PLC技术及应用课程设计（论文）-彩色广告牌的PLC控制器设计.doc

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）辽 宁 工 业 大 学PLC技术及应用课程设计（论文）题目：彩色广告牌的PLC控制器设计院（系）： 电气工程学院 专业班级： 测控091班 学 号： 090301009 学生姓名： 陈永飞 指导教师： 起止时间：2012.12.17-2012.12.28本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器学 号090301009学生姓名陈永飞专业班级测控091设计题目彩色广告牌的PLC控制器设计课程设计（论文）任务设计任务：按如下的时序设计彩色广告牌的PLC控制器，按下启动按钮SB1后，1环的内环和外环同时亮；1s后，1环的内环和外环同时灭，2环的内环和外环同时亮；又1s后，2环的内环和外环同时灭5环的内环和外环同时亮，又1s后，5环的内环和外环同时灭，6环的内环和外环同时亮，又1s后，6环的内环和外环同时灭，进入下一轮循环。按下停止按钮SB2，所有灯全灭，循环结束。设计要求：1、根据控制要求进行方案选择论证，即分析系统功能，确定系统的输入/输出信号及类型，选择PLC主机、传感器和扩展模块。2、根据输入/输出信号建立I/O分配表，完成PLC与输入/输出信号的外部接线。3、按系统的控制要求，设计系统的梯形图。4、上机调试、完善程序。5、按学校规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数：控制按钮额定工作电压220V，约定发热电流5A，信号灯额定工作电压220V，功率小于0.4W ，PLC触点寿命500000次，时间误差0.5S。工作计划1、 布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（1天）2、 确定系统的输入/输出信号和类型，选择PLC主机和扩展模块。（2天）3、 建立I/O分配表，完成PLC与输入输出信号的外部接线。（1天）4、 按系统的控制要求，设计系统的梯形图。（2天）5、 上机调试、修改程序。（1天）6、 撰写、打印设计说明书（2天）7、 答辩（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 指导教师签字： 总成绩： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要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。企业为展现自己的形象和产品,一般都会采用通过霓虹灯广告屏来这种广告手法，所以当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告随处可见。,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.这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等诸多控制问题，如何去快捷、可靠、简单的去控制，成为人们考虑的重点，在这我认为PLC最适合去解决这些问题，因为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。并且PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的方面具有比较突出的优势，在现实中人们也是多通过PLC去控制霓虹灯的。本设计采用可编程控制器PLC来实现对彩色广告牌的PLC控制器进行设计。通过对PLC主机、扩展模块的选型以及建立I/O分配完成PLC与输入输出信号的外部接线来达到控制要求。关键字：霓虹灯；广告牌；PLC控制目 录I第1章 绪 论1第2章 课程设计的方案22.1 概述22.2 方案论证22.3 系统性能分析2第3章 系统硬件设计43.1 CPU及扩展模块的选型43.2 I/O模块接口设计53.3 各部分与CPU的外部接线图6第4章 软件设计84.1 编辑语言的设计84.2 彩色广告牌的PLC的梯形图设计9第5章 系统分析与仿真125.1 故障分析与处理：12第6章 课程设计总结13参考文献14III第1章 绪 论随着社会的进步微电子技术的不断发展，PLC的智能化程度越来越高，反应速度也越来越快，产片的覆盖面也面向整个社会了，各个公司生产的不同PLC的性能也越来越高。户外霓虹灯彩色广告是21世纪广告业发展的趋势，是具有音视频功能的户内外广告展示设备，属国际领先的高科技产品。该设备外观新颖独特，其面积可随意调整，不仅能播放音视频广告节目，而且四面还可装固定灯箱广告位，现各地政府都鼓励推行，陆续取消帆布广告。目前国际市场对全色屏的关注与日俱增，在处理技术和制作工艺方面作出许多努力, 解决了一系列影响图象质量的问题, 这里包括扫描变换、图象增强、噪声抑制、反伽马修正以及编码压缩、通讯以及与接口的问题等，取得重要成果。我国的屏幕广告牌产业发展初具规模，经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至2008年底，年度销售总额在1亿元以上的企业有20多家，其销售总额达50亿元左右，占行业市场总额的70%以上。全国从事PLC控制的广告牌的各类企业有100余家。我国屏幕广告牌产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90年代初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国先进水平技术，上海世博会的筹建中，广告牌就得到了相当广泛的应用。广告牌是采用PLC控制，通过灯珠的亮灭来显示文字，各部分组件都是模块化结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由霓虹灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，恒舞动卡主要是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。霓虹灯广告屏幕广告牌系统也分为硬件系统与软件系统。第2章 课程设计的方案2.1 概述本实验要求是按时序设计彩色广告牌的PLC控制器，按下启动按钮SB1后，1环的内环和外环同时亮；1s后，1环的内环和外环同时灭，2环的内环和外环同时亮；又1s后，2环的内环和外环同时灭5环的内环和外环同时亮，又1s后，5环的内环和外环同时灭，6环的内环和外环同时亮，又1s后，6环的内环和外环同时灭，进入下一轮循环。按下停止按钮SB2，所有灯全灭，循环结束。