舞台艺术彩灯课程设计

1、毕业设计（论文）题目： 基于PLC的舞台艺术灯饰的设计院 (系)：机电工程学院 专 业：应用电子技术姓名： 秦林锋 学号：指导教师： 程佳佳二一 年 月 日毕业设计（论文）任务书学生姓名秦林锋学号专 业应用电子技术院（系）机电工程学院毕业设计（论文）题目基于PLC的舞台艺术灯饰的设计任务与要求完成时间段年 月 日 至 年 月 日 共 周指导教师单位职称院（系）审核意见毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目:基于PLC的舞台艺

2、术灯饰的设计学生姓名: 秦林锋学号：专业：应用电子技术指导教师姓名: 程佳佳职称: 讲师检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字: 年 月 日院（系）意见(加盖公章):年 月 日序言本次PLC课程设计题目为舞台艺术彩灯的PLC控制，控制要求主要围绕七盏灯（Q0.0-Q0.6）进行的，颜色分别为红色、橙色、黄色、绿色、

3、蓝色、粉色、紫色。花样1中的要求首先红色彩灯点亮；经过2秒后自动熄灭，同时橙色彩灯点亮；经过2秒后自动熄灭，黄色彩灯点亮；紫色彩灯熄灭之后，红色彩灯又继续点亮，如此循环；花样2中要求七盏彩灯同时闪（亮0.5s、灭0.5s）；花样3中要求七盏彩灯依次都亮，间隔时间为1秒；然后反方向依次全灭；如此循环。按下启动按钮SB1后，七盏彩灯首先按花样1点亮，循环3次后按花样2点亮，5秒后再按花样3点亮，循环3次后按花样4点亮，循环3次后按花样1点亮，完成一个大循环。按下停止按钮SB2，彩灯停止工作。仔细分析实验要求发现四种花样显示是循环完本身的次数后依次进行来完成一个大循环且控制对象为七盏彩灯的亮灭。综合

4、考虑，可采用传送指令和比较指令完成本次设计。实验要求虽然复杂但是却是按照时间顺序的方法走下去，每一步对应着彩灯花样的变化，采用传送指令可满足对彩灯变化要求。本次设计宜采用主程序调用子程序的方法。主程序为七盏彩灯4种花样的得电回路，利用定时器、计数器和比较指令的组合让四种花样限制分别在其对应的时间内得电，各个子程序编写对应花样网络，这样编写的目的是调试程序方便且便于修改。目录1S7-200系列PLC基本知识1.1 S7-200系列PLC概述西门子S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列和CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU2

5、22，CPU224和CPU226四种基本型号，其主要技术规范如表1-1所示。表1-1 S7-200CN CPU主要技术规范特性CPU 221CPU 222CPU 224CPU 224XPCPU 226外形尺寸（mm)90*80*6290*80*62120.5*80*62140*80*62190*80*62程序存储器：可在运行模式下编辑不可在运行模式下编辑409640964096409681921228812288163841638424576数据存储区2084208481921024010240掉电保持时间5050100100100本机I/O数字量模拟量6入/4出-8入/6出-14入/10出-

6、14入/10出2入/1出24入/16出-扩展模块数量0个模块2个模块7个模块7个模块7个模块模拟电位器11222通讯口1RS 4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-4851.2 扩展模块扩展单元没有CPU，作为基本单元输入/输出点数的扩充，只能与基本单元连接使用，不能单独使用。连接时CPU模块放在最左侧，扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。S7-200的扩展模块包括数字量扩展模块，模拟量扩展模块，热电偶、热电阻扩展模块，通信模块，称重模块，位置控制模块等。模拟量、数字量扩展模块分别如表1-2、表1-3所示。表1-2 模拟量扩展模块型号点数EM2314路模拟量输入EM2322路

7、模拟量输出EM2354路模拟量输入，1路模拟量输出表1-3 数字量扩展模块类型型号各组输入点数各组输出点数输入扩展模块EM221EM221 24V DC输入4，4EM221 230V AC输入8点相互独立输出扩展模块EM222EM222 24V DC输出4，4EM222 继电器输出4，4EM222 230V AC双向晶闸管输出8点相互独立输入/输出扩展模块EM223EM223 24V DC输入继电器输出44EM223 24V DC输入24VDC输出4，44，4EM223 24V DC输入24VDC输出8，84，4，8EM223 24V DC输入继电器输出8，84，4，4，41.3 S7-200

