基于PLC的舞台灯光设计.doc

西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 基于基于 PLCPLC 的舞台灯光设计的舞台灯光设计 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 舞台灯光中 24 只灯的控制 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 Abstract Abstract This paper discusses the basics of stage lighting and the development and S7 200 PLC based control technology introduces the lighting of the PLC control system design and control theory using a variety of stage lighting 24 water lights controlled by time relay time of change in different lighting effects can be realized Lighting is also called stage lighting referred to as light stage art form one of the means PLC is easy to learn and high reliability It not only has the switch and analog control functions also has a number of more computing power its communication functions and analog processing more powerful It is richer than the minicomputer instruction for complex logic control system and continuous process control situations KeyKey words words Stage lighting PLC 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 目录目录 引言引言 1 1 1 可编程控制器的概论可编程控制器的概论 1 1 1 PLC 的概述 1 1 2 PLC 的由来 1 1 3 PLC 的定义 2 1 4 PLC 的构成 2 1 5 PLC 的工作原理 3 1 6 PLC 的输入与输出 4 1 7 PLC 的基本性能指标 4 1 7 1 PLC 的主要特点 4 1 7 2 PLC 的功能 5 1 8 PLC 的选型原则 11 1 9 PLC 的发展趋势 11 2 2 PLCPLC 控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较 13 2 1 PLC 控制与继电器控制两者区别 13 2 2 控制继电器存在的缺点 13 2 3 PLC 相对于继电器线路的优势 14 3 3 舞台灯光的舞台灯光的 PLCPLC 设计设计 16 3 1 舞台灯光的设计原则 16 3 2 舞台灯光系统的工艺要求 16 3 3 本系统的 PLC 和扩展模块的选择 16 3 4 舞台灯光工艺流程图 17 3 5 舞台灯光的 PLC 设计 21 3 5 1 元器件使用说明序表 21 3 5 2 舞台灯光的 I O 地址分配表 21 3 5 3 舞台灯光设计外部接线图 22 3 5 4 舞台灯光设计梯形图 22 3 5 5 舞台灯光设计语句表 36 3 6 舞台灯光设计模拟与调试 45 结 束 语 47 谢 辞 48 文 献 49 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 引言引言 目前 PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场 为各种各样的自动化 控制设备提供了非常可靠的控制应用 其主要原因 在于它能够为自动化控制 应用提供安全可靠和比较完善的解决方案 适合于当前工业企业对自动化的需 要 在全球工业计算机控制领域 围绕开放式过程控制系统 开放式过程控制 软件 开放式数据通信协议 已经发生巨大变革 1 1 可编程控制器的概论可编程控制器的概论 1 11 1 PLCPLC 的概述的概述 可编程控制器 PLC 是以微处理器为核心 将计算机技术 自动控制技术 通讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境下而设计的工业控制装置 涉及到很多自动控制 电器方面的知识 经过 30 多年的发展 在工业生产中获 得极其广泛的应用 目前 可编程控制器成为工业自动化领域中最重要 应用 最多的控制装置 居工业生产自动化三大支柱 可编程控制器 机器人 计算 机辅助设计与制造 的首位 其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动 化程度高低的标志 1 21 2 PLCPLC 的由来的由来 早期工业生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器 