舞台灯光的PLC控制.docx

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舞台灯光的PLC控制

【摘要】

可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置，目前已在工业、农业、商业、交通运输等领域得到广泛应用，成为各行各业的通用控制核心产品。

PLC的一般特点：

抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。

PLC总的发展趋势是：

高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、操作方便、通信组网能力强。

本舞台灯的电路采用PLC为控制核心，具备开启和全部停止功能，这是一种PLC控制的自动灯光音响控制系统。

应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。

目录

【摘要】1

【关键词】1

前言1

第一章绪论2

1.1PLC的定义及特点2

1.1.1可编程控制器2

1.1.2PLC的特点：

3

1.2舞台灯的发展3

第二章S7-300系列PLC的配置及组态4

2.1S7-300的系统组成简介4

2.1.1S7-300的结构特点5

2.1.2S7-300的硬件组态5

2.2S7-300的I／O地址组态5

2.2.1S7-300的插槽地址5

2.2.2S7-300的机架组态6

2.3PLC控制舞台灯系统的任务要求6

2.4PLC控制舞台灯系统输入/输出分析6

2.5PLC控制舞台灯系统的硬件组态7

2.6PLC控制舞台灯系统的I/0分配表7

第三章 S7-300的指令系统及编程8

3.1STEP7的指令结构8

3.2PLC控制舞台灯系统的程序10

结束语19

致谢20

参考文献21

前言

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。

继电器、接触器是一些电磁开关，后来随着工业自动化程度的不断提高，使用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60～70年代，社会的进步要求制造出小批量、多品种、多规格、低成本、高质量的产品以满足市场需要，不断的提出改善生产机械功能的要求。

加上当时电子技术已经有了一定的发展，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，这就是我们现在所说的PLC。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采用了严格的抗干扰技术，具有很高的可靠性，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以减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低，此外，PLC带有故障电路的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。

PLC控制的自动灯光音响控制系统。

应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。

第一章绪论

1.1PLC的定义及特点

1.1.1可编程控制器

可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

随着可编程逻辑控制器的不断发展，其定义也在不断变化。

1987年颁布的可编程控制器的定义是：

“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。

”

1.1.2PLC的特点：

1、可靠性高。

可靠性是指可编程控制器平均无故障工作时间，它的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10-20万h，且均有完善的自诊断功能。

2、组成灵活。

小型PLC为整体结构，并可外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。

中、大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专用功能模块供选用和组成，由各种模块（开关量、模拟量输入/输出模块，位控模块，伺服、步进驱动模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。

3、功能强大。

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

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。

4、编程方便，控制具有极大灵活性。

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。

5、安装、维修简单。

与DCS相比，价格低。

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，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。

1.2舞台灯的发展

随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果。

随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展PLC技术的应用引起电子产品及系统开发的革命性变革。

语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，在实际应用中越来越广泛。

在这个阶段，人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来，把精力集中在创造性的方案与概念构思上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。

整个过程通过EDA工具自动完成，大大减轻了设计人员的工作强度，提高了设计质量，减少了出错的机会。

本论文设计了一个舞台灯系统，它多用于酒吧，舞台的闪烁灯。

系统采用可编程控制器（PLC）做控制，采用工业通用组态软件—“组态王”设计控制界面，并最终完成直观方便的控制效果。

第二章S7-300系列PLC的配置及组态

2.1S7-300的系统组成简介

S7-300系列的PLC是中型模板式PLC，各种模板（CPU模板、信号模板SM、功能模板FM、通信模板CP、电源模板PS等）及人机界面（HMI），可以根据控制要求进行广泛的组合和扩展。

