广告灯控制设计论文[1].doc

郑州工业安全职业学院郑州工业安全职业学院 毕业论文 设计 毕业论文 设计 题题 目目 PLCPLC 的广告灯的控制设计的广告灯的控制设计 姓 名 系 别 机电工程系 专 业 机电一体化 年 级 2008 届 指导教师 2011 年 5 月 29 日 毕业论文 设计 成绩评定表 学 生 姓 名 周银光学生所在系机电工程系 专业 班级 机电一体化四 班 毕业论文 设计 课题名称 PLC 的广告灯的控制设计 指导教师评语 应包括选题是否恰当 是否理论联系实际 论点是否正确 论证 是否充分 语言是否通顺 结构是否合理 行文是否规范 成 绩 指导教师签名 年 月 日 系学术委员会意见 同意给优 良 及格 不及格等次 签名 年 月 日 目 录 摘要摘要 第一章第一章 PLCPLC 的的 概概 述述 1 第一节 PLC 的产生 定义 组成 特点及发展趋势 1 第二节 PLC 工作原理 4 第三节 PLC 的编程语言 5 第四节 PLC 的分类及性能指标 5 第二章第二章 广告灯设计概述广告灯设计概述 6 第一节 PLC 广告灯控制要求 6 第二节 PLC 广告灯的主要内容 6 第三章三章 广告灯总体设计广告灯总体设计 8 第一节 PLC 型号 8 第二节 PLC I O 分配图 8 第三节 PLC 控制接线图 8 第四节 PLC 控制梯形图 9 第五节 PLC 控制指令表 12 第六节 实验室电气原理图仿真及程序调试 15 致谢致谢 16 参考文献参考文献 17 摘摘 要要 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 关键词关键词 PLC 功能 控制 第一章第一章 PLCPLC 概述概述 第一节第一节 PLCPLC 的产生 定义 组成 特点的产生 定义 组成 特点及发展趋势及发展趋势 一 一 PLCPLC 的产生的产生 可编程序控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC PLC 从 1969 年问世以来 虽然至今还不到 40 年 但由于其具有道用灵活的控制性能 可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能 在工业自动化各领域 取得了广泛的应用 曾经有人将 PLC 技术与数控技术 CNC CAD CAM 技术 工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱 最初的电气自动控制装置 包括日前使用的一些简单机械 只是一些简单 的手动电器 如刀开关 正反转开关等 这些电器只适合于电机容量小 控制 要求简单 动作单一的场合 随着技术的进步 生产机械对电气自动控制提出 了越来越高的要求 电气自动控制装置逐步发展成了各种形式的电气自动控制 系统 1969 年美国数字设备公司 DEC 公司 首先研制比了全世界第一台可编程序 控制器 并称之为 可编程序逻辑制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 试样机在 GM 公司的应用获得了成功 此后 PLC 得到了快速发展 并被广泛用于各种开义量逻辑运算与处理的场合 早期 PLC 的硬件主要由分立元件与小规模集成电路构成 它虽然采用了计 算机技术 但指令系统 软件与功能相对较简单 一般只能进行逻辑运算的处 理 同时通过简化计算机的内部结构与改进可靠性等措施 使之能与工业环境 相适应 在 20 世纪 70 年代初期曾经出现过一些出二极管矩阵 集成电路等器件组 成的所谓 顺序控制器 20 世纪 70 年末期曾经出现过以 MCl4500 工业控制 单元 Industrial control unit 简称 ICU 为核心 出 8 通道数据选择器 MCl4512 指令计数器 MCl4516 8 位可寻址双向锁存器 MCl4599 存储 器 2732 等组成的 可编程序控制器 等产品 这些产品与 PLC 相比 虽然具 有一定的价格优势 但最终还是因可靠性 功能等多方面的原因 未能得到进 一步的推广与发展 而 PLC 则随着微处理器价格的全面下降 最终以其优良的 性能价格比 得到了迅速发展 并最终成为了当代工业自动控制技术的重要支 柱枝术之一 二 二 PLCPLC 的定义的定义 PLC 技术一经出现 立即引起了全世界的广泛关注 1969 年首先将其进行 商品化并推向市场的是美国 GOULD 公司 1971 年 在引进美国技术后 日木研 制出了自己的第一台 PLC l973 年 德国 SIEMENS 公司也研制出了欧洲第一台 PLC 1974 年 法国随之也研制出了 PLC 到了 20 世纪 70 