接触器控制系统 简称继电器控制系统 随着 20 世纪工业生产的迅速发展 市场竞争越来越激烈 工业产品更新换代的周期日趋缩短 新产品不断涌现 传统的继电器控制系统 难以满足现代社会小批量 多品种 低成本 高质量生产方式的生产控制要求 为了改变这一现状 美国通用汽车公司在 1969 年公开招标 要求用新的控制装 置取代继电器控制装置 并提出了十项招标指标 即 1 编程方便 现场可修改程序 2 维修方便 采用模块化结构 3 可靠性高于继电器控制装置 4 体积小于继电器控制装置 5 数据可直接送入管理计算机 6 成本可与继电器控制装置竞争 7 输入可以是交流 115V 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 8 输出为交流 115V 2A 以上 能直接驱动电磁阀 接触器等 9 在扩展时 原系统只要很小变更 10 用户程序存储器容量至少能扩展到 4KB 这就是著名的 GM10 条 1969 年 美国数字设备公司 DEC 研制出第一台 PLC 在美国通用汽车自 动装配线上试用 获得了成功 这种新型的工业控制装置以其简单易懂 操作 方便 可行性高 通用灵活 体积小 使用寿命长等一系列优点 很快地在美 国其他工业领域推广应用 到 1971 年 已经成功地应用于食品 饮料 冶金 造纸等工业 这一新型工业控制装置的出现 也受到了世界其他国家的高度重 视 1971 日本从美国引进了这项新技术 很快研制出了日本第一台 PLC 1973 年 西欧国家也研制出它们的第一台 PLC 我国从 1974 年开始研制 于 1977 年开始工业应用 1 1 3 3 PLCPLC 的定义的定义 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller 中文全称为可编程逻辑控 制器 定义是 一种数字运算操作的电子系统 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 41 4 PLCPLC 的构成的构成 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 从结构上分 PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸 的整体 模块式 PLC 包括 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 这些模块可以按照一定规则组合配置 1 51 5 PLCPLC 的工作原理的工作原理 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 扫描技术 当 PLC 投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即输入采样 用户程 序执行和输出刷新三个阶段 完成上述三个阶段称作一个扫描周期 在整个运 行期间 PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 1 输入采样阶段 在输入采样阶段 PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据 并将 它们存入 I O 映象区中的相应得单元内 输入采样结束后 转入用户程序执行 和输出刷新阶段 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 I O 映象 区中的相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是脉冲信号 则该 脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期 才能保证在任何情况下 该输入均能 被读入 2 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段 PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 梯 形图 在扫描每一条梯形图时 又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控 制线路 并按先左后右 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运 算 然后根据逻辑运算的结果 刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的 状态 或者刷新该输出线圈在 I O 映象区中对应位的状态 或者确定是否要执 行该梯形图所规定的特殊功能指令 即在用户程序执行过程中 只有输入点在 I O 映象区内的状态和数据不会发生变化 而其他输出点和软设备在 I O 映象 区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化 而且排在上面的梯形 图 其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用 相反 排在下面的梯形图 其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫 描周期才能对排在其上面的程序起作用 