1、毕业设计课题名称： 舞台灯的 PLC 控制 设计时间： 2010.02.01-2010.05.21 系 部： 电子信息工程系 班 级： 姓 名： 指导教师： 扬州工业技术学院毕业设计第 1 页总 目 录第一部分 任务书第二部分 开题报告第三部分 毕业设计报告第 一 部 分扬州工业技术学院毕业设计第 2 页任务书扬州工业职业技术学院毕业设计任务书系 部 电子信息工 程系 指导老师 职称 助教学生姓名 班级 0701机电技术 学号扬州工业技术学院毕业设计第 3 页设计题目 舞台灯的 PLC 控制设计内容目标和要求一、毕业设计内容和目标：1、应用 S7-300 PLC控制舞台灯系统的硬件电路，并利用
2、OB1的梯形图控制程序设计。通过控制 S7300 PLC的定时继电器的功能来实现舞台灯的运行。2、本次毕业设计目标：（1）通过对工程实例的模拟，熟练地掌握 PLC的编程和程序调试方法；（2）进一步熟悉 PLC的 I/O连接；（3）熟悉舞台灯等类似逻辑的工程实际的编程方法。二、毕业设计论文要求：1、提出选题的初步设想和研究目的；2、完成输入和输出分析；3、完成本毕业设计硬件组态和 I/0 分配表； 4、完成本毕业设计梯形图控制程序设计； 5、完成程序调试；6、完成 WinCC画面调试；7、根据本毕业设计的设计、编程、工作过程，形成符合学校规定的毕业设计书面文档。教研室审核系部审核扬州工业技术学院
3、毕业设计第 4 页第 二 部 分开题报告扬州工业技术学院毕业设计第 5 页扬州工业职业技术学院 电子信息工程系 10届毕业设计（论文）开题报告书毕业设计（论文）开题报告书 （表（表 1）学生姓名 专业 班级 学号题 目 舞台灯的 PLC 控制指导教师 职称 助教 学 位 硕士题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】本次毕业设计内容是应用 S7-300 PLC控制舞台灯系统的硬件电路，并利用 OB1的梯形图控制程序设计。通过控制 S7300 PLC的定时继电器的功能来实现舞台灯的熄灭，要求为打开日光灯开关，日光灯亮，关闭日光灯开关，日光灯灭打开轻柔/激烈音响开关，轻柔/激
4、烈音乐响，关闭轻柔/激烈音响开关，音响关闭。按下彩灯停止按钮：彩灯停止运作。按下眩目彩灯启动按钮，215 号灯全闪，2 次/秒。 （如果启动彩灯时日光灯处于明亮状态，则日光灯在 1秒后熄灭）【前言】随着科技的飞速发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中，PLC 具有广泛的应用。PLC的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。PLC 总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。【方案的比较与评价】可编程序控制器 PLC是一种数学运算操作的电子控制装置，专为在工业环境下应用而设计，它采
5、用可编程序的存储器，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，并通过数字式或模拟式的输入，输出接口来控制各种类型的机械和生产过程。软件方面采用梯形图和 SIMATIC Manager仿真软件进行程序的编写和调试。梯形图指令简单，使用方便，初学者容易理解和掌握，用它来对 PLC进行编辑是最合适的选择。扬州工业技术学院毕业设计第 6 页【预期的效果及指标】本毕业设计完成输入和输出分析，硬件组态和 I/0分配表；梯形图控制程序设计，控制程序调试。实现舞台灯的各种闪烁形式。本次设计的指标有编程简单，可在现场修改程序，可靠性高于继电器控制柜，体积小于继电器控制柜，可将数据直接
6、送入管理计算机，在扩展时，原系统只需很小变更。【进度安排】2010 年 02 月 01 日 - 2010 年 01 月 28 日 选题、调研、收集资料2010 年 03 月 02 日 - 2010 年 03 月 22 日 论证、开题2010 年 03 月 25 日 - 2010 年 04 月 21 日 设计（写作初稿）2010 年 04 月 24 日 - 2010 年 05 月 21 日 修改、定稿、打印【参考文献】1胡学林.可编程控制器原理及应用.北京.电子工业出版社.2007.12胡学林.可编程控制器教程（提高篇） .北京.电子工业出版社.2005.83汪志峰.可编程控制器原理及应用.西安
7、.电子科技大学出版社.20044廖常初.S7-300/400PLC 应用技术.北京.机械工业出版社.20055吴中俊，黄永红 .可编程序控制器原理及应用.北京.机械工业出版社.20046吕景泉.可编程控制器技术教程.北京：高等教育出版社.20017宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.北京.冶金工业出版社.20028郑晟，巩建平，张学.现代可编程序控制器原理与应用.北京：科学出版社.2003【指导教师意见】 （有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）同意提交开题论证 修改后提交 不同意提交（请说明理由）指导教师签章： 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见（请
