艺术彩灯造型的PLC控制设计毕业设计（论文）word格式.doc

第1章 绪论1.1 课题任务的提出彩灯是一种比较常见的设备，它通过不同颜色彩灯有规律的变化，形成特定的艺术效果。彩灯控制系统有继电器控制、单片机控制及逻辑电路控制。继电器控制系统故障率高，不易维修。另外，继电器元件设备寿命短，更换元件不方便。单片机和逻辑电路控制系统需要附加配套的集成电路i/o接口，又必须完成大量的硬件设计和制作工作，而且对维修人员技术水平要求太高。鉴于以上原因我们选择plc来控制彩灯。plc控制系统有上述控制系统所不具有的优点：1、抗干扰能力强，可靠性好plc在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，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与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：（1）、隔离：这是抗干扰的主要措施之一。plc的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源1、抗干扰能力强，可靠性好plc在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，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与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。！所有下载了本文的注意：本论文附有cad图纸和完整版最终设计，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（qq邮箱），或加我百度用户名qq，我把图纸发给你。最后，希望此文能够帮到你！（2）、滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在plc的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。（3）、对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。（4）、内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（wdt）规定时间（预示程序进入了死循 环），立即报警，以保证cpu可靠运行。（5）、利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。（6）、对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。（7）、采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。（8）、以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。2、控制系统结构简单，通用性强plc及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。3、编程方便，易于使用plc是面向用户的设备，plc的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，plc程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。4、功能完善plc的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在plc内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制i/o等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。5、设计、施工、调试、的周期短用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用plc控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在plc到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。6、体积小，维护操作方便plc体积小，质量轻，便于安装。plc的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。7、易于实现网络化plc可连成功能很强的网络系统。8、可实现三电一体化plc将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。1.2 plc的简介1.2.1 plc的应用由于plc的以上特点，使其在国民经济的各个领域都得到了广泛的应用，范围不断扩大，主要有以下几个方面的应用：1、开关量逻辑控制这是plc最早也是最基本的应用。plc具有与或非等逻辑指令，可以实现触点和电路的串联和并联，代替继电器进行逻辑控制、顺序控制与定时控制，既可实现单机控制，与可用于多机控制及自动化生产线的控制，如组合机床、电梯、电镀流水线、冶金高炉的上下料、以及港口码头货物的存放与提取控制等。