灯光广告牌控制 毕业论文.doc

灯光广告牌控制 目 录 1 绪 论1 1.1.1 plc 的发展1 1.1.2 plc 的应用2 2 plc 工艺说明3 2.1.1 plc的基本结构与组成 4 2.1.2 plc 的 工 作 方 式 5 2.1.3 plc的 选 用 5 3 灯光告牌烤制设计 6 3.3.1基本原理 6 3.3.2任务要 求 6 4 plc灯光广告牌程序设计 7 4.1.1 plc 控制 i/o 分配表7 4.1.2 plc 灯光广告牌流程图8 4.1.3 plc 控制梯形图9 4.4 广告灯光分布示意图10 4.5plc 接线 图11 5 结论12 6 致谢13 7 参考文献14 ii 摘要 可编程控制器简称 pc,为了避免与个人计算机的简称 pc 想混淆，人们 仍沿用最初用于逻辑控制的可编程控制器（plc）的叫法。随着计算机技术 的发展，plc 的功能发生了质的飞跃，其高速的运算速度，超小型的体积， 可靠的工业抗干扰设计，模拟量的运算，pid 的功能，网络功能，极高的性 价比等因素促进了 plc 在现代工业中越来越广泛的应用。 关键字：可编程控制器（plc） iii abstract programmable controller abbreviation pc, in order to avoid with pcs to confusion, people as pc is still used today originally used for logic control programmable controller (plc) way. with the development of computer technology, the function of plc occurred a qualitative leap, the high- speed operation speed, ultra-small size reliable industrial anti-interference design, analog quantities of the operation, pid, network function, high functional factors such as the ratio of plc in modern industry to promote more and more widely. key words: programmable controller 1 灯光广告牌控制 1. 绪论 1.1 plc 的发展趋势 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 plc 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业 控制装置。此时的 plc 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人 计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制 器定名为 programmable logic controller（plc ）。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全 面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、 更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid 功能及极高的性价比奠定了它在 现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世 界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制 器已步入成熟阶段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是 plc 发展最快的时期，年增长率一直 保持为 3040%。在这时期，plc 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接 口能力和网络能力得到大幅度提高，plc 逐渐进入过程控制领域，在某些应用 上取代了在过程控制领域处于统治地位的 dcs 系统。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时 期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人 机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。 2 .2 的 应 用 目前，plc 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机 械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致 可归纳为如下几类。 （1）开关量的逻辑控制 这是 plc 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控 制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。 如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速 度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量 （analog）和数字量（ digital）之间的 a/d 转换及 d/a 转换。plc 厂家都生产 配套的 a/d 和 d/a 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 （3）运动控制 plc 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用 于开关量 i/o 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制 模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主 要 plc 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、 电梯等场合。 （4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， plc 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid 调节是一般闭环控 制系统中用得较多的调节方法。大中型 plc 都有 pid 模块，目前许多小型 plc 也具有此功能模块。 pid 处理一般是运行专用的 pid 子程序。过程控制在 冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 （5）数据处理 现代 plc 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算） 、数据传送、数 据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这 些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利 用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型 控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶 金、食品工业中的一些大型控制系统。 （6）通信及联网 plc 通信含 plc 间的通信及 plc 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制 的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 plc 厂商都十分重视 plc 的通信功 3 能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 plc 都具有通信接口，通信非常方 便。 2 plc 工 艺 说 明 2.1 plc 的 基 本 结 构 与 组 成 如上图所示为 plc 控制器基本结构 从 结 构 上 分 ， plc 分 为 固 定 式 和 组 合 式 （ 模 块 式 ） 两 种 。 固 定 式 plc 包 括 cpu 板 、 i/o 板 、 显 示 面 板 、 内 存 块 、 电 源 等 ， 这 些 元 素 组 合 成 一 个 不 可 拆 卸 的 整 体 。 模 块 式 plc 包 括 cpu 模 块 、 i/o 模 块 、 内 存 、 电 源 模 块 、 底 板 或 机 架 ， 这 些 模 块 可 以 按 照 一 定 规 则 组 合 配 置 。 plc 实 质 是 一 种 专 用 于 工 业 控 制 的 计 算 机 ， 其 硬 件 结 构 基 本 上 与 微 型 计 算 机 相 同 ， 基 本 构 成 为 ： 电 源 plc 的 电 源 用 于 为 plc 各 模 块 的 集 成 电 路 提 供 工 作 电 源 ， 在 整 个 系 统 中 起 着 十 分 重 要 的 作 用 。 如 果 没 有 一 个 良 好 的 、 可 靠 的 电 源 系 统 是 无 法 正 常 工 作 的 ， 因 此 plc 的 制 造 商 对 电 源 的 设 计 和 制 造 也 十 分 重 视 。 一 般 交 流 电 压 波 动 在 +10%(+15%)范 围 内 ， 可 以 不 采 取 其 它 措 施 而 将 plc 直 接 连 接 到 交 流 电 网 上 去 。 同 时 ， 有 的 还 为 输 入 电 路 提 供 24v 的 工 作 电 源 。 电 源 输 入 类 型 有 ： 交 流 电 源 （ 220vac 或 110vac） ， 直 流 电 源 （ 常 用 的 为 24vdc） 。 