8、说明理由） 其它（请说明）系（部）主任签章： 年 月 日扬州工业技术学院毕业设计第 7 页舞台灯的 PLC控制刘坤0701机电技术摘 要 随着科技的发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中，PLC 具有广泛的应用。PLC 的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。PLC 总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。本舞台灯电路采用 PLC为控制核心，具备开启和全部停止功能，这是一种 PLC 控制的自动灯光音响控制系统。应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。关键词 高集成度
9、 通信组网 舞台灯 PLCPLC control of stage lightsLiu Kun0701 Mechanical and electrical technologyAbstract：With the development of technology, whether in daily life, or in the industrial and agricultural development, PLC has a wide range of applications. PLC general features: anti-interference ability, high r
10、eliability, programming simple and easy to use, easy to maintain, design, construction, commissioning period is short, easy to implement mechatronics. PLC general trend is: high-performance, high speed, high integration, high-capacity, small size, low cost, communications networking capability. The
11、stage lighting circuit PLC as the control center, with open and all stop function, which is a PLC controlled lighting audio control systems. Application of this control system can significantly increase labor productivity, reduce labor intensity. Key words：High level of integration, Communication ne
12、twork, Stage lights, PLC扬州工业技术学院毕业设计第 8 页目 录前 言10第一章 绪论111.1 可编程控制器的概述 .111.1.1 PLC的起源 111.1.2 PLC的发展 111.2 PLC的定义及特点 111.3 舞台灯的发展 .121.4 毕业设计内容安排 .13第二章 S7-300 系列 PLC的配置及组态.142.1 S7-300的系统组成简介 142.1.1 S7-300的结构特点 142.1.2 S7-300的硬件组态 142.2 S7-300的 IO 地址组态 .152.2.1 S7-300的插槽地址 152.2.2 S7-300的机架组态 152
13、.3 PLC控制舞台灯系统的任务要求 152.4 PLC控制舞台灯系统输入/输出分析 162.5 PLC控制舞台灯系统的硬件组态 162.6 PLC控制舞台灯系统的 I/0分配表 17第三章 S7-300的指令系统及编程.183.1 STEP 7的指令结构 183.2 PLC控制舞台灯系统的程序 19第四章 模拟软件 S7-PLCSIM调试程序294.1 S7-PLC模拟软件 S7-PLCSIM简介 294.1.1 S7-PLCSIM的特性简介 294.1.2 S7-PLCSIM的使用方法 304.2 PLC控制舞台灯系统的调试 32第五章 WinCC 视窗控制中心.37扬州工业技术学院毕业设
14、计第 9 页5.1 WinCC的综述 375.1.1 WinCC的性能特点 375.1.2 WinCC功能一览 385.1.3 SCADA系统的基础功能 385.1.4 WinCC的组态 385.2 WinCC组态 395.2.1 创建 WinCC项目 .395.3 PLC控制舞台灯系统的 WinCC激活画面 41结束语47致 谢48参考文献49扬州工业技术学院毕业设计第 10 页前前 言言在 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。继电器、接触器是一些电磁开关，后来随着工业自动化程度的不断提高，使用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
15、6070 年代，社会的进步要求制造出小批量、多品种、多规格、低成本、高质量的产品以满足市场需要，不断的提出改善生产机械功能的要求。加上当时电子技术已经有了一定的发展，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，这就是我们现在所说的 PLC。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采用了严格的抗干扰技术，具有很高的可靠性，从 PLC的机外电路来说，使用 PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点以减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低，此外，PLC 带有故障电路的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。PLC