2、运动控制由于模拟量输入输出功能的实现，也由于plc对数据处理功能的提高，制造相应提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴运动控制模块。把描述目标位置的数据送给模块，当每个轴移动时，运动控制模块能使之保持适当的速度和加速度，确保运动的平滑性。可编程控制器的运动控制功能可广泛用于各种运动机械，如金属切削机床、机器人及电梯等。3、过程控制过程控制对温度、压力、流量、和速度等模拟量的闭环控制。通过plc模拟量输入、输出模块，实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的转换（a/d或d/a转换），并利用pid(proportional-integral-detivative)子程序或专用的智能pid模块对模拟量进行闭环控制。plc的模拟量pid控制已广泛应用于水处理、锅炉、加热炉、热处理炉、冷冻设备、酿酒以及闭环速度控制等方面。4、数据处理现代的plc不仅能进行数学运算、数据传输，而且能进行数据比较、数据转换和数据通信等。plc也能和机械加工中的数字控制（nc）及计算机控制（cnc）相结合，实现数值控制。如日本公司的system10、11、12系列已将cnc功能作为plc的一部分。通过窗口软件，用户可以独自编程，实现plc和cnc设备之间内部数据自由传递。5、通信联网plc的通信包括基本单元与i/o之间的通信、plc之间的通信、plc和智能设备（如计算机、变频器、数控设备等）之间的通信。为了实现近几年兴起的工厂自动化（fa）、柔性制造单元（fmc）柔性制造系统（fms）发展的需要，近几年开发的plc都加强了通信功能。作为实时控制系统，plc数据通信速率要求提高，并且要考虑出现停电、故障时的对策。plc之间、plc和其他智能设备之间都采用光纤通信多级传递。i/o模块按各自功能在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成分布式控制系统。1.2.2 plc的系统结构目前plc种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元cpu、存储器ram和rom、输入输出接口电路、电源、i/o扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图1-1所示，plc控制系统由输入量plc输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为plc的输入量，它们经plc外部输入端子，作为plc的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc的基本结构有控制部分输入和输出组成。图1-1 plc硬件结构图1.2.3 plc各部分的作用 1、中央处理器cpu是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下：（1）、诊断plc电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。（2）、采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入plc的寄存器中。（3）、按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。（4）、将存于寄存器中的处理结果送至输出端。（5）、应各种外部设备的工作请求。2、存储器plc的存储器分为两大部分： 一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。3、输入输出接口电路plc通过输入输出（i/o）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过plc的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成cpu所能接受和处理的数字信号。4、电源plc的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足plc的cpu、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。5、输入输出i/o扩展接口若主机单元的i/o点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将i/o扩展单元与主机单元相连接。1.2.4 现代plc的发展趋势近年来，随着技术的发展和市场需求的增加，plc的结构和功能正在不断改进，各个生产厂家不断推出plc新产品，平均35年更新换代一次，有些新型中小型plc的功能甚至达到或超过了过去大型plc的功能。现代plc的几个发展趋势。1、向高速度、大容量方向发展为了提高plc的处理能力，要求plc具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的plc的扫描速度可达0.1ms/k步左右。plc的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的plc最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。