畢業(yè)設(shè)計論文—基于PLC的舞臺機械控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計

1、摘要吊桿是一種懸吊裝置，裝在舞臺上空，用它提升景片、掛設(shè)幕布、懸吊燈具等舞臺用具。其數(shù)量眾多，使用頻繁，是舞臺上必備的設(shè)備。傳統(tǒng)的舞臺吊桿控制系統(tǒng)多采用繼電器、接觸器控制方式。由于劇場中的吊桿數(shù)量很多，所需要的繼電器、接觸器數(shù)目龐大，接線復(fù)雜，造成控制系統(tǒng)的可靠性很差?？删幊炭刂破魇莻鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制方式與計算機技術(shù)的完美結(jié)合，具有可靠性高，編程直觀容易的特點，己在工業(yè)控制中獲得廣泛應(yīng)用。另外，目前的PLCfB具備通訊接口，可以與其它PLCE計算機組成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。這些特點決定了PLO舞臺吊桿控制器系統(tǒng)的首選對象。為了便于系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，控制系統(tǒng)應(yīng)具有良好人機對話窗口，即需要上位機對系統(tǒng)

2、進(jìn)行監(jiān)控和管理。近年來，由于組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，基于通用組態(tài)軟件，以IPC為上位監(jiān)控機，以PLE數(shù)據(jù)采集和控制機而構(gòu)成的集散式(分布式)控制系統(tǒng)是主流方向。舞臺吊桿的控制也理當(dāng)順應(yīng)了這一發(fā)展趨勢。本文研究目標(biāo)是研究、開發(fā)一套基于組態(tài)軟件技術(shù)和PLC空制技術(shù)的集散式舞臺吊桿控制系統(tǒng)。具體方案是上位機選用研華工業(yè)控制機，下位機采用西門子S7-300,構(gòu)成單個微機監(jiān)控多個PLC勺分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上位機起監(jiān)控和管理作用，下位機起控制作用。本文研究的主要內(nèi)容是：(1)集散式吊桿控制系統(tǒng)框架的構(gòu)建；(2)上位機吊桿控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件(畫面)的設(shè)計；(3)下位機單臺吊桿定位控制系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：舞臺吊桿；PLC

3、控制；HMI;下位機目錄1. 緒論11.1 選題背景與意義21.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀31.2.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對比41.3 研究的主要內(nèi)容62. 系統(tǒng)概述72.1 舞臺機械設(shè)備的功能與特點72.2 原理框圖82.3 方案的論證與選擇82.3.1 工業(yè)控制概況82.3.2 方案的選擇93. PLC硬件設(shè)計93.1 可編程控制器(PL。概述93.1.1 可編程控制器的功能103.1.2 可編程控制器的基本性能指標(biāo)103.2 PLC型號的選擇113.3 PLC模塊選擇113.3.1 CPU113.3.2 SM321數(shù)字量輸入模塊113.3.3 SM

4、322數(shù)字量輸出模塊123.3.4 SM331模擬量輸入模塊123.3.5 電源模塊(PS3075A)123.4 PLC通信技術(shù)133.4.1 S7-300的通信網(wǎng)絡(luò)133.4.2 通信接口介紹143.5 變頻器153.5.1 變頻器的選型153.5.2 變頻器的工作原理154. 軟件設(shè)計184.1 .S7-300軟件系統(tǒng)介紹184.1.1 PLC編程語言的國際標(biāo)準(zhǔn)184.1.2 STEP7中的編程語言194.1.3 編程語言的選用194.2 程序設(shè)計194.2.1 主程序和子程序的實現(xiàn)195. 設(shè)計總結(jié)245.1 系統(tǒng)的特點與展望245.2 系統(tǒng)的缺陷與改進(jìn)24總結(jié)25致謝26參考文獻(xiàn)27附

5、錄28基于PLC的舞臺機械控制1.緒論1.1 選題背景與意義本設(shè)計以珠江源大劇院舞臺機械控制系統(tǒng)為工程背景，主要是對舞臺的大幕及吊籠的控制。隨著我國經(jīng)濟水平和人民文化生活水平的日益提高，“廣大消費者對文化娛樂設(shè)施提出了更高的要求。劇場使群眾經(jīng)常出入的文化消費場所，努力提高舞臺控制系統(tǒng)的控制水平，進(jìn)而提高整個現(xiàn)代化劇院的檔。劇場是藝術(shù)表演的重要場所，對于劇場的現(xiàn)代化，首先應(yīng)該是舞臺的機械化和自動化。隨著現(xiàn)代化劇場的機械設(shè)備增多以及功能增強，使得舞臺機械設(shè)備的控制問題日益突出。在一場演出中，將需要調(diào)動眾多的設(shè)備為之服務(wù)。演出過程中有些動作效果對設(shè)備的運行參數(shù)要求也是很高的，甚至幾套設(shè)備需要聯(lián)合聯(lián)合

6、起來才能夠完成工作。對于這樣的要求，假如沒有一套良好的控制系統(tǒng)的話，整個演出會很難完美呈現(xiàn)給觀眾的。所以，舞臺機械的控制則是劇場中不可缺少的，它為舞臺演出服務(wù)，實現(xiàn)藝術(shù)表演所要求的各種運動和動作。良好的舞臺機械控制會豐富表演藝術(shù)效果，為藝術(shù)表演增光添彩。舞臺機械根據(jù)其所處位置的不同，可分為臺上機械和臺下機械。臺上機械主要是懸吊機械和幕類機械，它們主要實現(xiàn)升降運動。在舞臺控制中采用合理的控制方法，來達(dá)到準(zhǔn)確、可靠，方便的效果具有重要的意義。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，許多新興城市不斷涌現(xiàn)，許多大、中城市都把建設(shè)現(xiàn)代化的劇院作為提升城市品味和滿足市民文化娛樂需求的重要手段，許多現(xiàn)代

7、化的劇院拔地而起。一座現(xiàn)代化劇場的主要舞臺設(shè)備有機械、燈光和音響三大塊。舞臺機械又可分為臺上機械和臺下機械，臺上機械的豐要設(shè)備為吊桿。根據(jù)劇場的規(guī)模，吊桿的數(shù)量大約在3060道之間，一般應(yīng)具備升降、調(diào)速、定位和編組等功能。因為舞臺吊桿要求定位精度較高，啟動、停止響應(yīng)較快，而且要求運行可靠、操作靈活；所以傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)已難以勝任心。國內(nèi)從事舞臺機械研究單位主要是行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)，多數(shù)牛產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的計算機吊桿系統(tǒng)沒有追蹤、了解最新的控制技術(shù)，控制技術(shù)相對比較落后，不能適應(yīng)現(xiàn)代化劇院對舞臺技術(shù)的要求，表現(xiàn)為系統(tǒng)穩(wěn)定性差、成本高。開發(fā)基于組態(tài)技術(shù)、工控機、PLC勺集散式控制系統(tǒng)是現(xiàn)代吊桿控