16、控制的自动灯光音响控制系统。应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。扬州工业技术学院毕业设计第 11 页第一章第一章 绪论绪论1.1 可编程控制器的概述1.1.1 PLC的起源虽然 PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致分为三大阶段：早期的 PLC（20 世纪 60年代末到 70年代中期） 。早期的 PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时控制等。1.1.2 PLC的发展中期的 PLC发展（
17、20 世纪 70年代中期到 80年代中、后期） 。在 70年代，微处理器的出现使 PLC发生了巨大的变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC的中央处理单元（CPU） 。近期的 PLC（20 世纪 80年代中、后期至今） 。进入 80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC软、硬件功能发生了巨大变化。1.2 PLC的定义及特点1.2.1 可编程控制器可编程控制器，简称 PLC（Pr
18、ogrammable logic Controller）,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。扬州工业技术学院毕业设计第 12 页1.2.2 PLC的特点：1、可靠性高。PLC 的 MTBF一般在 4000050000h 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
19、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
20、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
21、.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。随着电子技术的扬州工业技术学院毕业设计第 13 页发展，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
22、，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。扬州工业技术学院毕业设计第 14 页第二章第二章 S7-300系列系列 PLC的配置及组态的配置及组态2.1 S7-
23、300的系统组成简介S7-300 系列的 PLC 是中型模板式 PLC，各种模板（CPU 模板、信号模板SM、功能模板 FM、通信模板 CP、电源模板 PS 等）及人机界面（HMI） ，可以根据控制要求进行广泛的组合和扩展。CPU314 一个机架上最多只能再安装八个信号模块或功能模块，最多可以扩展为四个机架。中央处理单元总是在 0 机架的 2 号槽位上，1 号槽安装电源模块，3 号槽总是安装接口模块，槽号 4 至 11，可自由分配信号模块、功能块。2.1.1 S7-300的结构特点（1）采用集成的背板总线（Back-Plane Bus） ；（2）采用 DIN 标准导轨，安装和更换模板方便；（3
24、）硬件组态灵活；（4）机架扩展方便。2.1.2 S7-300的硬件组态S7-300 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；扬州工业技术学院毕业设计第 15 页（9）本地数据寄存器 L。2.2 S7-300的 IO 地址组态2.2.1 S7-300的插槽地址S7-300 的各个模板安装在机架的插槽上，不同的模板在插槽的安装位置是固定的。 如果选择了电源模板 PS307，必须安装在
25、 1 号槽位上。 CPU 模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在 2 号槽位上。 用于连接扩展机架的接口模板 IM，安装在 3 号槽位上。 各种信号模板 SM，安装在 4 号11 号槽位上。从 4 号槽位开始，CPU为信号模板分配 I0 地址，且根据信号模板的类型递增 I0 地址。2.2.2 S7-300的机架组态 电源模板 PS307，必须安装在 1 号槽位上。CPU 模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在 2 号槽位上。用于连接扩展机架的接口模板 IM，安装在 3 号槽位上。各种信号模板 SM，安装在 4 号11 号槽位。2.3 PLC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
26、、1 秒后 2、6、7、15 号灯亮。3、1 秒后 3、5、8、14 号灯亮。扬州工业技术学院毕业设计第 16 页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。2.4 PLC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