年代中期 PLC 开始采用微处理器 PLC 的功能也从最初的 逻辑运算拓展到具有数据处理功能 并得到了更为广泛的应用 由于当时的 PLC 功能已经不再局限于逻辑处理的范畴 为此 PLC 也随之改称为可编程序控 制器 Programmable Controller 简称 PC 1980 年 美国电气制造商协会 National Electronic Manufacture Association 简称 NEMA 对可编程序控制器进行了如下定义 可编程序控制器是一种带有指令存储器 数字或模拟输入 输出接口 以 位运算为主 能完成逻辑 顺序 定时 计数和算术运算功能 面向机器或生 产过程的自动控制装置 并将其统一命名为 Programmable Controller PC 三 三 PLCPLC 的基本结构的基本结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机 其硬件结构基本上与微型计算 机相同 如图 2 1 所示 图 2 1 PLC 硬件结构 1 1 中央处理单元 中央处理单元 CPUCPU 中央处理单元 CPU 是 PLC 的控制中枢 它按照 PLC 系统程序赋予的功 能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据 检查电源 存储器 I O 以及 警戒定时器的状态 并能诊断用户程序中的语法错误 当 PLC 投入运行时 首 先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据 并分别存入 I O 映象区 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序 经过命令解释后按指令的规定执 行逻辑或算数运算的结果送入 I O 映象区或数据寄存器内 等所有的用户程序 执行完毕之后 最后将 I O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到 相应的输出装置 如此循环运行 直到停止运行 为了进一步提高 PLC 的可靠性 灵活性 近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统 或采用三 CPU 的表决式系统 这样 即使某个 CPU 出现故障 整个系统仍能正常运行 2 2 存储器 存储器 MemoryMemory 可编程控制器的控制中枢 在系统监控下工作 承担着将外部输入的信号 的状态写入映像寄存器区域 然后将结果送到输出映像寄存器区域 CPU 常用 的微处理器有通用型微处理器 单片机和位片式计算机等 小型 PLC 的 CPU 多 采用单片机或专用的 CPU 大型 PLC 的 CPU 多用位片式结构 具有高速数据处 理能力 3 3 基本 基本 I OI O 接口电路接口电路 1 输入接口单元 PLC 内部输入电路作用是将 PLC 外部电路 如行程开 关 按钮 传感器等 提供的 符合 PLC 输入电路要求的电压信号 通过光耦 电路送至 PLC 内部电路 输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干 扰能力 输入响应时间一般在 0 1 15ms 之间 多数 PLC 的输入接口单元都相同 通常有两种类型 一种是直流输入 一种是交流输入 2 输出接口单元 PLC 输出电路用来将 CPU 运算的结果变换成一定形式 的功率输出 驱动被控负载 电磁铁 继电器 接触器线圈等 PLC 输出电路 结构形式分为继电器式 晶闸管式和晶体管输出型等三种 4 4 接口电路 接口电路 PLC 接口电路分为 I O 扩展接口电路和外设通信接口电路两类 1 I O 扩接口电路 I O 扩展接口电路用连接 I O 扩展单元 可以用来扩充开关量 I O 点数和 增加模拟量的 I O 端子 I O 扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路 形式 根据被控制对象对 PLC 控制系统的技术和要求 确定用户所需的输入 输 出设备 据此确定 PLC 的 I O 点数 2 外设通信接口电路 通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器 文本显示器 并能 组成 PLC 的控制网络 PLC 通过 PC PPI 电缆或使用 MPI 卡通过 RS 485 接口和 电缆与计算机连接 可以实现编程 监控 联网等功能 5 5 电源 电源 PLC 内部配有一个专用开关式稳压电源 将交流 直流供电电源转化为 PLC 内部电源需要的工作电源 5V 直流 当输入端子为非干接点结构时 