起保停程序设计舞台艺术灯

1、1引言12舞台艺术灯控制系统设计22. 1整体设计原则22.2控制系统设计方案22. 3控制系统便件的选择及预算31.1.1 3. 1 plc 的选择31.1.2 舞台艺术灯的选择41.1.3 中间继电器的选择51.1.4 电器元件的价格预算62.4控制系统软件设计72.4.1 舞台灯的工/0分配表72.4.2 外部接线图及控制电路图72.4.3 控制系统功能图92.4.4 4. 4系统梯形图102. 5程序调试与运行133设计难点分析154总结165谢辞176参考文献181引言近年来随着科技的飞速发展，单片机、plc的应用正不断地走向深入，目前, 已广泛应用到石油、化工、钢铁、机械、电力、轻

2、工、采矿、水利、环保等各个领 域，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。在plc诞生之前， 工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。而继电器、接触 器只是一些电磁开关，存在很多不便之处，后来随着工业自动化程度的不断提高， 使继电器电路构成工业控制系统的缺陷不断地暴露出来，在20世纪60到70年代, 社会的进步要求制造出小批量、多品种、多规格、低成本、高质量的产品来满足市 场需要，不断地提出改善生产机械功能的要求。于是人们开始寻求一种以存储逻辑 代替接线逻辑的新型工业控制设备，这就是所谓的plc。plc 乂称为可编程控制器, 是一种用程序来改变控制功能的工业控制计

3、算机，除了能完成各种各样的控制功能 外，还有与其他计算机通信联网的功能。它是采用可编程序的存储器，用以在其内 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，并通过数 字式、模拟式的输入和输出，来控制各种类型的机械或生产过程。plc是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的。它既不同于普通计算机， 乂不同于一般的计算机控制系统，作为一种特殊形式的计算机控制装置，它在系统 结构、硬件组成、软件结构及i/o通道、用户界面等诸多方面都有其特殊性。它的 应用领域之所以很广，其主要原因是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

4、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。当今生活中，霓虹灯广告以及电视台的舞台灯光各式各样色彩缤纷，用以吸引 观众的注意力。在现代演出中，等的强度、色彩、照明区的分布、灯光的运动等都 具有较大的可塑性与可控性，舞台灯光的艺术效果是随着演出的进展、舞台气氛的 不断变换而展现的。舞台灯光是空间艺术和时间艺术的结合体，面对这些灯饰的控 制均可以采用plc控制原理。对于舞台艺术灯的设计，主要是将s7-200plc作为控制核心，对plc控制系统 的硬件做出设计和选择，并用不同形式的梯形图对plc控制系统的软件进行调试， 利用plc的工作原

5、理来呈现不同的艺术效果。2舞台艺术灯控制系统设计2.1整体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

6、为了烘托 出好的娱乐气氛，进而来吸引更多的观赏者。可以所以在一般在设计的时候非常注 意这方面的设计原则。3、经济性原则在舞台灯光设计时，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

7、 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。2. 2控制系统设计方案本次课程设计题目是舞台艺术灯控制系统设计，主要是围绕老师所给控制要求 中的8道灯来完成的。通过规律了解到该舞台艺术灯有3种花样显示，花样1要求 7道灯每隔2s凫一次；花样2要求6、5、4、3号四道灯每隔2s依次点亮，之后再 全克2s,再全灭1s,之后重复此过程；花样3要求2、1、。道灯每隔1s依次点亮, 并重复该过程。通过分析课题任务，我组得出以下方案：确定该控制系统中的输入和输出设备，并给定相应的地址，画出该控制系统的 功能图，主要利用定时器来完成舞台艺术灯不

8、同显示的效果。花样1的显示相对而 言比较简单，主要利用三个定时器(ton)来完成7号道灯的闪烁。花样2分四道 灯依次点完，全亮，全灭三种效果，利用六个定时器来实现灯的显示。花样3类似 于跑马灯，利用三个定时器将3号道灯凫的的时间延时 完成显示效果。在设计中用到一些硬件设备，通过控制要求对此也做出了相应的型号选择，譬 如中间继电器，led灯。2. 3控制系统彳2. 3.1 plc的选择在plc系统设计时，应遵循一定的原则。首先应确定控制方案，下一步工作就 是plc工程设计选型。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。在进行plc型号选择时应

9、考虑下面 几个问题：功能方面，价格方面，输出接口电路，输入接口电路，i/o点数扩展和 编址。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。本设计中利用的是s7-200系列的plc,它包含cpu21x和cpu22x两代产品， 在该控制系统中有2个数字输入量和8个数字输出量，根据包含的输入输出点数， 我们所选用的是cpu224 (14di/10do),它的输入电路采用了双向光电耦合器：在 晶体管输