8、制技術(shù)的發(fā)展趨勢。組態(tài)軟件是一種控制系統(tǒng)開發(fā)工具，用戶只要根據(jù)應(yīng)用對象和控制任務(wù)的要求，利用組態(tài)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作，就可以得到所需要的軟件功能。組態(tài)軟件正在代替各種計算機語言的軟件開發(fā)，這種搭積木方式的系統(tǒng)構(gòu)成方法使得控制軟件的編制變得相當(dāng)輕松明了，開發(fā)的周期和成本大大降低，而且由于系統(tǒng)是由這些可靠的“積木塊”組成，因而可靠性和可維護(hù)性大大增強。1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國日益地融入到全球化的科技發(fā)展浪潮，以及國內(nèi)文化設(shè)建設(shè)改革開放十多年來，隨著中國社會主義市場經(jīng)濟的逐步完善，我國人民的生活狀況發(fā)生了翻天覆地的變化，人們在物質(zhì)生活逐步富裕的同時，以

9、開始逐步追求精神文化事業(yè)的發(fā)展。近年來，全國各地特別是經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)掀起了文化設(shè)施建設(shè)的熱潮，大量新建改建的劇場急需用高技術(shù)設(shè)備來裝備，各類劇場成為文化設(shè)施建設(shè)中的主角，這正是我國經(jīng)濟迅速發(fā)展、人民生活逐步提高和文化藝術(shù)事業(yè)空前繁榮的具體體現(xiàn)。這些設(shè)施的建設(shè)適應(yīng)了頻繁的文藝演出、各種形式的文化節(jié)、藝術(shù)節(jié)活動和國際文化藝術(shù)交流不斷增長的需要。應(yīng)當(dāng)說，國家大劇院的建設(shè)促進(jìn)和帶動了劇場建設(shè)的發(fā)展，也大大推動了我國舞臺機械及裝備事業(yè)的前進(jìn)步伐。國家大劇院舞臺機械工程的技術(shù)文件已成為劇場建設(shè)中舞臺機械設(shè)計的一個良好的例證，并為規(guī)范舞臺機械行業(yè)的技術(shù)和商業(yè)活動起到較大作用。舞臺設(shè)備發(fā)展到今天，是與致力于這方

10、面研究的眾多科技工作者的辛勤努力分不開的，我們有必要先回顧我國舞臺機械設(shè)備的發(fā)展進(jìn)程。中國傳統(tǒng)的舞臺藝術(shù)以戲劇為主，由于歷史的美學(xué)觀念以及技術(shù)上的原因，明清以前的宮廷戲臺，民間寺廟，茶園和會館中的戲臺都是敞開式舞臺。我國舞臺技術(shù)產(chǎn)業(yè)起步較晚，在194處以前，我國舞臺機械還是一片空白。新中國成立后，隨著舞臺藝術(shù)的蓬勃發(fā)展，對劇場建設(shè)和舞臺機械提出了更高的要求。50年代，我國建成了建國以來第一批具有機械化舞臺的劇場，如：旅大人民文化俱樂部劇場，北京首都劇場，天橋劇場和人民大會堂等。我們可以將70年代以前定為起步階段，此時還陸續(xù)建成了廣州友誼劇院，南寧劇院等，這些劇院都裝備了成套的舞臺機械。但此時的

11、設(shè)備大都是一些功能單一的吊桿機，大幕拉幕機，周定式單層轉(zhuǎn)臺以及樂池液壓升降機等設(shè)備。但當(dāng)時在國內(nèi)并沒有形成生產(chǎn)規(guī)模，而且水平不高，質(zhì)量較低。80年代舞臺技術(shù)產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展時期，此時隨著改革開放的步伐，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，舞臺藝術(shù)百花齊放，給舞臺機械創(chuàng)造了極好的條件，同時提出了更高的要求，綜合聲，光，電子，機電，液控以及計算機技術(shù)創(chuàng)造出了具有當(dāng)時國際先進(jìn)水平的舞臺機械設(shè)備。其中，計算機控制自動定位吊桿機，數(shù)字控制自動定位吊桿機，計算機控制液壓多塊多層同步升降臺，鋼純曳引式薄型升降臺，絲杠傳動雙層剪刀撐組合升降臺，絲杠傳動雙片剪刀撐子母升降臺，防火隔音隔離幕，變頻調(diào)速升降對開無級大幕，旋轉(zhuǎn)餐廳，迪斯科

12、舞廳升降飛碟燈架，對開活動燈架，雜技廳旋轉(zhuǎn)飛人機構(gòu)和活等都具有時代特色。國內(nèi)相繼出現(xiàn)了舞臺機械制造的專業(yè)廠，投入到了研制，設(shè)計開發(fā)和制造安裝的全過程，開發(fā)出了較高水平的產(chǎn)品，為全國數(shù)百家大小劇場分別提供了不同檔次，不同種類的成套設(shè)備。其中，北京的“中國劇院”，“中國文聯(lián)劇場”，四川“錦城藝術(shù)宮”，長春“吉林省東方大劇院”，濟南軍區(qū)“八一禮學(xué)”等，都是裝備的全部國內(nèi)設(shè)計制造的機械設(shè)備。主要有大幕拉幕機，電動吊桿機，燈光吊籠，假臺口，液壓雙層三片升降臺和機械車臺等?？刂剖侄尾捎昧穗娨罕壤郊夹g(shù)，數(shù)字脈沖吊桿自動定位技術(shù)和計算機控制技術(shù)，使國內(nèi)舞臺機械制造技術(shù)和控制技術(shù)都邁上了新的臺階。進(jìn)入90年

13、代，隨著話劇、戲曲、音樂、舞劇、雜技、電視等多元文化的興起，包括人們自娛自樂方式的多樣發(fā)展，國內(nèi)的劇場、文化館、演播廳、歌舞廳的建設(shè)進(jìn)入高潮。在國內(nèi)基礎(chǔ)工業(yè)大力發(fā)展的基層上，國外新技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料的不斷涌入，使國內(nèi)舞臺機械設(shè)備的成套能力大大增強，從舞臺機械的設(shè)計手段、采用標(biāo)準(zhǔn)、專用零部件的選用等方面逐漸與國際接軌，單項指標(biāo)接近或逐漸接近國際先進(jìn)水平。如：北京首都劇院新設(shè)計的樂池升降臺分成3塊，采用10臺螺旋升降器(Spiraifts),這是國內(nèi)舞臺機械總包方首次采用加拿大專利技術(shù)；電動吊桿則分別采用了伺服控制技術(shù)和矢量變頻技術(shù)，定位、重復(fù)定位精度可達(dá)士3m電動機、減速器采用的是德國獨資、天