CPU314一个机架上最多只能再安装八个信号模块或功能模块，最多可以扩展为四个机架。

中央处理单元总是在0机架的2号槽位上，1号槽安装电源模块，3号槽总是安装接口模块，槽号4至11，可自由分配信号模块、功能块。

2.1.1S7-300的结构特点

（1）采用集成的背板总线（Back-PlaneBus）；

（2）采用DIN标准导轨，安装和更换模板方便；

（3）硬件组态灵活；

（4）机架扩展方便。

2.1.2S7-300的硬件组态

S7-300的编程元件：

（1）输入继电器I；

（2）输出继电器Q；

（3）辅助继电器M（或称为位存储器）；

（4）外部输入寄存器PI；

（5）外部输出寄存器PQ；

（6）定时器T（共5种）；

（7）计数器C（共3种）；

（8）8数据块寄存器DB；

（9）本地数据寄存器L。

2.2S7-300的I／O地址组态

2.2.1S7-300的插槽地址

S7-300的各个模板安装在机架的插槽上，不同的模板在插槽的安装位置是固定的。

●如果选择了电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。

●CPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。

●用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。

●各种信号模板SM，安装在4号～11号槽位上。

从4号槽位开始，CPU为信号模板分配I／0地址，且根据信号模板的类型递增I／0地址。

2.2.2S7-300的机架组态

电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。

CPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。

用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。

各种信号模板SM，安装在4号～11号槽位。

2.3PLC控制舞台灯系统的任务要求

打开开关

1、音乐响，1号灯亮。

2、1秒后2、6、7、15号灯亮。

3、1秒后3、5、8、14号灯亮。

4、1秒后4、9、13号灯亮。

5、1秒后10、11、12号灯亮。

6、2秒后除1号灯外全灭。

7、1秒后2、3、4、5、6号灯亮。

8、1秒后7、8、9、10、11、12、13、14、15号灯亮。

9、2秒后除1号灯外全灭。

10、1秒后除1号灯外全闪烁5秒，1次/秒。

11、2秒后循环第二步到第十步。

2.4PLC控制舞台灯系统输入/输出分析

（1）输入：

启动按钮，停止按钮。

（2）输出：

1号灯，2号灯，3号灯，4号灯，5号灯，6号灯，7号灯，8号灯，9号灯，10号灯，11号灯，12号灯，13号灯，14号灯，15号灯，音响。

2.5PLC控制舞台灯系统的硬件组态

本系统的硬件组态如图2-5所示

图2-1硬件组态图

2.6PLC控制舞台灯系统的I/0分配表

表2-1PLC控制舞台灯系统的I/0分配表

输入/输出

电器元件

I/0地址

作用

输

入

启动按钮

I1.0

启动系统

停止按钮

I0.0

停止系统

输

出

音响

Q4.0

控制音响

1号灯

Q4.1

控制1号灯

2号灯

Q4.2

控制2号灯

3号灯

Q4.3

控制3号灯

4号灯

Q4.4

控制4号灯

5号灯

Q4.5

控制5号灯

6号灯

Q4.6

控制6号灯

7号灯

Q4.7

控制7号灯

8号灯

Q5.6

控制8号灯

9号灯

Q5.7

控制9号灯

10号灯

Q5.0

控制10号灯

11号灯

Q5.1

控制11号灯

12号灯

Q5.2

控制12号灯

13号灯

Q5.3

控制13号灯

14号灯

Q5.4

控制14号灯

15号灯

Q5.5

控制15号灯

第三章 S7-300的指令系统及编程

3.1STEP7的指令结构

（1）指令组成

在STEP7中，根据采用的程序编辑器（LAD／STL／FBD）不同，有梯形逻辑指令LAD，语句指令STL和功能块图指令FBD。

（2）位逻辑指令

位逻辑指令包含位逻辑运算指令、定时器指令、计数器指令和位测试指令等。

可以使用位逻辑指令扫描布尔（BOOL）操作数的状态，通过“与（AND）”、“或（OR）”、“异或（XOR）”及其组合操作实现逻辑操作。

