舞台灯光的PLC控制Word格式文档下载.docx
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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。
“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。
1.2.2PLC的特点:
1、可靠性高。
PLC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、结构形式多样,模块化组合灵活。
有固定式适于小型系统或机床,组合式适于集控制系统。
最少的PLC只有6点,而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。
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、适应工业环境。
适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。
6、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。
7、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。
1.3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。
1.4毕业设计内容安排
(1)完成输入和输出分析;
(2)完成本毕业设计硬件组态和I/0分配表;
(3)完成本毕业设计梯形图控制程序设计;
(4)完成控制程序调试;
(5)完成WinCC画面调试。
第二章S7-300系列PLC的配置及组态
2.1S7-200系列PLC的基本硬件组成
S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。
其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。
2.1.1S7-300的结构特点
(1)允许在程序中立即读写I/O;
(2)允许子在程序扫描周期中中断使用
(3)允许为运行模式编辑和执行状态分配处理时间;
(4)允许设置停止模式下的数字量输出状态。
(5)允许设置模拟量输出值。
(6)允许定义掉点模式存储区。
(7)对数字量输入进行过滤。
(8)允许对模拟量输入加滤波器。
(9)允许捕捉窄脉冲。
2.1.2S7-200的硬件组态
S7-200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。
2.2S7-200的I/O地址组态
2.2.1CPU模块
CPU221/222/224/226
集成I/O点:
10/14/24/40点;
程序空间4096~24576B。
最大DI/DO256/256点;
最大AI/AO35/32点;
最多7个扩展模块。
定时器/计数器256/256点;
高速计数器4/6点30kHz,2点20kHz高速输出;
模拟电位器1/2个,实时钟,1/2个RS-485接口;
4点输入中断,2个定时中断(1~255ms)。
CPU224XP:
2AI、1AO,2通信口,高速输入200kHz、高速输出100kHz。
PPI、MPI、自由通信口协议和PROFIBUS点对点协议;
使用STEP7-Micro/WIN32编程软件。
2.2.2本机I/O与扩展I/O的地址分配
2.2.3模拟量的应用
1、模拟量扩展模块接线图及模块设置
2、模拟量扩展模块的寻址
3、模拟量值和A/D转换值的转换
模拟量扩展模块接线图及模块设置
EM235是最常用的模拟量扩展模块,它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。
下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图,如图2-1。
图2-1
图2-1演示了模拟量扩展模块的接线方法,对于电压信号,按正、负极直接接入X+和X-;
对于电流信号,将RX和X+短接后接入电流输入信号的“+”端;
未连接传感器的通道要将X+和X-短接。
对于某一模块,只能将输入端同时设置为一种量程和格式,即相同的输入量程和分辨率。
EM235的常用技术参数如表2-1:
表2-1EM235的常用技术参数
模拟量输入特性
模拟量输入点数
4
输入范围
电压(单极性)0~10V0~5V0~1V0~500mV0~100mV0~50mV
电压(双极性)±
10V±
5V±
2.5V±
1V±
500mV±
250mV±
100mV±
50mV±
25mV
电流0~20mA
数据字格式
双极性全量程范围-32000~+32000
单极性全量程范围0~32000
分辨率
12位A/D转换器
模拟量输出特性
模拟量输出点数
1
信号范围
电压输出±
10V
电流输出0~20mA
电压-32000~+32000
电流0~32000
分辨率电流
电压12位
电流11位
表2-2说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块,开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。
表2-2DIP开关设置EM235扩展模块说明表
EM235开关
单/双极性选择
增益选择
衰减选择
SW1
SW2
SW3
SW4
SW5
SW6
ON
单极性
OFF
双极性
X1
X10
X100
无效
0.8
0.4
0.2
由上表可知,DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性,当SW6为ON时,模拟量输入为单极性输入,SW6为OFF时,模拟量输入为双极性输入。
SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择,而SW1,SW2,SW3共同决定了模拟量的衰减选择。
根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合,所有的输入设置如表2-3:
表2-3输入设置
满量程输入
SW1
SW3
SW4
SW5
SW6
OFF
0到50mV
12.5μV