14、津SEVW動設(shè)備廠生產(chǎn)的產(chǎn)品。新世紀(jì)的標(biāo)志性建筑“中華世紀(jì)壇”的轉(zhuǎn)動壇面“乾”，是機械與藝術(shù)結(jié)合的又一力作，轉(zhuǎn)動的壇面直徑47ml面積1700T方米,里19.40坡形，承載量3200噸,2.6到55小時轉(zhuǎn)動一圈。組成支撐運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的內(nèi)圈有32個行星輪。外圈有64個行星輪。因為偏心的原因，16套傳動裝置并不是均勻布置，內(nèi)、外圈分別在內(nèi)外兩個軌道上運行。如此巨大的旋轉(zhuǎn)體，在露天放簧、低速、偏心等條件下平穩(wěn)、精確、低速地運行、在國內(nèi)乃至世界上也極為少見。值得指出的是就在國內(nèi)舞臺機械制造業(yè)迅速崛起的同時，受到擁有先進(jìn)科技的外國企業(yè)的挑戰(zhàn)。1985年的深圳大劇院，是國內(nèi)首次引進(jìn)國外舞臺機械設(shè)備建成的大劇院

15、，其中臺上設(shè)備由國內(nèi)設(shè)計、加工，臺下設(shè)備由英國劇場技術(shù)公司（T.T）提供。90年代初，北京保利國際劇院、二十一世紀(jì)劇院的全部臺下、臺上設(shè)備分別由英國T.T公司和日本三精公司提供。1997年開始使用的上海大劇院的舞臺機械設(shè)備由日本三菱公司總包，臺上設(shè)備為韓國中央綜合舞臺設(shè)備公司的產(chǎn)品，臺下為三菱公司的產(chǎn)品，其中設(shè)備的安裝、部分鋼結(jié)構(gòu)的加工由國內(nèi)配合。解放前，我國舞臺機械的發(fā)展非常緩慢，設(shè)備極其簡陋。隨著新中國的建立，在物質(zhì)生活水平提高的同時，人們迫切需要提高科學(xué)文化水平，黨和政府非常重視人民群眾文化事業(yè)的發(fā)展，早在五十年代初就興建了一批有代表性的典型劇場，配備了相當(dāng)數(shù)量的舞臺機械設(shè)備：如手動吊桿

16、，假臺口，電動垂直吊桿等，雖然控制手段還比較落后，但畢竟有了自己的舞臺設(shè)備。到了六、七十年代，我國建成了一大批相對規(guī)模較大的劇場，最典型的是北京的人民大會堂，另外還有廣州的友誼劇院、長沙青年富、杭州劇院等。這些劇院都設(shè)置了較先進(jìn)的平衡手動吊桿和假臺口、甚至還有升降樂池。但在舞臺機械方面，還沒有什么突破，不可否認(rèn)，在舞臺機械的發(fā)展方面，我國與發(fā)達(dá)國家還有相當(dāng)大的差距。進(jìn)入八十年代以后由于我國經(jīng)濟條件好轉(zhuǎn)，先后根據(jù)各自不同的演出功能要求，設(shè)計了各種不同類型的舞臺機械：用于戲劇表演的中央戲劇學(xué)院排演場、用于歌舞表演的中國劇院、用于話劇演出的中國少兒藝術(shù)尉院等，這些舞臺機械適應(yīng)了不同的演出要求，豐富了

17、人民的業(yè)余文化生活。進(jìn)入九十年代初，我國在舞臺機械方面又有了長足進(jìn)步，先后建成了深圳大劇院等一系列大型的較先進(jìn)的現(xiàn)代化影劇院。這些劇院的舞臺機械已經(jīng)較為齊全，如臺上舞臺機械有勻速吊桿、電動伸縮大幕、活動假臺口，還有燈光渡橋、燈光調(diào)籠、大幕燈架等。臺下舞臺機械有升降樂池、樂池升降欄桿、舞臺升降臺、車臺。特別是后舞臺還有移動式轉(zhuǎn)臺，該設(shè)備具有可以電動行走到主臺并可以旋轉(zhuǎn)的功能，技術(shù)含量較高，應(yīng)用較方便。這時，我國的舞臺機械化程度與世界先進(jìn)水平之間的差距己逐漸縮小。近年來，由于科技的不斷發(fā)展，特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)，計算機的迅猛發(fā)展，眾多科技人員將計算機用于舞臺機械的控制。1,逐漸形成了現(xiàn)代化的計算機

18、舞臺控制系統(tǒng)。1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀舞臺機械是為了使演出的效果更加完美從而引領(lǐng)觀眾進(jìn)入更深的藝術(shù)境界而采用的各類機械裝置的總稱，是藝術(shù)創(chuàng)作必不可少的科學(xué)技術(shù)結(jié)晶。它與其它產(chǎn)業(yè)機械一樣，屬于機電設(shè)備，只不過它服務(wù)于舞臺演出，實現(xiàn)藝術(shù)表演所要求的各種運動和動作為了適應(yīng)當(dāng)代表演藝術(shù)的要求，舞臺機械也需要精度、系列化的機械系統(tǒng)。由于采用了先進(jìn)的技術(shù)，因此控制精度可以達(dá)到很高，平穩(wěn)性、寧靜度、全性等也均能滿足使用要求，令演出成為更加絢麗多彩的舞臺藝術(shù)，滿足人們高尚的精神需要。國外舞臺機械的發(fā)展以歐洲為典型，最早在17世紀(jì)出現(xiàn)了鏡框式舞臺，為舞臺機械的使用提供了載體，在此之前則普遍是露天劇場以及觀眾環(huán)繞

19、的敞開式舞臺。舞臺設(shè)備只有少量的木制器具，還算不上真正的舞臺機械。19世紀(jì)后期，歐洲出現(xiàn)了木鐵合制的較為復(fù)雜的舞臺機械。大都用人力推動絞盤驅(qū)動，通過復(fù)雜的滑車?yán)K索系統(tǒng)傳動來實現(xiàn)其動作。1876年落成的巴黎大劇院舞臺第一個安裝了水壓式的機械升降臺。1896年，電力驅(qū)動的轉(zhuǎn)臺出現(xiàn)于德國慕尼黑地方劇院。190的到1914年間德來士頓國家劇場把升降臺與車臺結(jié)合起來形成了世界上第一個混合型的機械舞臺。從18世紀(jì)末到19世紀(jì)卡訂的近百年間，歐洲的舞臺機及其控制技術(shù)隨著舞臺藝術(shù)和1：業(yè)技術(shù)的發(fā)展而空前發(fā)展。目前發(fā)達(dá)國家舞臺技術(shù)產(chǎn)品發(fā)展得很快。有人說，存西方高新技術(shù)應(yīng)用得最集中的，除了軍事部門，就是藝術(shù)娛樂業(yè)

20、了。西方的經(jīng)典劇目，雖劇本內(nèi)容基本不變，但隨著新技術(shù)、新材料、新概念的出現(xiàn)，舞臺美術(shù)總是追求不斷創(chuàng)出新意，經(jīng)常能看到精心設(shè)計的新形式、新形象，因而能常演常新。如美國百老匯的音樂劇，法國麗都、紅磨坊的歌舞，這類商業(yè)性演出以及迪斯尼、拉斯維加斯、好萊塢等娛樂場所，更是充分運用資金優(yōu)勢，刻意標(biāo)新立異，用盡一切高新技術(shù)手段。舞臺上船艇破浪，直升飛機由大而降，一切都有如真的，吸引觀眾身臨其境，感受其神奇的意境。總之，國外在舞臺機械設(shè)備的設(shè)計、制造、尤其是控制系統(tǒng)運用了更多的高新技術(shù)成果：如計算機技術(shù).數(shù)控技術(shù)，液壓技術(shù)，傳感反饋技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)，DC駁術(shù)等等，這些新技術(shù)的應(yīng)用使得機械設(shè)各的運行速度，空