逻辑操作结果（RLO）用于赋值、置位/复位布尔操作数，也控制定时器和计数器的运行。

（3）位逻辑运算指令

位逻辑运算指令是对“0”或“1”的操作数进行扫描，经过相应的位逻辑运算，将逻辑运算结果“0”或“1”送到状态字的RLO位。

①标准触点指令

标准触点指令是指“与”及“与非”指令、“或”及“或非”指令、“异或”及“异或非”指令。

标准触点：

动合（常开）：

常闭（动断）：

②输出指令：

逻辑串输出指令（输出线圈）：

中间输出指令：

③跳变沿检测指令

RLO跳变沿检测指令：

RLO正跳沿检测

RLO负跳沿检测

（4）计数器指令

在S7-300的CPU的存储器中留有一块区域用于存储计数器的计数值，每个计数器需要2byte，不同的CPU模板，用于计数器的存储区域也不同，最多允许使用64～512个计数器。

在S7-300中有3种计数器可供选择，如图3-1所示

图3-1计数器结构图

（5）比较指令

比较指令用于对累加器2与累加器1中的数据进行比较。

数据类型可以是整数、长整数或实数，但是要确保进行比较的两个数据的类型相同。

应用比较指令的比较类型有：

等于＝＝、不等于＜＞、大于＞、小于＜、大于等于＞＝、小于等于＜＝。

如果比较的结果为真，则RLO为1，否则为0。

3.2PLC控制舞台灯系统的程序

（1）按下启动按钮I0.1，系统启动。

（2）辅助继电器M0.1控制音响启动，T1运行2秒。

（3）辅助继电器M0.1控制1号灯亮。

（4）T2得电，2号灯的控制。

（5）T3得电，三号灯的控制。

（6）T4得电，4号灯亮。

（7）T3得电5号灯亮。

（8）T2得电，6号灯亮。

（9）T2得电，7号灯亮。

（10）T3得电，8号灯亮。

（11）T4得电，9号灯亮。

（12）T5得电，10号灯亮。

（13）T5得电，11号灯亮。

（14）T5得电，12号灯亮。

（15）T4得电，13号灯亮。

（16）T3得电，14号灯亮。

（17）T2得电，15号灯亮

结束语

可编程控制器是以计算机为控制核心的装置。

本次毕业设计简单介绍了可编程控制器的定义、特点、发展，通过中型模板式S7-300PLC的结构特点及系统组成来实现舞台灯自动控制，通过设定好的程序实现自动控制舞台灯。

通过这一阶段的毕业设计，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风，是对我大学所学知识的回顾和总结。

虽然中间遇到很多不懂的知识，但是在老师细心指导下，通过查阅可编程控制器相关资料，我还是把问题给解决了，也深刻体会到收获的愉悦。

相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。

所以，我很用心的把它完成。

在设计中体味艰辛，在艰辛中体味快乐。

致谢

在本课题的整个研究设计过程中，首先感谢我的指导老师戴仔龙老师，在整个毕业设计的过程中他给了我耐心的指导和无私的帮助。

帮助我利用所学课程去选择切合实际的题目，然后如何建立框架去构思论文设计，使我建立了正确的设计思想，保证了课题的研究和设计工作的顺利完成。

同样我也要衷心的感谢教育过我的各位老师，感谢给予我帮助的朋友们，谨献上我最真挚的祝福。

毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高，是对我大学里所学知识的一种全面考察和总结。

下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。

第一，接到任务以后进行选题；第二，选好题了之后进行PLC在舞台灯控制制作方面知识搜集，使制作的PLC程序能够按照要求进行操作。

最后，进行统一的整理，格式的修改及自我总结。

参考文献

[1]胡学林.《可编程控制器原理及应用》.北京.电子工业出版社.2007.1

[2]汪志峰.《可编程控制器原理及应用》.西安.电子科技大学出版社.2004

[3]廖常初.《S7-300/400PLC应用技术》.北京.机械工业出版社.2005

[4]吴中俊，黄永红.《可编程序控制器原理及应用》.北京.机械工业出版社.2004

[5]宋德玉.《可编程序控制器原理及应用系统设计技术》.北京.冶金工业出版社.2002

[6]郑晟，巩建平，张学.《现代可编程序控制器原理与应用》.北京：

科学出版社.2003