2、向超大型、超小型两个方向发展当前中小型plc比较多，为了适应市场的多种需要，今后plc要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有i/o点数达14336点的超大型plc，其使用32位微处理器，多cpu并行工作和大容量存储器，功能强。小型plc由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型plc，最小配置的i/o点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列plc。3、plc大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程i/o模块、通信和人机接口模块等。这些带cpu和存储器的智能i/o模块，既扩展了plc功能，又使用灵活方便，扩大了plc应用范围。加强plc联网通信的能力，是plc技术进步的潮流。plc的联网通信有两类：一类是plc之间联网通信，各plc生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是plc与计算机之间的联网通信，一般plc都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，plc生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，plc已成为集散控制系统（dcs）不可缺少的重要组成部分。4、增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在plc控制系统的故障中，cpu占5%，i/o接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于plc的内部故障，它可通过plc本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于plc的外部故障。因此，plc生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5、编程语言多样化在plc系统结构不断发展的同时，plc的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数plc使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（c、c+语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是plc进步的一种趋势。 第2章 彩灯造型设计方案2.1 控制要求艺彩灯演示板如2-1图所示，其控制要求如下：1、将启动按钮按下。系统启动按下停止按钮，系统停止工作。图2-1 彩灯演示板2、彩灯亮灭控制。系统启动后，8盏灯按以下规律点亮：图中a、b、c、d、e、f、g、h为八只彩灯呈环形分布。控制要求如下：将启动开关s1合上，八只彩灯同时亮1秒，即a、b、c、d、e、f、g、h同时亮一秒；接着八只彩灯按逆时针方向各亮1秒，即a亮1sb亮1sc亮1sd亮1se亮1sf亮1sg亮1sh亮1s；接下来八只彩灯又同1秒，即abcdefgh同时亮1秒；然后八只彩灯按顺时针方向各亮1秒，即h亮1sg亮1sf亮1se亮1sd亮1s c亮1sb亮1sa亮1s；之后，此程序重复执行，直到按下停止开关s2后,所有灯熄灭。3、分析控制要求：（1）、按下启动按钮系统启动，按下停止按钮系统停止工作，即要求八只彩灯同时熄灭，需使用区间复位指令。（2）、八只彩灯需要轮流点亮，用移位指令实现。（3）、移位一次为一个状态，各个状态轮流转换，用辅助继电器连接各个状态。（4）、移位过程中，每个状态开启时间为一秒，用时间继电器控制。系统工作流程图如图2-2所示：图2-2 系统工作流程图2.2 plc的选择2.2.1系统对plc的要求1、确定系统所需输入输出点数通过对控制要求分析，系统输入设备只有两个按钮开关，plc至少要有两个输入点，彩灯造型八盏灯，plc要用八个输出点来驱动它们。为了指令后期调整和扩充，需再加15%-20%的裕量，因此可编程控制器的输入输出总点数至少要有12个。2、系统对plc响应时间的要求系统输入输出量都是开关量，系统开启后连续工作，plc的响应时间一般为10ms，因此对于本次设计，任何类型的plc都能满足要求。3、内存的估计用户程序所需内存量要受到内存利用率、开关输入输出点数、模拟量输入输出点数及用户编程水平的影响。对于本次设计，估算内存量只考虑开关量输入输出点数，用户编程水平。（1）、一般设计中，根据开关量输入输出点数和的经验公式来估计所需内存字数。所需内存字数=开关量总数10 (2-1)（2）、程序编程质量给据经验公式可确定存储器字数总存储字数=开关量总点数10+模拟量150 (2-2)考虑到用户编程水平及后期调整，在计算的存储其字数的基础上再加上25%的裕量，所需总字数为150字节4、输入输出模块选择可编程控制器的输入模块有直流5、12、24、48、60v交流115v和220v等考虑到驱动负载的额定电压为交流220v，因此输入模块选用交流220v。plc输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共段所允许通过的最大值，输出模块的电流值必须大于所有负载的额定电流值。