21、間位置變化豐富多彩，使推，拉，升，降，轉(zhuǎn)各種功能的組合變化更加靈活，舞臺藝術(shù)更完美、更逼真。從18世紀(jì)到20世紀(jì)，美國舞臺的發(fā)展與政治、經(jīng)濟、科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展齊頭并進(jìn)，同步發(fā)展，也正是在這段時間里美國從一個英國殖民地變成了現(xiàn)在強大的世界超級大國。所以你們也應(yīng)該不會感到意外，美國舞臺在18、19世紀(jì)引進(jìn)并模仿了很多英國的舞臺技術(shù)。只有在20世紀(jì)和21世紀(jì)，美國才開始發(fā)展它自己舞臺技術(shù)，并創(chuàng)立了一種特殊的美國風(fēng)格的舞臺美術(shù)設(shè)計。1.2.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對比(1)整體工藝配置：在舞臺工藝設(shè)置的研究、設(shè)備選型、設(shè)備技術(shù)參數(shù)的正確、合理確定方面，我國的工程技術(shù)人員相對經(jīng)驗不足，在決定使用功能這個根本問

22、題上與國外有一定差別。(2)機械設(shè)計水平：在機械設(shè)計中對設(shè)備的適應(yīng)性、靈活性、特別是安全性的要求考慮不周，與國外設(shè)計相比有一定差距。由于設(shè)計中對關(guān)鍵性的要求、對設(shè)備控制的要求不明確等原因，使得設(shè)備在整體性能上不夠理想。(3)基礎(chǔ)元器件、制造加工業(yè)：國內(nèi)工業(yè)基礎(chǔ)決定了基礎(chǔ)元器件的選擇余地有一定的局限性，此外，初機械制造加工本身的原因，以及如企業(yè)內(nèi)部的管理、加工技術(shù)能力、檢測手段等因素外，面f臨的主要問題是無相應(yīng)的舞臺機械標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范可依。(4)控制系統(tǒng)：由于對演出及演出中機械設(shè)備的作用理解不夠，造成控制系統(tǒng)的設(shè)計在滿足舞臺表演的特殊要求方面有一定欠缺，如；可靠性、安全性考慮較好。靈活性差些。在多變

23、性(重復(fù)、插入、修改等)的差距較大，采用的電器元器件的質(zhì)量壽命也有一定的差距，歐洲舞臺機械控制系統(tǒng)的共同特點是滿足DINV19250第5級安全標(biāo)準(zhǔn)；軸控制器和計算機控制系統(tǒng)為亢余配置；采用10Mbil/S總線傳輸數(shù)據(jù)：電器硬件基于工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)；軟件是各公司為舞臺專門開發(fā)；兼有電磁兼容（EMC歿計；具有場景運行、記憶運行、手動運行、輔助運行、手動介入和應(yīng)急控制等功能。（5）投資角度：我國劇場建設(shè)中舞臺機械投資比例偏低，使得一些新技術(shù)、新材料難以在劇場中應(yīng)用，影響了機械設(shè)備總體性能。國內(nèi)外一些改造劇場的情況表明，機械本體的投資往往是一次性的，能用上幾十年甚至上百年，而多年以后重新改造的往往是電器控制

24、系統(tǒng)。早期的吊桿控制是采用繼電器一一接觸器控制。由于舞臺上吊桿數(shù)量眾多，相應(yīng)地所需繼電器和接觸器的數(shù)量非?？捎^，接線也非常復(fù)雜，再加上繼電器一一接觸器控制是有觸點控制，使得控制系統(tǒng)的可靠性較差。由于繼電器一一接觸器控制僅是簡單的開關(guān)控制，無計數(shù)、參數(shù)調(diào)節(jié)等功能，故不能實現(xiàn)舞臺機械的定點定位控制和無級變速控制。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，使得舞臺吊桿的定位控制、參數(shù)控制成為可能。早期的計算機吊桿控制是采用單片機控制，行業(yè)內(nèi)稱它們?yōu)閿?shù)字控制吊桿控制系統(tǒng)。以單片機為核心的計算機測控系統(tǒng)的突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)小型、價格低廉，因此廣泛應(yīng)用于智能儀器、儀表和小規(guī)模的測控系統(tǒng)中妲1。其缺點是硬件電路和軟件系統(tǒng)都要單

25、獨設(shè)計，不能充分利用通用PCL提供的各種軟硬件資源，對設(shè)計人員的要求較高，產(chǎn)品不具有通用性。目前在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用最多的是各種智能顯示調(diào)節(jié)儀表和智能變換器。PL久由繼電器控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)結(jié)合發(fā)展起來的控制器，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)牛產(chǎn)的各個領(lǐng)域，特別適合于以開關(guān)量為主的邏輯控制系統(tǒng)中，已成為控制的主要手段。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLCt具備了模擬量控制功能。以工PE核心的計算機測控系統(tǒng)，最大優(yōu)點是可充分利用一般計算機提供的各種軟件和硬件資源，不僅開發(fā)方便，更可利用windows或其他操作系統(tǒng)，方便地進(jìn)行生產(chǎn)的監(jiān)控管理。早期應(yīng)用中，系統(tǒng)是以PO為核心，設(shè)計人員根據(jù)需要設(shè)計好系統(tǒng)需要的I/O&#

26、174;口電路，將其插入PC勺擴展槽中，再利用C?通用程序設(shè)計語言進(jìn)行軟件設(shè)計開發(fā)。這種系統(tǒng)存在兩個問題：1 .普通PCL不適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾嚴(yán)重、高粉塵、震動等惡劣環(huán)境，也不針對那么多的I/0設(shè)計。2 .需要單獨設(shè)計I/QR口電路，獨立開發(fā)系統(tǒng)軟件。為了解決這些問題，先后出現(xiàn)了專門適應(yīng)于工業(yè)控制需要的計算機即工業(yè)PC機（IPC）,專門的各種通用接口電路，如A/DD/A板卡及模塊，專門用于工控由簡單易學(xué)的開發(fā)工具一一組態(tài)軟件。更重要的是，為了使三種控制技術(shù)發(fā)揮各自所長，許多智能儀表和PLC®開發(fā)了與IPC通信的通信模塊。這樣，IPC、基于單片機的智能儀表和PLCT以共存于一個系統(tǒng)