8、的编程元件1. 输入过程映像寄存器（输入继电器）I编号范围：I0.0-I15.7功能：专门用来接收从外部开关发来的信号。2. 输出映像寄存器（输出继电器）Q编号范围：Q0.0-Q15.7功能：专门用来将输出信号传送给外部负载。3. 定时器T定时器的分类按分辨率来分，有1ms、10ms、100ms三种定时器。按工作方式来分，有通电延时定时器（TON）、断电延时型定时器（TOF）和保持型通电延时定时器（TONR）三种。定时时间： 定时时间=预置值时基4. 位存储器（中间继电器）M位存储器用来保存中间操作状态和控制信息，其作用相当于继电器控制电路中的中间继电器。地址编号范围为M0.0-M31.7共2

9、56点。5. 计数器C计数器的功能：用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器的编号：C0-C255。计数器的分类：加计数器 减计数器 加/减计数器6累加器AC累加器是用来暂存数据的寄存器，它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。CPU提供了4个 32位的累加器，其地址编号为AC0-AC3。累加器的可用长度为32位，可采用字节、字、双字的存取方式，按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位，双字可以存取累加器全部的32 位。 7. 几个常用的特殊存储器SMSM0.0：运行监视继电器当PLC运行时，SM0.0自动处于接通状态，当PLC停止运行时，SM0.0处于断开状态。SM0.1:

10、初始化脉冲（开机脉冲）。SM0.4:周期为1分钟占空比为50%的时钟脉冲。SM0.5:周期为1秒钟占空比为50%的时钟脉冲。8顺序控制继电器S顺序控制继电器是专门用于编制顺序控制程序的，通常与顺序控制继电器指令一起使用以实现顺序功能图的编程。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0-S31.7。1.4 S7-200的数据长度和编址方式1. S7-200的数据长度S7-200的数据可以按位、字节、字和双字存取。其中1个二进制数为1位，8个相连的二进制位为1个字节（B），2个字节组成1个字（W），2个字组成1个双字（D）。2. S7-200的编址方式位编址：区域标志符+字节号.位号，如I0.0、Q2

11、.0、M1.2等。字节编址：区域标志符+B+字节号，如IB0、QB2、VB20等。字编址：区域标志符+W+起始字节号，如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。双字编址：区域标志符+D+起始字节号，如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。1.5 编程注意事项1触点不能放在线圈的右边。2梯形图中不能出现输入继电器的线圈。3输出线圈不能串联，但可以并联。4除含跳转和子程序调用指令的程序以外，同一操作数的线圈只能使用一次。5线圈不能直接与左母线相连。6地址编号中不可以出现XX.8和XX.9。7定时器和计数器必须有设定值。8立即输出和立即置位指令只能用于输出量，立即触点指令只能用于输入量。

12、9跳转指令和标号指令必须成对使用。1.6 梯形图设计方法1.6.1 经验设计法经验设计法就是在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。有时需要多次反复地调试和修改梯形图，增加一些中间编程元件和触点，最后才能得到一个较为满意的结果。这种方法没有普遍的规律可以遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系，所以把这种方法叫做经验设计法。1.6.2 继电器电路移植法继电器电路移植法的一般步骤如下：1认真研究继电器控制电路及有关资料，深入理解控制要求。2对继电器控制电路中用到的低压电器进行分析、归纳。继

13、电器电路图中的交流接触器、电磁阀、电磁铁、信号灯等执行机构一般用PLC的输出继电器来控制，它们的线圈接在PLC的输出端。按钮、限位开关、转换开关、速度继电器等用来提供控制命令和反馈信号，它们的触点接在PLC的输入端，一般使用常开触点。继电器电路中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成，它们与PLC的外部接线无关。热继电器的常闭触点接在PLC的输出端直接通断电源更为可靠，梯形图中不再考虑。3分配IO地址，作出PLC的外部接线图。4用PLC的软继电器符号和IO编号取代原继电器控制电路中的电气符号，画出草图。5整理梯形图。图1-4 顺序功能图的组成1.6.3 顺序控制设