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 3 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后 PLC 就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU 按照 I O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路 再经输出电路驱动 相应的外设 这时 才是 PLC 的真正输出 1 61 6 PLCPLC 的输入与输出的输入与输出 PLC 与电气回路的接口 是通过输入输出部分 I O 完成的 I O 模块集 成了 PLC 的 I O 电路 其输入暂存器反映输入信号状态 输出点反映输出锁存 器状态 输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统 输出模块相反 I O 分为开关量输入 DI 开关量输出 DO 模拟量输入 AI 模拟量输出 AO 等模块 开关量是指只有开和关 或 1 和 0 两种状态的信号 模拟量是指连续变 化的量 常用的 I O 分类如下 开关量 按电压水平分 有 220VAC 110VAC 24VDC 按隔离方式分 有 继电器隔离和晶体管隔离 模拟量 按信号类型分 有电流型 4 20mA 0 20mA 电压型 0 10V 0 5V 10 10V 等 按精度分 有 12bit 14bit 16bit 等 除了上述通用 IO 外 还有特殊 IO 模块 如热电阻 热电偶 脉冲等模块 按 I O 点数确定模块规格及数量 I O 模块可多可少 但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力 即受最大的底板或机架槽数限制 电源模块 PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源 同时 有的还为输入电路提供 24V 的工作电源 电源输入类型有 交流电源 220VAC 或 110VAC 直流电源 常用的为 24VAC 底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架 其作用是 电气上 实 现各模块间的联系 使 CPU 能访问底板上的所有模块 机械上 实现各模块间 的连接 使各模块构成一个整体 1 71 7 PLCPLC 的基本性能指标的基本性能指标 1 7 11 7 1 PLCPLC 的主要特点的主要特点 1 高可靠性 1 所有的 I O 接口电路均采用光电隔离 使工业现场的外 电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离 2 各输入端均采用 R C 滤波器 其滤 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 波时间常数一般为 10 20ms 3 各模块均采用屏蔽措施 以防止辐射干扰 4 采用性能优良的开关电源 5 对采用的器件进行严格的筛选 6 良好的自 诊断功能 一旦电源或其他软 硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施 以防止故障扩大 7 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 使可靠性更进一步提高 2 丰富的 I O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号 如 交流或直 流 开关量或模拟量 电压或电流 脉冲或电位 强电或弱电等 有相应的 I O 模块与工业现场的器件或设备 如 按钮 行程开关 接近开关 传感器 及变送器 电磁线圈 控制阀直接连接另外为了提高操作性能 它还有多种人 机对话的接口模块 为了组成工业局部网络 它还有多种通讯联网的接口模块 等等 3 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外绝大多数 PLC 均采用模块化结构 PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I O 等均 采用模块化设计由机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户 的需要自行组合 4 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图 形式对使用者来说不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人 员所理解和掌握 5 安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下 直接运行使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I O 端相连接即可投入运 行 各种模块上均有运行和故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障 由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使 系统迅速恢复运行 1 7 21 7 2 PLCPLC 的功能的功能 1 