本设计中负载为八只彩灯，额定功率为10w额定电压为220v,因此，plc的输出驱动为交流220v，2.2.2确定plc的类型根据以上计算考虑具体情况，本设计选用三菱fx2n-16mr可编程控制器。fx2n-16mr主要参数如下：表2-1 fx2n-16mr一般性能电源ac110120v/220240v单相50/60hz电源波动ac93.5132v/187264v，10ms以下瞬时断电，控制无影响环境温度055度环境湿度45%95%，无凝露抗振动1055hz，0.5mm，最大2g（重力加速度）抗冲击10g，3轴x、y、z方向各3次抗噪声1000v,1us,30100hz(噪声仿真器)绝缘耐压ac 1500v，1min(各端子与接地端之间)绝缘电阻5m,500v dc(各端子与接地端之间)接地小于100（如果不可能，也可以不接地）环境无腐蚀气体，无导电尘埃表2-2 fx2n-16mr输入性能输入类型无电压触点或npn集电极开路晶体管绝缘光-电隔离输入电压内部电源dc24v4v,外部电源dc24v8v输入阻抗近似3.3k工作电流off-ondc4ma(最小)on-offdc1.5ma（最大）响应时间off-on近似10ms(有8点可改变从060ms)on-off近似10ms（有8点可改变从060ms）表2-3 fx2n-16mr输出性能输出类型继电器输出绝缘继电器绝缘输出负荷电阻负荷2a/点感性负荷35v/a/300000次接通断开灯泡负荷100w漏电流0ma响应时间off-on近似10mson-off近似10ms2.3 fx系列plc型号及编程元件2.3.1 fx系列plc型号说明 fx系列plc型号说明如图2-3所示图2-3 fx系列plc型号说明序列号： 0. 0s. on. 2. 2c. 2n. 2nc/数 : 10-256单元类型： m-基本单元 e-输入输出混合扩展单元 ex输入专用扩展模块 ey输出专用扩展模块输出形式： r-继电器输出 t-晶体管输出 s-闸管输出 特殊品种区别：ddc电源，dc输入 a1ac电源，ac输入 h大电流输出扩展模块v立式端子排的扩展模块 c接插口输入输出方式2.3.2 fx系列可编程控制器的编程元件1、输入继电器和输出继电器（1）、输入继电器x输入继电器的作用是接收并存储外部输入的开关量信号，它和对应的输入端子相连，同时提供无数的常开和常闭触点用于编程。fx2n系列可编程控制器输入继电器都采用八进制编码，基本单元输入继电器最大范围为x0x77共64点，扩展后可达x0x267共184点。（2）、输出继电y输出继电器的作用是它具有一常开硬触点用于向外部负载发送信号，每一个输出继电器的常开硬触点与可编程控制器的一个输出点相连直接驱动负载，它也提供了无数的常开和常闭触点用于编程。fx2n系列可编程控制器输出继电器也采用八进制编码，基本单元输入继电器最大范围为y0y77共64点，扩展后可达y0y267共184点。（3）、辅助继电器m辅助继电器m是通过软件来实现的，用于状态暂存、移位辅助运算及赋予特殊功能的一类编程元件，它们既不能接收外部的输入信号，也不能直接驱动外部负载，其作用类似于继电器控制系统中的中间继电器。它们同样能提供无数常开和常闭触点用于内部编程，除某些特殊继电器线圈由系统程序驱动外，绝大多数继电器线圈由用户程序驱动。a、通用辅助继电器通用辅助继电器为m0m499，共500点，无断电保持功能。b、断电保持辅助继电器断电保持辅助继电器为m500m3071，其中的m500m1023可以用软件来设定使其变为非断电保持辅助继电器。c、特殊辅助继电器plc内有大量的特殊辅助继电器，它们都有各自的特殊功能。fx2n系列中有256个特殊辅助继电器，可分成触点型和线圈型两大类（a）、触点型 其线圈由plc自动驱动，用户只可使用其触点。例如：m8000：运行监视器（在plc运行中接通），m8001与m8000相反逻辑。m8002：初始脉冲（仅在运行开始时瞬间接通），m8003与m8002相反逻辑。m8011、m8012、m8013和m8014分别是产生10ms、100ms 、1s和1min时钟脉冲的特殊辅助继电器。（b）、线圈型 由用户程序驱动线圈后plc执行特定的动作。例如：m8033：若使其线圈得电，则plc停止时保持输出映象存储器和数据寄存器内容。m8034：若使其线圈得电，则将plc的输出全部禁止。m8039：若使其线圈得电，则plc按d8039中指定的扫描时间工作。（4）、状态器s状态器用来纪录系统运行中的状态。是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令stl配合应用。状态器有五种类型：初始状态器s0s9共10点；回零状态器s10s19共10点；通用状态器s20s499共480点；具有状态断电保持的状态器有s500s899，共400点；供报警用的状态器（可用作外部故障诊断输出）s900s999共100点。在使用用状态器时应注意：a、状态器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；b、状态器不与步进顺控指令stl配合使用时，可作为辅助继电器m使用；c、fx2n系列plc可通过程序设定将s0s499设置为有断电保持功能的状态器（5）、定时器tplc中的定时器（t）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。它可以提供无限对常开常闭延时触点。定时器中有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。