4 中 央 处 理 单 元 (cpu) 中 央 处 理 单 元 (cpu)是 plc 的 控 制 中 枢 ， 是 plc 的 核 心 起 神 经 中 枢 的 作 用 ， 每 套 plc 至 少 有 一 个 cpu。 它 按 照 plc 系 统 程 序 赋 予 的 功 能 接 收 并 存 储 从 编 程 器 键 入 的 用 户 程 序 和 数 据 ； 检 查 电 源 、 存 储 器 、 i/o 以 及 警 戒 定 时 器 的 状 态 ， 并 能 诊 断 用 户 程 序 中 的 语 法 错 误 。 当 plc 投 入 运 行 时 ， 首 先 它 以 扫 描 的 方 式 接 收 现 场 各 输 入 装 置 的 状 态 和 数 据 ， 并 分 别 存 入 i/o 映 象 区 ， 然 后 从 用 户 程 序 存 储 器 中 逐 条 读 取 用 户 程 序 ， 经 过 命 令 解 释 后 按 指 令 的 规 定 执 行 逻 辑 或 算 数 运 算 的 结 果 送 入 i/o 映 象 区 或 数 据 寄 存 器 内 。 等 所 有 的 用 户 程 序 执 行 完 毕 之 后 ， 最 后 将 i/o 映 象 区 的 各 输 出 状 态 或 输 出 寄 存 器 内 的 数 据 传 送 到 相 应 的 输 出 装 置 ， 如 此 循 环 运 行 ， 直 到 停 止 运 行 。 为 了 进 一 步 提 高 plc 的 可 靠 性 ， 近 年 来 对 大 型 plc 还 采 用 双 cpu 构 成 冗 余 系 统 ， 或 采 用 三 cpu 的 表 决 式 系 统 。 这 样 ， 即 使 某 个 cpu 出 现 故 障 ， 整 个 系 统 仍 能 正 常 运 行 。 cpu 速 度 和 内 存 容 量 是 plc 的 重 要 参 数 ， 它 们 决 定 着 plc 的 工 作 速 度 ， io 数 量 及 软 件 容 量 等 ， 因 此 限 制 着 控 制 规 模 。 存 储 器 存 放 系 统 软 件 的 存 储 器 称 为 系 统 程 序 存 储 器 。 存 放 应 用 软 件 的 存 储 器 称 为 用 户 程 序 存 储 器 。 输 入 输 出 接 口 电 路 （ i/o 模 块 ） plc 与 电 气 回 路 的 接 口 ， 是 通 过 输 入 输 出 部 分 （ i/o） 完 成 的 。 i/o 模 块 集 成 了 plc 的 i/o 电 路 ， 其 输 入 暂 存 器 反 映 输 入 信 号 状 态 ， 输 出 点 反 映 输 出 锁 存 器 状 态 。 输 入 模 块 将 电 信 号 变 换 成 数 字 信 号 进 入 plc 系 统 ， 输 出 模 块 相 反 。 i/o 分 为 开 关 量 输 入 （ di） ， 开 关 量 输 出 （ do） ， 模 拟 量 输 入 （ ai） ， 模 拟 量 输 出 （ ao） 等 模 块 。 1、 现 场 输 入 接 口 电 路 由 光 耦 合 电 路 和 微 机 的 输 入 接 口 电 路 ， 作 用 是 plc 与 现 场 控 制 的 接 口 界 面 的 输 入 通 道 。 2、 现 场 输 出 接 口 电 路 由 输 出 数 据 寄 存 器 、 选 通 电 路 和 中 断 请 求 电 路 集 成 ， 作 用 plc 通 过 现 场 输 出 接 口 电 路 向 现 场 的 执 行 部 件 输 出 相 应 的 控 制 信 号 。 常 用 的 i/o 分 类 如 下 ： 开 关 量 ： 按 电 压 水 平 分 ， 有 220vac、 110vac、 24vdc， 按 隔 离 方 式 分 ， 有 继 电 器 隔 离 和 晶 体 管 隔 离 。 模 拟 量 ： 按 信 号 类 型 分 ， 有 电 流 型 （ 4-20ma,0-20ma） 、 电 压 型 （ 0- 10v,0-5v,-10-10v） 等 ， 按 精 度 分 ， 有 12bit,14bit,16bit 等 。 除 了 上 述 通 用 io 外 ， 还 有 特 殊 io 模 块 ， 如 热 电 阻 、 热 电 偶 、 脉 冲 等 模 块 。 按 i/o 点 数 确 定 模 块 规 格 及 数 量 ， i/o 模 块 可 多 可 少 ， 但 其 最 大 数 受 cpu 所 能 管 理 的 基 本 配 置 的 能 力 ， 即 受 最 大 的 底 板 或 机 架 槽 数 限 制 。 底 板 或 机 架 大 多 数 模 块 式 plc 使 用 底 板 或 机 架 ， 其 作 用 是 ： 电 气 上 ， 实 现 各 模 块 间 的 联 系 ， 使 cpu 能 访 问 底 板 上 的 所 有 模 块 ， 机 械 上 ， 实 现 各 模 块 间 的 连 接 ， 使 各 模 块 构 成 一 个 整 体 。 5 功 能 模 块 如 计 数 、 定 位 等 功 能 模 块 通 信 模 块 如 以 太 网 、 rs485、 profibus-dp 通 讯 模 块 等 编 程 设 备 编 程 器 是 plc 开 发 应 用 、 监 测 运 行 、 检 查 维 护 不 可 缺 少 的 器 件 ， 用 于 编 程 、 对 系 统 作 一 些 设 定 、 监 控 plc 及 plc 所 控 制 的 系 统 的 工 作 状 况 ， 但 它 不 直 接 参 与 现 场 控 制 运 行 。 