机电09PLC课程设计格式和要求.doc

河南机电高等专科学校课程设计报告书课程名称： 机电传动与控制技术 课题名称：霓虹灯广告屏装置的PLC 控制 系部名称： 机电工程系 专业班级： 数维091 姓 名： 王卫星 学 号：090218107 2011年 12月8日 设 计 任 务 书设计目的： 设计一个霓虹灯广告屏装置的PLC 控制系统。该广告屏共有 8 根灯管，每根灯管显示一个汉字，如下图所示：设计要求：1、该广告屏 8 根灯管亮灭的基本时序为：第 1 根亮 2 亮 3 亮第 8 根亮，时间间隔为 1s ，全亮后，显示 3s ，再反过来从 8 7 1 按 1s 间隔顺序熄灭，全灭后停亮 2s ；再从第 8 根开始亮，顺序点亮 7 6 1 ，时间间隔 1s ，显示 5s ，再从 1 2 8 按 1s 间隔顺序熄灭，全灭后停亮 2s ，然后重复运行，周而复始。1、在基本时序外，根据自己的想象，设计该广告屏 8 根灯管亮灭的其它形式的显示时序。附加时序可加在基本时序后，也可穿插在基本时序中。3、 论文采用A4纸，在“页面设置/页边距”中设置参数为：上3 cm，下3 cm，左3 cm，右3 cm，装订0 cm。在“页面设置/文档网格”中设置“只指定行网格”和每页“33”行。4、正文字号和字体：汉字：各章标题和目录、摘要、谢辞、参考文献、附录等部分的标题用小3号黑体；各节标题用4号黑体；各条标题、各款标题用小4号黑体，正文段落文字小4号宋体；图题和表题用5号宋体，表格内和插图中的文字一般用5号宋体，根据需要在保证清楚的前提下也可用更小号的字体；页眉和页码用小5号字。英文：英文字体和数字采用TIMES NEW ROMAR字体，与中文混排的英文字体应与周围的汉字大小一致。一、设计方案；二、硬件电路设计、I/O地址分配；三、软件设计；四、程序调试；五、心得体会附录1、参考文献附录2、程序清单 基于PLC的广告灯控制设计摘要：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入一个崭新的时代，其应用越来越广。广告灯做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。本文采用可编程逻辑控制器（PLC）对广告灯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了广告灯的控制水平，并改善了广告灯灯光控制的可靠性，使广告灯控制达到了较为理想的控制结果。关键字：可编程控制器（PLC）、广告灯、自动控制。 目 录摘要 1关键字 1第一章 概述 3 一、PLC的开发背景 3 二、选题意义及PLC型号的选择及介绍 4 （一）、选题意义 4 （二）、PLC型号的选择4 （三）、PLC的功能7 （四）、PLC的特点8 三、系统所需硬件及注意事项 9第二章 总体设计 10 一、控制要求 10 二、主要内容 10 三、硬件设计 11 （一）、PLC的型号及I/O分配口 11 （二）、PLC控制接线图 13 四、PLC控制梯形图14 五、PLC控制指令表15 六、调试与完善17总结与体会18参考文献19致谢20 第一章 概 述一、PLC的开发背景随着微处理器，计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛的应用在所有的工业领域。现在社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本、和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器（Programmable Logic Controller）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。可编程序控制器简称PLC，它的应用面广，功能强大，使用方便，已经成为当代工业自动化的主要的支柱之一。PLC广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化中也得到了迅速的发展。国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作出如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其每部存储执行逻辑运算、顺许控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其设备，都应按照易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供应用平台，同时还为PLC可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理，用户程序由用户自己设计，这样可以满足大多数用户的需要。二、选题意义及PLC型号的选择及介绍（一）、选题意义随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:霓虹灯广告屏来实现这一目的.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中彩色的灯管,另一种为日光等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。这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求.选择这个题目作为毕业设计，即能通过设计熟悉学习过的PLC知识，还能提高自己的设计能力，并且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。在一定程度上提高自己以后在找工作的成功率。所以我选择了这个题目。（二）、PLC型号的选择随着PLC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、性能、容量、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标有着重要意义。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。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、 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。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，连线短，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。 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、闭环控制、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，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 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。 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。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平的提高。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。 （三）、PLC的功能1、为了大量实际应用而开发的的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要模拟I/O，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。