27、中，構(gòu)成集散式計算機控制系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，智能儀表和PLCI成信號的前沿檢測和控制功能，IPC和組態(tài)軟件則用于系統(tǒng)的監(jiān)控?？梢哉f，基于組態(tài)控制技術(shù)的計算機測控系統(tǒng)是計算機控制技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，其基本內(nèi)涵在于系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件開發(fā)都具有“組態(tài)”性。這也是目前舞臺機械（包括舞臺吊桿）控制系統(tǒng)研究開發(fā)的趨勢。由此，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，吊桿的控制方式經(jīng)歷了從繼電器一一接觸器控制系統(tǒng)到計算機控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了單片機控制到PLC空制。吊桿的控制功能也經(jīng)歷了從無任意定位功能到有任意定位功能，從無調(diào)速功能到有調(diào)速功能，從無參數(shù)存儲功能到有參數(shù)記憶功能的發(fā)展過程。近年來，由于組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，基

28、于通用組態(tài)軟件，以IPC為上位監(jiān)控機，以PLE數(shù)據(jù)采集和控制機而構(gòu)成的集散式（分布式）控制系統(tǒng)是豐流方向。而嵌入式系統(tǒng)，因其開發(fā)能力要求高，盡管硬件成本較低，目前還不太適合于舞臺吊桿控制系統(tǒng)中。1.3研究的主要內(nèi)容本文主要研究PLC&成的集散式控制系統(tǒng)在現(xiàn)代舞臺吊桿控制技術(shù)中的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容或要達(dá)到的主要功能如下：在臺倉兩側(cè)、側(cè)臺兩側(cè)、總監(jiān)室、設(shè)備層兩側(cè)各裝一個緊急停止按鈕，信號分別進(jìn)入PLG做緊急停止控制；臺倉兩側(cè)緊急停止按鈕停止臺面設(shè)備運行；設(shè)備層兩側(cè)緊急停止按鈕停止臺上設(shè)備運行；側(cè)臺兩側(cè)、總監(jiān)室緊急停止按鈕停止所有設(shè)備運行。(1)吊桿控制要分別考慮過流過載保護(hù)、松純保護(hù)、上下

29、運動互鎖等條件。(2)定位吊桿、燈光吊桿的速度為0.3m/s,編碼器每個脈沖對應(yīng)2mm(3)調(diào)速吊桿的調(diào)速范圍050H乙(4)變頻調(diào)速用端子控制。(5)計算機控制還應(yīng)具有編程功能，就是將整個劇目需要運行的設(shè)備設(shè)置成多個場次，通過時間和位置控制，編成程序，在上位機監(jiān)控下，按單場/全場兩種方式運行。為此應(yīng)建立過程數(shù)據(jù)庫，用來儲存輸入的數(shù)字量、模擬量、數(shù)字輸出、模擬輸出或者計算塊、功能塊等過程控制的指令代碼，通過應(yīng)用程序來完成一個控制或監(jiān)視。擬要解決的關(guān)鍵問題，控制系統(tǒng)必須達(dá)到較高的可靠性，具體的措施(1)采取自動控制和手動控制兩套系統(tǒng)，互為備份；(2)采用分散控制，集中管理的模式。上位機僅起管理、

30、監(jiān)控、顯示、編輯、保存等作用，控制功能由可靠性較高的可編程控制器控制，而且每道吊桿由各自獨立的PLC空制，相互不影響。2、定位精度一一吊桿的定位精度必須滿足演出要求，但精度也不是越高越好，一般為5mrW可。要達(dá)到這個精度，必須采用高速計數(shù)方式。3、界面友好性一一這是任何系統(tǒng)都應(yīng)具備的條件，吊桿控制系統(tǒng)也不例外。202 .系統(tǒng)概述2.1 舞臺機械設(shè)備的功能與特點舞臺機械種類繁多，運動形式變化多樣，結(jié)構(gòu)龐大，且無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備運行速度、空間位置變化豐富多彩，推、拉、升、降各種組合變化靈活。按舞臺機械在舞臺中的空間位置可將舞臺機械分為臺上部分和臺面部分。臺上部分主要是防火大幕、對開大幕、假臺口、燈光

31、渡橋、燈光吊籠、吊桿類、吊掛類和幕類機械，實現(xiàn)升降和水平運動；臺面設(shè)備包括主升降臺、側(cè)車臺、后車臺、大轉(zhuǎn)臺、車臺、車臺補臺、微動補臺、升降樂池和欄桿車臺等，主要完成平移、轉(zhuǎn)動、和升降運動。下面將各種舞臺機械簡要介紹：(1)幕類機械大幕是舞臺上使用最頻繁的設(shè)備之一，采用無級調(diào)速控制，使大幕的運動隨劇情需要，可隨時變化速度，起到烘托藝術(shù)氛圍的作用，均有伸縮式的開合可使幕布在運動中呈現(xiàn)均勻折疊，美觀大方。起落對開大幕實現(xiàn)二維運動，絲杠式卷筒驅(qū)動對開，起落對開均為無極調(diào)速，可隨時控制快、慢、啟、停，運動靈活。電動對開二道幕是劇場演出時換景、換場的重要設(shè)備，起分割演出區(qū)域的作用。采用電動對開，還可以隨吊

32、桿升降，并可安裝在任何一道吊桿上。止匕外，還有前沿幕、吸音幕、防火隔離幕等幕類裝置。(2)吊掛類機械活動假臺口具有改變臺口尺寸、安裝各種燈具、適當(dāng)調(diào)節(jié)音響效果、進(jìn)行特技攝影等功能?；顒蛹倥_口有電動曳引式升降片和電動左右側(cè)片組成，三片均可上人操作。燈光渡橋是用于舞臺上部布置頂燈燈具的主要設(shè)備。它可將舞臺兩側(cè)的一層天橋通過碼頭連接起來，工作人員可在其上方便地調(diào)節(jié)燈光。采用電動曳引帶配重的方式驅(qū)動。燈光吊籠是舞臺上布置側(cè)光燈具的設(shè)備。為框架結(jié)構(gòu)，有二層上人平臺，可操作燈光，備有伸縮梯可供操作人員上下。按不同的要求實現(xiàn)電動垂直升降、臺深平移和臺心平移及任意組合運動(三維)。燈光排架是布置頂光的機械設(shè)備

33、，采用電動曳引驅(qū)動。還有吸音體、活動燈光墻和聲反射罩等。(3)吊桿類機械電動、手動兩用吊桿采用曳引式帶配重的驅(qū)動方式。具有電動吊桿易操作、易管理、省力的特點，也具有手動吊桿“跟戲好”，便于應(yīng)急的特點。電動、手動切換容易。止匕外，還有電動吊桿、手動復(fù)式吊桿、手動單式吊桿和垂直吊桿等。(4)臺類機械大型多層多塊升降臺是以液壓驅(qū)動，由計算機實現(xiàn)實時分時控制的多功能升降設(shè)備。各塊、各層均可單獨運動或同步聯(lián)動，構(gòu)成各種不同高度的臺階，組成大型立體道具。大型組合旋轉(zhuǎn)臺可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)中有升降、轉(zhuǎn)中有臺階、轉(zhuǎn)動中有轉(zhuǎn)動的運動運動效果。設(shè)備采用浮動式自壓緊摩擦驅(qū)動裝置驅(qū)動。利用計算機控制、實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺、反可逆旋轉(zhuǎn)及無級

