. 精選范本 *學(xué)學(xué)院院 畢業(yè)論文畢業(yè)論文 （201*屆）屆） 基于基于 PLC 控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì)控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 * 學(xué) 號(hào) * 分 院 * 專 業(yè) * 指導(dǎo)教師 * 完成日期 * . 精選范本 基于 PLC 控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì) 摘 要在現(xiàn)代文化藝術(shù)領(lǐng)域中，晚會(huì)的舞臺(tái) 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(tái) 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(tái)藝術(shù)燈光 正逐漸向自動(dòng)化控制方向發(fā)展，單片機(jī)、 PLC 的應(yīng)用正在不斷地走向深入， 對(duì)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(shí)序的 變化等。本設(shè)計(jì)就是利用 PLC 作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生， PLC 的性能優(yōu)勢(shì)必定會(huì)使得舞臺(tái)燈的設(shè)計(jì)變得更方便，更可靠。 關(guān)鍵詞 舞臺(tái)藝術(shù)燈 PLC 編程設(shè)計(jì) . 精選范本 目 錄 第一章 緒論.1 1.1本課題設(shè)計(jì)背景.1 1.2本課程的設(shè)計(jì)內(nèi)容 .1 1.3本課程的設(shè)計(jì)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(tái)燈光設(shè)計(jì)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(diǎn).6 2.4PLC 相對(duì)于繼電器線路的優(yōu)勢(shì) .6 2.5PLC 的選型原則 .9 2.6機(jī)型的選擇 .13 2.7舞臺(tái)燈的發(fā)展.17 2.8舞臺(tái)燈的選擇.17 第三章 PLC 控制舞臺(tái)藝術(shù)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì).19 3.1PLC 控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.19 3.2舞臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要求 .20 3.3PLC 控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)控制方式的要求.21 . 精選范本 3.4PLC 控制舞臺(tái)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(jì).24 3.6.1 梯形圖.24 3.6.2 指令表.26 第四章 PLC 控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果.28 結(jié) 論.31 致 謝.32 參考文獻(xiàn).33 引 言 . 精選范本 可編程控制器(PLC) 是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動(dòng)化裝 置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)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(diǎn)，近年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控 制、機(jī)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(yù)為 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之首。 本論文針對(duì)典型舞臺(tái)藝術(shù)燈的實(shí)際控制要求，運(yùn)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(gè)舞臺(tái) 藝術(shù)燈實(shí)際控制系統(tǒng)分解為拱形和梯形兩個(gè)部分，進(jìn)行 PLC 梯形圖 程序設(shè)計(jì)和程序功能分析。 . 精選范本 第一章 緒論 1.1 本課題設(shè)計(jì)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(qiáng)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(tái)上增強(qiáng)晚會(huì) 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(kāi)發(fā)的 革命性變革。語(yǔ)言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言描述能力強(qiáng)，覆蓋 面廣，抽象能力強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越廣泛。這個(gè)階段，人們開(kāi)始 追求貫徹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可以從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解脫 出來(lái)，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(jì)效率， 縮短產(chǎn)品的研制周期。 1.2 本課程的設(shè)計(jì)內(nèi)容 基于 PLC 控制的舞臺(tái)藝術(shù)燈光設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以通過(guò)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(jì)出五彩繽紛的造型。如果對(duì)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(tái)藝術(shù)燈光系統(tǒng)改為霓虹燈、廣 . 精選范本 告燈等藝術(shù)燈飾，能夠用在娛樂(lè)場(chǎng)所、賓館、餐廳以及大型商場(chǎng)的門(mén) 面等多種地方，可以滿足各種要求，收到良好的視覺(jué)效果。 本論文針對(duì)典型舞臺(tái)藝術(shù)燈的實(shí)際控制要求，運(yùn)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(gè)舞臺(tái)藝術(shù) 燈實(shí)際控制系統(tǒng)分解為拱形和梯形兩個(gè)部分，進(jìn)行 PLC 梯形圖程序 設(shè)計(jì)和程序功能分析。 1.3 本課程的設(shè)計(jì)目的和意義 在現(xiàn)代生活中，最初的燈光設(shè)計(jì)只是局限在簡(jiǎn)單的燈光切換上， 燈光顏色單調(diào)，燈位布置單一，更不用說(shuō)燈光特技了。而如今的舞臺(tái) 變得無(wú)比絢麗，光線色彩可以實(shí)現(xiàn)細(xì)微轉(zhuǎn)變，舞臺(tái)燈光變得更加靈活 夢(mèng)幻;投影技術(shù)可以生成各種造型，使舞臺(tái)形象生動(dòng);電腦燈可以使光 線根據(jù)音樂(lè)的旋律搖擺，使舞臺(tái)更富動(dòng)感，霓虹廣告燈及晚會(huì)的舞臺(tái) 燈光各式各樣，色彩繽紛，用以吸引觀眾的注意力。舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)作 為舞臺(tái)表演的一部分，近年來(lái)得到了越來(lái)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(tái)燈光藝術(shù)表現(xiàn)手段， 甚至給舞臺(tái)燈光帶來(lái)革命性的變化。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，我 國(guó)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(tái)燈光的信號(hào)傳輸形式也由簡(jiǎn)單的線路傳輸 發(fā)展為無(wú)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、 . 