但使用场合不一样，意义也不同。fx2n系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设定值时触点动作。设定值可用常数k或数据寄存器d的内容来设置。a、通用定时器通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。（a）、100ms通用定时器（t0t199） 共200点，其中t192t199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.13276.7s。（b）、10ms通用定时器（t200t245） 共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为132767，所以其定时范围为0.01327.67s。b、积算定时器积算定时器具有计数累积的功能。在定时过程中如果断电或定时器线圈off，积算定时器将保持当前的计数值（当前值），通电或定时器线圈on后继续累积，即其当前值具有保持功能，只有将积算定时器复位，当前值才变为0。（a）、1ms积算定时器（t246t249） 共4点，是对1ms时钟脉冲进行累积计数的，定时的时间范围为0.00132.767s。（b）、100ms积算定时器（t250t255）共6点，是对100ms时钟脉冲进行累积计数的定时的时间范围为0.13276.7s。以下举例说明积算定时器的工作原理。如图2-4所示，当x0接通时，t253当前值计数数器开始累积100ms的时钟脉冲的个数。当x0经t0后断开，而t253尚未计数到设定值k345，其计数的当前值保留。当x0再次接通，t253从保留的当前值开始继续累积，经过t1时间，当前值达到k345时，定时器的触点动作。累积的时间为t0+t1=0.1345=34.5s。当复位输入x1接通时，定时器才复位，当前值变为0，触点也跟随复位。图2-4 积算定时器工作原理内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如x、y、m、s、t等）进行计数。内部输入信号的接通和断开时间应比plc的扫描周期稍长。（7）、内部计数器a、16位增计数器（c0c199） 共200点，其中c0c99为通用型，c100c199共100点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值待通电后继续计数）。这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。计数器的设定值为132767（16位二进制），设定值除了用常数k设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。b、32位双向计数器，c200c219共20点为无断电保持计数器；c220c234共15点为断电保持计数器。它们的计数设定值可用常数k设定，范围为-2147483648+2147483647，也可以通过寄存器d设定，32位设定值存放在元件号相连的两个数据寄存器中。c200c234是增计数还是减计数，分别由特殊辅助继电器m8200m8234设定。对应的特殊辅助继电器被置为on时为减计数，置为off时为增计数。c、高速计数器（c235c255）（a）、单相单计数输入高速计数器（c235c245） 其触点动作与32位增/减计数器相同，可进行增或减计数（取决于m8235m8245的状态）。（b）、单相双计数输入高速计数器（c246c250） 这类高速计数器具有二个输入端，一个为增计数输入端，另一个为减计数输入端。利用m8246m8250的on/off动作可监控c246c250的增记数/减计数动作。（c）、双向双计数输入高速计数器（251255）。这种计数器的计数方向由a、b两相的脉冲信号的相位关系决定。在a相输入接通期间，如果b相输入由断开变为接通，则计数器为加计数；反之，为减计数。2.4 fx系列可编程控制器基本逻辑指令2.4.1 取指令与输出指令（ld/ldi/ldp/ldf/out）1、ld（取指令） 一个常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。2、ldi（取反指令） 一个常闭触点与左母线连接指令，每一个以常闭触点开始的逻辑行都用此指令。3、ldp（取上升沿指令） 与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在指定位元件的上升沿（由offon）时接通一个扫描周期。4、ldf（取下降沿指令） 与左母线连接的常闭触点的下降沿检测指令。5、out（输出指令） 对线圈进行驱动的指令，也称为输出指令。取指令与输出指令的使用如图2-6所示。图2-5取指令与输出指令的使用取指令与输出指令的使用说明：（1）、ld、ldi指令既可用于输入左母线相连的触点，也可与anb、orb指令配合实现块逻辑运算；（2）、ldp、ldf指令仅在对应元件有效时维持一个扫描周期的接通。图3-15中，当m1有一个下降沿时，则y3只有一个扫描周期为on。（3）、ld、ldi、ldp、ldf指令的目标元件为x 、y 、m 、t、c、s；（4）、out指令可以连续使用若干次（相当于线圈并联），对于定时器和计数器，在out指令之后应设置常数k或数据寄存器。（5）、out指令目标元件为y、m、t、c和s，但不能用于x。