34、調(diào)速。操作方便，定位準(zhǔn)確，運行平穩(wěn)。大型機械車臺是實現(xiàn)舞臺大面積大行程平移的機械設(shè)備。可根據(jù)劇情參加演出，能迅速準(zhǔn)確地實現(xiàn)按場，換景等。采用有效的導(dǎo)向系統(tǒng)，使車臺在移動過程中與固定臺的間隙小，運行平穩(wěn)。速度能實現(xiàn)無級變化，使演出更加逼真。液壓升降樂池是樂隊演出的場所，利用樂池升降機可擴大觀眾廳，擴大舞臺，延伸表演區(qū)。采用液壓技術(shù)，升降平穩(wěn)，噪音低。并通過剪插結(jié)構(gòu)使行程放大。組合式升降樂池采用絲杠傳動實現(xiàn)垂直升降。在樂池臺面下組合臺能伸縮并補平的機械裝置。樂池升起后，伸縮臺向觀眾廳伸出并補平臺面。補平臺、伸縮臺先后復(fù)位后，可降至觀眾廳和樂池面.主要用于傳統(tǒng)戲劇、時裝表演和樂隊演奏。(5)吊桿簡介

35、吊桿是一種懸吊裝置，裝在舞臺上空，用它提升景片、掛設(shè)幕布、懸吊燈具等。它的數(shù)量多、使用頻繁，是舞臺上必備的設(shè)備。它與起重卷揚機的構(gòu)造基本相同，其不同之處在于它通過桿體吊起景物、燈具或幕布等，桿體較長，故吊點較多，一般為46個吊點。單臺吊桿的主要技術(shù)參數(shù)有：吊重4000N-8000N,速度O-0.8ms,行程1820m。吊桿的控制主要為控制速度、位置(行程)，使操作者能方便、可靠地實現(xiàn)預(yù)定的運行速度和位置精度。同時，還應(yīng)具備單根吊桿的單控功能，多根吊桿的組控功能。2.2 原理框圖系統(tǒng)原理框圖如圖2.2所示。作臺AD閽452。PLC柜電源土制柜消壓傳浦機構(gòu)吊杵的蚩茴圖2.22.3 方案的論證與選擇

36、2.3.1 工業(yè)控制概況可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicalController)簡稱為PLC是繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機相結(jié)合的產(chǎn)物。在工廠自動化中有廣泛應(yīng)用。PLC的功能條件控制、定時控制、計數(shù)控制、順序控制、數(shù)據(jù)處理、通信與連網(wǎng)功能等。PLC的特點可靠性高、編程容易、組合靈活、輸入/輸出功能模塊齊全、安裝方便、運行速度快等。PLC廣泛用于工廠自動化系統(tǒng)，由于其成本低，性能可靠，目前是工廠里應(yīng)用最廣泛的邏輯器件。單片機顧名思義實際上就是一個一片IC就是一個最簡單的計算機，自己可以往里寫程序，用途也非常廣泛，主要用于一些智能化的儀表，家電等，體積小。DC輿前幾年比較流行的計

37、算機離散控制系統(tǒng)，主要用于過程控制，比如化工冶金等行業(yè)，近幾年時髦起來的FCS叫現(xiàn)場總線，說是DCS勺替代，但是有的地方還不是很成熟，在相當(dāng)一段時間里這兩種系統(tǒng)會共存。2.3.2 方案的選擇單片機的編程麻煩，可讀性差，實時控制不太占優(yōu)勢，但是他的成本低，控制方式比較靈活，單片機技術(shù)含量高，使用靈活但是工作量很大的，對于抗干擾、模塊化要求低，成本低廉，應(yīng)用廣泛。特別適合于開發(fā)消費電子、商業(yè)應(yīng)用的電子、玩具、家電等等。PLC對于實時控制來說就比較優(yōu)越，他的編程方式簡單，可以用指令或是梯形圖來進(jìn)行編程，易學(xué)易懂，但是成本較高，適合用于工業(yè)控制。優(yōu)勢為高可靠性和穩(wěn)定性。缺陷是PLC的體系結(jié)構(gòu)是封閉的，

38、各PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統(tǒng)也各異，當(dāng)用戶選擇了一種PLC產(chǎn)品后，必須選擇與其相應(yīng)的控制規(guī)程，并且學(xué)習(xí)特定的編程語言。PLC是專為工業(yè)自動化設(shè)計的，在控制電路這一塊，功能的強大是前兩者無法比擬的，通過多種多樣的擴展模塊，使外部接線量小、內(nèi)部工作性能的可靠性高，易學(xué)易懂，雖然單個CPU©,但性價比是最高的目前工控機的劣勢盡管工控機與普通的商用計算機機相比，具有得天獨厚的優(yōu)勢，但其劣勢也是非常明顯的-數(shù)據(jù)處理能力差，具體如下：(1)配置硬盤容量小；(2)數(shù)據(jù)安全性低；(3)存儲選擇性小。綜合比較單片機、可編程控制器(PLQ、工控機等的優(yōu)缺點和控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的控制要

39、求，確定由可編程控制器來實現(xiàn)對系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。3 .PLC硬件設(shè)計3.1 可編程控制器(PLQ概述可編程控制器(Programmablecontroler簡稱PQ,早期稱為可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogiccontroler簡稱PLQ,是專門為工業(yè)自動控制而設(shè)計的一種控制裝置。鑒于現(xiàn)在PC已成為個人計算機(PersonalComputer)的代名詞，為避免混淆，一般仍將PLC作為可編程控制器的簡稱。4 .1.1可編程控制器的功能可編程控制器的主要功能有：邏輯控制功能。用PLC的與、或、非指令取代繼電器觸電串聯(lián)、并聯(lián)和其他邏輯連接，進(jìn)行開關(guān)控制。(1)定時/計數(shù)控制功能。用P

40、LC提供的定時器、計數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制。(2)順序控制功能。用步進(jìn)指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成后，才能進(jìn)行下一道工序操作的控制。(3)數(shù)據(jù)處理功能。PLC能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)值轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算與邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。(4)A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能。通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。(5)運動控制功能。通過高速計數(shù)模塊和位置控制模塊等進(jìn)行單軸或多軸控(6)過程控制功能。通過PLC的PID控制模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理量進(jìn)行閉環(huán)控制。(7)擴展功能。通過連接輸入輸出擴展單元(即I/O擴展單元)模塊來增加輸入輸

41、出點數(shù)，也可以通過附加各種智能單元及特殊功能但原來提高PLC的控制能力。(8)遠(yuǎn)程控制功能。通過遠(yuǎn)程I/O單元將分散在遠(yuǎn)距離的各種輸入輸出設(shè)備與PLC主機相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。(9)通信聯(lián)網(wǎng)功能。通過PLC之間或與主控計算機的聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)較大規(guī)模的系統(tǒng)控制。(10)監(jiān)控功能。PLC能構(gòu)建時系統(tǒng)運行的狀態(tài)，對異常情況進(jìn)行報警、顯示、故障診斷以及自動終止其運行。5 .1.2可編程控制器的基本性能指標(biāo)輸入輸出點數(shù)(I/O點數(shù))指可編程控制器外部輸入輸出端子數(shù)，這是PLC的一項非常重要的技術(shù)指標(biāo)，常用I/O點數(shù)來表征PLC的規(guī)模。(1)掃描速度一般只PLC執(zhí)行一條指令的時間，單位為us/步；有時也以執(zhí)行