精選范本 簡(jiǎn)易化，并能精準(zhǔn)地完成舞臺(tái)演出所需要的藝術(shù)表現(xiàn)與再現(xiàn)單片機(jī)、 PLC 的應(yīng)用正在不斷地走向深入，對(duì)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(shí)序的變化等。 PLC 控制的彩燈控制設(shè)計(jì)具有可編程性、線路簡(jiǎn)單、可靠性高等 特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的靈活性及可擴(kuò)展性。 . 精選范本 第二章 系統(tǒng)控制方案的選擇和確立 舞臺(tái)燈光設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)控制 傳統(tǒng)舞臺(tái)燈光的控制是采用空氣開(kāi)關(guān)人工機(jī)械式控制，由于舞臺(tái) 燈光所控制的聚光燈數(shù)量較多，用人工機(jī)械式地?fù)軇?dòng)空氣開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn) 變幻的舞臺(tái)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(tái)燈光也難以達(dá)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(jī)械觸點(diǎn)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(diǎn)數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性受到很 大性質(zhì)。而 PLC 采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放 在 存儲(chǔ)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(shí)質(zhì)上是存儲(chǔ)器單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點(diǎn)數(shù)量是無(wú) 限的，PLC 系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)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(shí)，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(shí)吸合，不該吸 . 精選范本 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(gè)繼電器的動(dòng)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(diǎn)數(shù)日不同，硬繼電器的觸點(diǎn)敬量有限，用于控制的繼電 器觸點(diǎn)一般為 4-8 對(duì)，而梯形圖中每只“軟繼電器”供編程使用的觸 點(diǎn)數(shù)是無(wú)限對(duì)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(wú)磨損現(xiàn)象。 5、定時(shí)和計(jì)數(shù)控制不同，電器控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí) 時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化影響，定 時(shí)精度不高。而 PLC 采用半導(dǎo)體集成電路做定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體 振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定時(shí) 值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且 PLC 具有計(jì)數(shù)功能，而電器控制 一般不具備計(jì)數(shù)功能。 6、可靠性和可維護(hù)性不同，由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī) 械觸點(diǎn)，其存在機(jī)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(hù)性差。而 PLC 大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作有無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電 路來(lái)完成，其壽命長(zhǎng)，可靠性高，PLC 還具有自診斷功能，能查出自 . 精選范本 身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情 況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供方便。 2.3 控制繼電器存在的缺點(diǎn) 今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)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(lái)的一些問(wèn)題。如絕大 多數(shù)控制繼電器都是長(zhǎng)期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。 而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起 嚴(yán)重的后果。再者，對(duì)一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備，其 控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn) 生大量的熱及噪聲，同時(shí)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(jiǎn)單的改動(dòng)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及 人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。 2.4 PLC 相對(duì)于繼電器線路的優(yōu)勢(shì) l、功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 一臺(tái)小型 PLC 內(nèi)有成百上千可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的 功能，可以實(shí)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(jià)格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)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(qiáng) . 精選范本 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(jìn)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(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流 接觸器。 3、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 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(shí)間繼電器。 由于觸點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(qiáng)的抗干擾能 力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的 工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(shí) 間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、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(jì)方法。這種編程方法 . 