精品毕业论文霓虹灯广告屏的plc设计

目 录 言前摘要1， PLC型号的选择和其介绍41.1 （ PLC机型的选择41.2 FX系列PLC性能比较51.3 FX系列PLC的环境指针61.4 FX系列PLC的输入技术指针61.5 FX系列PLC的输出技术指针71.6 电源模块111.7 底板或机架111.8 PLC系统的其它设备112，I/O分配表及PLC型号选择133，PLC端子接线图144， 控制流程图145，梯形图与指令表176， 调试与完善247， 程序运行原理说明25结束语25参考文献26摘 要本文介绍了关于可编程控制器（PLC）在霓虹灯广告屏中的应用，选用了日本三菱公司FX系列的PLC，它是一种高性能小型可编程控制器，相对于其它小型机来说，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面具有显著的优势，并具有较高的性能价格比，采用了整体式和模块式相结合的迭装式结构。 关键字： 可编程控制器 霓虹灯 迭装式前 言 随着人类文明的进步，社会的发展，市场经济的不断繁荣，各个城市为了更加的美丽，各个企业为了宣传自己的企业形象,霓虹灯广告屏就在此过程中扮演着十分重要的角色.当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告均可以见到,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管,另一种为日光灯管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果。这些灯的闪烁时间及流动方向都可以通过PLC（Programmable logic Controller可编程控制器）来达到控制的要求.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内存，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.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。1 PLC型号的选择和其介绍 随着P LC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指针有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。1.1 （ PLC机型的选择PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：1.1.1 合理的结构型式PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在IO点数、输入点数与输出点数的比例、IO模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。1.1.2 安装方式的选择 PLC系统的安装方式分为集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程IO硬件，系统反应快、成本低；远程IO式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，联机短，但需要增设驱动器和远程IO电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。1.1.3 相应的功能要求一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、死循环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模程控和集散控制系统等场合。1.1.4 响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速IO处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等 1.1.5 系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。1.1.6 机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水准的提高。)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。 1.2 FX系列PLC性能比较尽管FX系列中FXOS、FX1S、FX1N、FX2N等在外形尺寸上相差不多，但在性能上有较大的差别，其中FX2N和FX2NC子系列，在FX系列PLC中功能最强、性能最好。FX系列PLC主要产品的性能比较如表1所示。表1 FX系列PLC主要产品的性能比较型号I/0点数基本指令执行时间功能指令模拟模块量通信FX0S10301.63.6s50无无FX0N241281.63.6s55有较强FX1N141280.550.7s177有较强FX2N162560.08s298有强1.3 FX系列PLC的环境指针F X系列的环境指针要求如表2所示。表2 F X系列PLC的环境指针环境温度使用温度0550C，储存温度-20700C环境湿度使用时35%85%RH（无凝露）防震性能JISC0911标准，1055HZ，0.5(最大2G),3轴方向各2次(但用DIN导轨安装时为0.5G)抗冲击性能JISC0912标准,10G,3轴方向各3次抗噪声能力用噪声仿真器产生电压为1000伏(峰峰值)、脉宽1s、30100Hz的噪声绝缘耐压AC1500V,1min(接地端与其它端子间)绝缘电阻5M以上（DC500V兆欧表测量，接地端与其它端子间）接地电阻第三种接地，如接地有困难，可以不接使用环境无腐蚀性气体，无尘埃。1.4 FX系列PLC的输入技术指针FX系列PLC对输入信号的技术要求如表3所示。表3 FX系列PLC的输入技术指针输入端项目X0X3（FX0S）X4X17（FX0S）X0X7（FX0N、1S、1N、2N）X10（FX0N、1S、1N、2N）X0X3（FX0S）X4X17（FX0S）输入电压DC24V10%DC12V10%输入电流8.5mA7mA5mA9mA10mA输入阻抗2.7k3.3 k4.3 k1 k1.2 k输入ON电流4.5mA以上4.5mA以上3.5mA以上4.5mA以上4.5mA以上输入OFF电流1.5mA以下1.5mA以下1.5mA以下1.5mA以下1.5mA以下输入响应时间约10ms, 其中：FX0S、FX1N的X0X17和FX0N的X0X7为015ms可变，FX2N的X0X17为060ms可变输入信号形式无电压触点，或NPN集电极开路晶体管电路隔离光电耦合器隔离输入状态显示输入ON时LED灯亮1.5 FX系列PLC的输出技术指针FX系列PLC对输出信号的技术要求如表4所示。