为外部 输入元件提供 24V 直流电源 仅供输入点使用 四 四 PLCPLC 的特点的特点 1 软硬件功能强 2 使用维护方便 3 运行稳定可靠 4 组织灵活 五 五 PLCPLC 的发展趋势的发展趋势 从当前产品来看 PLC 的发展仍然主要体现在提及的缩小与性能的提高两 大方面 1 向高速度 大容量方向发展 2 向超大型 超小型两个方向发展 3 PLC 大力开发智能模块 加强联网通信能力 4 增强外部故障的检测与处理能力 5 编程语言多样化 第二节第二节 PLCPLC 工作原理工作原理 一 一 循环扫描的特点循环扫描的特点 1 输入映像寄存器的内容是由设备驱动的 在程序执行过程中的一个 周期内输入映像寄存器的值保持不变 CPU 采用集中输入的控制思想 只能使 用输入映像寄存器的值来控制程序的执行 2 扫描周期周而复始地进行 读输入 输出和用户程序是否执行是可控 的 3 对同一个输出单元的多次使用 修改次序会造成不同的执行结果 4 各个电路和不同扫描阶段会造成输入和输出延迟 这是 PLC 的主要缺 点 在读输入阶段 CPU 对各个输入端子进行扫描 通过输入电路将各输入点 的状态锁入映象寄存器中 紧接着转入用户程序执行阶段 CPU 按照先左后右 先上后下的顺序对每条指令进行扫描 根据输入映象寄存器和输出映象寄存器 的状态执行用户程序 同时将执行结果写入输出映象寄存器 二 二 PLC 中的存储器中的存储器 PLC 中的存储器按用途分为系统程序存储器 用户程序存储器以及工作数 据存储器 1 用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序 2 用来存储工作数据的区域称为工作数据区 3 系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的 PLC 的指令的系统编写 的系统程序 它决定了 PLC 的功能 用户不能更改其内容 三 三 PLCPLC 的编程语言的编程语言 PLC 是通过程序对系统进行控制的 作为一种专用计算机 为了适应其应 用领域 一定有其专用的语言 PLC 的编程语言有多种 如梯形图 语句表 功能图等 梯形图编程语言是一种图形语言 具有继电器控制电路形象 直观 的优点 语句表编程语言类似计算机的汇编语言 用助记符来表示各种指令的 功能 是 PLC 用户程序的基础元素 第四节第四节 PLCPLC 的分类的分类及性能指标及性能指标 一 一 plcplc 的分类的分类 按按 I OI O 点数容量分类点数容量分类 1 小型机 I O 点数小于 256 点 典型的小型机有 SIEMENS 公司的 S7 200 系列 2 中型机 I O 点数在 256 1024 之间 典型的中型机有 SIEMENS 公司的 S7 300 系列 OMRON 公司的 C200H 系列 3 大型机 I O 点数在 1024 点以上 典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7 400 OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列 按结构形式分按结构形式分 根据 PLC 结构形式的不同 PLC 主要可分为整体式和模块式两类 1 整体式结构 微型和小型 PLC 一般为整体式结构 如西门子的 S7 200 2 模块式结构 目前大 中型 PLC 都采用这种方式 如西门子的 S7 300 和 S7 400 系列 二 二 PLCPLC 的性能指标的性能指标 1 I O 点数 I O 点数 即 PLC 面板上的 I O 端子的个数 I O 点数越多 外部可以连接 的 I O 器件就越多 控制规模就越大 它是衡量 PLC 性能的重要指标之一 2 存储容量 这里专指用户存储器的存储容量 它决定了用户所编程序的长短 大 中 小型 PLC 的存储容量变化范围一般为 2KB 2MB 3 扫描速度 扫描速度是指 PLC 执行程序的快慢 是一个重要的性能指标 体现了计算 机控制取代继电器控制的稳合程度 可编程控制器采用循环扫描的工作方式 4 指令系统 它是衡量 PLC 能力强弱的标志 决定了 PLC 的处理能力 控制能力的强弱 限定了计算机发挥运算功能 完成复杂控制的能力 5 通信功能 通信有 PLC 之间的通信和 PLC 与计算机或其它设备之间的通信 主要涉及 通信模块 通信接口 通信协议 通信指令等 6 扩展能力 扩展能力包括 I O 点数的扩展和 PLC 功能的扩展两方面的内容 7 特殊功能单元 特殊功能单元种类多 也可以说 PLC 的功能多 典型的特殊功能单元有模 拟量 模糊控制连网等功能 第二章第二章 广告灯设计概述广告灯设计概述 