逻辑控制 2 定时控制 3 计数控制 4 步进 顺序 控 制 5 PID 控制 6 数据控制 PLC 具有数据处理能力 7 通信和联 网 8 其它 PLC 还有许多特殊功能模块 适用于各种特殊控制的要求 如 定位控制模块 CRT 模块 可编程控制器的基本性能可用如下八条予以概括 1 工作速度 工作速度是指 PLC 的 CPU 执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应 速度 工作速度是 PLC 工作的基础 速度高了 才可能通过运行程序实现控制 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 才可能不断扩大控制规模 才可能发挥 PLC 的多种多样的作用 PLC 的指令是很多的 不同的 PLC 指令的条数也不同 少的几十条 多的 几百条 指令不同 执行的时间也不同 但各种 PLC 总有一些基本指令 而且 各种的 PLC 都有这些基本指令 故常以执行一条基本指令的时间来衡量这个速 度 这个时间当然越短越好 已从微秒级缩短到零点微秒级 并随着微处理器 技术的进步 这个时间还在缩短 执行时间短可加快 PLC 对一般输入信号的响应速度 从讨论 PLC 的工作原 理知 从对 PLC 加入输入信号 到 PLC 产生输出 最理想的情况也要延迟一个 PLC 运行程序的周期 因为 PLC 监测到输入信号 经运行程序后产生的输出 才是对输入信号的响应 不理想时 还要多延长一个周期 当输入信号送入 PLC 时 PLC 的输入刷新正好结束 就是这种情况 这时 要多等待一个周期 PLC 的输入映射区才能接受到这个新的输入信号 对一般的输入信号 这个延 迟虽可以接受 但对急需响应的输入信号 就不能接受了 对急需处理的输入 信号延迟多长时间 PLC 能予以响应 要另作要求 为了处理急需响应的输入信号 PLC 有种种措施 不同的 PLC 措施也不完 全相同 提高响应速度的效果也不同 一般的作法是采用输入中断 然后再输 出即时刷新 即中断程序运行后 有关的输出点立即刷新 而不等到整个程序 运行结束后再刷新 这个效果可从两个方面来衡量 一是能否对几个输入信号作快速响应 二 是快速响应的速度有多快 多数 PLC 都可对一个或多个输入点作快速响应 快 速响应时间仅几个毫秒 性能高的 大型的 PLC 响应点数更多 工作速度关系到 PLC 对输入信号的响应速度 是 PLC 对系统控制是否及时 的前提 控制不及时 就不可能准确与可靠 特别是对一些需作快速响应的系 统 这就是把工作速度作为 PLC 第一指标的原因 2 控制规模 控制规模代表 PLC 控制能力 看其能对多少输入 输出点及对多少路模拟 进行控制 控制规模与速度有关 因为规模大了 用户程序也长 执行指令的速度不 快 势必延长 PLC 循环的时间 也必然会延长 PLC 对输入信号的响应 为了避 免这个情况 PLC 的工作速度就要快 所以 大型 PLC 的工作速度总是比小的 要快 控制规模还与内存区的大小有关 规模大 用户程序长 要求有更大的用 户存储区 同时点数多 系统的存储器输入 输出的信号区 输入输出继电器 区或称输入 输出映射区 也大 这个区大 相应地内部器件也要增多 这些 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 都要求有更大的系统存储区 控制规模还与输入 输出电路数有关 如控制规模为 1024 点 那就得有 1024 条 I O 电路 这些电路集成于 I O 模块中 而每个模块有多少路的 I O 点 总是有数的 所以 规模大 所使用的模块也多 控制规模还与 PLC 指令系统有关 规模大的 PLC 指令条数多 指令的功能 也强 才能应付对点数多的系统进行控制的需要 控制规模是对 PLC 其它性能指标起着制约作用的指标 也是 PLC 划分为微 小 中 大和特大型的标准 3 组成模块 PLC 的结构虽有箱体及模块式之分 但从质上看 箱体也是模块 只是它 集成了更多的功能 在此 不妨把 PLC 的模块组成当作所有 PLC 的结构性能 这个性输入刷新正好结束 就是这种情况 这时 要多等待一个周期 PLC 的 输入映射区才能接受到这个新的输入信号 对一般的输入信号 这个延迟虽可 以接受 但对急需响应的输入信号 就不能接受了 对急需处理的输入信号延 迟多长时间 PLC 能予以响应 要另作要求 为了处理急需响应的输入信号 PLC 有种种措施 不同的 PLC 措施也不完 全相同 提高响应速度的效果也不同 一般的作法是采用输入中断 然后再输 出即时刷新 即中断程序运行后 有关的输出点立即刷新 而不等到整个程序 运行结束后再刷新 这个效果可从两个方面来衡量 一是能否对几个输入信号作快速响应 二 是快速响应的速度有多快 多数 PLC 都可对一个或多个输入点作快速响应 快 速响应时间仅几个毫秒 性能高的 大型的 PLC 响应点数更多 工作速度关系到 PLC 对输入信号的响应速度 是 PLC 对系统控制是否及时 的前提 控制不及时 就不可能准确与可靠 特别是对一些需作快速响应的系 统 这就是把工作速度作为 PLC 第一指标的原因 4 内存容量 PLC 内存有用户及系统两大部分 用户内存主要用以存储用户程序 个别 的还将其中的一部分划为系统所用 系统内存是与 CPU 配置在一起的 CPU 既 要具备访问这些内存的能力 还应提供相应的存储介质 用户内存大小与可存储的用户程序量有关 内存大 可存储的程序量大 