0到100mV
25μV
0到500mV
125uA
0到1V
250μV
0到5V
1.25mV
0到20mA
5μA
0到10V
2.5mV
±
25mV
50mV
25μV
100mV
50μV
250mV
125μV
500
1V
500μV
2.5V
5V
10V
5mV
6个DIP开关决定了所有的输入设置。
也就是说开关的设置应用于整个模块,开关设置也只有在重新上电后才能生效。
输入校准
模拟量输入模块使用前应进行输入校准。
其实出厂前已经进行了输入校准,如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整,需要重新进行输入校准。
其步骤如下:
A、切断模块电源,选择需要的输入范围。
B、接通CPU和模块电源,使模块稳定15分钟。
C、用一个变送器,一个电压源或一个电流源,将零值信号加到一个输入端。
D、读取适当的输入通道在CPU中的测量值。
E、调节OFFSET(偏置)电位计,直到读数为零,或所需要的数字数据值。
F、将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个,读出送到CPU的值。
G、调节GAIN(增益)电位计,直到读数为32000或所需要的数字数据值。
H、必要时,重复偏置和增益校准过程。
EM235输入数据字格式
图2-2给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置
图2-2
可见,模拟量到数字量转换器(ADC)的12位读数是左对齐的。
最高有效位是符号位,0表示正值。
在单极性格式中,3个连续的0使得模拟量到数字量转换器(ADC)每变化1个单位,数据字则以8个单位变化。
在双极性格式中,4个连续的0使得模拟量到数字量转换器每变化1个单位,数据字则以16为单位变化。
EM235输出数据字格式
图2-3给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置:
图2-3
数字量到模拟量转换器(DAC)的12位读数在其输出格式中是左端对齐的,最高有效位是符号位,0表示正值。
模拟量扩展模块的寻址
每个模拟量扩展模块,按扩展模块的先后顺序进行排序,其中,模拟量根据输入、输出不同分别排序。
模拟量的数据格式为一个字长,所以地址必须从偶数字节开始。
例如:
AIW0,AIW2,AIW4……、AQW0,AQW2……。
每个模拟量扩展模块至少占两个通道,即使第一个模块只有一个输出AQW0,第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址,以此类推。
图2-4演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块,一个8输入数字量模块,一个4模拟输入/1模拟输出模块,一个8输出数字量模块,一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况,其中,灰色通道不能使用。
图2-4
模拟量值和A/D转换值的转换
假设模拟量的标准电信号是A0—Am(如:
4—20mA),A/D转换后数值为D0—Dm(如:
6400—32000),设模拟量的标准电信号是A,A/D转换后的相应数值为D,由于是线性关系,函数关系A=f(D)可以表示为数学方程:
A=(D-D0)×
(Am-A0)/(Dm-D0)+A0。
根据该方程式,可以方便地根据D值计算出A值。
将该方程式逆变换,得出函数关系D=f(A)可以表示为数学方程:
D=(A-A0)×
(Dm-D0)/(Am-A0)+D0。
具体举一个实例,以S7-200和4—20mA为例,经A/D转换后,我们得到的数值是6400—32000,即A0=4,Am=20,D0=6400,Dm=32000,代入公式,得出:
A=(D-6400)×
(20-4)/(32000-6400)+4
假设该模拟量与AIW0对应,则当AIW0的值为12800时,相应的模拟电信号是6400×
16/25600+4=8mA。
又如,某温度传感器,-10—60℃与4—20mA相对应,以T表示温度值,AIW0为PLC模拟量采样值,则根据上式直接代入得出:
T=70×
(AIW0-6400)/25600-10
可以用T直接显示温度值。
某压力变送器,当压力达到满量程5MPa时,压力变送器的输出电流是20mA,AIW0的数值是32000。
可见,每毫安对应的A/D值为32000/20,测得当压力为0.1MPa时,压力变送器的电流应为4mA,A/D值为(32000/20)×
4=6400。
由此得出,AIW0的数值转换为实际压力值(单位为KPa)的计算公式为:
VW0的值=(AIW0的值-6400)(5000-100)/(32000-6400)+100(单位:
KPa)
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2-5硬件组态图
2.6PLC控制舞台灯系统的I/0分配表
PLC控制舞台灯系统的I/0分配见表2-4。
表2-4PLC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
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S7-200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
计数器用来累计输入脉冲的个数,主要由一个16位的预置值寄存器、一个16位的当前值寄存器和一个状态位组成。
这儿介绍的是普通计数器指令,高速计数器另有专用指令。
计数器的使用和定时器类似。
S7-200PLC计数器指令,如表3-1所示。
表3-1计数器结构图
指令的表达形式
加计数器指令
减计数器指令
加减计数器指令
CTUC×
×
,PT
CTDC×
CTUDC×
操作数的泛围及类型
C×
:
(WORD)常数C0~C255
CU、CD、LD、R(BOOL)I,Q,V,M,SM,S,T,C,L,能流
PT:
(INT)IW,QW,VW,MW,
SMW,T,C,SW、LW,AC,AIW,*VD,*LD,*AC,常数
(5)定时器指令
定时器用于计时控制
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