表4 FX系列PLC的输出技术指针项目继电器输入晶闸管输出晶体管输出外部电源AC250V或DC30V以下AC85240VDC5V30V最大电阻负载2A/1点、8A/4点、8A/8点0.3A/点、0.8A/4点（1A/1点2A/4点）0.5A/1点、0.8A/4点（0.1A/1点、0.4A/4点）（1A/1点、2A/4点）（0.3A/1点、1.6A/16点）最大感性负载80VA15VA/AC100V、30VA/AC200 V12W/DC24V最大灯负载100W30W1.5W/DC24V开路漏电流1mA/AC100V2mA/AC200v0.1mA以下响应时间约10msON：1ms，OFF：10msON：0.2ms、OFF：0.2ms大电流OFF为0.4ms以下电路隔离继电器隔离光电晶闸管隔离光电耦合器隔离输出动作显示输出ON时LED亮通过以上数据分析，我选择了FX2N-48MR-001，虽说FX1N也可以完成此项设计，但FX2N是FX系列最先进的产品，在这我主要考虑到设计的需要，没有考虑成本问题，FX系列是日本三菱的产品，在这我简单介绍一下PLC的三大主流，即美国、欧洲、和日本，欧美在大型机方面见长，而日本在小型机方面比较占优势。日本的小型PLC最具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多PLC制造商，如三菱、奥姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70的份额。 三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力。继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出FX系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。FX2N几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如FXOS、FX1S、FX0N、FX1N及系列等产品。FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的迭装式结构。 下面我介绍一下PLC的主要组成部分：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。四大部件： 中央处理单元（CPU板）控制器的核心 输入部件 （I/O部件）连接现场设备与CPU之间的接口电路 输出部件 电源部件为PLC内部电路提供能源整体结构的PLC四部分装在同一机壳内模块式结构的PLC各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合另外，还必须有编程器将用户程序写进规定的内存内 PLC的基本组成框图：中央处理单元CPU（版）输 入 接 口 部 件输 出 接 口 部 件电源部件CPU的构成：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。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。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，其输入缓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。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。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。1.6 电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。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24VAC）。1.7 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。1.8 PLC系统的其它设备1、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。2、人机界面：最简单的人机接口是指示灯和按钮，目前液晶屏（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）充当人机接口非常普及。 3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条形码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 本控制系统主要是用于控制霓虹灯和边框流水灯按顺序的闪烁。输入程序后可以通过硬件进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图1，八个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时地隔位闪烁。图1 霓虹灯用PLC对霓虹灯广告屏实现控制,其具体要求如下:(1)该广告屏中间8个霓虹灯字亮灭的时序为“正”字亮到“德”字亮到“厚”字亮“行”字亮,时间间隔均为1S,8个霓虹灯字全亮后,显示10S,再反过来从“行”字到“敏”字“正”字顺序熄灭.全亮后,停亮2S,再从“行”字开始亮起,顺序点亮“行” “正”,时间间隔为1S,全亮后显示20S.再从“正” “行”顺序熄灭.全熄灭后,停亮2S,再从头开始运行,周而复始。(2)广告屏四周的流水灯共24只,4个1组,共分6组,每组灯间隔1S向前移动一次,且IVI每隔一组的灯点亮,即从I,III亮;后II,IV亮;后III,V亮;后IV,VI亮,移动一段时间后(如30S),再反过来移动,即从VI,IV亮;后V,III亮;后IV,II亮;后III,I亮,如此循环往复。(3)系统有单步连续控制,有启动和停止按钮。(4)系统霓虹灯字,白帜灯的电压及供电电源均为市电220V。2、I/O分配表及PLC型号选择输入点分配输出点分配输入接点输入开关名称输出接口驱动设备X000启动按钮SB1Y000 Y007控制8个霓虹灯字X001停止按钮SB2Y010Y015控制6组流水灯泡X002单步/连续开关SB3X003步进按纽开关SB4根据控制要求,PLC控制霓虹灯广告显示屏的输入输出(I0)地址编排如下表所示,其中SA1(X0)为启动开关,SA2(X1)为停止开关,SAa(X2)为单步连续选择开关,SB(X3)为步进按钮开关。Y0Y7控制8根霓虹灯字,用发光管LED1LED8模拟显示,Y10Y15控制6组流水灯泡,这里用发光管LEDQLED,模拟显示。如表1表1 I/O分配表PLC型号的选择：由于共有14个埠输出，并且用是用交流电的，所以我选择用FX2N-48MR-001。FX2N-48MR-001的主要的技术参数：输入继电器有24点，输出继电器有24点。电源电压为AC100240V 50/60Hz3、PLC端子接线图图2 端子接线图4、控制流程图 控制流程图如下图3：图3 状态流程图5、梯形图与指令表图4 梯形图 图5 指令表程序说明：第20个状态：霓虹灯的正序亮和反序灭。第21个状态：霓虹灯的反序亮和正序灭。第6065个状态：是流水灯的正序的隔位亮第7075个状态：是流水灯的反序的隔位亮。6、调试与完善我的程序在调试的时候是出现了很大的问题的，后来在老师的指导下，我把程序简化了一下，把很的多的状态都合并了起来，并用定时器来控制灯的亮灭，但是大体的思路还是一样的7、程序运行原理说明本程序是用STL图所写的，在启动按钮按下以后，有两步程序同时运行，一个是霓虹灯字的亮灭，一个是四周边框流水灯