SCR程序设计舞台灯

目录1 引言 (1)2 舞台艺术灯控制系统设计 (2)2.1 整体设计原则 (2)2.2 控制系统设计方案 (2)2.3控制系统硬件的选择及预算 (3)2.3.1 PLC的选择 (3)2.3.2 舞台艺术灯的选择 (4)2.3.3 中间继电器的选择 (5)2.3.4 电器元件的价格预算 (6)2.4 控制系统软件设计 (7)2.4.1 舞台灯的I/O分配表 (7)2.4.2 外部接线图及控制电路图 (7)2.4.3 控制系统功能图 (9)2.4.4系统梯形图 (10)2.5程序调试与运行 (16)3 设计难点分析 (17)4 总结 (18)5 谢辞 (19)6 参考文献 (20)1 引言近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用正不断地走向深入，目前，已广泛应用到石油、化工、钢铁、机械、电力、轻工、采矿、水利、环保等各个领域，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。

在PLC诞生之前，工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。

而继电器、接触器只是一些电磁开关，存在很多不便之处，后来随着工业自动化程度的不断提高，使继电器电路构成工业控制系统的缺陷不断地暴露出来，在20世纪60到70年代，社会的进步要求制造出小批量、多品种、多规格、低成本、高质量的产品来满足市场需要，不断地提出改善生产机械功能的要求。

于是人们开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备，这就是所谓的PLC。

PLC又称为可编程控制器，是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。

它是采用可编程序的存储器，用以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，并通过数字式、模拟式的输入和输出，来控制各种类型的机械或生产过程。

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、软件结构及I/O通道、用户界面等诸多方面都有其特殊性。

它的应用领域之所以很广，其主要原因是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。

当今生活中，霓虹灯广告以及电视台的舞台灯光各式各样色彩缤纷，用以吸引观众的注意力。

在现代演出中，等的强度、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和时间艺术的结合体，面对这些灯饰的控制均可以采用PLC控制原理。

对于舞台艺术灯的设计，主要是将s7-200PLC作为控制核心，对PLC控制系统的硬件做出设计和选择，并用不同形式的梯形图对PLC控制系统的软件进行调试，利用PLC的工作原理来呈现不同的艺术效果。

2 舞台艺术灯控制系统设计2.1 整体设计原则舞台灯光系统设计是遵循舞台艺术表演的规律和特殊使用要求进行配置的其目的在于将各种表演艺术再现过程所需的灯光工艺设备按系统工程进行设计配置使舞台灯光系统准确、圆满地为艺术展示服务。

1、功能性原则这一条也就是说大家在对演艺厅舞台灯光设计的时候必须符合功能的要求。

无论是哪一个角落的灯光设计都需要根据不同的空间、不同的场合、不同的对象选择不同的照明方式和灯具，并保证恰当的照度和亮度。

2、美观性原则美观性原则设计是为了能够让自己的舞台灯光设计更加吸引人，灯光照明是装饰美化环境和创造艺术气氛的重要手段。

一般演艺厅的舞台灯光设计都是为了烘托出好的娱乐气氛，进而来吸引更多的观赏者。

可以所以在一般在设计的时候非常注意这方面的设计原则。

3、经济性原则在舞台灯光设计时，在满足需求的同时要保证这一点原则，那才是整个舞台灯光设计的重点，所以你若是一名灯光设计师那么在给演艺厅舞台灯光设计的时候要注意这一点。

在观众区灯光照明设计是为了满足人们视觉生理和审美心理的需要，使演艺厅空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值，并达到使用功能和审美功能的统一。

这就是我们所说的经济性原则。

4、安全性原则安全性原则应当是整个演艺厅舞台灯光设计的重点，无论大家想设计一个什么样的灯光，在设计的时候一定要遵循这一设计的原则，在灯光照明设计要求绝对的安全可靠。

大家在设计的时候不要只追求美观而不注意它的安全设计。

其实整个舞台灯光设计中它应当算是设计的重点。

2.2 控制系统设计方案本次课程设计题目是舞台艺术灯控制系统设计，主要是围绕老师所给控制要求中的8道灯来完成的。

通过规律了解到该舞台艺术灯有3种花样显示，花样1要求7道灯每隔2S亮一次；花样2要求6、5、4、3号四道灯每隔2S依次点亮，之后再全亮2S,再全灭1S，之后重复此过程；花样3要求2、1、0道灯每隔1S依次点亮，并重复该过程。

通过分析课题任务，我组得出以下方案：确定该控制系统中的输入和输出设备，并给定相应的地址，画出该控制系统的功能图，主要利用定时器来完成舞台艺术灯不同显示的效果。

花样1的显示相对而言比较简单，主要利用三个定时器（TON）来完成7号道灯的闪烁。

花样2分四道灯依次点亮，全亮，全灭三种效果，利用六个定时器来实现灯的显示。

花样3类似于跑马灯，利用三个定时器将3号道灯亮的的时间延时，完成显示效果。

在设计中用到一些硬件设备，通过控制要求对此也做出了相应的型号选择，譬如中间继电器，LED灯。

2.3控制系统硬件的选择及预算2.3.1 PLC的选择在PLC系统设计时，应遵循一定的原则。

首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

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。

在进行PLC型号选择时应考虑下面几个问题：功能方面，价格方面，输出接口电路，输入接口电路，I/O点数扩展和编址。

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，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

