PLC在LED彩灯中的应用--毕业论文.doc

广东职业技术学院毕业综合实践报告题 目： PLC在LED彩灯中的应用 摘要可编程序控制器（Programmable controller）简称PLC，广泛应用于工业控制和生活中，具有可靠性高、稳定性好和实时处理能力强等的优点。本次的设计就是运用PLC应用于LED彩灯控制系统中，通过编程控制彩灯，灯随着时间和频率的变化而随之变化，其中包括色彩的变化，位置的变化和样式的变化等。由于PLC系统具有可编程的功能，只要稍微改变一下程序就可以得到成千上万的变化变化，体现了PLC的控制原理及其特点。此次设计的系统把PLC和现实生活中需要的灯光变化结合起来，充分的表现了PLC的作用特点已经未来灯光变幻的发展方向。关键词：LED彩灯，PLC编程，简单灵活，变化过程目录 一 引言41.1 PLC的产生及发展方向41.2 PLC的特点4（1） 高可靠性、抗干扰能力强4（2） 控制系统结构简单，通用性强5（3）编程方便，易于使用5（4） 功能完善5（5）体积小，维护操作方便51.3 PLC控制系统的组成51.4 PLC的工作原理61.5 PLC的应用以及在彩灯花式中的应用7二 LED的简介和原理72.1 LED的简介72.2 LED的发光原理7三 LED彩灯的控制和设计83.1 PLC控制系统设计83.2 LED彩灯的控制要求和控制原理93.3 LED彩灯的设计93.4 PLC程序指令说明101. 单一数据传送指令112. 定时器113. 循环移位指令114. 移位指令123.5 PLC程序设计123.6 LED彩灯正常运行说明14四 总结和展望15致谢16参考文献：16一 引 言1.1 PLC的产生及发展方向1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM)，为了适应汽车型号不断更新的需求，提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫Programmable Controller（PC）。随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器Program mable Logic Controller（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标上世纪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。近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其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。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。1.2 PLC的特点（1） 高可靠性、抗干扰能力强PLC专门为工业环境设计，具有很高的可靠性，它的主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。结构上可以耐热、防潮、防尘、抗震等的功效，硬件上采用隔离，屏蔽、滤波、接地等干扰措施，软件上采用数字滤波和故障诊断，所以PLC和继电器相比，更能适应各种恶劣的环境。（2） 控制系统结构简单，通用性强PLC模块和各种组件众多，可以组成很多的系统。其中不需要复杂的物理电子器件和复杂的硬接线线路，只需要在PLC的端子中输入输入和输出信号即可，每当控制要求改变时，只需用编程控制器在线或者离线修改程序，与此同时输入输出可直接与交流220V、直流24V、等强电相连，并带有较强的带负载能力。（3）编程方便，易于使用PLC针对大多数的技术人员，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式，梯形图和继电器原理图类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，可以在短时间内学会。（4） 功能完善 现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能，还能完成A/D/D/A转换、模拟量处理、高速计数、联网通信等功能，可以通过上位计算机进行显示、报警、记录，进行人机对话，使控制水平大为提高。因此，PLC具有极强的适应性，能够很好地满足各种需求，是目前工厂中应用最广的自动化设备。（5）体积小，维护操作方便以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm ，重量小于150g ，耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设备。内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等都有提示，有利于维护人员进行监控维护。1.3 PLC控制系统的组成PLC主要由硬件和软件两部分组成，硬件主要由中央处理器（CPU）、存储PLC结构框图器、输入单元、通信接口、扩展接口电路等部分组成。其中CPU是PLC的核心，存储器包括系统存储器和用户存储器。输入输出单元是PLC与外界连接的接口。扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，通信接口用于编程器、上位计算机等外设连接。PLC的软件由系统程序和用户程序组成。1.4 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。1.5 PLC的应用以及在彩灯花式中的应用由于现代的工业需求大大增加和科技的快速发展，PLC的成本下降和功能的增加，被广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力等行业。PLC的应用范围通常分为5种。分别为顺序控制、运动控制、过程控制、数据处理和通信网络。现代花红酒绿的世界，千变万化，需求的花式也就千变万化，PLC主要在彩灯的应用有装饰灯，广告灯，布景灯等等，这些灯需求的变化各种各样，而PLC就可以实现其中的变化。二 LED的简介和原理2.1 LED的简介随着科学和经济的发展，现代照明有了新的要求，而随之而出的是LED灯，LED叫发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。近年来,长期用于显示领域的半导体光源正以新型固体光源的角色逐步进入照明领域。21世纪进入以LED为代表的新型光源时代，被称为“第四代新光源”。