也就可进行更为复杂的控制 从发展趋势看 内存容量总是在不断增大着 大 型 PLC 的内存容量可达几十 k 以至于一百多 k 系统内存对于用户 主要体现 在 PLC 能提供多少内部器件 不同的内部器件占据系统内存的不同区域 在物 理上并无这些器件 仅仅为 RAM 但通过运行程序进行使用时 给使用者提供 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 的却实实在在有这些器件 内存器件种类越多 数量越多 越便于 PLC 进行种种逻辑量及模拟控制 它也是代表 PLC 性能的重要指标 PLC 内部器件有 I O 继电器 或称映射区 它与 PLC 所能控制的 I O 点数及模拟量的路数 直接相关 内部继电器数 有的称为标志位数 代表着 PLC 的内部继电器数 它与 I O 继电器区相联系着 有时与后者相联系进行处理 内部继电器多 便 于 PLC 建立复杂的时序关系 以实现多种多样的控制要求 一般讲 内部继电 器数比 I O 继电器要多得多 有的内部继电器还可丢电保持 即它的状态 ON 或 OFF PLC 丢电后 靠 内部电池仍予以保持 再上电后可继续丢电前的状态 保持继电器可增强 PLC 控制能力 特别对记录故障 故障排除后恢复运行 更显得有用 定时器 可进行定时控制 定时值可任意设定 定时器有多少 设定范围 有多大 设定值的分辨率又是多少 这些都代表定时器件的性能 计数器 可进行计数 到达某设定计数值可发送相应信号 可进行什么样 的计数 计数范围多大 怎么设定 有多少计数器 则是 PLC 计数器性能的代 表指标 数据存储区 用以存储工作数据 多以字 两字或多字为单位予以使用 是 PLC 进行模拟量控制 或记录数据所必不可少的 这个存储区的大小代表 PLC 的性能也是越大越好 趋势也是越来越大 小型机也如此 如日本 OMRON 公司的 CQM1 机 其 DM 区就有 6k 字 而过去同是小型机的 C60P 的 DM 区才 64 个字 大型机的 DM 可达 10K 以至几十 K 此外还有其它一些内部器件 了解某 PLC 性能时 也都必须掌握它 内部器件也是 PLC 指令的操作数 不弄清楚是 无法编程的 5 指令系统 PLC 有多少条指令 各条指令又具有什么功能 是了解与使用 PLC 的重要 方面 你不懂 PLC 指令怎么编程 没有程序 PLC 又怎么工作 PLC 的指令越来 越多 越来越丰富 功能很强的指令 综合多种作用的指令日见增多 PLC 的指令繁多 但主要的有这么几种类型 基本逻辑指令 用于处理逻辑关系 以实现逻辑控制 这类指令不管什么 样的 PLC 都总是有的 数据处理指令 用于处理数据 如译码 编码 传送 移位等等 数据运算指令 用于进数据的运算 如十 一 X 等 可进行整形数计 算 有的还可浮点数运算 也可进行逻辑量运算 等等 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 流程控制指令 用以控制程序运行流程 PLC 的用户程序一般是从零地址 的指令开始执行 按顺序推进 但遇到流程控制指令也可作相应改变 流程控 制指令也较多 运用得好 可使程序简练 并便于调试与阅读 状态监控指令 用以监视及记录 PLC 及其控制系统的工作状态 对提高 PLC 控制系统的工作可靠性大有帮助 当然 并不是所有的 PLC 都有上述那么多类的指令 也不是有的 PLC 仅有 上述几类指令 以上只是指出几个例子 说明要从哪几个方面了解 PLC 指令 从中也可大致看出指令的多少及功能将怎样影响 PLC 的性能 除了指令 为进 行通讯 PLC 还有相应的协议与通讯指令或命令 这些也反映了 PLC 的性能 6 支持软件 为了便于编制 PLC 程序 多数 PLC 厂家都开发有关计算机支持软件 从本 质上讲 PLC 所能识别的只是机器语言 它之所以能使用一些助记符语言 梯 形图语言 流程图语言 以至高级语言 全靠为使用这些语言而开发的种种软 件 助记符语言是最基本也是最简单的 PLC 语言 它类似计算机的汇编语言 PLC 的指令系统就是用这种语言表达的 这种语言仅使用文字符号 所使用的 编程工具简单 用简易编程器即可 所以 多数 PLC 都配备有这种语言 梯形图语言是图形语言 它用类似于继电器电路图的符号表达 PLC 实现控 制的逻辑关系 这种语言与符号语言有对应关系 很容易互相转换 并便于电 气工程师了解与熟悉 故用得很普遍 几乎所有的 PLC 都开发有这种语言 由 于它是用图形表达 小的编程器不好使用它 得有较大的液晶画面的编程器 才能使用它 多数是在计算机对 PLC 编程时 才使用这种语言 流程图语言 它也是图形语言 不过所用的符号不与电气元件符号相似 而与计算机用的流程图符号相似 便干计算机工作人员了解与熟悉 流程图语 言与符号语言也有一一对应关系 只是它对应的符号语言与梯形图的对应不一 样 熟悉计算机而又未从事过一般电气工作的人员 乐于用这种语言对 PLC 编 程 日本 OMRON 公司开发的 F 系列机就是使用这种语言 梯形图与流程图混合语言 这种语言 梯形图与流程图两者兼用 可使 PLC 程序结构化 它用流程图把 PLC 程序划分成若干结构块 并规范块间的逻 辑联系 用梯形图再确定块中的种种量间的逻辑关系 这种混合语言有不同的 实现方法 而且多用于大型的 PLC 的编程 高级语言 PLC 编程也可以使用高级语言 如 BASIC C 语言等 可以在 DOS 也可在 WINDOWS 平台上运行 