基于PLC的舞台灯光控制与组态设计毕业论文.docx

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基于PLC的舞台灯光控制与组态设计毕业论文

基于PLC的舞台灯光控制与组态设计

摘要

可编程控制器（ProgrammableLogicalController）简称为PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件。

日本电气控制学会曾对可编程控制器作了一个定义：

可编程控制器是将逻辑运算，顺序控制，时序和计数以及算术运算等控制程序，用一串指令的形式存放到存储器中，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备和生产过程进行控制的装置。

PLC是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的，它既不同于普通的计算机，又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，软件结构以及I/O通道，用户界面诸多方面都有其特殊性。

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在Windows平台上运行。

通过对现场数据的采集处理。

以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。

向用户提供解决实际工程问题的方案。

充分利用windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。

比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性．在自动化领域有着更广泛的应用。

本文利用MCGS组态软件检验舞台灯光控制系统的运行情况。

舞台灯光在现代舞台演出中的作用:

①照明演出,使观众看清演员表演和景物形象；②导引观众视线；③塑造人物形象，烘托情感和展现舞台幻觉；④创造剧中需要的空间环境；⑤渲染剧中气氛;⑥显示时、空转换,突出戏剧矛盾冲突和加强舞台节奏，丰富艺术感染力。

有时也配合舞台特技。

在现代演出中，灯光的强度、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与时间艺术的结合体，舞台灯光的历史发展是同戏剧的演变以及科学技术的进步密切相联的。

关键词:

可编程控制器自动控制舞台灯光MCGS组态

BasedonthePLCcontrolofstagelightingdesignandconfiguration

Abstract

Thatprogrammingcontroller（ProgrammableLogicalController）iscalledforshortisPCorPLC,istheindustrialcontrolcomponentthatthesixtiespowderinvents.TheJapanelectriccontrolinstitutehasassumedadefinitiononcetoprogrammingcontroller:

Andthenprogrammingcontrolleriswithlogicalcalculus,sequentialcontrol,sequenceandunderthecontrolofproceduresuchascountingandarithmeticarithmetic,thecomponent,carriesoutthedevicecontrollingonproductionfacilityandprocedureofproductionamongusingastringoftheinstructionformtodeposittomemory,accordingtocontrollingcontent,thesimulation,thefigurepassingandsoonIOstoring.

PLCiscomputerartandautocontroltheorydevelopingbutcoming-based,nowthatitbeingunliketheaveragecomputer,beunlikethesamecomputercntrolsystem,device,itarecomposedofasonekindofpeculiarformcomputercntrolinsystemstructure,thehardware,softwarestructureaspectallhaswhoseparticularityaswellasI/Opassage,theconsumerinterfacearealotof.

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem,UniversalControlSystem）isastructurefortherapidformationandacomputermonitoringsystemconfigurationsoftwarecanrunontheWindowsplatform.Throughon-sitedataacquisitionandprocessing.Animationtoshowthatthepolicehandling,processcontrol,real-timecurve,thecurveofhistoryandavarietyofways,suchasstatementsoftheoutput.Userstosolvepracticalengineeringproblems.Makefulluseofthefull-featuredgraphicswindows,consistencyofinterface,easy-to-usefeatures.Thantheuseofspecialmachinesdevelopedbyindustrialcontrolsystemsmoreversatile.Inthefieldofautomationhasawiderapplication.Inthispaper,MCGSconfigurationsoftwaretestingstagelightingcontrolsystemoperation.

Lightingeffectinperforminginmodernstage:

（1）illuminateperforming,makeaudienceseeactorperformanceandthesceneryimageclearly;

（2）guidanceaudiencelineofsight;（3）moldthepersonageimage,setoffemotionbycontrastanddisplaystageillusion;（4）createthespaceenvironmentneedingindrama;（5）exaggeratethedramamiddleatmosphere;Emptyspacechanges（6）whendisplay,laysstressondramacontradictionconflictandreinforcesstagerhythm,richartisticappeal.Alsocoordinatethestagestuntsometimes.

Intensity,color,illuminationareadistribution,thelamplightmotionetc.performingmiddle,lamplightinmoderntimesallhasbiggerplasticityandcontrollablenature.Thelightingarteffectisthattheatmosphereceaselessnessvariesbutunfoldswiththeprogressing,stageperforming.Thelightingisspaceartandthattimeartassociation,thelightinghistorydevelopistoestablishcloseranassociation'swiththedramaevolutionandthescienceandtechnologyprogress.

Keywords:

Programmingcontroller、autocontrol、managesalighting、MCGSconfiguration

毕业论文（设计）原创性声明

本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

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本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

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保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

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1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

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3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

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6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

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可编程控制器的概论

1.1PLC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控制的智能型舞台艺术灯比传统的舞台艺术灯控制优越的多。

1.2PLC的构成

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。

1.3PLC的特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

工业生产对控制设备的可靠性要求：

①平均故障间隔时间长

②故障修复时间（平均修复时间）短

任何电子设备产生的故障，通常为两种：

①偶发性故障。

由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。

这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。

但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。

②永久性故障。

由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。

如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。

为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。

·硬件措施：

 主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。

① 屏蔽——对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

② 滤波——对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或π型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。

③电源调整与保护——对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。

④隔离——在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。

⑤采用模块式结构——这种结构有助于在故障情况下短时修复。

一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。

·软件措施：

    有极强的自检及保护功能。

①故障检测——软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。

以便及时进行处理。

②信息保护与恢复——当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。

一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。

所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。

③设置警戒时钟WDT（看门狗）——如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。

④加强对程序的检查和校验——一旦程序有错，立即报警，并停止执行。

⑤对程序及动态数据进行电池后备——停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。

PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。

它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1μS的干扰脉冲。

一般，平均故障间隔时间可达几十万～上千万小时；制成系统亦可达4～5万小时甚至更长时间。

（2）配套齐全，功能完善，适用性强

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。

（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎

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。

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

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。

（5）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

1.4PLC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。

1.5PLC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（IndustrialPC）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，ApplicationSpecificIntegratedCircuits）和表面安装技术（SMT，Surface-MoutTechnology）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。

1.6PLC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