精選范本 很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形陶的設(shè)計(jì)時(shí)間比 設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)竄模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模 擬，通過(guò) PLC 上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的 安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就 可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 5、編程方法簡(jiǎn)單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語(yǔ)言，其電路符號(hào) 和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語(yǔ)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(shí)間就可以熟悉梯 形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制用戶程序。 梯形圖語(yǔ)言實(shí)際上是一種而向用戶的一種高級(jí)語(yǔ)言，可編程序控 制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語(yǔ)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(jī)構(gòu)發(fā)坐故障時(shí)，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 . 精選范本 對(duì)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(shí)間繼電器，小型 PLC 的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開(kāi) 關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的確 1/2-1/10。 2.5 PLC 的選型原則 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)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(gè)整體易于擴(kuò)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(yùn)業(yè)績(jī)、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(yǔ)言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)， 應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所 需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ) 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(jià) 格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 輸入輸出( I/O)點(diǎn)數(shù)的估算 1、I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸 出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估 算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸 出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 . 精選范本 2、存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小， 程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序 容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì) 選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒(méi)有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了 不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 1015 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)(16 位為一個(gè)字)，另外再 按此數(shù)的 25%考慮余量?？刂乒δ艿倪x擇；該選擇包括運(yùn)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(yùn)算功能 簡(jiǎn)單 PLC 的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通 PLC 的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代 數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型 PLC 中還有模擬量的 PID 運(yùn)算和其他高 級(jí)運(yùn)算功能。隨著開(kāi)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(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通 信， 有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型 . 精選范本 時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用 場(chǎng)合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)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(cè)和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和 PID 運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。 4、控制功能 控制功能包括 PID 控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)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(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)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(chǔ)器容量。例如采用 PID 控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ) 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(chǎng)總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議(TCP/IP)， 需要時(shí)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(kāi)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。 . 精選范本 PLC 系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于 lMbps，通 信負(fù)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(tái)同型號(hào) PLC 為從站，組成簡(jiǎn)易 PLC 網(wǎng)絡(luò)；2）l 臺(tái) PLC 為主站，其他同型號(hào) PLC 為從站，構(gòu)成主從式 PLC 網(wǎng)絡(luò)； 3）PLC 網(wǎng)絡(luò)通過(guò)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(shí)際需要，應(yīng)選擇具有 不同通信功能的（如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)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(gè) CPU，編程器在編程模式 叫，CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后， 編程器切換到運(yùn)行模式，CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)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(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn) 場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)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(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的 程序運(yùn)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(yǔ)言：順序功能圖( SFC)、梯形圖(LD)、功能模 塊圖(FBD)三種圖形化語(yǔ)言和語(yǔ)句表( IL)、結(jié)構(gòu)文本(ST)兩種文本語(yǔ)言。 . 精選范本 選用的編程語(yǔ)言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)( IEC6113123)，同時(shí)，還應(yīng)支持多種 語(yǔ)言編程形式，如 CBasic 等，以滿足特殊控制場(chǎng)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(guò)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(guò)軟件 對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過(guò)軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的 要求，并影響平均維修時(shí)間。 8、處理速度 PLC 采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來(lái)看，處理速度應(yīng)越快越 好，如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則 PLC 將掃描不到該信號(hào)，造 成信號(hào)數(shù)據(jù)的丟失。 處理速度與用戶程序的長(zhǎng)度、CPU 處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。 目前，PLC 接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約 0 20. 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(shí)間不大于 0 5ms/K;大中型 PLC 的掃描時(shí)間不大于 0 2ms/K。 2.6 機(jī)型的選擇 1、PLC 的類(lèi)型 . 精選范本 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類(lèi)，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝 和控制室安裝兩類(lèi)；按 CPU 字長(zhǎng)分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù) 選型。 整體型 PLC 的 I/O 點(diǎn)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(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)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(duì)輸入模塊， 應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要 求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類(lèi)型，通常繼電器輸出模塊 具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控 硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較 貴，過(guò)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 . 精選范本 PLC 的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) PLC 應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明 書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般 PLC 的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220VAC 電 源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)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(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng) 用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而 引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的 二極管或熔絲管隔離。 4、存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此， 為保證應(yīng)用項(xiàng)日的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量 更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。 5、冗余功能的選擇 （1）控制單元的冗余 1)重要的過(guò)程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng) 181 冗余。 2)在需要時(shí)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(cuò)系統(tǒng)等。 （2）I/O 接口單元的冗余 1)控制回路的多點(diǎn) I/O 卡應(yīng)冗余配置。 . 精選范本 2)重點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn) I/O 卡可冗余配置。 3)根據(jù)需要對(duì)章要的 I/O 信號(hào)，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接 口單元。 6、經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng) 用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最 終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)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(fèi)用。 當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也 要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功 能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系 統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。 隨著 PLC 的推廣普及，PLC 產(chǎn)品的種類(lèi)和數(shù)量越來(lái)越多，而且功 能也日趨完善。近年來(lái)，從美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)引進(jìn)的 PLC 產(chǎn)品及 國(guó)內(nèi)廠家組裝或自行開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列、上百種型號(hào)。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(jià)格 等各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。 本設(shè)計(jì)的彩燈系統(tǒng)控制需要設(shè)置總啟動(dòng)、停止按鈕各 1 個(gè)，輸出 負(fù)載為 8 組發(fā)光二極管， 可選用工作電壓為 12V，工作電流為 . 精選范本 1020mA 的發(fā)光二極管。因?yàn)檩斎胄盘?hào)較少，而輸出負(fù)載較多， 時(shí)間響應(yīng)較快，所以選擇 PLC 基本單元 FX2N32MT，可提供 16 輸入/16 輸出，輸出電壓 DC530V， 輸出電流 08A/4 點(diǎn)，響應(yīng) 時(shí)間小于 0.2ms。 