27、，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。2.5 PLC控制舞台灯系统的硬件组态本系统的硬件组态如图 2-5 所示扬州工业技术学院毕业设计第 17 页图 2-5 硬件组态图2.6 PLC控制舞台灯系统的 I/0分配表表 2-6 PLC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 作用启动按钮 I1.0 启动系统输入 停止按钮 I0.0 停止系统音 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号灯输出 4号灯 Q4.4 控制 4号灯扬州工业技术学院毕
28、业设计第 18 页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号灯第三章第三章 S7-300的指令系统及编程的指令系统及编程3.1 STEP 7的指令结构（1）指令组成在 STEP 7 中，根据采用的程序编辑器（LADSTLFBD）不同，有梯形逻辑指令 LAD，语句指令 STL 和功能块图指令
29、 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，经过相应的位逻辑扬州工业技术学院毕业设计第 19 页运算，将逻辑运算结果“0”或“1”送到状态字的 RLO 位。 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
30、或非” 指令 。标准触点：动合（常开）：常闭（动断）： 输出指令：逻辑串输出指令（输出线圈）：中间输出指令： 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 在 S7-300 的 CPU 的存储器中留有一块区域用于存储计数器的计数值，每个计数器需要 2 byte，不同的 CPU 模板，用于计数器的存储区域也不同，最多允许使用 64512 个计数器。在 S7-300 中有 3 种计数器可供选择，如图 3-1 所示图 3-1 计数器结构图（5）比较指令 比较指令用于对累加器 2 与累加器 1 中的数据进行比较。数据类型可以是整数、长整数或实数，但是要
31、确保进行比较的两个数据的类型相同。应用比较指令的比较类型有：等于、不等于、大于、小于、扬州工业技术学院毕业设计第 20 页大于等于、小于等于。如果比较的结果为真，则 RLO 为 1，否则为 0。3.2 PLC控制舞台灯系统的程序（1）按下启动按钮 I0.1，系统启动。（2）辅助继电器 M0.1 控制音响启动，T1 运行 2 秒。（3）辅助继电器 M0.1 控制 1 号灯亮。扬州工业技术学院毕业设计第 21 页（4）T2 得电，2 号灯的控制。（5）T3 得电，三号灯的控制。（6）T4 得电，4 号灯亮。扬州工业技术学院毕业设计第 22 页（7）T3 得电 5 号灯亮。（8）T2 得电，6 号灯
32、亮。（9）T2 得电，7 号灯亮。扬州工业技术学院毕业设计第 23 页（10）T3 得电，8 号灯亮。（11）T4 得电，9 号灯亮。（12）T5 得电，10 号灯亮。扬州工业技术学院毕业设计第 24 页（13）T5 得电，11 号灯亮。（14）T5 得电，12 号灯亮。（15）T4 得电，13 号灯亮。扬州工业技术学院毕业设计第 25 页（16）T3 得电，14 号灯亮。（17）T2 得电，15 号灯亮扬州工业技术学院毕业设计第 26 页扬州工业技术学院毕业设计第 27 页扬州工业技术学院毕业设计第 28 页扬州工业技术学院毕业设计第 29 页第四章第四章 模拟软件模拟软件 S7-PLCSI
33、M调试程序调试程序4.1 S7-PLC模拟软件 S7-PLCSIM简介S7-PLCSIM 模拟软件是在 STEP-7 环境下，不用连接任何 S7 系列的PLC（CPU 或 I0 模板） ，而是通过仿真的方法运行和测试用户的应用程序。S7-PLCSIM 提供了简单的界面，可以用编程的方法（如改变输入的通断状态，输入值的变化）来监控和修改不同的参数，也可以使用变量表（VAT）进行监控和修改变量。 4.1.1 S7-PLCSIM的特性简介（1）S7-PLCSIM 的功能是很强的，可以使用 STEP-7 的所有工具监控和调整模拟 PLC 的性能，通过 S7-PLCSIM，STEP-7 的工作过程与真实
34、的 PLC 相比，差别很小。 （2）在 SIMATIC Manager 中的按钮 可以自动接通或断开模拟过程。单击模拟按钮 ，可打开 S7-PLCSIM 软件及模拟的 CPU，当 S7-PLCSIM 软件运行时，可自动地连接到模拟的 CPU 上。（3）在模拟的 CPU 上运行程序，可代替 S7-300 或 S7-400 的 CPU 模板。（4）通过创建变量表，可以存取模拟 PLC 的输入输出存储器、累加器和寄存器中的数据。也可以通过符号地址存取存储器数据。（5）可以选择定时器自动运行，或者手动置位复位。可以对各个定时器进行单独复位或一起复位。（6） 同真实的 CPU 模板一样，在 S7-PLCSIM 中可以改变 CPU 的操作方式（STOP 、RUN、RUN-P） ，另外在 S7-PLCSIM 中还提供了一个暂停（Pause ）功能，允许用户暂停 CPU 工作，而不影响程序的状态。
