舞臺藝術(shù)彩燈課程設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于PLC的舞臺藝術(shù)燈飾的設(shè)計(jì)院 (系)：機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)姓名： 秦林鋒 學(xué)號：指導(dǎo)教師： 程佳佳二一 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名秦林鋒學(xué)號專 業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)院（系）機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于PLC的舞臺藝術(shù)燈飾的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求完成時(shí)間段年 月 日 至 年 月 日 共 周指導(dǎo)教師單位職稱院（系）審核意見畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字教師對進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總評 簽名 年 月 日 本表作評定學(xué)生平時(shí)成績的依據(jù)之一畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中期檢查記錄表學(xué)生填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:基于PLC的舞臺藝

2、術(shù)燈飾的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名: 秦林鋒學(xué)號：專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)指導(dǎo)教師姓名: 程佳佳職稱: 講師檢查教師填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目工作量飽滿一般不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目難度大適中不夠畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目涉及知識點(diǎn)豐富比較豐富較少畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目價(jià)值很有價(jià)值一般價(jià)值不大學(xué)生是否按計(jì)劃進(jìn)度獨(dú)立完成工作任務(wù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度填寫情況指導(dǎo)次數(shù)學(xué)生工作態(tài)度認(rèn)真一般較差其他檢查內(nèi)容：存在問題及采取措施:檢查教師簽字: 年 月 日院（系）意見(加蓋公章):年 月 日序言本次PLC課程設(shè)計(jì)題目為舞臺藝術(shù)彩燈的PLC控制，控制要求主要圍繞七盞燈（Q0.0-Q0.6）進(jìn)行的，顏色分別為紅色、橙色、黃色、綠色、

3、藍(lán)色、粉色、紫色?；?中的要求首先紅色彩燈點(diǎn)亮；經(jīng)過2秒后自動熄滅，同時(shí)橙色彩燈點(diǎn)亮；經(jīng)過2秒后自動熄滅，黃色彩燈點(diǎn)亮；紫色彩燈熄滅之后，紅色彩燈又繼續(xù)點(diǎn)亮，如此循環(huán)；花樣2中要求七盞彩燈同時(shí)閃（亮0.5s、滅0.5s）；花樣3中要求七盞彩燈依次都亮，間隔時(shí)間為1秒；然后反方向依次全滅；如此循環(huán)。按下啟動按鈕SB1后，七盞彩燈首先按花樣1點(diǎn)亮，循環(huán)3次后按花樣2點(diǎn)亮，5秒后再按花樣3點(diǎn)亮，循環(huán)3次后按花樣4點(diǎn)亮，循環(huán)3次后按花樣1點(diǎn)亮，完成一個(gè)大循環(huán)。按下停止按鈕SB2，彩燈停止工作。仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)要求發(fā)現(xiàn)四種花樣顯示是循環(huán)完本身的次數(shù)后依次進(jìn)行來完成一個(gè)大循環(huán)且控制對象為七盞彩燈的亮滅。綜合

4、考慮，可采用傳送指令和比較指令完成本次設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)要求雖然復(fù)雜但是卻是按照時(shí)間順序的方法走下去，每一步對應(yīng)著彩燈花樣的變化，采用傳送指令可滿足對彩燈變化要求。本次設(shè)計(jì)宜采用主程序調(diào)用子程序的方法。主程序?yàn)槠弑K彩燈4種花樣的得電回路，利用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和比較指令的組合讓四種花樣限制分別在其對應(yīng)的時(shí)間內(nèi)得電，各個(gè)子程序編寫對應(yīng)花樣網(wǎng)絡(luò)，這樣編寫的目的是調(diào)試程序方便且便于修改。目錄1S7-200系列PLC基本知識1.1 S7-200系列PLC概述西門子S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列和CPU22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個(gè)不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU2

