基于PLC的舞台灯光控制与组态设计

基于PLC的舞台灯光控制与组态设计摘要可编程控制器(Programmable Logical Controller)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(Monitor and Control Generated System，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目录摘要 (1)ABSTRACT........................................................... 错误！未定义书签。

1 可编程控制器的概论 (4)1.1PLC的定义 (4)1.2PLC的构成 (4)1.3PLC的特点 (5)1.4PLC的输入与输出 (7)1.5PLC的发展趋势 (8)1.6PLC的选型原则 (9)2 PLC控制与继电器控制的比较 (13)2.1PLC控制与继电器控制两者区别 (13)2.2控制继电器存在的缺点 (13)2.3PLC相对于继电器线路的优势 (14)3 舞台灯光的PLC设计 (16)3.1舞台灯光的设计原则 (16)3.2舞台灯光系统的工艺要求 (16)3.3舞台灯光工艺流程图 (16)3.4舞台灯光控制要求 (18)3.5舞台灯光的PLC设计 (18)4 舞台灯光的组态设计 (29)4.1MCGS系统介绍 (29)4.2MCGS的构成.................................................. 错误！未定义书签。

4.3MCGS的系统需求 (32)4.4MCGS的安装 (33)4.5MCGS的运行 (33)4.6舞台灯光控制的组态图 ........................................ 错误！未定义书签。

总结. (34)参考文献 (35)致谢 (36)附录 ............................................................. 错误！未定义书签。

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1.1 PLC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。

1.2 PLC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。

1.3 PLC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。

1.4 PLC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。