【正文】 .................................................................................................... 36 仿真結(jié)果 ......................................................................................................................... 36 第 6 章 結(jié)論 ..................................................................................................................................... 39 致謝 ................................................................................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................... 41 附錄 ................................................................................................................................................... 42 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘要 為了解決解決過(guò)去簡(jiǎn)單機(jī)械式的舞臺(tái)燈光控制方式的效率低和效果差的問(wèn)題和升降舞臺(tái)無(wú)法同步升降而導(dǎo)致演出事故時(shí)有發(fā)生的問(wèn)題。 本文設(shè)計(jì)了一種基于西門(mén)子 s7200 的舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)中， 針對(duì)舞臺(tái)燈數(shù)量較多，且閃爍效果多變的特點(diǎn)。結(jié)合 PLC控制的優(yōu)點(diǎn)， 通過(guò) PLC 的多種 程序 指令實(shí)現(xiàn)對(duì)舞臺(tái)上 28 盞燈 亮滅 的控制。通過(guò)對(duì)時(shí)間 繼電器的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的閃爍效果。 通過(guò) 仿真證明采用 PLC 控制能夠穩(wěn)定控制舞臺(tái)燈光有規(guī)律的亮滅，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。其次 ， 針對(duì)升降舞臺(tái)同步控制系統(tǒng)大慣性、非線(xiàn)性、時(shí)變性等特點(diǎn)，結(jié)合常規(guī) PID 控制的優(yōu)點(diǎn)，提出了 PID 控制算法用于升降舞臺(tái)系統(tǒng)的同步控制。通過(guò) MATLAB 仿真證明采用 PID 控制算法能達(dá)到系統(tǒng)同步性、快速性、穩(wěn)定性的要求。 關(guān)鍵詞 ：舞臺(tái)燈光， PLC 控制，同步升降 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) II ABSTRACT In order to solve the issue that the way of simple mechanical stage lighting control mode is low efficiency and poor effect and platform lift cannot be synchronized lifting so that cause stage accident happened from time to tome. This graduation project is about a stage lighting control system based on Siemens s7200. In this design, the number of stage lamps is large, and the characteristics of the flicker are varied. Combined with the advantages of PLC control, the control of 28 lights on stage is realized through PLC. Different flicker effects are achieved by controlling the time relay. Through the simulation, it is proved that PLC control can control the lighting of stage stably, and achieve the desired design goal. Secondly, in view of the lifting stage synchronization control system of big inertia, nonlinear and timevarying characteristics, bined with the advantages of conventional PID control, PID control algorithm is proposed for elevator stage of synchronous control system. MATLAB simulation shows that the PID control algorithm can meet the requirements of system synchronization, speed and stability. Key words: stage lighting， PLC control， synchronous lift 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 引言 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們審美水平的不斷上升。在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾可以用在很多場(chǎng)合。它不但可以增強(qiáng)美感還可以通過(guò)選擇彩燈顏色以及控制彩燈的亮暗頻率來(lái)烘 托出特定的氛圍。