5、22，CPU224和CPU226四種基本型號，其主要技術(shù)規(guī)范如表1-1所示。表1-1 S7-200CN CPU主要技術(shù)規(guī)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程序存儲器：可在運(yùn)行模式下編輯不可在運(yùn)行模式下編輯409640964096409681921228812288163841638424576數(shù)據(jù)存儲區(qū)2084208481921024010240掉電保持時(shí)間5050100100100本機(jī)I/O數(shù)字量模擬量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-擴(kuò)展模塊數(shù)量0個(gè)模塊2個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊7個(gè)模塊模擬電位器11222通訊口1RS 4851RS-4851RS-4852RS-4852RS-4851.2 擴(kuò)展模塊擴(kuò)展單元沒有CPU，作為基本單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)充，只能與基本單元連接使用，不能單獨(dú)使用。連接時(shí)CPU模塊放在最左側(cè)，擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連。S7-200的擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量擴(kuò)展模塊，模擬量擴(kuò)展模塊，熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊，通信模塊，稱重模塊，位置控制模塊等。模擬量、數(shù)字量擴(kuò)展模塊分別如表1-2、表1-3所示。表1-2 模擬量擴(kuò)展模塊型號點(diǎn)數(shù)EM2314路模擬量輸入EM2322路

7、模擬量輸出EM2354路模擬量輸入，1路模擬量輸出表1-3 數(shù)字量擴(kuò)展模塊類型型號各組輸入點(diǎn)數(shù)各組輸出點(diǎn)數(shù)輸入擴(kuò)展模塊EM221EM221 24V DC輸入4，4EM221 230V AC輸入8點(diǎn)相互獨(dú)立輸出擴(kuò)展模塊EM222EM222 24V DC輸出4，4EM222 繼電器輸出4，4EM222 230V AC雙向晶閘管輸出8點(diǎn)相互獨(dú)立輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM223EM223 24V DC輸入繼電器輸出44EM223 24V DC輸入24VDC輸出4，44，4EM223 24V DC輸入24VDC輸出8，84，4，8EM223 24V DC輸入繼電器輸出8，84，4，4，41.3 S7-200

8、的編程元件1. 輸入過程映像寄存器（輸入繼電器）I編號范圍：I0.0-I15.7功能：專門用來接收從外部開關(guān)發(fā)來的信號。2. 輸出映像寄存器（輸出繼電器）Q編號范圍：Q0.0-Q15.7功能：專門用來將輸出信號傳送給外部負(fù)載。3. 定時(shí)器T定時(shí)器的分類按分辨率來分，有1ms、10ms、100ms三種定時(shí)器。按工作方式來分，有通電延時(shí)定時(shí)器（TON）、斷電延時(shí)型定時(shí)器（TOF）和保持型通電延時(shí)定時(shí)器（TONR）三種。定時(shí)時(shí)間： 定時(shí)時(shí)間=預(yù)置值時(shí)基4. 位存儲器（中間繼電器）M位存儲器用來保存中間操作狀態(tài)和控制信息，其作用相當(dāng)于繼電器控制電路中的中間繼電器。地址編號范圍為M0.0-M31.7共2

9、56點(diǎn)。5. 計(jì)數(shù)器C計(jì)數(shù)器的功能：用于累計(jì)計(jì)數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器的編號：C0-C255。計(jì)數(shù)器的分類：加計(jì)數(shù)器 減計(jì)數(shù)器 加/減計(jì)數(shù)器6累加器AC累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來存放運(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。CPU提供了4個(gè) 32位的累加器，其地址編號為AC0-AC3。累加器的可用長度為32位，可采用字節(jié)、字、雙字的存取方式，按字節(jié)、字只能存取累加器的低8位或低16位，雙字可以存取累加器全部的32 位。 7. 幾個(gè)常用的特殊存儲器SMSM0.0：運(yùn)行監(jiān)視繼電器當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，SM0.0自動處于接通狀態(tài)，當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，SM0.0處于斷開狀態(tài)。SM0.1:

10、初始化脈沖（開機(jī)脈沖）。SM0.4:周期為1分鐘占空比為50%的時(shí)鐘脈沖。SM0.5:周期為1秒鐘占空比為50%的時(shí)鐘脈沖。8順序控制繼電器S順序控制繼電器是專門用于編制順序控制程序的，通常與順序控制繼電器指令一起使用以實(shí)現(xiàn)順序功能圖的編程。順序控制繼電器的地址編號范圍為S0.0-S31.7。1.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式1. S7-200的數(shù)據(jù)長度S7-200的數(shù)據(jù)可以按位、字節(jié)、字和雙字存取。其中1個(gè)二進(jìn)制數(shù)為1位，8個(gè)相連的二進(jìn)制位為1個(gè)字節(jié)（B），2個(gè)字節(jié)組成1個(gè)字（W），2個(gè)字組成1個(gè)雙字（D）。2. S7-200的編址方式位編址：區(qū)域標(biāo)志符+字節(jié)號.位號，如I0.0、Q2

11、.0、M1.2等。字節(jié)編址：區(qū)域標(biāo)志符+B+字節(jié)號，如IB0、QB2、VB20等。字編址：區(qū)域標(biāo)志符+W+起始字節(jié)號，如VW0表示由VB0和VB1這2字節(jié)組成的字。雙字編址：區(qū)域標(biāo)志符+D+起始字節(jié)號，如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。1.5 編程注意事項(xiàng)1觸點(diǎn)不能放在線圈的右邊。2梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。3輸出線圈不能串聯(lián)，但可以并聯(lián)。4除含跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用指令的程序以外，同一操作數(shù)的線圈只能使用一次。5線圈不能直接與左母線相連。6地址編號中不可以出現(xiàn)XX.8和XX.9。7定時(shí)器和計(jì)數(shù)器必須有設(shè)定值。8立即輸出和立即置位指令只能用于輸出量，立即觸點(diǎn)指令只能用于輸入量。

12、9跳轉(zhuǎn)指令和標(biāo)號指令必須成對使用。1.6 梯形圖設(shè)計(jì)方法1.6.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法就是在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時(shí)需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點(diǎn)，最后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，所以把這種方法叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。1.6.2 繼電器電路移植法繼電器電路移植法的一般步驟如下：1認(rèn)真研究繼電器控制電路及有關(guān)資料，深入理解控制要求。2對繼電器控制電路中用到的低壓電器進(jìn)行分析、歸納。繼

13、電器電路圖中的交流接觸器、電磁閥、電磁鐵、信號燈等執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般用PLC的輸出繼電器來控制，它們的線圈接在PLC的輸出端。按鈕、限位開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、速度繼電器等用來提供控制命令和反饋信號，它們的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，一般使用常開觸點(diǎn)。繼電器電路中的中間繼電器和時(shí)間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時(shí)器來完成，它們與PLC的外部接線無關(guān)。熱繼電器的常閉觸點(diǎn)接在PLC的輸出端直接通斷電源更為可靠，梯形圖中不再考慮。3分配IO地址，作出PLC的外部接線圖。4用PLC的軟繼電器符號和IO編號取代原繼電器控制電路中的電氣符號，畫出草圖。5整理梯形圖。圖1-4 順序功能圖的組成1.6.3 順序控制設(shè)

14、計(jì)法1順序控制的定義順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，使生產(chǎn)過程中的每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動有步驟地進(jìn)行操作。2順序控制設(shè)計(jì)法的步驟分析理解系統(tǒng)的控制要求確定I/O地址及中間編程元件地址畫出順序功能圖將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖3順序功能圖的組成要素順序功能圖有五個(gè)組成要素，即步、動作、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖2-1所示。4步的相關(guān)概念將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)順序相連的階段，這些階段稱為步。步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進(jìn)入新的步。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變，但是相鄰兩步輸出量總