10、出电路中采用了 mosfet功率驱动器件，并将数字量输出分为两组，每 组有一个独立公共端，共有1l和2l两个公共端，可接入不同的负载电源。在cpu224 的14个数字量输入点中10.0为启动按钮sb 1, 10.1为停止按钮sb2,在10个数字量 输出点中q0.0至q0.7分别为中间继电器ka0至ka7。技术性能指标是选用plc的依据，cpu224主要性能指标如表2-1表2-1 s7-200系列cpu224 plc的主要技术指标外形尺寸/mm120.5*80*62存储器程序/w4096用户数据/w2560用户存储器类型eepr0m掉电保持时间典型值/h190h输入输出i/o点数14入/10出扩

11、展模块数量7个数字量i/o映像区大 小/bit256模拟量i/o映像区大小 /bit32入/32出指令33mhz下布尔指令执 行速度0. 37 u s/指令for/next 循环有实数运算有主要内部继电器i/o映像寄存器/bit1281 和 128q内部通用继电器/bit256计数器/定时器256/256顺序控制继电器/bit256附加功能高速计数器/个6 (30khz)模拟量调节电位器/个2 (8位分辨率)高速脉冲输出个数2 路 20khz通信中断/个1发送器/2接收器定时中断/个2(r255ms)硬件输入边沿中断4实时时钟有(时钟卡)rs-485 通信口1dc24v电源cpu输入 电源/最

12、大负载110ma/700maac24v电源cpu输入电源/ 最大负载30ma/100ma2. 3. 2舞台艺术灯的选择在课题中我们选用led灯带，用led制作的灯带与传统的灯带相比，led灯 具有色彩纯正柔和、颜色多、无眩光、不发热、节能、寿命长等特点。其规格有二 线、三线、四线、五线，可以实现红、绿、蓝等多种颜色的跳变、闪烁、流水等花 样。并且led灯带是由软管封装，可以任意弯曲，可根据被装饰物的实际情况进 行各种造型，安装方便，色彩效果极佳。考虑到所有问题所选用的led灯带型号为as,外壳材质为pvc,灯光的颜色 为彩色，led颗数为36颗/米，功率为2.88 (w/m),输入电压为220

13、 (v),尺寸 11.5(mm),8道灯的具体示意图如下：(t) 1 om12m图1灯带示意图2. 3.3中间继电器的选择中间继电器的选择主要考虑以下因素：（1）位置气候作用要素主要指海拔高度、环境温度、湿度、和电磁干扰等要素。考虑控制系统的普遍 适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，装置关键部位必须选用具有高绝缘、 强抗电性能的全密封型（金属罩密封或塑封型，金属罩密封产品优于塑封产品）中 间继电器产品。因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好 的电接触稳定、可靠性和切换负载能力（不受外部气候环境影响）。（2）机械作用要素主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。对控制系统主

14、要考虑到抗地震应力 作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。（3）激励线圈输入参量要素主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压（220 v）输出隔离、温度变化影 响、远距离有线激励、电磁干扰激励等参量要素，这些都是确保电力系统自动化装 置可靠运行必须认真考虑的因素。按小型中间继电器所规定的激励量激励是确保它 可靠、稳定工作的必要条件。（4）触点输出（换接电路）参量要素主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载，电感器、接触器（继电器）线圈负载，阻性负载等；触点负载量值（开路电压量值、闭路电流量值）, 如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。根据中间继

15、电器工作环境和plc及led灯的规格，选用施耐德中间继电器: rxm2ab2bd型号（对应底座型号：rxze1m2c）。主要技术参数如下：表2-2施耐德中间继电器rxm2ab2bd技术参数表型号rxm2ab2bd应用范围电磁线圈额定电压dc24v触点形式2开2闭外形尺寸小型防护特性敞开式触点负载中功率直流电阻10 ( q )释放电流5 (a)吸合电流5 (a)触点切换电压5 (v)触点切换电流12 (a)2. 3. 4电器元件的价格预算设备型号单价数量总价plccpu224560元/个1个560元灯带ledas4. 8元/米102米489. 6 元中间继电器rxm2ab2bd60. 9元/个8

16、个487. 2 元底座rxze1m2c11. 5元/个8个92元按钮xb2-ba315元/个2个10元总计1638. 8元52.4控制系统软件设计2. 4.1舞台灯的i/o分配表表2-2 i/o分配表输入输出设备符号地址功能设备符号地址功能sb110.0启动按钮ka0q0.01道灯的继电器sb210. 1停止按钮ka1q0. 12道灯的继电器ka2q0.23道灯的继电器ka3q0. 34道灯的继电器ka4q0.45道灯的继电器ka5q0. 56道灯的继电器ka6q0. 67道灯的继电器ka7q0. 78道灯的继电器2. 4. 2外部接线图及控制电路图5图3控制电路图图注：l0-l7分别为0道灯