隨著科技的發(fā)展， PLC 技術(shù)在國(guó)內(nèi)外控制領(lǐng)域中異軍突起，在實(shí)際生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在這個(gè)發(fā)展的過(guò)程中，人們不再僅僅滿(mǎn)足于系統(tǒng)功能的多樣性，而是更多的要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化。這樣不但可以提高效率，還可以使人類(lèi)從繁冗的工作中得以解脫。使得人們把更多的精力放在產(chǎn)品研發(fā)上。同時(shí)也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，減少了系統(tǒng)出錯(cuò)的幾率。本論文設(shè)計(jì)了一個(gè)舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)，它多用于宴會(huì)廳，酒吧等場(chǎng)所。系統(tǒng)采用 PLC 控制的方法，最終實(shí)現(xiàn)了一定的控制效果。 國(guó)內(nèi) 外研究現(xiàn)狀 在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域， PLC 始終都占有一席之地，為許許多多的自動(dòng)化系統(tǒng)提供了可靠穩(wěn)定的控制。它可操作性強(qiáng)，不但可以使得很多復(fù)雜的控制變得簡(jiǎn)易，而且還可以提供快捷的控制。但是目前看來(lái)， PLC 還必須要面對(duì)其他新的技術(shù)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)與沖擊。所以 PLC 目前依然需要不斷的技術(shù)革新來(lái)滿(mǎn)足當(dāng)下大的市場(chǎng)環(huán)境。 舞臺(tái)燈光是根據(jù)舞臺(tái)藝術(shù)演出的法則和特定的表演需求而設(shè)計(jì)的。其目的在于配合各種表演藝術(shù)來(lái)營(yíng)造烘托出相應(yīng)的氛圍。隨著人們生活水平的提高，對(duì)于一些娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)中類(lèi)似宴會(huì)廳歌劇院的場(chǎng)所的要求越來(lái)越高。 從運(yùn)用方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)在舞臺(tái)燈光的美觀設(shè)計(jì)上的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，只是在舞臺(tái)燈光系統(tǒng)的實(shí)際控制方面稍有欠缺。 伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在研究人員的不斷努力下，一大批高效節(jié)能的照明燈陸續(xù)問(wèn)世。從最初的白熾燈到現(xiàn)在的各式各樣的節(jié)能燈，無(wú)一不為我們展現(xiàn)出科技的進(jìn)步。相比之下，新型的照明燈具比以往的照明燈更加的環(huán)保、節(jié)能和高效。除此之外，照明效果也有了質(zhì)的提升。在安全方面，這些燈大都配置了紅外反射膜，這樣可以減少大量的熱輻射從而延長(zhǎng)了照明燈具的使用壽命也大大增加了演藝人員在演出時(shí)的安全系數(shù)。 在國(guó)際潮 流和科技的推動(dòng)下，舞臺(tái)燈光正朝著多元化的方向快速發(fā)展。在原有的的高效、節(jié)能、安全、便攜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，舞臺(tái)燈光正在朝著功能多樣性和種類(lèi)多樣性的方太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 向發(fā)展。同時(shí)隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，舞臺(tái)燈光系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也日益提高。 在升降舞臺(tái)的研發(fā)方面，我國(guó)也已經(jīng)付出了很多年的努力，技術(shù)也日趨成熟。但是如何更大程度的提高系統(tǒng)的安全性依然是一個(gè)無(wú)法完全解決的難題。由于升降舞臺(tái)的控制的不嚴(yán)謹(jǐn)性，演出事故也是時(shí)有發(fā)生。例如旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)的失控，導(dǎo)致在演出結(jié)束時(shí)演員無(wú)法正面對(duì)觀眾。還有，由于多塊升降舞臺(tái)的的不同步性，導(dǎo)致在 某一平面時(shí)多塊升降臺(tái)無(wú)法處于同一水平面，從而引發(fā)演員摔倒或者墜落的演出事故。因此，實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的同步控制就顯得尤為重要了。 研究該課題的目的和內(nèi)容 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)化的舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)，可以用于酒吧或者宴會(huì)廳的閃爍燈。所謂自動(dòng)化就是指不需要人過(guò)多的干預(yù)就能夠自動(dòng)的配合舞臺(tái)氛圍或者場(chǎng)景的需要來(lái)達(dá)到控制一些燈的亮暗以及它們的閃爍頻率的目的。本次設(shè)計(jì)通過(guò) PLC 的控制，使舞臺(tái)燈光的亮暗閃爍更加自動(dòng)化和多樣化。我首先選擇了 PLC 的型號(hào)，我選取了西門(mén)子 S7200 系列的CPU226 可編程控制器。然后進(jìn)行了輸入和輸出的分析。在進(jìn)行完這些準(zhǔn)備工作后，我開(kāi)始對(duì)舞臺(tái)燈進(jìn)行一定的空間布置。我一共選取了 28 盞彩燈，其中有 4 盞彩燈為旋轉(zhuǎn)彩燈，由四臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。剩余的 24 盞是固定彩燈。我將 24 盞彩燈均勻分布在 3 個(gè)橢圓形光道上，每個(gè)光道由大到小依次嵌套，并且每個(gè)光道上都安裝 8 盞彩燈。其中最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的光道上的燈為閃爍燈，中間光道的燈為常亮燈，保證舞臺(tái)最基本的照明。