关键在于要把用高级语言编写的程序转换成 助记符语言 或直接转换成 PLC 所能识别的机器语言 从根本上讲 只要能实 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 现这个转换的 什么高级语言都可以 而编写这个转换的软件工作量很大 当 然应由有关厂家开发与提供 当前不少 PLC 厂家已有提供 如 GE FANAC 的 PLC 就提供有可用 C 语言编程的软件 再前进一步 从理论上讲使用自然语言 编程也是完全可能的 只是要下力气去开发 以及市场有这个需要 支持软件不仅编制 PLC 程序需要 监控 PLC 运行 特别是监视 PLC 所控制 的系统的工作状况也需要 所以 多数支持编程的软件 也具有监视 PLC 工作 的功能 此外 也有专用于监控 PLC 工作的软件 它多与 PLC 的监视终端连用 有 的 PLC 厂家或第三方厂家还开发了使用 PLC 的组态软件 用以实现计算机对 PLC 控制系统监控 以及与 PLC 交换数据 PLC 的用户也可基于 DOS 或 WINDOWS 平台开发用于 PLC 控制系统的应用软件 以提高 PLC 系统自动化及智能化水平 这方面的软件已日益受到重视 总之 为了用好 PLC PLC 的支持软件越来越丰富 性能也越来越好 其界 面也越来越友好 也因此 它的情况如何 已成为评判 PLC 性能的指标之一 7 可靠控制 为使 PLC 能可靠工作 在硬件与软件两个方面 PLC 厂家都采取了很多措施 对一些特殊可靠要求的 PLC 还有相应的特殊的措施 如热备 冗余等等 这 在介绍 PLC 的特点时已作了叙述 可靠措施的目的是增加 PLC 平均故障间隔时 间 MTBF Mean Time Between Failure 及减少 PLC 的平均修复时间 MTTR Mean Time ToRepair 以提高 PLC 的有效度 A Availability A MTBF MTBF MTTR 式中 A 有效率 MTBF 平均故障间隔时间 MTTR 平均修复时间 当然 A 值越大越好 它可使 PLC 系统得到充分的利用 是为什么要使用 PLC 的重要指标 而从上式可知 MTBF 越大 MTTR 越小 则 A 越大 所以 PLC 的可靠措施都是围绕提高 MTBF 及 MTTR 值进行的 鉴于可靠工作是 PLC 的重要特点 至关重要 故有关提高 MTBF 及降低 MTTR 的措施如何 以及 PLC 的 MTBF 与 MTTR 值也成为 PLC 性能的重要指标 8 经济指标 以上七条讲的都是 PLC 的技术性能 其实 使用 PLC 还要考虑经济指标 经济是基础 经济上不合算 不能带来经济效益 使用 PLC 也就没有基础 所 以 这个指标也是重要的 经济指标最简单的就是看价格 一般讲 同样技术 性能的 PLC 价格低其经济指标就好 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 此外 还要看供货情况 供货不及时 影响使用 价格即使低 也不一定 就好 看技术服务 资料不全 用户出现问题得不到技术支持也不好 对经济 指标还要作综合分析 要看使用了 PLC 能否带来效益 然后 再分析使用哪家 的 PLC 效益更好些 1 1 8 8 PLCPLC 的选型原则的选型原则 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 PLC 及有关设备应 是集成的 标准的 按照易于与工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能 的原则选型所选用 PLC 应是在相关工业领域有投运业绩 成熟可靠的系统 PLC 的系统硬件 软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应 熟悉可编程序 控制器 功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间 因此 工程设计选 型和估算时 应详细分析工艺过程的特点 控制要求 明确控制任务和范围确 定所需的操作和动作 然后根据控制要求 估算输入输出点数 所需存储器容 量 确定 PLC 的功能 外部设备特性等 最后选择有较高性能价格比的 PLC 和 设计相应的控制系统 1 91 9 PLCPLC 的发展趋势的发展趋势 长期以来 PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场 为各种各样的自 动化控制设备提供了非常可靠的控制应用 其主要原因 在于它能够为自动化 控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案 适合于当前工业企业对自动化 的需要 另一方面 PLC 还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带 来的冲击 尤其是工业 PC 所带来的冲击 PLC 需要解决的问题依然是新技术的 采用 系统开放性和价格 PLC 技术展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一 大多数人认为 PLC 将会继续失去市场份额 更有甚者认为 在工业 PC 面前 PLC 将会一步一步走 向死亡 但也有一部分人相信 一些特殊工业应用领域仍将为 PLC 提供一定的 市场份额 在全球工业计算机控制领域 围绕开放与再开放过程控制系统 