42、一千條指令的時間來計算，單位為ms/千步。(2)內(nèi)存數(shù)量一般指PLC存儲用戶程序的多少。指令條數(shù)指令條數(shù)(指令種類)的多少是衡量PLC軟件功能強弱的主要指標(biāo)。(3)內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器的配置情況是衡量PLC硬件功能的一個指標(biāo)。(4)高功能模塊將高功能模塊與主模塊搭配，可實現(xiàn)一些特殊功能。常用的高功能模塊有：A/D模塊、D/A模塊、高速計數(shù)模塊、位置控制模塊、通信模塊、高級語言編輯模塊等等。另外，使用PLC時，還應(yīng)該考慮電源電壓、抗噪聲性能、直流輸出電壓、環(huán)境溫度、濕度、質(zhì)量和外形尺寸等性能指標(biāo)。3.2 PLC型號的選擇目前，PLC在國際市場上已經(jīng)成為非常暢銷的工業(yè)控制產(chǎn)品，采用PLC設(shè)計自動控

43、制系統(tǒng)已經(jīng)成為世界潮流。PLC的生產(chǎn)廠家和品種很多，其中著名的廠商有：美國的AB（ALLEN-BRADLY）司、通用電氣公司等。歐洲有德國的西門子（SIEMENS公司，法國的TE公司等。日本有OMREN歐姆龍）、三菱、富士等公司。中國從20世紀(jì)70年代后期相繼引進(jìn)了PLC控制系統(tǒng)和PLC生產(chǎn)線，進(jìn)入90年代，PLC的應(yīng)用已滲透到了國名經(jīng)濟的各個部門和工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域,例如：在上海寶鋼建設(shè)的一、二期工程中，就使用了國外12個廠家30多種機型，共計600多臺PLG目前國內(nèi)也已經(jīng)自行研制、開發(fā)、生產(chǎn)出許多小型PLG應(yīng)用于工廠的自動化系統(tǒng)中。德國西門子公司的可編程控制器SIMATICS5系列產(chǎn)品在中

44、國較早形成市場，在大部分工業(yè)生產(chǎn)過程自動化控制領(lǐng)域，都得到過成功的應(yīng)用，并開發(fā)了占有市場的一些標(biāo)準(zhǔn)的硬件和軟件。1996年SIMEN泌司才t出SIMATICS7系列的PLG它包括小型PLCS7-200,中型PLCS7-300,大型PLCS7-400。3.3 PLC模塊選擇本系統(tǒng)選擇西門子S7-300系列PLC進(jìn)行設(shè)計。S7-300系列PLC是一種通用型PLG能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合，尤其是在生產(chǎn)制造工程中的應(yīng)用。S7-300基于模塊化、無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，配置靈活、安裝簡單、維護(hù)容易、擴展方便，各種模塊可以進(jìn)行廣泛的組合和擴展。構(gòu)成系統(tǒng)的主要模塊有：中央處理器單元（

45、CPU、信號模塊（SM）、通行處理模塊（CP）、功能模塊（FM）;輔助模塊有：電源模塊（PS）、接口模塊（IM）;特殊模塊有：占位模塊（DM370）、仿真模塊（SM374）。3.3.1 CPUS7-300系列PLC屬于西門子PLC產(chǎn)品中的中檔產(chǎn)品，擁有各種不同性能的CPU真塊，以滿足不同的需要。標(biāo)準(zhǔn)型CPUI元模塊一般包才5:后備電池、DC24V連接器、模式選擇開關(guān)、狀態(tài)機故障指示器、RS-485編程接口、MPI。CPU313以上產(chǎn)品還配有微存儲器（MMC（用于在斷電時保存用戶程序及數(shù)據(jù)）。部分CPU還配置有PROFIBUSDP現(xiàn)場總線接口）或PtP（點對點）串行通信接口。緊湊型CPUK集成有

46、數(shù)字量和模擬量I/O通道。根據(jù)控制系統(tǒng)對CPU的要求，同時分析其功能，確定選擇CPU313C真塊。3.3.2 SM321數(shù)字量輸入模塊SM321數(shù)字量輸入模塊用于連接工業(yè)現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)、二線制接近開關(guān)（BERO等數(shù)字量（或開關(guān)量）輸出器件。為了防止信號干擾模塊內(nèi)部均設(shè)有濾波器，為了將來自現(xiàn)場的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部信號電平，內(nèi)部還設(shè)置了光電隔離電路，允許連接的非屏蔽電纜最長為600米，屏蔽電纜最長為1kmiSM32做字量輸入模塊有兩種基本的信號類型：直流信號輸入和交流信號輸入。系統(tǒng)的數(shù)字量輸入模塊的主要任務(wù)是故障輸入，而在軟件編程環(huán)節(jié)，擬用中斷的方式處理故障，因此，選用VDC帶硬件和診斷

47、中斷以及時鐘功能的DI模塊SM321訂貨號為：6ES7321-7BH01-0AB0）。SM321（DI16X24VDC帶硬件和診斷中斷的數(shù)字量輸入模板）具有以下顯著特性：16個輸入點，帶隔離，16點為一組額定輸入電壓24VDC輸入特性曲線符合IEC61131,類型2適用于開關(guān)和2/3/4線BER或近開關(guān)）2個防短路的傳感器電源對傳感器可適用外部冗余電源“Sensorsupply（Vs）O.K.”（傳感器電源（Vs）O.K.）狀態(tài)指示燈LED組故障LED在“RUN模式下可修改參數(shù)可編程的診斷可編程的診斷中斷可編程的硬件中斷可編程的輸入延時3.3.3 SM322數(shù)字量輸出模塊SM32數(shù)字量輸出,K

48、塊用于將S7-300PLC內(nèi)部的信號電平轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場所需要的外部信號電平，其內(nèi)部均有電隔離電路及功率驅(qū)動電路，可直接驅(qū)動電磁閥、接觸器、小功率電動機、指示燈及電動機啟動器等負(fù)載。允許連接的非屏蔽電纜最長為600米，屏蔽電纜最長為1千米。SM322t字量輸出模塊按功率驅(qū)動器件和負(fù)載回路電源的類型可分為：直流電源驅(qū)動的晶體管輸出型、交流電源驅(qū)動的晶體管輸出型、交/直流電源驅(qū)動的晶體管輸出型。系統(tǒng)的數(shù)字量輸出模塊主要作用是輸出報警信號和輸出控制信號，由于輸出點數(shù)比較多，因此考慮選擇32點的SM33數(shù)字量輸出模塊，具訂貨號為：6SE7322-1FL00-0AA0SM322;DO32xAC120/230V

49、/1A的屬性：32點輸出，帶保險絲，電氣隔離為8組輸出電流為1.0A額定負(fù)載電壓120/230VAC每組有保險絲熔斷指示器適用于AC電磁閥、接觸器、啟動器、FHP電機和信號燈組錯誤顯示（SF）3.3.4 SM331模擬量輸入模塊SM331模擬量輸入模塊用于將現(xiàn)場各種模擬量測量傳感器輸出的直流電壓或電流信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。該類模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、包流源、補償電路、光隔離器及邏輯電路等組成。SM331SM331模擬量輸入模塊（AI8x13位）的特性：8點輸入測量值精度12位+符號?？蛇x測量方法：，“-”電壓，”電流，”電阻，”熱電阻，與背板總線接口電氣隔離。3.3.

