自动化毕业论文基于PLC的彩灯控制系统

安徽电气工程职业技术学院毕业设计（论文）（基于 PLC 的彩灯控制系统的设计）年 级:学 号:姓 名:专 业:指导老师:年 月 安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) 第页摘 要彩灯在我们的日常生活中是随处可见的，彩灯控制能够达到的渲染效果是通过控制全部或者部份彩灯的亮和灭、闪烁的频率、灯的亮度及灯光流的方向来实现的。在本次设计中采用西门子公司 S7-200 系列 PLC 来进行控制。本次设计对彩灯的要求是变换类负载其控制对象设定为“国庆快乐”字形，且均匀分布在彩灯的中央部位、由红、黄、蓝三色灯箱组成，三色灯箱按照一定的控制闪烁；流水类负载是在灯箱的周围有 32 盏颜色不同的流水灯组循环闪烁。根据设计要求，首先进行了硬件系统的设计，选用的是 S7-200 的 cpu226，它的 24 点输入/16 点输出可以满足本次设计的需求，并画出了输入和输出接线图。在软件方面，根据设计的思想进行了实现系统功能的梯形图的设计，指令采用的是减计数器指令和移位寄存器指令，并利用S7-200 的 STEP7-Micro/WIN32 编程软件进行编程。它可以方便地在 Windows 环境下对 PLC 编程、调试、监控，且编程方便，快捷，利用 PLC/PPI 电缆将计算机与PLC 相连接来验证程序，在 PLC 上可以清楚的看到控制效果，从来证明了本次设计的成功。关键词：彩灯控制；S7-200；PLC; STEP7-Micro/WIN32安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) 第页目 录摘要第一章 绪论11 PLC 的背景 12 设计的主要内容第二章 PLC 概述2 1 PLC 的主要功能和特点211 PLC 的主要功能 212 PLC 的特点 第三章 PLC 的结构与工作原理31 PLC 的结构32 PLC 的工作原理33 PLC 的编程语言第四章 基于 PLC 的彩灯控制系统的设计41 工作原理与要求42 工艺过程43 硬件设计4.3.1 S7-200 系列 PLC 性能简介4.3.2 编程元件地址分配44 软件设计4.4.1 设计思想4.4.2 梯形图设计4.4.3 STEP-7-Micro/Win 编程软件4.4.4 程序的编写与下载4.4.5 程序的验证安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) 第页致谢参考文献安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) 第一章 绪论1.1 PLC 的背景随着科学技术的发展，电气控制技术在各领域中得到了越来越广泛的应用。可编程序控制器（PLC ）的应用使电气控制技术发生了根本的变化。PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术，半导体技术，自动控制技术，数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。PLC 以其可靠性高，灵活性强，使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。从运动控制到过程控制，从单机自动化到生产线自动化乃至工厂自动化，从工业机器人，数控设备到柔性制造系统，从几中控制系统到大型集散控制系统，PLC 均充当着重要角色，并展现出了强劲的态势。身为生产过程自动化专业的学生，PLC 更是重中之重。1.2 设计的主要内容本次设计是运用 PLC 来实现对彩灯系统的控制，设计的彩灯系统具有结构简单，变换形式多样，价格低等有点。西门子公司的 PLC 是现在市面上利用率较高的PLC。它指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，便于扩展，性价比高，符合要求。因此，本设计中选用西门子公司的 SIMATIC S7-200 小型 PLC 来进行控制。在硬件设计中选择了 CPU226，设计除了系统输入和输出的接线图。根据所要实现的功能，画出了系统功能的梯形图。S7-200 的 PLC 本身自带 STEP-7-Micro/WIN 编程软件为编程及调试带来相当大的方便。第二章 PLC 概述2.1 PLC 的主要功能和特点安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) 2.1.1 PLC 的主要功能1. 开关量逻辑控制可实现各种简单和复杂的逻辑控制，常用于取代畅通的继电器控制系统。2. 模拟量控制PLC 中配置了 A/D 和 D/A 转换模块，把现场输入模拟量经 A/D 转换后送 CPU处理。而 CPU 处理的数字量结果，经 D/A 转换后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。3. 闭环过程控制配置 PID 控制模块，对控制过程中某一变量进行 PID 控制。 、4. 定时控制为用户提供了若干个定时器。可以由用户在编写用户程序时设定，也可以用键盘开关外部设定，实现定时或延时的控制。5. 计数控制为用户提供了若干个计数器。可以由用户在编写用户程序时设定，也可以用键盘开关外部设定，实现计数控制。6. 顺序（步进）控制在工业控制中，选用 PLC 实现顺序（步进）控制，可以采用 IEC 规定的用于顺序控制的标准化语言-顺序功能图进行设计。可以用移位寄存器和顺控指令编写程序。安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) 7. 数据处理不仅能进行数字运算和数据传送，而且还能进行数据比较，数据转换，数据显示，打印以及数据通信等。8. 通信和联网可以对远程 I/O 进行控制，又能实现 PLC 与 PLC,PLC 与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统，实现工厂自动化。PLC 还可与其他只能控制设备实现通信。PLC 与变频器组成联合控制系统，可提高控制交流电动机的自动化水平。2.1.2 PLC 的特点1.高可靠性（1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用 R-C 滤波器其滤波时间常数一般为 1020ms（3）各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施以防止故障扩大。（7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成 余系统或由 CPU 构成表决系统，使可靠性更进一步提高。2.丰富的 I/O 接口模块安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) PLC 针对不同的工业现场鑫昊如交流或直流，开关量或模拟量，电压或电流，脉冲或点位，强电或弱点等由相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备如按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈，控制阀，直接连接。另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块。为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。3. 采用模块化结构为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4. 编程简单易学PLC 的编程大多采用类似于继电器控制显露的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5。 安装简单维修方便PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障提示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。忧郁采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。第三章 PLC 的结构与工作原理3.1 PLC 的结构安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) PLC 实质上是一种工业控制计算机，比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的结构，以及更直接的适应于控制要求的编程语言。从硬件结构看，它也有中央处理器(CPU)模块，输入/输出(I/O)模块，电源等组成，可编程序控制器的基本组成如下图 3.1 所示：1 CPU 模块在可编程序控制器控制系统中,CPU 模块相当于人的大脑，他不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。2 存储器PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使可编程序控制器具有基本的智能，能够完成可编程序控制器设计者规定的各种工作。系统程序由生产厂家设计并固化在 ROM 中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使可编程序控制器完成用户要求的特定功能。存储器的容量以字为单位。可编程序控制器使用以下集中物理存储器：（1）随机存取存储器(RAM)安徽电气工程职业技术学院毕业设计(论文) RAM 中一般存放用户程序和系统参数。当 PLC 处于编程工作方式时，用编程器或编程软件下载程序到 PLC 的 RAM 中，在切换到运行方式后，CPU 从 RAM 中取指令并执行。用户程序执行过程中产生的中间结果也在 RAM 中暂时存放。(2) 只读存储器可以用来存放系统程序，PLC 去电后再加电，系统程序内容不变且重新执行。只读存储器也可用来固话用户程序和一些重要参数，以免因偶然操作失误而造成程序和数据的破坏或丢失。3输入/输出接口（1）输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路