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 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 第一节第一节 PLCPLC 广告灯控制要求广告灯控制要求 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 第二节第二节 PLCPLC 广告灯的主要内容广告灯的主要内容 用 PLC 控制一个自动闪烁的广告牌 其内容为 郑州工业安全职业学院欢 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 郑 字亮 1S 接着 州 字亮 1S 以此类推 至 您 字亮 1S 后 郑州工业安全职业学院欢迎您 这 13 个字以 0 6S 的周期闪烁 3 次 然后又 是 郑 字亮 1S 如此循环进行 如表 1 所示 灯号步序 12345678910111213 HL1 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 第三章第三章 广告灯总体设计广告灯总体设计 第一节第一节 PLCPLC 型号型号 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 第二节第二节 PLCPLC I OI O 分配口分配口 第三节第三节 PLCPLC 控制接线图控制接线图 广告自动闪烁灯三菱 FX2N 系列 PLC 控制接线图 如图 1 所示 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 郑 字彩灯 HL1Y0 停止按钮 SB2X1 州 字彩灯 HL2Y1 工 字彩灯 HL3Y2 业 字彩灯 HL4Y3 安 字彩灯 HL5Y4 全 字彩灯 HL6Y5 职 字彩灯 HL7Y6 业 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 第四节第四节 PLCPLC 控制梯形图控制梯形图 广告自动闪烁灯三菱 FX2N 系列 PLC 控制梯形图如图 2 所示 第五节第五节 PLCPLC 控制指令表控制指令表 广告自动闪烁灯三菱 FX2N 系列 PLC 控制指令表 0 LD X000 1 OR M0 2 ANI X001 3 OUT M0 4 LD MO 5 ANI T1 6 OUT T0 K5 9 LD T1 10 PLS M1 12 LD M0 13 ANI M3 14 ANI M4 15 ANI M5 16 ANI M6 17 ANI M7 18 ANI M8 19 ANI M9 20 ANI M10 21 ANI M11 22 ANI M12 23 ANI M13 24 ANI M14 25 ANI M15 26 OUT M2 27 LD M1 28 ANI M15 29 SFTL M2 M3 K13 K1 38 LD M2 39 OR T2 40 OUT Y000 41 LD M3 42 OR T2 43 OUT Y001 44 LD M4 45 OR T2 46 OUT Y002 47 LD M5 48 OR T2 49 OUT Y003 50 LD M6 51 OR T2 52 OUT Y004 53 LD M7 54 OR T2 55 OUT Y005 56 LD M8 57 OR T2 58 OUT Y006 59 LD M9 60 OR T2 61 OUT Y007 62 LD M10 63 OR T2 64 OUT Y010 65 LD M11 66 OR T2 67 OUT Y011 68 LD M12 69 OR T2 70 OUT Y012 71 LD M13 72 OR T2 73 OUT Y013 74 LD M14 75 OR T2 76 OUT Y014 77 LD M15 78 ANI T3 79 OUT T2 K3 82 LD T2 83 OUT T3 K3 86 LD T3 87 OUT C0 K3 90 LD C0 91 ZRST M3 M15 96 END 第六节第六节 电气原理图仿真及程序调试电气原理图仿真及程序调试 本次设计的电气原理仿真及程序调试是在工业技术中心 PLC 实验室完成的 并按下列步骤依次进行 一 一 检验程序检验程序 将编好的应用程序输入到微机内 利用软件进行程序检验 起初有几处编 程语法错误 经过几次认真修改后 程序无误 然后传入 PLC 内 二 信号模拟 二 信号模拟 用实验台上的模拟开关模拟输入信号 接入相对应的输入端点 输入程序 后 扳动开关 接通或断开模拟开关 用来模拟相应按钮动作及机械动作使