 90 交叉且留 有 0 5 m 距離 平行時間距設(shè)置大于 1m 所有信號連接線纜均選用 五芯屏蔽線 以防止干擾 電纜敷設(shè)時應(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 其長度不能超 1 m 動力或控制線路所用 的多芯和屏蔽電纜的芯線易于按編號識別 少于 25 芯的電纜使用顏 色代碼 3 3 PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)控制方式的要求 1 本程序分控制和輸出兩大部分 控制部分運用 PLC 功能指令 編寫 輸出部分則運用 PLC 基本指令編寫 2 將舞臺藝術(shù)燈的控制要求劃分為以下兩部分 其一 7 號燈 一亮一滅交替閃爍 同時 6 5 4 3 號燈由外到內(nèi)依次點亮 全亮 后再全滅 其二 2 1 0 號燈由上到下依次點亮 全亮后再全滅 3 7 至 3 號燈運行周期為 6 秒 分別用輔助繼電器 M0 M5 表示 啟動 X0 和停止 X1 分別運用 PLC 置位和復(fù)位指令 操作對象 是 M20 實現(xiàn) 指令 LDI T0 和 OUT T0 K10 實現(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 依次只有一個線圈得電 當(dāng)?shù)?6 秒未傳送到 M6 線圈得電 時 啟動區(qū)間復(fù)位指令 ZRST 輔助繼電器 M1 M6 全部復(fù)位 自動 進入下一個周期循環(huán) 4 2 至 0 號燈運行周期為 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 依次只有一個線圈得電 當(dāng)?shù)?5 秒未傳送到 M16 線圈得電時 啟動區(qū)間復(fù)位指令 ZRST 輔助繼電器 M11 M15 全部復(fù)位 自動進入下周期循環(huán) 5 輸出部分運用 PLC 基本指令編寫 即用 M 輔助繼電器來控制 輸出繼電器 Y 某一輸出量在某幾步中都為 ON 即 多對一 就 將代表各步的輔助繼電器的常開觸點并聯(lián)后 驅(qū)動該輸出繼電器的線 圈 3 4 PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)的 I O 分配表 表 3 1 PLC控制舞臺燈系統(tǒng)的 I O分配表 3 5 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 3 5 所示 輸入 I 輸出 O 原件 功能 信號地址 元件 功能 信號地址 按鈕 SB1 程序啟動 X0 按鈕 SB2 程序停止 X1 燈 L0 L7 組成舞臺藝術(shù)燈 動感效果 Y0 Y7 圖 3 5 控制系統(tǒng)接線圖 3 6 程序設(shè)計 梯形圖 3 6 2 指令表 第四章 PLC 控制舞臺燈系統(tǒng)的設(shè)計效果 第一步 按下 SB1 7 號燈一亮一滅交替閃爍 同時 6 5 4 3 號燈由外到內(nèi)依次點亮 如圖 4 1 所示 圖 4 1 7 號燈一亮一滅交替閃爍 同時 6 5 4 3 號燈由外到內(nèi)依次點亮 第二步 全亮后再全滅 如圖 4 2 圖 4 3 所示 圖 4 2 3 7 號燈全亮 圖 4 3 3 7 號燈全滅 第三步 2 1 0 號燈由上到下依次點亮 如圖 4 3 所示 圖 4 3 2 1 0 號燈由上到下依次點亮 第四步 全亮后再全滅 如圖 4 4 4 5 所示 圖 4 4 2 1 0 號燈全亮 圖 4 5 2 1 0 號燈全滅 結(jié) 論 經(jīng)過一個多月不懈的努力 終于完成了從舞臺燈光的設(shè)計到論文 的編寫 該課題是根據(jù) PLC 相關(guān)知識完成的 成功的道路不是一帆風(fēng) 順的 有這么一句話說的好 不經(jīng)歷風(fēng)雨怎能見彩虹 當(dāng)然我設(shè)計 該課題時也曾遇到過困難 其中最大的困難就是有關(guān)于 PLC 這方面的 知識 但是經(jīng)過同學(xué)之間的討論以及不斷的學(xué)習(xí) 與此同時在老師的 幫助下漸漸的對 PLC 有了進一步的了解 整個設(shè)計在發(fā)現(xiàn)錯誤改正錯 誤的過程下不斷完善 到最后終于完成了 本次設(shè)計使我能夠更好的掌握和運用專業(yè)知識 并在設(shè)計中得到 體現(xiàn) 在做這次畢業(yè)設(shè)計的過程中使我學(xué)到了很多 我感到不論做什 么事都要真正用心去做 才會使自己更加的成長 沒有學(xué)習(xí)就不可能 有實踐的能力 沒有白己的實踐就不會有所突破 希望這次的經(jīng)歷能 讓我在以后的學(xué)習(xí)生活中不斷成長與進步 致 謝 畢 業(yè) 設(shè) 計 是 學(xué) 校 培 養(yǎng) 人 才 的 一 個 重 要 階 段 是 我 們 畢 業(yè) 前 學(xué) 習(xí) 的 最 后 階 段 是 對 大 家 在 大 學(xué) 所 學(xué) 知 識 的 一 個 最 好 成 績 單 畢 業(yè) 設(shè) 計 的 最 終 完 成 離 不 開 我 的 指 導(dǎo) 老 師 林 嵩 的 精 心 安 排 和 悉 心 指 導(dǎo) 傾 注 了 老 師 大 量 的 心 血 他 廣 博 的 學(xué) 識 豐 富 的 經(jīng) 驗 嚴 謹 的 治 學(xué) 態(tài) 度 事 業(yè) 上 積 極 進 取 的 精 神 對 我 影 響 深 遠 在 此 謹 向 柳 老 師 表 示 崇 高 的 敬 意 和 衷 心 的 感 謝 謝 謝 林 老 師 在 我 制 作 畢 業(yè) 設(shè) 計 的 過 程 中 給 予 我 極 大 地 幫 助 同 時 畢 業(yè) 設(shè) 計 的 順 利 完 成 也 離 不 開 同 其 他 同 學(xué) 的 關(guān) 心 和 幫 助 在 此 對 他 們 表 示 衷 心 的 感 謝 在 整 個 畢 業(yè) 設(shè) 計 制 作 過 程 中 各 位 老 師 同 學(xué) 和 朋 友 給 我 提 供 了 寶 貴 的 建 議 和 意 見 使 得 畢 業(yè) 設(shè) 計 順 利 完 成 三 年 的 大 學(xué) 生 活 即 將 結(jié) 束 在 這 里 我 還 要 感 謝 母 校 的 培 育 和 電 氣 分 院 的 各 位 老 師 的 諄 諄 教 導(dǎo) 是 你 們 讓 我 在 獲 取 專 業(yè) 知 識 技 能 的 同 時 也 學(xué) 會 了 如 何 立 足 社 會 謝 謝 你 們 感 謝 在 百 忙 中 評 閱 論 文 和 參 加 答 辯 的 各 位 領(lǐng) 導(dǎo) 和 老 師 由 于 首 次 獨 立 設(shè) 計 如 此 全 面 地 課 題 錯 誤 漏 洞 一 定 不 少 望 各 位 老 師 不 吝 賜 教 參考文獻 1 孫振強 可編程控制器原理及應(yīng)用教程 北京 清華大學(xué)出版 社 2005 2 李俊秀 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 北京 化學(xué)工業(yè)出版 社 2008 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