房间灯的控制PLC课程设计.doc

题目名称房间灯的控制设计时间课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306） 一、 课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件现在一些宾馆和家庭客厅中的装饰灯，是利用一个开关来实现不同的控制组合。现房间内有1，2，3号三个灯，试用PLC进行控制，要求： 按动一下开关，三个灯全亮； 再按一下，1，3号灯亮，2号灭； 再按一下，2、3号灯亮，1号灭； 再按一下全部灭。 三、 任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、设计好顺序功能图3、系统的T形图按照要求书写课程设计报告注： 1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。 摘 要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存储器，用来在其内部存储执行运算逻辑、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和生产过程。此次课程设计利用一个开关来实现不同的控制组合，通过这个开关分别控制房间内三盏灯的打开与关闭，及它们之间的不同组合。关键字：PLC、顺序功能图、梯形图、外部接线图 目 录摘 要I1、PLC的简介11.1 PLC的基本概念11.2 PLC的功能11.3 PLC 基本组成22、设计内容和设计方案32.1 课程设计的内容和任务32.2 课程设计的目的42.2.1 PLC控制系统设计的基本原则42.2.2 PLC控制系统设计的基本内容42.2.3 PLC控制系统设计的一般步骤52.3 设计方案53、硬件电路设计63.1 外部接线图 63.2 系统流程图的设计73.3 顺序功能图83.4 梯形图84、程序调试94.1 调试步骤94.2 调试运行的显示95、结束语12参考文献13致谢 14附录1 指令表15附录2时序图161、 PLC简介1.1 PLC的基本概念可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.2 PLC的特点及功能(1)PLC的主要特点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构成冗余系统或有三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。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备。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线路的梯形图形式，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指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，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。(2)PLC的功能1、逻辑控制；2、定时控制；3、计数控制；4、步进(顺序)控制；5、PID控制；6、数据控制：PLC具有数据处理能力；7、通信和联网；8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。1.3 PLC的基本组成PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。1. 中央处理器中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。2. 存储器PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。ROM、RAMEPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容。RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容3.接口输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。4. 编程器编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。5. 电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。图1-1 PLC基本组成2、设计内容和设计方案2.1 设计任务和内容设计任务：利用一个开关来实现房间里三个灯不同的控制组合。设计内容：假定房间内有1，2，3号三个灯，现在要求如下：按动一下开关，三个灯全亮；再按一下，1，3号灯亮，2号灭；再按一下，2号灯亮，1，3号灭；再按一下全部熄灭。2.2课程设计目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。我们在学习了PLC的大量的相关知识后，要能够把其运用在实际训练当中。当然要设计经济、可靠、简洁的PLC控制系统，需要丰富的专业知识和实际的工作经验。在这次PLC的开关控制系统及控制系统设计的基本原则、内容与一般步骤。同时也要掌握PLC开关控制系统调试的基本过程及方法。2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则(1) 最大限度地满足被控对象的控制要求。(2) 保证控制系统的高可靠、安全。(3) 满足上面条件的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用和维修方便。(4) 选择PLC时，要考虑生产和工艺改进所需的余量。2.2.2 PLC控制系统设计的基本内容(1) 选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象。(2) 分配I/O，设计电气接线图，考虑安全措施。(3) 选择适合系统的PLC(4) 设计程序(5) 调试程序,模拟调试2.2.3 PLC控制系统设计的一般步骤(1) 流程图功能说明 分析生产工艺过程 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，分配I/O 选择PLC设计PLC接线图以及电气施工图程序设计和控制柜接线施工(2) PLC程序设计的步骤 对于复杂的控制系统，绘制编程流程图，作为设计思路。 