小 编 程 器 plc 一 般 有 手 持 型 编 程 器 ， 目 前 一 般 由 计 算 机 （ 运 行 编 程 软 件 ） 充 当 编 程 器 。 人 机 界 面 最 简 单 的 人 机 界 面 是 指 示 灯 和 按 钮 ， 液 晶 屏 （ 或 触 摸 屏 ） 式 的 一 体 式 操 作 员 终 端 应 用 越 来 越 广 泛 ， 由 计 算 机 （ 运 行 组 态 软 件 ） 充 当 人 机 界 面 非 常 普 及 。 2.2 plc 的 工 作 方 式 plc 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式 1每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。 2输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状 态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5扫描周期的长短由三条决定。（1 ）cpu 执行指令的速度（ 2）指令本身占 有的时间（3 ）指令条数，现在的 plc 扫描速度都是非常快的。 6由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/ 输出滞后的现象，即输入/ 输出响应延迟。 2.3 plc 的 选 用 选用 plc 的原则 作为大批量的产品和低价格的产品不宜采用 plc。对于小批量产品和高利 润的产品及工程项目应尽可能的采用 plc。对一些工作环境良好又有较大批量 的最好不用 plc。对那些控制很简单或很特别的也不宜采用 plc。对一些检测报 警或以检测报警为主的不宜采用 plc。对模拟量特别多的要好好权衡，因为 plc 的模拟量特别贵。 采用专用装置还是 plc，总的原则要参照以下几点： 1、利润比较 2、周期如何（合同周期） 3、投入的人力物力与财力 4、用户是否接受 5、技术上的把握性 6、产品的发展趋势 7、产品的升级纵向兼容 6 8、产品的系列横向兼容 9、产品的商业卖点。即 plc 本身的名称就很值钱。有时明明专用产品也很 好，售价也低，但有些用户只认 plc，用 plc 的话，即使价格提高用户也认可。 这样一来，plc 的实际成本要比专用产品高一些，但相比 plc 的暴利来说几乎 可忽略。plc 贵就贵在技术上和“plc”这个名称上。不过，它确实很方便、高 效。 3. plc 灯光广告牌控制设计 3.1 基本原理 某商厦灯光广告牌所示共有 8 只荧光灯管，24 只流水灯，每 4 只灯为一 组，用 plc 对灯光广告牌进行控制。 1、广告牌中间 8 个荧光灯管依次从左至右点亮，至全亮，每只灯点亮时 间间隔 1s，全亮后显示 10s；接下来从右至左依次熄灭至 全灭，全后停亮 2s；再从右至左依次点亮至全亮，每只点 亮时间间隔 1s。全亮后显示 10s；再从左至右依次熄灭至 全灭，全灭后停亮 2s，又从开始运行，如此循环不止，周 而复始。 2、广告牌四周流水灯共 24 灯，每 4 只为一组，共分 6 组， 每组灯间隔 1s 向前移动一次，移动 24s 后，再反过来移 动，如此循环往复。 3、系统有单步/连续控制，有启动/停止按钮。 3.2 任务要求 1、将 8 个荧光灯管用电线丝串联接好，将 24 个流水灯用电线丝传连接好， 并用固定架将荧光灯管固定在广告牌中间，流水灯围绕灯管一周。 2、将 plc 控制器接入灯管组与流水灯组，确保电路连接正常。 3、调试 plc 控制器，按照设计要求将 plc 控制器调试好。 4、检查确保广告牌能正常工作。 7 4plc 灯光广告牌程序设 4.1 plc 控制 i/o 分配表 输入信号 输出信号 名称 代号 输入点编码 名称 代号 输入点编码 启动按钮 sa1 x0 彩灯 灯管 1 y 0 停止按钮 sa2 x1 彩灯 灯管 2 y1 彩灯 灯管 3 y2 彩灯 灯管 4 y3 彩灯 灯管 5 y4 彩灯 灯管 6 y5 彩灯 灯管 7 y6 彩灯 灯管 8 y7 彩灯 hd1 y10 彩灯 hd2 y11 彩灯 hd3 y12 彩灯 hd4 y13 彩灯 hd5 y14 彩灯 hd6 y15 8 4.2 plc 灯光广告牌流程图 9 4.3 plc 控制梯形图 10 4.4 广告灯光分布示意图 11 4.5 plc 控制接线图 12 结论 随着我国经济的高速发展，微电子技术，计算机技术和自动控制技术也得 到了迅速的发展，可编程控制器技术已经进去一个崭新的时代，其应用越来越 广。广告灯作为一种现代化的工具，与人们的日常生活紧密相关，随着人们对 其要求的提高，广告灯灯光控制得到了快速的发展，其逻辑控制已由可编程控 制器代替原来的继电器控制。本文设计采用了可编程逻辑控制器（plc）对广告 灯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了广告灯的