毕业设计（论文）—基于PLC的舞台机械控制系统的研究与设计.doc

摘 要 吊杆是一种悬吊装置，装在舞台上空，用它提升景片、挂设幕布、悬吊灯具等舞台用具。其数量众多，使用频繁，是舞台上必备的设备。 传统的舞台吊杆控制系统多采用继电器、接触器控制方式。由于剧场 中的吊杆数量很多，所需要的继电器、接触器数目庞大，接线复杂，造成控制系统的可靠性很差。可编程控制器是传统的继电器接触器控制方式与计算机技术的完美结合，具有可靠性高，编程直观容易的特点，己在工业控制中获得广泛应用。另外，目前的PLC都具备通讯接口，可以与其它PLC或计算机组成网络控制系统。这些特点决定了PLC是舞台吊杆控制器系统的首选对象。为了便于系统的监控和管理，控制系统应具有良好人机对话窗口，即需要上位机对系统进行监控和管理。 近年来，由于组态技术的发展，基于通用组态软件，以IPC为上位监 控机，以PLC为数据采集和控制机而构成的集散式(分布式)控制系统是主流方向。舞台吊杆的控制也理当顺应了这一发展趋势。 本文研究目标是研究、开发一套基于组态软件技术和PLC控制技术的 集散式舞台吊杆控制系统。具体方案是上位机选用研华工业控制机，下位机采用西门子S7-300，构成单个微机监控多个PLC的分布式网络结构。上位机起监控和管理作用，下位机起控制作用。 本文研究的主要内容是：(1)集散式吊杆控制系统框架的构建；(2) 上位机吊杆控制系统监控软件(画面)的设计；(3)下位机单台吊杆定位 控制系统的设计。 关键词：舞台吊杆；PLC控制；HMI；下位机 目录 1.绪论 1 1.1选题背景与意义 2 1.2 国内外发展现状 1 1.2.1国内发展现状 1 1.2.2国外发展现状 3 1.2.3国内外发展现状对比 4 1.3 研究的主要内容 6 2.系统概述 7 2.1舞台机械设备的功能与特点 7 2.2原理框图 8 2.3方案的论证与选择 9 2.3.1工业控制概况 9 2.3.2 方案的选择 9 3.PLC硬件设计 10 3.1可编程控制器（PLC）概述 10 3.1.1 可编程控制器的功能 10 3.1.2可编程控制器的基本性能指标 11 3.2 PLC型号的选择 11 3.3 PLC模块选择 12 3.3.1 CPU 12 3.3.2 SM321数字量输入模块 12 3.3.3 SM322数字量输出模块 13 3.3.4 SM331模拟量输入模块 13 3.3.5 电源模块（PS307 5A） 13 3.4 PLC通信技术 14 3.4.1 S7-300的通信网络 14 3.4.2通信接口介绍 15 3.5 变频器 16 3.5.1 变频器的选型 16 3.5.2 变频器的工作原理 16 4.软件设计 18 4.1．S7-300软件系统介绍 18 4.1.1 PLC编程语言的国际标准 19 4.1.2 STEP 7 中的编程语言 19 4.1.3 编程语言的选用 19 4.2程序设计 19 4.2.1 主程序和子程序的实现 19 5.设计总结 23 5.1系统的特点与展望 24 5.2系统的缺陷与改进 24 总 结 24 致 谢 25 参考文献 26 附录 28 1.绪论 1.1选题背景与意义 本设计以珠江源大剧院舞台机械控制系统为工程背景，主要是对舞台的大幕及吊笼的控制。随着我国经济水平和人民文化生活水平的日益提高，“广大消费者对文化娱乐设施提出了更高的要求。剧场使群众经常出入的文化消费场所，努力提高舞台控制系统的控制水平，进而提高整个现代化剧院的档。剧场是艺术表演的重要场所，对于剧场的现代化，首先应该是舞台的机械化和自动化。随着现代化剧场的机械设备增多以及功能增强，使得舞台机械设备的控制问题日益突出。在一场演出中，将需要调动众多的设备为之服务。演出过程中有些动作效果对设备的运行参数要求也是很高的，甚至几套设备需要联合联合起来才能够完成工作。对于这样的要求，假如没有一套良好的控制系统的话，整个演出会很难完美呈现给观众的。所以，舞台机械的控制则是剧场中不可缺少的，它为舞台演出服务，实现艺术表演所要求的各种运动和动作。良好的舞台机械控制会丰富表演艺术效果，为艺术表演增光添彩。舞台机械根据其所处位置的不同，可分为台上机械和台下机械。台上机械主要是悬吊机械和幕类机械，它们主要实现升降运动。在舞台控制中采用合理的控制方法，来达到准确、可靠，方便的效果具有重要的意义。 随着中国经济的快速发展，城市化进程不断加快，许多新兴城市不断涌现，许多大、中城市都把建设现代化的剧院作为提升城市品味和满足市民文化娱乐需求的重要手段，许多现代化的剧院拔地而起。一座现代化剧场的主要舞台设备有机械、灯光和音响三大块。舞台机械又可分为台上机械和台下机械，台上机械的_丰要设备为吊杆。根据剧场的规模，吊杆的数量大约在30～60道之间，一般应具备升降、调速、定位和编组等功