开放式过 程控制软件 开放性数据通信协议 已经发生巨大变革 几乎到处都有 PLC 但这种趋势也许不会继续发展下去 随着软 PLC SoftPLC 控制组态软件技术 的诞生与进一步完善和发展 安装有 SoftPLC 组态软件和基于工业 PC 控制系统 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 的市场份额正在逐步得到增长 这些事实使传统 PLC 供应商在思想上已经发生 了戏剧性的变化 他们必须面对现实 在传统 PLC 的技术发展与提高方面作出 更加开放的高姿态 对于控制软件来讲 这是 PLC 控制器的核心 PLC 供应商 正在向工业用户提供开放式的编程组态工具软件 而且对于工业用户表现得非 常积极 此外 开放式通信网络技术也得到了突破 其结果是将 PLC 融入更加 开放的工业控制行业 随着微处理器技术 超大规模集成电路技术和数字通讯技术的进步和发展 可编程序控制器也得到了迅速发展 其功能已远远超出了其定义所指的范围 其概念也日趋模糊 现代可编程控制器的发展趋势主要有以下几个方面 1 用高性能器件 尽量缩小与工业控制计算机之间的差距 例如 德国 FESTO 公司的 IPC Industrial PC 由一系列符合工业标准的模块组成 它与微 机兼容且具有 PLC 的功能 2 丰富 I O 模块 使 PLC 在实时性 精度 分辨率 人机对话等性能方 面进一步得到改善和提高 3 进一步强化网络功能 以实现信息管理自动化 例如 IPC 型控制器具 备多种现场总线接口 如 FESTO 总线 Profibus AS I CAN 等 以及各种网 络连接模块 如 Novell 等 从而使 PLC 与 PLC PLC 与 PC PLC 与现场设备之 间建立通讯联网 4 多种编程语言并存 互补不足 IPC 型控制器除了采用梯形图 指令 表编程以外 还可以用 IEC1131 规定的用于顺序控制的标准化语言以及 C Basic 等计算机语言进行编程 5 硬件结构集成化 冗余化 随着专用集成电路 ASIC Application Specific Integrated Circuits 和表面安装技术 SMT Surface Mout Technology 在 PLC 硬件设计上的运用 使得 PLC 产品硬件元件数量更少 集成 度更高 体积更小 其可靠性更高 同时 为了进一步提高系统的可靠性 PLC 产品还采用了硬件冗余和容错技术 用户可以选择 CPU 单元 通信单元 电源 单元或 I O 单元甚至整个系统的冗余配置 使得整个 PLC 系统的可靠性得以进 一步加强 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 2 2 PLCPLC 控制与继电器控制的比较控制与继电器控制的比较 2 12 1 PLCPLC 控制与继电器控制两者区别控制与继电器控制两者区别 1 控制方法不同 电器控制系统逻辑采用硬件接线 利用继电器机械触点的串 联或并联等组合成逻辑控制 其连线多且复杂 体积大 功耗大 系统构成后 想再改变或增加功率较为困难 另外 继电器的触点数量有限 所以电器控制 系统的灵活性和可扩展性受到很大性质 而 PLC 采用了计算机技术 其控制逻 辑是以程序的方式存放在存储器中 要改变控制逻辑只需改变程序 因而很容 易改变或增加系统功能 系统连线少 体积小 功耗小 而且 PLC 所谓 软继 电器 实质上是存储器单元的状态 所以 软继电器 的触点数量是无限的 PLC 系统的灵活性和可扩展性好 2 工作方式不同 在继电器控制电路中 当电源接通时 电路中所有继电器 都处于制约状态 即该吸合的继电器同时吸合 不该吸合的继电器受某种条件 限制而不能吸合 这种工作方式称为并行工作方式 而 PLC 的用户程序按一定 顺序循环执行 所以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中 受同一条件制 约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序 这种工作方式称为串联工作 方式 3 触点数目不同 硬继电器的触点数量有限 用于控制的继电器触点一般为 4 8 对 而梯形图中每只 软继电器 供编程使用的触点数是无限对的 4 组成器件不同 继电器控制线路是许多真正的硬继电器组成的 而梯形图是 由许多所谓 软继电器 组成的 硬继电器易磨损 而 软继电器 则无磨损 现象 5 定时和计数控制不同 电器控制系统采用时间继电器的延时时间控制 时间 继电器的延时时间易受环境温度和温度变化影响 定时精度不高 而 PLC 采用 半导体集成电路做定时器 时钟脉冲由晶体振荡器产生 精度高 定时范围宽 用户可根据需要在程序中设定定时值 修改方便 不受环境的影响 且 PLC 具 有计数功能 而电器控制一般不具备计数功能 6 可靠性和可维护不同 由于电器控制系统使用了大量的机械触点 其存在机 械磨损 电弧烧伤等 寿命短 系统的连线多 所以可靠性和可维护性差 而 PLC 大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成 其寿命长 可靠性高 PLC 还具有自诊断功能 能查出自身的故障 随时显示给操作人员 并能动态地监 视控制程序的执行情况 为现场调试和维护提供方便 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 2 