对于每个FX2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。连接到世界上最流行的开放式网络CC-Link,Profibus DP和DeveiceNet或者采用传感器层次的网络解决你的通信需要。2、其他功能内置式24V直流电源24V、400mA可用于外围设备，如传感器或其他元件。快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。时钟功能和小时表功能在所有的FX2n PLC中都有实时时钟标准，时间设置和比较指令易于操作，小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了又价值的信息。持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中0X000-0X017）。注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止操作。RUN/STOP开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护远处的编程软件可以调制解调器通信来监测、下载和卸载程序数据。密码保护使用一个八位数字密码来保护您的程序。（四）、PLC的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。2. 通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3. 功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4. 编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5. 减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。三、系统所需硬件及注意事项1、系统所需硬件在本篇论文中我制作的广告灯主要用到的硬件有LED玻璃管、PLC、电极头、导线。LED玻璃灯管的作用是当接通电源时，灯管发出的不同颜色形成不同的图案，起到照明作用。PLC的作用是存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外的接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护起来极为容易。电极头的作用是焊接作用。导线起着连接电路的作用。2、注意事项广告霓虹灯属于高压用电产品，通常电压在15000V，电流较低，一般在0.03至0.8A左右。广告霓虹灯为冷阴极灯，使用过程中，不会产生过高的热量。广告霓虹灯灯管常用的规格有直径6、8、9、12、15毫米。广告霓虹灯有些品牌在特殊的情况下会产生明火，甚至使用灭火器也难以扑灭，此时，只需要断开电源即可。广告霓虹灯变压器有电子，电感变压器，电子变压器通常为2米、6米、8米、12米之分。电感为12米负载。第二章 总体设计一、控制要求本控制系统只要是用于控制广告灯按顺序闪烁。能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。二、主要内容用PLC控制一个自动闪烁的广告牌，其内容为“湖南信息职业技术学院欢迎您”，这13个字用13个灯点亮并实现闪烁。其闪烁要求为：在打开闪烁开关后，首先“湖”字亮1S，接着“南”字亮1S，以此类推，至“您”字亮1S后，“湖南信息职业技术学院欢迎您”这13个字以0.6S的周期闪烁3次，然后又是“湖”字亮1S如此循环进行。如表1，所示：灯号步序12345678910111213HL1亮HL2亮HL3亮HL4亮HL5亮HL6亮HL7亮HL8亮HL9亮HL10亮HL11亮HL12亮HL13亮 表1 “湖南信息职业技术学院欢迎您”闪烁表三、硬件设计（一）、PLC的型号及I/O分配口由于在本篇论文所设计的广告灯中共有13个端口输出，并且采用交流电，所以我选择用三菱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AC100-240V，频率为50/60Hz。“湖南信息职业技术学院欢迎您”字牌闪烁PLC控制输入输出点分配表见表2输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输入点编号启动按钮SB1X0“湖”字彩灯HL1Y0停止按钮SB2X1“南”字彩灯HL2Y1“信”字彩灯HL3Y2“息”字彩灯HL4Y3“职”字彩灯HL5Y4“业”字彩灯HL6Y5“技”字彩灯HL7Y6“术”字彩灯HL8Y7“学”字彩灯HL9Y10“院”字彩灯HL10Y11“欢”字彩灯HL11Y12“迎”字彩灯HL12Y13“您”字彩灯HL13Y14表2 字牌闪烁PLC输入输出点分配表（二）、PLC的控制接线图广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制接线图 如图1所示。 图1 PLC控制接线图四、PLC控制梯形图广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制梯形图如图2所示。 图2 PLC控制梯形图五、PLC控制指令表广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制指令表 0 LD X0001 OR M02 ANI X0013 OUT M04 LD MO5 ANI T16 OUT T0 K59 LD T110 PLS M112 LD M013 ANI M314 ANI M415 ANI M516 ANI M617 ANI M718 ANI M819 ANI M920 ANI M1021 ANI M1122 ANI M1223 ANI M1324 ANI M1425 ANI M1526 OUT M227 LD M128 ANI M1529 SFTL M2 M3 K13 K138 LD M239 OR T240 OUT Y00041 LD M342 OR T243 OUT Y00144 LD M445 OR T246 OUT Y00247 LD M548 OR T249 OUT Y00350 LD M651 OR T252 OUT Y00453 LD M754 OR T255 OUT Y00556 LD M857 OR T258 OUT Y00659 LD M960 OR T261 OUT Y00762 LD M1063 OR T264 OUT Y01065 LD M1166 OR T267 OUT Y01168 LD M1269 OR T270 OUT Y01271 LD M1372 OR T273 OUT Y01374 LD M1475 OR T276 OUT Y01477 LD M1578 ANI T379 OUT T2 K382 LD T283 OUT T3 K386 LD T387 OUT C0 K390 LD C091 ZRST M3 M1596 END 六、调试与完善将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。广告灯的程序是由三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER7编制完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER7编程软件，打开广告灯的程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。广