17、到7道灯。52. 4. 4系统梯形图顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计 plc的顺序控制程序的有力工具。它并不涉及所描述控制系统的具体技术，是一种 通用的技术语言，可以供给不同专业的人员之间进行技术交流之用。其中顺序功能 图主要是由步、有向线段、转换、转换条件和动作组成。顺序功能图的结构有三种: 单序列，选择序列和并行序列。在舞介艺术灯的设计中，主要采用图3并行序列的 结构图。图3左部分为7道灯的控制功能图，中间部分为6、5、4、3道灯的控制 功能图，右部分为2、1、0道灯的控制功能图。其中控制系统的停止按钮sb2未在 功能图中体现出来，在梯形图中用置位复位的方

18、法实现。图4顺序功能图55mo. 4t40m0.6m1.0m1.1m0.7t43m1.1m0.5( )t41in ton20- pt wo msm0.6()t42in ton20- pt1。中mo. 7()t43in ton20 pt 100 msm0.4m1.1)t45in tonw-etioomsm1.0( )t44pn ton20 pt 100 ms10.2mo.om0.1(r) u2. 5程序调试与运行根据设计的舞台艺术灯的系统控制功能图，选用plc的仿真软件进行程序仿 真。具体步骤为：（1）输入梯形图（2）将梯形图下载到plc接口（3）点击运行（4）进行程序调试按下启动按钮sb1后，

19、7道灯，6、5、4、3道灯，2、1、。道灯均开始工作， 具体过程分为三部分：（1）7道灯亮，plc输出q0.7状态指示灯克，定时器t37定时1s, 7道灯灭, plc输出q0.7状态指示灯灭，定时器t38定时0.5s,定时器t39定时0.5s后，重 复7道灯闪烁过程。（2）6道灯亮,plc输出q0.6状态指示灯亮;定时器t40定时2s,5道灯亮,plc 输出q0.5状态指示灯亮，同时q0.6状态指示灯灭；定时器t41定时2s, 4道灯兜, plc输出q0.4状态指示灯完，同时q0.5状态指示灯灭；定时器t42定时2s, 3道 灯亮,plc输出q0.3状态指示灯亮，同时q0.4状态指示灯灭：定时

20、器t43定时2s, 6、5、4、3道灯光,plc输出q0.6、q0.5、q0.4、q0.3状态指示灯亮；定时器t44 定时2s,完成6、5、4、3道灯全亮2s的过程，plc输q0.6、q0.5、q0.4、q0.3 状态指示灯灭，定时器t45定时1s,完成6、5、4、3全灭1s的过程，然后再重复 上述过程。(3)2道灯亮，plc输出q0.2状态指示灯亮；定时器t46定时is, 1道灯凫， plc输出q0.1状态指示灯亮，同时q0.2状态指示灯灭；定时器t47定时ls,。道 灯亮，plc输出q0.0状态指示灯壳，同时q0.1状态指示灯灭；定时器t48定时 1s,。道灯灭，plc输出q0.0状态指示

21、灯灭，然后重复上述过程。按下停止按钮sb2,舞台灯停止工作。3设计难点分析舞台艺术灯的控制设计主要涉及到功能图的设计plc,中间继电器，led灯这 三个电器元件。在画功能图时，对于7道灯的控制有一些需要注意的问题，按我们 一开始的分析认为只需两个定时器即可，在它的控制中就只包含两个活动步，忘了 考虑在plc中如果活动步太少时会使发生的变化很快，不利于显示效果的观察，因 此在功能图还需再加一个定时器来定时，使显示效果更明显。在设计中除了系统功能图的分析是主要内容外，要对硬件也要进行详细地分 析，要了解s7-200系列的型号，通过对控制系统输入输出点数来确定适用于这个 舞台艺术灯设计的plc型号。

22、在确定了该型号之后，还要选取我们所用的led灯, 对8道灯的额定电压，额定电流及功率进行计算，在选取了这两个之后，通过计算 分析plc并不能直接与led灯相连，就要通过中间继电器来进行连接，所以还要 选取与之相匹配的中间继电器的规格。在确定了器件的规格之后，实现舞台艺术灯 不同的显示效果才有了保障。因此对于这三个元器件的选取是本次课设的难点。4总结本课题利用plc主要工作特点对舞台艺术灯的控制进行设计，通过对plc硬 件设计和软件程序设计来实现舞台艺术灯不同的显示效果，达到老师所要求的目 的。课设是对我们所学专业知识的检测和提升的过程，在设计的过程中我们会注意 到哪些专业知识是很薄弱的，让我们

23、认识到自己的欠缺之处，好让我们在以后的学 习中更加注意这方面的学习。在设计工程中，我们总是与遇到这样或那样的问题。 有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间去解决。自然而然， 我的耐心在其中建立起来了，为以后的工作积累了经验，增强了信心。我们各组员 也相互配合，有很好的分工，在我们的共同努力下完成了本次课题任务，希望得到 老师的认可。通过本次设计，也让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合 开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，乂让我们懂得了 如何在实践中认识，将所学的知识运用的实际的生活中去，让我们对生活中的一些 现象也有了更深入地认识。本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是在图书馆和网络 成了我们很好的助手。在众多资料面前，我们必须要明确哪些知识是与我们课题有 关的，哪些是我们所需要的，这些我们都要认