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1、 舞台彩灯控制系统设计 目录一、设计方案论证1二、应用软件硬件概述2A.可编程控制器概述21可编程控制器的定义22PLC的特点23PLC的应用领域44控制要求及硬件电路I/O分配5B.组态王概述6三、总体设计方案71舞台彩灯的结构及其工作原理71.1舞台彩灯结构71.2舞台彩灯的工作原理72舞台彩灯整体设计方案82.1控制方式选择82.2整体设计方案83.硬件设计93.1PLC控制系统设计93.2彩灯控制系统实现的功能93.3硬件的选择104.硬件接线11四、.软件部分的设计121 编程软件介绍122 Plc程序设计123 组态软件仿真设计16五、程序的调试191调试192系统实例运行图20六
2、、实验体会21参考文献22附录23一、 设计方案论证本次课程设计，要求使舞台彩灯控制系统操作简单，安装便捷，占用空间小，维护方便和运行安全的。因此本次课设主要选用plc实现彩灯控制，用组态王软件实现仿真监控，和故障报警。选用PLC来实现彩灯控制优点在于实现成本低，PLC由于可以直接的利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少网络投资，降低了成本。而且PLC体积小，重量轻，能耗低.以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。Plc体积小很容易安放，所以
3、非常适合舞台彩灯控制这种布局紧凑且控制时间长的控制场合。Plc还拥有完善的监视与诊断功能且控制功能强（与工控机对照分析），非常复符合舞台彩灯的控制要求。选用组态王仿真组要是由于组态王仿真控制直观方便,，功能齐全 （支持双机热备，双网热备，系统可靠性高，能够实时显示数据，保存历史数据，历史数据查询，显示趋势曲线.，声光报警功能，可以添加Email报警、短信报警等功能。，支持各个主要厂家的PLC，支持多种通讯方式，选择灵活，多级用户管理，具有多种事件记录功能，比如登陆记录、操作记录等，打印报表功能.。）非常符合系统要求可以仿真监视，可以仿真控制的要求。二、 应用软件硬件概述A. 可编程控制器概述1
4、 可编程控制器的定义可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用
5、来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2 PLC的特点2.1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。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，
6、采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.2硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发
7、展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、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，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。2.3
8、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。2.4系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。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。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线
9、，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。2.5体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。3 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。3.1开关量的逻辑控制这
10、是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。3.2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模
11、块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3.4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3.5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵
12、运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。3.6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近的PLC都具有通信接口，通信非常方便。4 控制要求及硬件电路I/
13、O分配可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱之一。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。由于它是专为在工业环境下应用而设计的，具有面向工业控制的鲜明特点：1、可靠性高，抗干扰能力强；2、通用性强、灵活性好、功能齐全；3、编程简单、使用方便；4、模块化结构；5、安装简便，调试方便；6、可以进行网络通信。按PLC的控制规模分类，PLC可分为小型机，中型机，大型机
14、。通常小型机的控制点数小于256点，用户程序存储器的容量小于8K字。小型机常用于单机控制和小型控制场合，在通信网络中常作从站。例如，西门子公司的S7-200PLC就属于小型机。小型机中，控制点数小于64点的为超小型机或微型PLC。中型机的控制点数一般在256点2048点范围内，用户程序存储器的容量小于50K字。中型机控制点数较多，控制功能强，常用于中型控制场合，在通信网络中可作主站也可作从站。例如，西门子公司的S7-300PLC就属于中型机。大型机的控制点数都在2048点以上，用户程序存储器的容量达50K字以上。大型机控制点数多，功能很强，运算速度很快，常用于大型控制场合，在通信网络中常作主站
15、。例如，西门子的S7-400PLC就属于大型机。而按结构形式可分为整体式、模块式和叠装式三类。PLC设计系统的原则应能满足控制对象的工艺要求，保证能按照工艺流程准确，可靠地工作。系统构成应力求简单，实用，系统易操作，调整，检修方便。设计合理，经济，能发挥PLC控制的特点。PLC编程的基本规则有：输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的触点可以重复使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数。梯形图每一行都是从左母线开始的，线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都要被执行的程序段，可以通过特殊的内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接。在程序中，不允许编号相同的线圈出现两次，不允许出现桥式电路。程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式编写，为了减少程序的步数，程序应为左大右小，上大下小。B. 组态王概述组态王软件是北京亚控科技发展有限公司研发的一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的