设计梯形图 程序输入PLC模拟调试，修改直到满足要求为止。进行联机调试，直至可靠地满足控制要求2.3设计方案1、设计好系统的流程图2、设计系统的PLC外部接线图3、设计好顺序功能图4、系统的梯形图5、在实验室条件下，利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试，通过试验调试初步验证其程序的正确性3、 硬件电路设计3.1 外部接线图 如图所示为房间灯控制系统的外部接线图，其中是用FX2N-48MR型(48个IO节点的PLC，作为硬件电路，其中：X0作为启动开关，控制整个系统的启动及停止，输出模块中有RJ脉冲开关，输出继电器Y1、Y2、Y3通过计数器计数X0脉冲个数来控制，从而显示不同的控制组合。同时电路中采用交流220V电源，作为整个系统的电源。X0 COM1 Y1 Y2COM Y3COMFX2N-48MRAC220 VRJSB1开关图3-1 外部接线图3.2系统流程图 如图所示：按下启动按钮，系统开始进入工作状态，然后按下第一次开关按钮后，将进入第一步，1号、2号和3号灯亮了，再按第二次开关按钮，1号3号灯亮、2号灯灭;按三次开关按钮，2号3号灯亮、1号灯灭；接着再按一次按钮，三个灯将全部熄灭，等这几步全部完成后，再返回初始步，进行下一次循环。按第二次开关按钮1号3号灯亮2号灯灭按第三次开关按钮2号3号灯亮1号灯灭再按一次按钮按第一次开关按钮1号2号3号灯亮初始步按钮三个灯全灭了图3-5 系统流程图3.3顺序功能图如图3-5是描述该系统的顺序功能图，图中用矩形方框表示步，用代表该步的编程元件的元件号作为步的编号。设控制开关X0的初始状态为0状态，房间控制的3个灯分别为Y1Y3。当按下启动按钮后，计数器C0C3复位；第一次按下控制开关X0后，房间Y1、Y2、Y3灯全亮；第二次按下控制开关X0后，房间Y1、Y3灯亮，Y2灭；再按一次控制开关X0后，房间Y2、Y3灯亮，Y1灭；最后再按一次控制开关X0后，Y1、Y2、Y3灯全灭。根据Y1、Y2、Y3灯的0、1状态变化，一个工作周期可以分为初始步，Y1、Y2、Y3灯亮步，Y1、Y3灯亮步，Y2、Y3灯亮步。在图中，分别用M0M3来代表这四步。M8002M0ZRET C0 C3X0C0M1Y1 Y2 Y3X0C1M2Y1 Y3X0C2M3Y2 Y3X0C3初始步Y1Y2Y3灯亮步Y1Y3灯亮步Y2Y3灯亮步图 3-5 系统顺序功能图3.4梯形图据图3-5系统顺序功能图，现采用STL指令的编程方法编制顺序控制梯形图程序。图3-6的梯形图中，房间一个周期内的三个灯控制组合由图中自上而下的4段组成，它们分别对应于S0S3代表的4步，S0代表初始步。按下启动按钮后，系统处于初始步，S0为1状态，计数器C0C3复位；按下控制开关，X0为1态，步S0到步S1的转换条件满足，系统由初始步转换到步S1，S0被系统程序自动复位，S1的STL触点接通，计数器C0为1状态，Y1Y3的线圈“通电”，Y1、Y2、Y3灯亮。按下控制开关X0后，使S2置位，S1被系统自动复位，计数器C1为1状态，房间Y1、Y3灯亮，Y2灯灭；再按一次控制开关X0后，使S3置位，S2被系统自动复位，计数器C2为1状态，房间Y2、Y3灯亮，Y1灯灭；再按一次控制开关X0后，将返回起始点，计数器C3为1状态，并停留在初始步，使Y1、Y2、Y3灯全灭，计数器C0C3被复位。然后将梯形图转换成指令表见附录1，其相应的时序图见附录2. 图3-6 梯形图第4章 程序调试（1） 调试步骤若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后再编程，这样可减少出错，速度也快；若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序为先硬件后软件，先局部后整体。1硬件调试：先接通电源，检查三菱FX2N-48MR可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。 2 软件调试：按要求输入梯形图，然后转换成指令表，并进行预检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。3运行调试：在硬件调试和软件均调试正确的基础上，打开三菱FX2N-48MR可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行，或者等待4个脉冲后，系统是否自动停止运行。（2）调试运行的显示在将已经编好的程序输入电脑，分别检查硬件、软件无误后，可进行运行调试。首先确定好PLC型号，并写出程序，进行运行监控，可以清晰看出其运行状况。开始只有常闭触点接通及所有辅助编程元件复位，计算器设定在所要求范围，即M0步。当按下启动按钮X0，系统开始运行，当用计数器计数给出信号，然后相应的指示灯也会做出相应的变化。 如下图，在控制面板上分别接好输入、输出模块，然后当按下第三次控制开关X0后，房间Y2、Y3灯亮，Y1灭；最后按下第四次控制开关X0后，Y1、Y2、Y3灯全灭。 图4-1 输入模块图图4-1 输出模块图 图4-3 调试运行显示结果 第5章 课程设计小结经过这段时间的不停地检测和修改，终于把最终的房间灯的控制系统设计完成了。经过了这次课程设计，大大地提高了我的动手能力以及分析问题的能力，在老师热心的指导下，解决了很多问题，从中也学到了很多书本上所没有学到的知识。这次课程设计，让我学到了很多有用的知识和能力，这对以后的学习和工作都将是非常有益的。下面是对本设计的思路总结:1. PLC主要有CPU模块、IO模块、编程元件和电源组成。2.通过启动开关控制整个系统，操控三个灯的不同组合。3.通过定计时器将秒脉冲产生的信号控制输出模块的Y0、Y1、Y2，构成硬件电路。4. 经过布线、调试等工作后房间灯的控制系统成形设计完成。参考文献1 程曙艳. 短学期制下的PLC课程设计的探索J. 福建电脑, 2006,(03) .2 王立勇,姚贵宇. 仿真PLC技术在PLC程序调试中的应用J. 工业控制计算机, 2007,(11) . 3 杨进. 谈PLC仿真学习软件在PLC教学中的应用J. 职业教育研究, 2007,(05) .4 裴桂玲,郝兆兰. S7-200仿真软件在PLC实践教学中的应用J. 职业教育研究, 2008,(09) . 5何瑞,刘金浦. 现代信