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1、 TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计题目：舞台灯光控制系统设计姓 名： 学 号： 专业班级： 指导教师： _ 日 期： 2021.6.14 电子信息工程学院太原科技大学毕业设计论文任务书学院直属系：电子信息工程学院 时间：2021年3月1日学 生 姓 名指 导 教 师设计论文题目舞台灯光控制系统设计主要研究内容 掌握PLC控制系统的设计方法，掌握PLC的编程方法，利用PLC实现舞台灯光控制系统的设计。研究方法原理设计主要技术指标(或研究目标)1、掌握PLC控制系统的设计方法。2、完成控制系统硬件设计，给出控制系统原理图。3、完成控制系
2、统软件设计，编制控制程序。教研室意见教研室主任专业负责人签字： 年 月 日 说明：一式两份，一份装订入学生毕业设计论文内，一份交学院直属系。目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论1 1 1 2 2第2章 系统功能需求分析和设计方案4 4 5 5 2.2.2 PLC控制的特点6 6 8 8 2.4.2变频调速的方式9 2.5升降舞台的控制方法11 2.5.1两种同步控制方式的比较11 2.6系统的输入输出分析12第3章 硬件设计14 14 3.2 控制器的选择15 16 17 3.5舞台灯光的 I/O 地址分配表17 19第4章 软件设计24 4.1 step7介绍24 程序流程图24 2
3、6 4.4 PID控制的设计29 PID参数整定31第5章 系统测试32 32 32 32 32 35 36 36 5.3.2 仿真结果36第6章 结论39致谢40参考文献41附录42摘要为了解决解决过去简单机械式的舞台灯光控制方式的效率低和效果差的问题和升降舞台无法同步升降而导致演出事故时有发生的问题。本文设计了一种基于西门子s7-200的舞台灯光控制系统。本次设计中，针对舞台灯数量较多，且闪烁效果多变的特点。结合PLC控制的优点，通过PLC的多种程序指令实现对舞台上28盏灯亮灭的控制。通过对时间继电器的控制来实现不同的闪烁效果。通过S7-200S仿真证明采用PLC控制能够稳定控制舞台灯光有
4、规律的亮灭，到达了预期的设计目的。其次，针对升降舞台同步控制系统大惯性、非线性、时变性等特点，结合常规PID控制的优点，提出了PID控制算法用于升降舞台系统的同步控制。通过MATLAB仿真证明采用PID控制算法能到达系统同步性、快速性、稳定性的要求。 关键词：舞台灯光，PLC控制，同步升降ABSTRACTIn order to solve the issue that the way of simple mechanical stage lighting control mode is low efficiency and poor effect and platform lift canno
5、t be synchronized lifting so that cause stage accident happened from time to tome. This graduation project is about a stage lighting control system based on Siemens s7-200. In this design, the number of stage lamps is large, and the characteristics of the flicker are varied. Combined with the advant
6、ages of PLC control, the control of 28 lights on stage is realized through PLC. Different flicker effects are achieved by controlling the time relay. Through the s7-200sim2.0 simulation, it is proved that PLC control can control the lighting of stage stably, and achieve the desired design goal. Seco
7、ndly, in view of the lifting stage synchronization control system of big inertia, nonlinear and time-varying characteristics, combined with the advantages of conventional PID control, PID control algorithm is proposed for elevator stage of synchronous control system. MATLAB simulation shows that the