本设计中利用的是S7-200系列的PLC，它包含CPU21X和CPU22X两代产品，在该控制系统中有2个数字输入量和8个数字输出量，根据包含的输入输出点数，我们所选用的是CPU224（14DI/10DO），它的输入电路采用了双向光电耦合器；在晶体管输出电路中采用了MOSFET功率驱动器件，并将数字量输出分为两组，每组有一个独立公共端，共有1L和2L两个公共端，可接入不同的负载电源。

在CPU224的14个数字量输入点中I0.0为启动按钮SB1，I0.1为停止按钮SB2,在10个数字量输出点中Q0.0 至Q0.7分别为中间继电器KA0至KA7。

技术性能指标是选用PLC的依据，CPU224主要性能指标如表2-1表2-1 S7―200系列CPU224 PLC的主要技术指标主要内部继电器2.3.2 舞台艺术灯的选择在课题中我们选用LED灯带，用LED制作的灯带与传统的灯带相比，LED灯具有色彩纯正柔和、颜色多、无眩光、不发热、节能、寿命长等特点。

其规格有二线、三线、四线、五线，可以实现红、绿、蓝等多种颜色的跳变、闪烁、流水等花样。

并且LED灯带是由软管封装，可以任意弯曲，可根据被装饰物的实际情况进行各种造型，安装方便，色彩效果极佳。

考虑到所有问题所选用的LED灯带型号为AS，外壳材质为PVC，灯光的颜色为彩色，LED颗数为36颗/米,功率为2.88（W/m），输入电压为220（V），尺寸11.5(mm),8道灯的具体示意图如下：2.3.3 中间继电器的选择中间继电器的选择主要考虑以下因素： (1)位置气候作用要素主要指海拔高度、环境温度、湿度、和电磁干扰等要素。

考虑控制系统的普遍适用性，兼顾必须长年累月可靠运行的特殊性，装置关键部位必须选用具有高绝缘、强抗电性能的全密封型（金属罩密封或塑封型，金属罩密封产品优于塑封产品）中间继电器产品。

因为只有全密封继电器才具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠性和切换负载能力（不受外部气候环境影响）。

（2）机械作用要素主要指振动、冲击、碰撞等应力作用要素。

对控制系统主要考虑到抗地震应力作用、抗机械应力作用能力，宜选用采用平衡衔铁机构的小型中间继电器。

（3）激励线圈输入参量要素主要是指过激励、欠激励、低压激励与高压（220 V ）输出隔离、温度变化影响、远距离有线激励、电磁干扰激励等参量要素，这些都是确保电力系统自动化装置可靠运行必须认真考虑的因素。

按小型中间继电器所规定的激励量激励是确保它可靠、稳定工作的必要条件。

（4）触点输出（换接电路）参量要素主要是指触点负载性质，如灯负载，容性负载，电机负载，电感器、接触器（继图1 灯带示意图电器）线圈负载，阻性负载等；触点负载量值（开路电压量值、闭路电流量值），如低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。

根据中间继电器工作环境和PLC及LED灯的规格，选用施耐德中间继电器：RXM2AB2BD型号(对应底座型号：RXZE1M2C)。

主要技术参数如下：表2-2 施耐德中间继电器RXM2AB2BD技术参数表2.3.4 电器元件的价格预算设备型号单价数量总价PLC CPU224 560元/个1个560元灯带LEDAS 4.8元/米102米489.6元中间继电器RXM2AB2BD 60.9元/个8个487.2元底座RXZE1M2C 11.5元/个8个92元按钮XB2-BA31 5元/个2个10元总计1638.8元2.4 控制系统软件设计2.4.1 舞台灯的I/O分配表表 2-2 I/0分配表输入输出设备符号地址功能设备符号地址功能SB1 I0.0 启动按钮KA0 Q0.0 1道灯的继电器SB2 I0.1 停止按钮KA1 Q0.1 2道灯的继电器KA2 Q0.2 3道灯的继电器KA3 Q0.3 4道灯的继电器KA4 Q0.4 5道灯的继电器KA5 Q0.5 6道灯的继电器KA6 Q0.6 7道灯的继电器KA7 Q0.7 8道灯的继电器2.4.2 外部接线图及控制电路图图2 外部接线图图3 控制电路图图注：L0-L7分别为0道灯到7道灯。

2.4.3 控制系统功能图顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。

它并不涉及所描述控制系统的具体技术，是一种通用的技术语言，可以供给不同专业的人员之间进行技术交流之用。

其中顺序功能图主要是由步、有向线段、转换、转换条件和动作组成。