22 2 控制继电器存在的缺点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 他们比以往的产品具有 更高的可靠性 但是 这也是随之带来的一些问题 如绝大多数控制继电器都 是长期磨损和疲劳工作条件下进行的 容易损坏 而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 并且继 电器控制系统必须是手工接线 安装 如果有简单的改动 也需要花费大量时 间及人力和物力去改制 安装和调试 2 32 3 PLCPLC 相对于继电器线路的优势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 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 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 接线可减少互继电器控制系统的 1 10 1 100 因触点接触不良造成的故障大为减少 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 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器 时间继电器 计数器等器件 使控制柜的设计 安装 接线工作量大大减少 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 15 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 PLC 的用户程序可以在实验室模拟调试 输入信号用小开关来模拟 通过 PLC 上的发光二极管可观察输出信号的状态 完成了系统的安装和接线后 在 现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决 系统的调试时间 比继电器系统少得多 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 其电路符号和表达方 式与继电器电路原理图相似 梯形图语言形象直观 易学易懂 熟悉继电器电 路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言 并用来编制用户 程序 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言 可编程序控制器在执 行梯形图的程序时 用解释程序将它 翻译 成汇编语言后再去执行 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地排除故障 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 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 16 3 3 舞台灯光的舞台灯光的 PLCPLC 设计设计 3 13 1 舞台灯光的设计原则舞台灯光的设计原则 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计的重点 3 23 2 舞台灯光系统的工艺要求舞台灯光系统的工艺要求 1 该系统工艺设计和设备配置具有综合剧场的使用功能 在短时间内可轮换多种 不同 剧种的灯光操作方案 2 该系统允许使用全部配置的各种类型灯具和其它补充设备 3 该系统设计有足够的安全性和存储容量 整个系统在不中断主电力供应的前 提下 对主控台进行持续的诊断检查 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 17 3 33 3 本系统的本系统的 PLCPLC 和扩展模块的选择和扩展模块的选择 本次舞台灯设计用的是来自西门子 SIEMENS S7 200 系列 CPU226 可编程控 制器 所用的扩展模板为 EM223 8I 8Q 产品规格 西门子 SIEMENS S7 200 系列 CPU226 在编程环境等方面 它不 仅具备了以往的小型 PLC 所具有的功能 尽可能使安装空间最小化 并实现了 具有 10 点 100 点输入输出点数的弹性构成 而且还可连接可编程控制终端 创造了尚无前例的灵活运用 它不仅可以替代继电器控制柜 就是作为小型控 制器或在传感器应用中 亦能适应生产现场不同的需求 AC 电源输入 继电器 输出 能加扩展单元 表 3 1 CPU22X CPU226 主要技术指标表 型号CPU226 程序 字4096 用户数据 字2560 用户储存器类型EEFPROM 本机 I O24 入 16 出 数字量 I O 映像区大小 bit256 最大模拟量输入 输出32 入 32 出 I O 映像寄存器 bit1281 和 1280 顺序控制继电器 bit256 根据本设计舞台灯的控制的需要 PLC 控制系统的输入信号有 2 个按钮开 关 输出信号有 24 个彩灯 根据表 3 1 所示的 CPU 22X I O 点数表 可知 CPU 226 有 24 个输入口和 16 个输出口 和扩展模板为 EM223 8I 8Q 可以满足控 制要求 最后选定型号是 S7 200 系列 CPU226AC DC RELAY 扩展模板为 EM223 8I 8Q 3 43 4 舞台灯光工艺流程图舞台灯光工艺流