15、的狀態(tài)是不同的。用矩形方框表示步，方框中一般用位存儲器或順序控制繼電器的地址來表示該步的編號。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(yīng)的步稱為初始步，用雙線框表示。系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時(shí)，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。5動作的畫法如果某一步有兩個(gè)或多個(gè)動作，其畫法如圖1-5所示。圖1-5 動作的畫法6轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件（1）轉(zhuǎn)換條件的表示方法轉(zhuǎn)換條件的表示方法如圖1-6所示。圖1-6 轉(zhuǎn)換條件的表示方法（2）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 （3）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作使所有的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬?。使所有的前級步變?yōu)椴换顒硬健?順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)有單

16、序列、選擇序列和并行序列。a)單序列 b)選擇序列 c)并行序列圖1-7順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)8繪制順序功能圖時(shí)的注意事項(xiàng)兩個(gè)步絕對不能直接相連，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們分隔開。兩個(gè)轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個(gè)步將它們分隔開。不要漏掉初始步。在順序功能圖中一般應(yīng)有由步和有向連線組成的閉環(huán)。9. 將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖的方法利用起保停方法模板如圖1-8所示。圖1-8 起保停模板利用置位和復(fù)位指令模板如1-9所示。圖1-9 置位復(fù)位模板利用順序控制繼電器指令模板如圖1-10所示。圖1-10 順序控制繼電器指令模板1 硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC選型西門子S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列和CP

17、U22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個(gè)不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號。本次設(shè)計(jì)選用了CPU224型，其主要技術(shù)規(guī)范如表2-1所示。表2-1 CPU224特性特性程序存儲器數(shù)據(jù)存儲區(qū)掉電保持時(shí)間本機(jī)I/OCPU2248192字節(jié)12288字節(jié)8192字節(jié) 100小時(shí)14入/10出特性擴(kuò)展模塊數(shù)量模擬電位器通訊口外形尺寸（mm）CPU2247個(gè)模塊21 RS-485120.5x80x622.2 I/O分配及接線圖本設(shè)計(jì)中，共有2個(gè)輸入按鈕，7個(gè)LED輸出，根據(jù)PLC外部接線圖，我們能得出I/O分配表如表2-2所示I/O分配

18、輸入 輸出啟動按鈕停止按鈕紅燈橙燈黃燈綠燈藍(lán)燈粉燈紫燈 I0.0 I0.1Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6本次課程設(shè)計(jì)共2個(gè)輸入，7個(gè)輸出，硬件電路如下圖所示：3 軟件設(shè)計(jì)3.1 順序功能圖3.2 梯形圖4 工作原理 本次課程設(shè)計(jì)共四個(gè)花樣顯示組成一個(gè)大循環(huán)。其中花樣1需要循環(huán)3遍；花樣2需5秒；花樣3需要循環(huán)3遍；花樣4需要循環(huán)3遍。設(shè)置定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和比較指令，讓其在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得電。工作原理如下；1.主程序：主程序目的是讓4個(gè)花樣顯示子程序得電，按下啟動按鈕I0.0，中間繼電器M0.0、M0.1得電 ，然后T37開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)器C0開始計(jì)數(shù)，此時(shí)運(yùn)行子程序1。子程序1運(yùn)行結(jié)束后，計(jì)數(shù)器C0常開觸點(diǎn)閉合中間繼電器M0.2得電,接通花樣2的子程序，T38開始計(jì)時(shí)。當(dāng)T38計(jì)時(shí)時(shí)間到后，T38常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器M0.2得電，接通花樣3的子程序，T39計(jì)時(shí)，C1開始計(jì)數(shù)。子程序3運(yùn)行結(jié)束，計(jì)數(shù)器C1常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器M0.3得電，接通花樣4子程序，T40計(jì)時(shí)，C2開始計(jì)數(shù)。子程序4運(yùn)行結(jié)束，計(jì)數(shù)器C2常開觸點(diǎn)閉合，計(jì)數(shù)器、時(shí)間繼電器都復(fù)位。然后T37重新開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)器C0重新開始計(jì)數(shù)，又開始運(yùn)行子程序1。2.花樣1：題目要求花樣1共循