14、计法1顺序控制的定义顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下，根据内部状态和时间的顺序，使生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作。2顺序控制设计法的步骤分析理解系统的控制要求确定I/O地址及中间编程元件地址画出顺序功能图将顺序功能图转换成梯形图3顺序功能图的组成要素顺序功能图有五个组成要素，即步、动作、转换、转换条件和有向连线，如图2-1所示。4步的相关概念将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步。步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进入新的步。在每一步内PLC各输出量状态均保持不变，但是相邻两步输出量总

15、的状态是不同的。用矩形方框表示步，方框中一般用位存储器或顺序控制继电器的地址来表示该步的编号。与系统的初始状态相对应的步称为初始步，用双线框表示。系统正处于某一步所在的阶段时，该步处于活动状态，称该步为“活动步”。5动作的画法如果某一步有两个或多个动作，其画法如图1-5所示。图1-5 动作的画法6转换与转换条件（1）转换条件的表示方法转换条件的表示方法如图1-6所示。图1-6 转换条件的表示方法（2）转换实现的条件该转换所有的前级步都是活动步。相应的转换条件得到满足。 （3）转换实现应完成的操作使所有的后续步变为活动步。使所有的前级步变为不活动步。7顺序功能图的基本结构顺序功能图的基本结构有单

16、序列、选择序列和并行序列。a)单序列 b)选择序列 c)并行序列图1-7顺序功能图的基本结构8绘制顺序功能图时的注意事项两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将它们分隔开。两个转换也不能直接相连，必须用一个步将它们分隔开。不要漏掉初始步。在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。9. 将顺序功能图转换成梯形图的方法利用起保停方法模板如图1-8所示。图1-8 起保停模板利用置位和复位指令模板如1-9所示。图1-9 置位复位模板利用顺序控制继电器指令模板如图1-10所示。图1-10 顺序控制继电器指令模板1 硬件设计2.1 PLC选型西门子S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列和CP

17、U22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号。本次设计选用了CPU224型，其主要技术规范如表2-1所示。表2-1 CPU224特性特性程序存储器数据存储区掉电保持时间本机I/OCPU2248192字节12288字节8192字节 100小时14入/10出特性扩展模块数量模拟电位器通讯口外形尺寸（mm）CPU2247个模块21 RS-485120.5x80x622.2 I/O分配及接线图本设计中，共有2个输入按钮，7个LED输出，根据PLC外部接线图，我们能得出I/O分配表如表2-2所示I/O分配

18、输入 输出启动按钮停止按钮红灯橙灯黄灯绿灯蓝灯粉灯紫灯 I0.0 I0.1Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6本次课程设计共2个输入，7个输出，硬件电路如下图所示：3 软件设计3.1 顺序功能图3.2 梯形图4 工作原理 本次课程设计共四个花样显示组成一个大循环。其中花样1需要循环3遍；花样2需5秒；花样3需要循环3遍；花样4需要循环3遍。设置定时器、计数器和比较指令，让其在规定的时间内得电。工作原理如下；1.主程序：主程序目的是让4个花样显示子程序得电，按下启动按钮I0.0，中间继电器M0.0、M0.1得电 ，然后T37开始计时，计数器C0开始计数，此时运行子程序1。子程序1运行结束后，计数器C0常开触点闭合中间继电器M0.2得电,接通花样2的子程序，T38开始计时。当T38计时时间到后，T38常开触点闭合，中间继电器M0.2得电，接通花样3的子程序，T39计时，C1开始计数。子程序3运行结束，计数器C1常开触点闭合，中间继电器M0.3得电，接通花样4子程序，T40计时，C2开始计数。子程序4运行结束，计数器C2常开触点闭合，计数器、时间继电器都复位。然后T37重新开始计时，计数器C0重新开始计数，又开始运行子程序1。2.花样1：题目要求花样1共循