2.4.2 触点串联指令（and/ani/andp/andf）1、and（与指令）一个常开触点串联连接指令，完成逻辑“与”运算。2、ani（与反指令）一个常闭触点串联连接指令，完成逻辑“与非”运算。3、andp 上升沿检测串联连接指令。4、andf 下降沿检测串联连接指令。触点串联指令的使用如图2-6所示。触点串联指令的使用的使用说明：（1）、and、ani、andp、andf都指是单个触点串联连接的指令，串联次数没有限制，可反复使用。（2）、and、ani、andp、andf的目标元元件为x、y、m、t、c和s。（3）、图1中out m101指令之后通过t1的触点去驱动y4称为连续输出。图2-6触点串联指令的使用2.4.3 触点并联指令（or/ori/orp/orf）1、or（或指令） 用于单个常开触点的并联，实现逻辑“或”运算。2、ori（或非指令） 用于单个常闭触点的并联，实现逻辑“或非”运算。3、orp 上升沿检测并联连接指令。4、orf 下降沿检测并联连接指令。触点并联指令的使用如图2-7所示。图2-7 触点并联指令的使用触点并联指令的使用说明：（1）、or、ori、orp、orf指令都是指单个触点的并联，并联触点的左端接到ld、ldi、ldp或lpf处，右端与前一条指令对应触点的右端相连。触点并联指令连续使用的次数不限；（2）、or、ori、orp、orf指令的目标元件为x、y、m、t、c、s。第3章 艺术彩灯造型的plc设计3.1 确定plc的输入输出配置3.1.1 确定输入输出设备根据以上分析，系统输入设备为两个开关按钮，plc用x0、x1两个输入点来接它们的常开触点，彩灯造型共有八盏灯，plc用y0-y7八个输出点来驱动。根据以上的分析，可以设计出plc的i/o分配表3-1：表3-1 输入输出分配表输入信号输出信号名称代号输出点编号名称代号输出点编号启动开关s1x0红灯cy2停止开关s2x1白灯dy3输出信号黄灯ey4名称代号输出点编号绿灯fy5黄灯ay0红灯gy6绿灯by1白灯hy73.1.2 plc的外部接线图根据plc的i/o分配表可以设计出plc的外部接线plc的外部接线图如图3-1所示：图3-1 plc的外部接线3.2 程序设计梯形图中，plc运行时，程序9-19歩中，m11导通，由于程序50-120歩中m11动合触点闭合，分别控制了y0-y7的导通，因而彩灯a、b、c、d、e、f、g、h同时亮，同时t0构成一秒振荡器，延时一秒，因此彩灯a、b、c、d、e、f、g、h同时亮一秒。一秒时间到，程序第40步t0动合触点闭合，移位指令执行，实现轮流点亮，即a、b、c、d、e、f、g、h轮流点亮，因为每隔一秒t0动合触点闭合闭合一次 ，所以a、b、c、d、e、f、g、h轮流点亮的时间间隔为一秒。程序20-29歩中，当m20导通时，将m101置位，由m101动合触点与m12-m19动合触点配合，分别轮流点亮h-a,即h、g、f、e、d、c、b、a每隔一秒轮流点亮；程序30-39歩中，当m20导通时，将m101复位，由m101动断触点与m12-m19动合触点配合，分别串联点亮a-h，即a、b、c、d、e、f、g、h每隔一秒轮流点亮。任何时候合上开关s2，复位指令使m0复位，使时间继电器t0及辅助继电器m11断电，同时程序第114-119步，区间复位指令使m12-m19全部复位，所有灯均不亮。3.2.1 系统控制梯形图 彩灯系统控制梯形图如图3-2所示图 3-23.2.2 系统控制指令语句表系统控制指令语句表如表3-2所示表3-2 指令语句表步数指令元件步数指令元件1ldx0k92setm0k1ldx150ldm11rstm042ldm19ldm043andm101anit044orboutt045ldm12k1046ani m1019ldm047orbanim1248outy0anim1358ld m11anim14ld m18anim15andm101anim16orbanim17ldm13anim18anim101anim19orbanim20outy1outm1166ldm1120ldm20ldm17anim101andm101outc1orbk1ldm14ldc1anim10125setm101orbldm101outy227rstc174ldm11ldm20ldm16andm101andm10130outc2orbk1ldm15ldc2anim101rstm101orbldim101outy3rstc282ldm11ld t0ldm1540sftlm11andm101m12orbldm16106ldm11anim101ldm12orbandm101outy4orb90ldm11ldm19ldm14anim101andm101outy7orb114ldx1ldm17zrstm12anim101m19orb120endouty598ldm11ldm13andm101orbldm18anim101orbouty6第4章 plc的现场维护4.1 plc的可靠性设计plc是专门为工业生产环境设计的一种控制装置。一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工业环境使用。但是，如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装不当，都不能正常安全运行。1、工作环境1) 温度 plc要求环境温度在0-55。