与传统照明灯相比，LED具有节能、体积小、显色性高、发光效率高、环保、寿命长、响应速度快、可靠性高等优点，在照明领域有着非常广阔的应用前景。目前LED的应用于大型的广告招牌、大型活动现场的灯光显示、色彩多变的霓虹灯、日常的LED日光灯照明、各种各样的灯光装饰等等。2.2 LED的发光原理 LED叫发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成：一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位。另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理 。 图2-1电能直接转换为光能示意图 图2-2 LED发光原理示意图现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但是其中蓝光二极管成本较高，所以使用不是很普遍。 图2-3 LED颜色种类下表是详细的LED灯发光原理三 LED彩灯的控制和设计3.1 PLC控制系统设计PLC控制系统的设计原则是在最大限度地满足被控对象控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、安全可靠；并考虑到今后生产的发展和工艺的改进，在选择PLC机型时，应适当留有余地。其控制系统设计的一般步骤如下图所示。本次课题设计，考虑到设备资源的限制，所以简化了设计过程。步骤分别是分析控制对象 PLC机选型I/O设备选择 I/O地址分配 设计程序 室内调试 固化程序。 3.2 LED彩灯的控制要求和控制原理要求：LED彩灯颜色有四种以上，灯的数量至少20盏，有启动和停止开关，通过开关可以切换几种彩灯的控制闪亮方式，闪亮方式要有正、反时钟旋转，散射，收缩等。原理：在本次的设计实验中，彩灯的显示和颜色主要在触摸屏上显示出来，LED的点亮和熄灭是通过在PLC中设置输入点和输出点控制，彩灯的变化是通过在PLC中设置程序变化而变化，如果要变化样式，可以简单地修改程序，或者调换彩灯的位置，只要将PLC中的数据导进触摸屏里就可以通过触摸屏简单地操作和变幻彩灯闪亮方式。3.3 LED彩灯的设计经过我慎重的考虑，和方案的可行性最终设计了一个类似雪花性的设计，如下图3-1所示图3-1 led彩灯设计图案图3-2所示是设计电路图图3-2S7-200RJ45RS485 COML+M触摸屏HMIML+Com2USBUSBRJ45网卡PCDC M24V L+I/O表：输入输出SM0.1初始化脉冲I0.0左边黄色的LED灯T37定时器I0.1左上角蓝色LED灯P上升沿脉冲I0.2上面红色LED灯SM0.5秒脉冲I0.3右上角绿色LED灯M0.0中间继电器I0.4右边黄色LED灯I0.5右下角蓝色LED灯I0.6下面红色LED灯I0.7左下角绿色LED灯3.4 PLC程序指令说明1. 单一数据传送指令l 指令格式：LAD及STL格式如下图所示。l 功能：把输入端（IN）指定的数据传送到输出端（OUT）， 传送过程中数值保持不变。l 数据类型：输入和输出有字节、字、双字和实数4种类型。 2. 定时器 s7-200有三种定时器：分别是接通延时定时器（TON)、有记忆接通延时定时器（TONR)和断开延时器（TOF)。而设计的这种是接通延时定时器。IN：表示输入的是一个位值逻辑信号，起着一个使能输入端的作用。Txxx：表示定时器的编号。PT：定时器的初值。3. 循环移位指令l 功能：循环左移位指令 把输入端（IN）指定的数据循环左移N位，结果存入OUT单元中。循环右移位指令 把输入端（IN）指定的数据循环右移N位，结果存入OUT单元中。l 数据类型：输入和输出有字节、字和双字3种类型；N为字节型数据。 a和b分别说明了循环移位指令的类型4. 移位指令 l 功能：左移位指令 把输入端（IN）指定的数据左移N位，结果存入OUT单元中。右移位指令 把输入端（IN）指定的数据右移N位，结果存入OUT单元中。l 数据类型：输入和输出有字节、字和双字3种类型；N为字节型数据。 其中INV是取反指令，而SWPA是数据交换指令具体功能是将寄存器A中的数据的高四位和低四位交换。3.5 PLC程序设计3.6 LED彩灯正常运行说明按下触摸屏的开关，载入程序，图片中间的那个LED灯亮，并开始50s的循坏计时，时间在0-10s之间，LED彩灯以米字型顺时针转，时间在10-20s之间，LED彩灯以相同方式逆时针转动，时间在20-30s之间，LED彩灯以交错的方式亮和熄灭，时间在30-40s之间，LED彩灯以斜着几条的方式亮，时间大于40s时，全部灯都在闪烁，这个过程不断地循坏着。四 总结和展望时光飞逝，经过两年的学习，结合我所学的知识和我慎重的考虑，终于选定了这个毕业设计课题。这个毕业设计主要是说明了PLC和LED彩灯的简介和发展趋势和他们在未来发展的应用和方向以及我设计简单的彩灯应用。通过本课题的设计，让我对LED彩灯在PLC的应用有了更加深刻的理解，同时也让我的理论知识更加的巩固，我根据这几十年PLC和LED在国内外的发展和研究，结合当前国内的经济发展状况，本设计的重点放在LED彩灯在PLC控制系统的变化和点灭方式。本次的设计实验结合PLC和LED灯的特点，用了几十个灯做实验，更好地反映出符合现代社会灯式样的变化，通过简单的程序修改就可以得到成千上万的变化，更能体现当今社会花红酒绿的生活。当然，本次的设计存在着许多的缺陷，比如说花式单一，不能够满足现代的灯光需求变化，论证过程不够严谨，这些问题都有待去解决，同时我自己也需要提高解决实际生活问题的能力。万事开头难嘛，在开始设计写论文的时候，我一头雾水，不知道从从哪里开始写，但是蒋老师就给了我宝贵的意见，所以我才能开个头，于是我便开始收集，毕竟收集资料是做毕业设计必要条件，一个好的开头就已经相当于成功了一半，因此资料收集的工作开始有条不紊地展开，收集来的资料进行整理、融合、再整理，然后再结合实际生活和自己的理论知识进行列提纲，通过设计挺高了我的分析能力和收集资料的能力，懂得如何更好地去将所学的知识巩固、深入和扩展与此同时，我的动手能力也提高了不少，学会了独立思考和分析实际的问题，通过学习和设计，更是对我这两年多在学校和实习单位所学知识的提高和升华。随着科技的发展和进步，LED的发展潜力比较大，比如电脑和手机都是LED背光来显示，而这些显示都要通过智能的单片机或者PLC的控制和编程，而在现在社会，LED的应用也发展飞快，比如说霓虹灯，LED大屏幕，交通灯、提示灯等等。由此可见，未来的发展肯定是简单，简洁和智能化方向发展，而这两者都有这方面的潜力，第四次工作革命势必是智能化的发展方向。经过这几个月的毕业设计和半年的实习，我在生活和实习中学到很多专业知识和技术，但是我也发现了自己的不足和很多方面的能力欠缺，我还要进一步提高各方面