2.7 舞臺(tái)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(qiáng)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(tái)上增強(qiáng)晚會(huì) 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(kāi)發(fā)的 革命性變革。語(yǔ)言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言描述能力強(qiáng)，覆蓋 面廣，抽象能力強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越廣泛。這個(gè)階段，人們開(kāi)始 追求貫徹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可以從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解脫 出來(lái)，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(jì)效 率，縮短產(chǎn)品的研制周期。 2.8 舞臺(tái)燈的選擇 舞臺(tái)燈光按燈光的不同位置可分為面燈、側(cè)燈、天幕燈和地?zé)舻龋?一般中大型的舞臺(tái)因地?zé)舭仓迷谖枧_(tái)的前面對(duì)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(qiáng)舞臺(tái)光源的強(qiáng)度。 . 精選范本 而小型舞臺(tái)一般采用 1 KW 左右的聚光燈，這種舞臺(tái)面燈功率小，光 源弱，需要設(shè)置地?zé)暨M(jìn)行補(bǔ)償。本設(shè)計(jì)采用八組工作電壓為 12V， 工作電流為 1020mA 的發(fā)光二極管。 . 精選范本 第三章 PLC 控制舞臺(tái)藝術(shù)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PLC 控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(tái)藝術(shù)燈的結(jié)構(gòu)圖 呈梯形； 2、7 號(hào)燈一亮一滅交替進(jìn)行； 3、6 至 3 號(hào)燈由內(nèi)到外依次點(diǎn)亮，全亮后再全滅； . 精選范本 4、2 至 0 號(hào)燈由上到下依次點(diǎn)亮，全亮后再全滅。 3.2 舞臺(tái)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要求 舞臺(tái)燈光的照明系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)的主要要求如下 1、舞臺(tái)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(tái)照明設(shè)備的供電系統(tǒng)中, 演出過(guò)程中可能頻繁啟動(dòng)交流 電動(dòng)機(jī), 當(dāng)其啟動(dòng)沖擊電流引起電源電壓波動(dòng)超過(guò) 3%時(shí), 宜采用與舞 臺(tái)照明負(fù)荷分開(kāi)的變壓器供電。 3、燈光控制系統(tǒng)在電氣設(shè)備運(yùn)行中的安全設(shè)置 合理配置輸出: 每個(gè)調(diào)光、直通輸出一般有 1 只 32 A 的插座, 每個(gè)插座的 3 根導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)一致, 通過(guò)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(dá)到使用要求, 在燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 選擇較合理、實(shí)用的接地系統(tǒng)。擴(kuò)聲系統(tǒng)和燈光系統(tǒng)都設(shè)有獨(dú)立接地 干線, 采用共用地極, 接地電阻1 歐姆; 觸電保護(hù): 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(shí)保護(hù)裝置可靠動(dòng)作, 保障人身安全; 雷電防護(hù): 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(hù)器, 防止舞臺(tái)或附近 建筑物遭受雷擊時(shí)由于電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電流、過(guò)電壓損 壞調(diào)光柜及燈光控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 保證調(diào)光柜及燈光控制計(jì)算系統(tǒng)安 全。 . 精選范本 4、燈光系統(tǒng)電氣線纜及線路敷設(shè)設(shè)置 燈線和音樂(lè)、視頻等信號(hào)線相互遠(yuǎn)離, 相遇時(shí)須做 90交叉且留 有 0. 5 m 距離, 平行時(shí)間距設(shè)置大于 1m; 所有信號(hào)連接線纜均選用 五芯屏蔽線, 以防止干擾; 電纜敷設(shè)時(shí)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(shí), 其長(zhǎng)度不能超 1 m; 動(dòng)力或控制線路所用 的多芯和屏蔽電纜的芯線易于按編號(hào)識(shí)別, 少于 25 芯的電纜使用顏 色代碼。 3.3 PLC 控制舞臺(tái)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(yùn)用 PLC 功能指 令編寫(xiě)，輸出部分則運(yùn)用 PLC 基本指令編寫(xiě)。 2、將舞臺(tái)藝術(shù)燈的控制要求劃分為以下兩部分：其一，7 號(hào)燈 一亮一滅交替閃爍，同時(shí) 6、5、4、3 號(hào)燈由外到內(nèi)依次點(diǎn)亮，全亮 后再全滅；其二，2、1、0 號(hào)燈由上到下依次點(diǎn)亮，全亮后再全滅。 3、 7 至 3 號(hào)燈運(yùn)行周期為 6 秒，分別用輔助繼電器 M0 M5 表示，啟動(dòng) X0 和停止 X1 分別運(yùn)用 PLC 置位和復(fù)位指令( 操 作對(duì)象是 M20) 實(shí)現(xiàn)。指令 LDI T0 和 OUT T0 K10 實(shí)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(gè)線圈得電。當(dāng)?shù)?6 秒未傳送 . 精選范本 到 M6 線圈得電時(shí)，啟動(dòng)區(qū)間復(fù)位指令 ZRST，輔助繼電器 M1 M6 全部復(fù)位，自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)周期循環(huán)。 4、2 至 0 號(hào)燈運(yùn)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(gè)線圈得電。當(dāng)?shù)?5 秒未傳送到 M16 線圈得電時(shí)，啟動(dòng)區(qū)間復(fù)位指令 ZRST，輔助繼 電器 M11 M15 全部復(fù)位，自動(dòng)進(jìn)入下周期循環(huán)。 5、輸出部分運(yùn)用 PLC 基本指令編寫(xiě)，即用 M 輔助繼電器來(lái)控 制輸出繼電器 Y：某一輸出量在某幾步中都為 ON( 即“多對(duì)一”)， 就將代表各步的輔助繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)后，驅(qū)動(dòng)該輸出繼電器的 線圈。 3.4 PLC 控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的 I/O 分配表 表 3-1 PLC 控制舞臺(tái)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(hào)地址元件功能信號(hào)地址 按鈕 SB1程序啟動(dòng) X0 按鈕 SB2程序停止 X1 燈 L0L7 組成舞臺(tái)藝術(shù)燈 （動(dòng)感效果） Y0Y7 . 精選范本 圖 3-5控制系統(tǒng)接線圖 . 精選范本 3.6 程序設(shè)計(jì) 梯形圖 . 精選范本 . 精選范本 3.6.2 指令表 . 精選范本 . 精選范本 第四章 PLC 控制舞臺(tái)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效果 第一步：按下 SB1，7 號(hào)燈一亮一滅交替閃爍，同時(shí) 6、5、4、3 號(hào)燈由外到內(nèi)依次點(diǎn)亮。如圖 4-1 所示。 圖 4-1 7 號(hào)燈一亮一滅交替閃爍，同時(shí) 6、5、4、3 號(hào)燈由外到內(nèi)依次點(diǎn)亮 第二步：全亮后再全滅。如圖 4-2，