最后就是繪制電氣原理圖和編程了。繪制原理圖我使用到了 AUTO CAD2021 這一軟件。在繪制系統(tǒng)的 I/O表時(shí)，考 慮到所選用的 CPU 輸出點(diǎn)不夠，所以我增加了三個(gè)拓展模塊來(lái)滿(mǎn)足我的設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)還帶有舞臺(tái)升降的部分以及還帶有風(fēng)扇泡泡機(jī)和煙霧機(jī)。在升降舞臺(tái)部分包括兩塊獨(dú)立的升降臺(tái)，為了安全起見(jiàn)，在起降時(shí)應(yīng)當(dāng)達(dá)到同步起降的效果。在需要時(shí)，按下相應(yīng)的開(kāi)關(guān)即可。 文章結(jié)構(gòu) 本文分為六章。第 1 章為文章的緒論，主要介紹課題研究的背景以及國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀。第 2 章為課題的設(shè)計(jì)方案，主要介紹了系統(tǒng)控制方案的選擇、舞臺(tái)燈光的工藝要求以及舞臺(tái)升降舞臺(tái)的同步控制方法，還有控制升降舞臺(tái)的電機(jī)的調(diào)速方法。第 3 章是系統(tǒng)整體的硬件設(shè)計(jì)，對(duì) PLC 的型 號(hào)選擇、 CPU 的型號(hào)的選擇、舞臺(tái)燈的選型進(jìn)行了一定的概述。最太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 后本章還給出了系統(tǒng)的電氣原理圖和 I/O 分配表。第 4 章是軟件設(shè)計(jì)部分，主要包括對(duì) step7軟件的介紹、程序流程圖和對(duì)部分模塊的程序的解釋說(shuō)明還有系統(tǒng)的建模和 PID 控制設(shè)計(jì)部分。第 5 章為系統(tǒng)測(cè)試，包括兩部分。第一部分介紹了介紹了仿真軟件。第二部分對(duì)仿真結(jié)果做了一定的解釋。第 6 章為本 文 的結(jié)論。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 系統(tǒng) 功能需求分析和 設(shè)計(jì)方案 本章節(jié)主要介紹了舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。主要包括舞臺(tái)燈光的空間布局和其工藝要求。為了安全，還增加了擴(kuò)聲系統(tǒng)的配電要求。最 后介紹了升降舞臺(tái)部分的設(shè)計(jì)思路以及控制方法。 系統(tǒng)的 功能需求分析 舞臺(tái)燈光的設(shè)計(jì)宗旨是配合舞臺(tái)表演的需要來(lái)營(yíng)造出一種藝術(shù)氛圍，給觀眾帶來(lái)美的享受。 本 文 中，舞臺(tái)燈光的空間布置要科學(xué)實(shí)用。既要美觀，滿(mǎn)足演出需求，又要避免照明死區(qū)。各種燈光的亮滅可以根據(jù)需求靈活組合。在需要時(shí)還控制舞臺(tái)升降、開(kāi)啟煙霧機(jī)和風(fēng)扇泡泡機(jī)來(lái)配合燈光營(yíng)造表演氛圍。 需求 本研究方案 一共控制 24 盞閃爍燈， 24 盞燈均勻分布在三個(gè)橢圓形光道上。每個(gè)光道由8 盞燈組成。中間光道的 8 盞燈依次為 L1L8，設(shè)定為常亮燈 ，作為舞臺(tái)的主要光源。內(nèi)光道由 L9L16 組成，外光道由 L17L24 構(gòu)成，設(shè)定為閃爍燈，閃爍頻率為 秒。投射方向多變，可根據(jù)需求刻畫(huà)人物和突出表演效果。如圖 為閃爍燈的空間布置圖。 圖 需求 舞臺(tái)正上方的前后左右四個(gè)位置分別安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)彩燈。每個(gè)旋轉(zhuǎn)彩燈分別由一臺(tái)電太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 機(jī)帶動(dòng)。由于旋轉(zhuǎn)彩燈的所需功率較小，所以這里選擇 YS7134 型號(hào)的電機(jī)。通過(guò)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制來(lái)控制旋轉(zhuǎn)彩燈的轉(zhuǎn)速。四個(gè)電機(jī)由一臺(tái)變頻器拖動(dòng)。這樣可以保證四個(gè)旋轉(zhuǎn)彩燈的同步性 ，以達(dá)到美觀的效果。 需求 部分燈安裝換色器，根據(jù)表演的需要給燈換以不同的，烘托表演氛圍，增加舞臺(tái)表演的多樣性。 需求 升降舞臺(tái)的整個(gè)行程為舞臺(tái)平面下 2m到舞臺(tái) 平面上 1m。 整個(gè)升降舞臺(tái)由兩個(gè)單獨(dú)的平行升降臺(tái)構(gòu)成，如圖 所示。兩塊升降臺(tái)分別通過(guò)兩臺(tái)電機(jī)來(lái)拖動(dòng)。這里電機(jī)選擇Y180M2 型三相異步電機(jī)，該型號(hào)電機(jī)效率高、節(jié)能好、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、噪音低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠。電機(jī)主軸通過(guò)減速器與柔性齒輪條的結(jié)合，把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槲枧_(tái)的上升與下降。 圖 俯視圖 系統(tǒng)供電配置 需求 燈光和音響是舞臺(tái)表演的兩大重要組成部分。對(duì)于舞臺(tái)表演藝術(shù)來(lái)說(shuō)，二者同等重要。所以為了安全和演出效果不受干擾，現(xiàn)對(duì)音響擴(kuò)聲系統(tǒng)的配電提出以下要求： ⑴音響擴(kuò)聲系統(tǒng)的配電與舞臺(tái)燈光的配電完全分開(kāi)，并且要有穩(wěn)壓處理。 ⑵在變壓器部分，音響擴(kuò)聲系統(tǒng)和舞臺(tái)燈光系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)獨(dú)立使用。 ⑶擴(kuò)聲系統(tǒng)供 電容量 AC220V/10KVA，有條件的話(huà)，最好二路供電，主、備自動(dòng)切換。 ⑷為了防止電磁干擾，電力管線(xiàn)與音響管線(xiàn)應(yīng)盡量交叉放置，若平行則必須保距離持50 厘米以上