8、 PID control algorithm can meet the requirements of system synchronization, speed and stability.Key words: stage lighting，PLC control，synchronous lift第1章 绪论 随着科学技术的不断开展以及人们审美水平的不断上升。在现代生活中，彩灯作为一种装饰可以用在很多场合。它不但可以增强美感还可以通过选择彩灯颜色以及控制彩灯的亮暗频率来衬托出特定的气氛。随着科技的开展，PLC技术在国内外控制领域中异军突起，在实际生活中的应用越来越广泛。在这个开展的过程中，人
9、们不再仅仅满足于系统功能的多样性，而是更多的要实现系统的自动化与智能化。这样不但可以提高效率，还可以使人类从繁冗的工作中得以解脱。使得人们把更多的精力放在产品研发上。同时也提高了产品的质量，减少了系统出错的几率。本论文设计了一个舞台灯光控制系统，它多用于宴会厅，酒吧等场所。系统采用PLC控制的方法，最终实现了一定的控制效果。 在工业自动化控制领域，PLC始终都占有一席之地，为许许多多的自动化系统提供了可靠稳定的控制。它可操作性强，不但可以使得很多复杂的控制变得简易，而且还可以提供快捷的控制。但是目前看来，PLC还必须要面对其他新的技术所带来的挑战与冲击。所以PLC目前依然需要不断的技术革新来满
10、足当下大的市场环境。 舞台灯光是根据舞台艺术演出的法那么和特定的表演需求而设计的。其目的在于配合各种表演艺术来营造衬托出相应的气氛。随着人们生活水平的提高，对于一些娱乐产业中类似宴会厅歌剧院的场所的要求越来越高。从运用方面来说，我国在舞台灯光的美观设计上的技术已经非常成熟，只是在舞台灯光系统的实际控制方面稍有欠缺。 伴随着科学技术的不断进步，在研究人员的不断努力下，一大批高效节能的照明灯陆续问世。从最初的白炽灯到现在的各式各样的节能灯，无一不为我们展现出科技的进步。相比之下，新型的照明灯具比以往的照明灯更加的环保、节能和高效。除此之外，照明效果也有了质的提升。在平安方面，这些灯大都配置了红外反
11、射膜，这样可以减少大量的热辐射从而延长了照明灯具的使用寿命也大大增加了演艺人员在演出时的平安系数。 在国际潮流和科技的推动下，舞台灯光正朝着多元化的方向快速开展。在原有的的高效、节能、平安、便携等优点的根底上，舞台灯光正在朝着功能多样性和种类多样性的方向开展。同时随着自动化技术的飞速开展，舞台灯光系统的自动化程度也日益提高。 在升降舞台的研发方面，我国也已经付出了很多年的努力，技术也日趋成熟。但是如何更大程度的提高系统的平安性依然是一个无法完全解决的难题。由于升降舞台的控制的不严谨性，演出事故也是时有发生。例如旋转舞台的失控，导致在演出结束时演员无法正面对观众。还有，由于多块升降舞台的的不同步
12、性，导致在某一平面时多块升降台无法处于同一水平面，从而引发演员摔倒或者坠落的演出事故。因此，实现舞台的同步控制就显得尤为重要了。本系统设计了一个自动化的舞台灯光控制系统，可以用于酒吧或者宴会厅的闪烁灯。所谓自动化就是指不需要人过多的干预就能够自动的配合舞台气氛或者场景的需要来到达控制一些灯的亮暗以及它们的闪烁频率的目的。本次设计通过PLC的控制，使舞台灯光的亮暗闪烁更加自动化和多样化。我首先选择了PLC的型号，我选取了西门子S7-200系列的CPU226可编程控制器。然后进行了输入和输出的分析。在进行完这些准备工作后，我开始对舞台灯进行一定的空间布置。我一共选取了28盏彩灯，其中有4盏彩灯为旋
13、转彩灯，由四台电机带动旋转。剩余的24盏是固定彩灯。我将24盏彩灯均匀分布在3个椭圆形光道上，每个光道由大到小依次嵌套，并且每个光道上都安装8盏彩灯。其中最外侧和最内侧的光道上的灯为闪烁灯，中间光道的灯为常亮灯，保证舞台最根本的照明。最后就是绘制电气原理图和编程了。绘制原理图我使用到了AUTO CAD2021这一软件。在绘制系统的I/O表时，考虑到所选用的CPU输出点不够，所以我增加了三个拓展模块来满足我的设计要求。本系统还带有舞台升降的局部以及还带有风扇泡泡机和烟雾机。在升降舞台局部包括两块独立的升降台，为了平安起见，在起降时应当到达同步起降的效果。在需要时，按下相应的开关即可。本文分为六章
14、。第1章为文章的绪论，主要介绍课题研究的背景以及国内外的现状。第2章为课题的设计方案，主要介绍了系统控制方案的选择、舞台灯光的工艺要求以及舞台升降舞台的同步控制方法，还有控制升降舞台的电机的调速方法。第3章是系统整体的硬件设计，对PLC的型号选择、CPU的型号的选择、舞台灯的选型进行了一定的概述。最后本章还给出了系统的电气原理图和I/O分配表。第4章是软件设计局部，主要包括对step7软件的介绍、程序流程图和对局部模块的程序的解释说明还有系统的建模和PID控制设计局部。第5章为系统测试，包括两局部。第一局部介绍了介绍了仿真软件。第二局部对仿真结果做了一定的解释。第6章为本文的结论。第2章 系统
15、功能需求分析和设计方案本章节主要介绍了舞台灯光控制系统的设计方案。主要包括舞台灯光的空间布局和其工艺要求。为了平安，还增加了扩声系统的配电要求。最后介绍了升降舞台局部的设计思路以及控制方法。2.1系统的功能需求分析舞台灯光的设计宗旨是配合舞台表演的需要来营造出一种艺术气氛，给观众带来美的享受。本文中，舞台灯光的空间布置要科学实用。既要美观，满足演出需求，又要防止照明死区。各种灯光的亮灭可以根据需求灵活组合。在需要时还控制舞台升降、开启烟雾机和风扇泡泡机来配合灯光营造表演气氛。1.顶光系统设计配置需求 本研究方案一共控制24盏闪烁灯，24盏灯均匀分布在三个椭圆形光道上。每个光道由8 盏灯组成。中间光道的8盏灯依次为L1-L8，设定为常亮灯，作为舞台的主要光源。内光道由L