50、5 電源模塊（PS3075A）S7-300有多種電源模塊可供選擇，其中的PS307為戶外型電源模塊，采用直流供電，輸出DC24乂PS307采用AC120/230V供電，輸出為DC24V,比較適合大多數(shù)應(yīng)用場合。根據(jù)輸出電流的不同，PS307有三種規(guī)格的電源模塊：2A、5A、10A。所有模塊出額定輸出電流不同外，其工作原理即對應(yīng)端子完全一樣。電源模塊的電流容量需要根據(jù)其他模塊所消耗的容量考慮，CPU?模塊所消耗的背板電流如表1所模塊名稱模塊型號打位耳/JK勺從L+/L-西區(qū)的電流/mA所需背板總線電流/mA功耗/WCPU莫塊CPU315-2DP6ES7315-2AF0-0AB0100012008

51、數(shù)字量輸入模塊SM321DI16*24VDC6ES7321-7BH01-0AB0901304數(shù)字量輸出模塊SM322DO32*120/230VAC/1A6ES7322-1FL00-0AA01019025模擬量輸入模塊SM331AI8*13bit6ES7331-1KF00-0AB0一900.4通信處理模塊CP341RS232C6ES7341-1AH01-0AE0一160一合計一一1100177037.4表1考慮一定余量，選擇PS3072A電源模塊為CPUS其擴展信號模塊提供背板電流。西門子PLC對于CPU313以上的模塊，需安裝微存儲器（MMC才能使系統(tǒng)正常工作。PLC本身不帶有MMC#,所以為

52、了正常使用PLC必須根據(jù)工程項目實際需求選定一個大小適用的MM（C0選擇微存儲卡的容量前，必須先估算系統(tǒng)程序及數(shù)據(jù)所占用的內(nèi)存空間大小，統(tǒng)計出所有程序及數(shù)據(jù)所占內(nèi)存空間的大小后，考慮一定的裕量，即是所需微存儲卡的容量。本系統(tǒng)選擇2MB#儲卡6ES7953-8LL11-0AA0該SIMATIC微存儲卡上存儲以下數(shù)據(jù)：用戶程序（所有塊），歸檔和配方，組態(tài)數(shù)據(jù)（STEP7項目），用于操作系統(tǒng)更新和備份。3.4 PLC通信技術(shù)3.4.1 S7-300的通信網(wǎng)絡(luò)通過多點接口（MPI）協(xié)議的數(shù)據(jù)通信MPI是多點接口（MultiPointInterface）的簡稱，MPI的物理層是RS-485,通過MPI能

53、同時連接運行STEP7的編程器、計算機、人機界面（HMI）及其他SIMATICS7,M7和C7。通過MPI接口實現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)（GD）服務(wù)，周期性地相互進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS用于車間級監(jiān)控和現(xiàn)場層的通信系統(tǒng)，開放性。PROFIBUS-DP分布式I/O。最多可以與127個網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。網(wǎng)絡(luò)中最多可以用接10個中繼器來延長通信距離。使用光纖作通信介質(zhì)，通信距離可達(dá)90km。工業(yè)以太網(wǎng)西門子的工業(yè)以太網(wǎng)符合IEEE802.3國際標(biāo)準(zhǔn)，通過網(wǎng)關(guān)來連接遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。10M/100Mbit/s,最多1024個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)的最大范圍為150km采用交換式局域網(wǎng)，每個網(wǎng)段都能達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的整體性能和

54、數(shù)據(jù)傳輸速率，電氣交換模塊與光纖交換模塊將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個網(wǎng)段，在多個網(wǎng)段中可以同時傳輸多個報文。本地數(shù)據(jù)通信在本網(wǎng)段進(jìn)行，只有指定的數(shù)據(jù)包可以超出本地網(wǎng)段的范圍。全雙工模式使一個站能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，不會發(fā)生沖突。傳輸速率到20Mbit/s和200Mbit/s。可以構(gòu)建環(huán)形冗余工業(yè)以太網(wǎng)。最大的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時間為0.3秒。自適應(yīng)功能自動檢測出信號傳輸速率（10M或100Mbit/s）。自協(xié)商是高速以太網(wǎng)的配置協(xié)議，通過協(xié)商確定數(shù)據(jù)傳輸速率和工作方式。使用SNMP-OPi®務(wù)器對支持SNMPft、議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。點對點連接（Point-to-PointConnections）

55、可以連接S7PLC和其他申口設(shè)備。使用CP340,CP341、CP44RCP441通信處理模塊，或CPU31xC-2PtP集成的通信接口。接口有20mA（TTY）,RS-232C和RS-422A/RS-48S通信協(xié)議有ASCII驅(qū)動器、3964（R）和RK512（只適用于部分CPU。使用通信軟件PRODAVE和編程用的PC/MPI適配器，通過PLC的MPI編程接口，可以實現(xiàn)計算機與S7-300/400的通信。通過AS-i網(wǎng)絡(luò)的過程通信，AS-i是執(zhí)行器-傳感器接口（ActuatorSensorInterface）的簡稱，位于最底層。AS-i每個網(wǎng)段只能有一個主站。AS-i所有分支電路的最大總長

56、度為100ml可以用中繼器延長?？梢杂闷帘蔚幕蚍瞧帘蔚膬尚倦娎|，支持總線供電。DP/AS-i網(wǎng)關(guān)（Gateway）用來連接PROFIBUS-D辟口AS-i網(wǎng)絡(luò)。CP342-2最多可以連接62個數(shù)字量或31個模擬量AS-i從站。最多可以訪問248個DI和186個DO可以處理模擬量值。西門子的“LOGO”微型控制器可以接入AS-i網(wǎng)絡(luò)，西門子提供各種各樣的AS-i產(chǎn)品。3.4.2 通信接口介紹計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采

57、用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。RS-232-C接口（又稱EIARS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。接口的信號內(nèi)容實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用3-9條引線。接口的電氣特性在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”，-5-15V;邏輯“0”+5+15V。噪聲容限為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號作為邏輯“1”接口的物理結(jié)構(gòu)RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座，通常插頭在DCE端,插座在DTE端.一些設(shè)備與PC機連接的RS-232-C接口，因為不使用對方的傳送控制信號，只需三條接口線，即“發(fā)送數(shù)據(jù)”