安装时不能把发热大的元件放在plc下面。开关柜上、下部应有通风的百叶窗。2) 湿度 为了保证plc的绝缘性能，空气的相对湿度一般应小于8。3) 振动 应使plc远离强烈的振动源。4) 空气 将plc安装在密闭性较好的控制室内，并安装空气净化装置。5) 电源 在干扰较强或要求很高的场合，可加接带屏蔽的隔离变压器，还可以串接lc滤波电路。2、安装与布线的注意事项plc不能与高压安装在同一个开关柜内，远离动力线(二者之间的距离应大于200mm)。与plc装在同一个开关柜内，但不是由plc控制电感性元件，如接触器的线圈，应并联plc消弧电路。3、plc的接地plc应尽可能与其他设备分别使用自己的接地装置。4、冗余系统与热备用系统某些复杂的大型生产系统，只要一个地方出现问题，就会造成整个系统停产。使冗余系统(既在系统正常时，有主cpu控制系统的工作，备用cpu的i/o映像表和寄存器通过rpu被主cpu同步刷新。接到主cpu的故障信息后，rpu在13个扫描周期内将控制功能切换到备用cpu。或热备用系统(将两台cpu通信接口连在一起，没有冗余处理单元rpu，当系统出现故障时，由主cpu通知备用cpu)。5、控制系统的供电系统设计在设计供电系统时应考虑下列因素：1) 输入电压在一定的允许范围内变化 2) 当输入交流电时，应不破坏控制器程序和数据。3) 在控制系统不允许断电的场合，要考虑供电电源的冗余。4) 当外部设备电源断电时，应不影响控制器的供电。5) 要考虑电源系统的抗干扰措施。设计与制造工艺已将其故障减小到最低限度，但为了保证plc控制系统能够长期稳定可靠的工作，还应该定期对plc进行维护检查，维护的内容有检查电源电压、周围环境的温度和湿度等。见表4-1所示。表4-1 plc的维护内容项 目检 查 要 点注 意 事 项供电电源测量plc端子处的电压来检查电源情况交流型plc工作电压为85265v；直流型plc工作电压为20.426.4v环境条件环境温度环境湿度 有无污染、粉尘环境温度为0度55度；环境湿度为3585以下，且不结露；无积灰尘，无异物i/o端电压测量输入、输出端子上的电压均应在工作要求的电压范围内安装条件各单元是否安装牢固所有螺钉是否拧紧接线和接线端子是否完好所有单元的安装螺钉必须紧固；连接线及接线端子必须牢固，无短路或无氧化等现象寿命元件更换备用电池是否定期更换备用电池每35年更换一次；继电器输出型的触点寿命约为300万次4.2 故障检测与分析1、plc的自检功能无论是自身故障还是外部设备故障，plc均能通过自检系统报告异常，见表4-2所示。表4-2 自诊断错误分类与说明类 型应 用现 象自诊断错误1.cpu或rom硬件出问题；2.备用电池未接或电压不足；3.指令执行中出现错误操作。err灯亮且plc停总体检查错误程序出现异常，如语法错误、指令错误等。err灯亮，工作方式由run切换到prog统计watchdog计时器错误1.程序扫描秒时间过长；2.检测到硬件异常。alarm灯亮 2、故障分析与处理 当plc工作状态发生异常情况时，应先找出故障的部位，分清故障现象，分析原因，排除故障。err灯亮时先将plc工作方式由“run”置为“prog”，此时有两种可能：err灯亮，可以确定是“总体检查”出错，可以用编程工具检查程序，并作出修改；然后重新运行plc。err灯亮，则可能是“自诊断”出错，可检查表4-1中所列项。alarm灯亮假设为系统watchdog定时器出错，先将plc工作方式由“run”切换到“prog”然后断开电源重新启动。此时可能出现以下三种情况：alarm灯又亮回来，可能是fp1有问题，应与厂家联系。alarm灯灭了，但err灯亮了，此时可按err故障处理。系统工作正常，则可将工作方式从“prog”切换到“run”，如果alarm灯又亮则说明程序执行时间过长。所有指示灯都不亮时，先检查电源连线情况，再检查plc的电源是否在额定范围内。若以上检查结果 均为正常则考虑：用于输入的内装直流电源的输出导线连接情况。若plc与其他的设备共用电源线是否接到其他设备上了。如果plc上的指示灯是瞬间闪亮，则说明电源的供电容量不足。4.3 备用电源的更换 在plc断电时，由主机内的备用电池使ram中的用户程序得以保存。备用电池一般是可供电的锂电池，寿命约35年。当电池电压降至规定值时，plc指示灯亮，提醒要及时更换电池。以fp1系列的plc为例，当备用电池电压较低时，特殊内部继电器r9005和r9006接通，主机面板上的“err”灯亮，应在一个月得更换电池。更换电池时先给plc充电一分钟，然后在三分钟内完成更换操作。具体步骤如下：切断电源 打开储存单元盖板 拔下备用电源插头，并将其向上拉，直到拉开电池盖 拉出导线取下电池 安装新电池并将它连接到plc插座上 盖上电池盖和储存单元盖 接通plc电源。结 论谢 辞参考文献1 余锡存 曹国华编著 .电气控制与plc应用 .北京：中国电力出版社，20042 余锡存 曹国华编著 .单片机原理及接口技术 .西安：西安电子科技大学出版社，20073 廖常初主编 .可编程控制器的编程方法与工程运用 .重庆：重庆大学出版社，2000 4 陈立定等主编 .电气控制与可编程控制器 .广州：华南理工大学出版社，20015 王仁祥主编 .常用低压电器原理及其控制技术 .北京：工业出版社，20026 王兆义主编 .可编程控制器教程 .北京：工业出版社，19927 周航慈等主编 .单片机原理及应用 .北京：北京航空航天大学出版社，19908 李桂和主编 .电器及其控制