2.2 方案论证方案一采用继电器控制，需要外部接线。操作比较复杂，控制上容易出错。方案二采用PLC控制，PLC控制系统更加稳定，并且不需要外部接线，易操作，属于无触点控制，容易被被人们接受，综上所述应当选择方案二来对彩色广告牌的PLC控制器进行设计2.3 系统性能分析简单的PLC控制系统是由中央处理器、存储器、I/O模块、电源等构成的。其中CPU是PLC的控制中枢,它是由控制器和运算器组成.它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：PLC的存储器主要用于存放系统程序,用户程序和工作状态数据.现代PLC都采用半导体存储器作为它的存储器.一类是RAM(随机存取存储器),可以随时由CPU对它进行读出和写入;另一类是ROM(只读存储器),CPU只能从中读取而不能写入.RAM用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户正在调试的程序,ROM用来存放监控程序及用户已调试好的程序,这些程序事先固化在ROM芯片中,开机后便可运行其程序.I/O模块的主要工作是信息数据的输入与输出，输入信号有两类：一类是从按扭、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连接在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置（如接近开关）提供24V直流电源。驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。第3章 系统硬件设计3.1 CPU及扩展模块的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 CPU 224可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真器对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序如图3.1.图3.1 CPU224实物图如果用机械触点给S7-200 CPU供电或其它数字量扩展模板供电，该机械触点将发送1信号到数字量输出大约 50 ms。在设计时必须考虑到这一点，尤其是使用短脉冲响应时间的装置时。如果由于感性开关次数过频或异常，造成输出过热，输出点会关闭或损坏。如果输出发出的热量超过 0.7J，致使感性负载关闭，则说明输出可能过热或损坏。为了消除这种限制，可以与负载并联一个抑制回路。但这些组件应根据具体应用正确选配。EM222 DO4x 继电器输出模板与其它 S7-200 模板的FM额定值不同。该模板为 T4 额定值，而对于FM Class I, Division Groups A、B、C、和 D 危险条件，额定值为 T4A图3.2.图3.2 EM222实物图3.2 I/O模块接口设计PLC扩展模块一共有以下6种：输入扩展模块EM221：共3种产品，8点和16点DC、8点AC。输出扩展模块EM222：共5种产品，8点和4点DC、8点AC、8点和4点继电器。输入/输出混合扩展模块EM223：共6种产品，其中DC输入/DC输出的有3种DC输入/继电器输出的有3种，它们对应的I/O点数分别为4点、8点和16点。模拟量输入扩展模块EM231：共3种产品，4点AI、两路热电阻输入和4路热点偶输入。模拟量输出扩展模块EM232：两路模拟量输出扩展模块。模拟量输入/输出扩展模块EM235：4路AI和一路AO的扩展模块。本设计本实验用的I/O 1入12出，所以用CPU224与一个输出扩展模块EM222 4点DC既可以满足要求，I/O分配如表3.1。I/O分配表3.1CPU224地址名称及作用输入I0.7启动开关输出Q0.01环的内环灯Q0.11环的外环灯Q0.22环的内环灯Q0.32环的外环灯Q0.43环的内环灯Q0.53环的外环灯Q0.64环的内环灯Q0.74环的外环灯Q1.05环的内环灯Q1.15环的外环灯EM222Q2.06环的内环灯Q2.16环的外环灯3.3 各部分与CPU的外部接线图CPU的外部接线图与指示灯的连接如图3.3。1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 2L Q0.4 Q0.5 Q0.6 3L Q0.7 Q1.0 Q1.1 GND L1 ACCPU2241M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 2M I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 M L+DC24图3.3 CPU224外部接线图1L Q2.0 Q2.1 GND L1 ACEM2221M M L+图3.4 EM222的连接图第4章 软件设计4.1 编辑语言的设计可编程控制器程序设计语言:在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言功能表图语言功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵和其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成常用的程序设计语言是：梯形图程序设计语布尔助记符程序设计语言（语句表)。梯形图（Ladder Diagram）程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，即程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：(1)与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；(2)与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；(3)与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power Flow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待；(4)与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。4.2 彩色广告牌的PLC的梯形图设计1环的内环和外环同时亮；1s后，1环的内环和外环同时灭，2环的内环和外环同时亮；又1s后，2环的内环和外环同时灭。其梯形图如下所示：5环的内环和外环同时亮，又1s后，5环的内环和外环同时灭，6环的内环和外环同时亮，又1s后，6环的内环和外环同时灭。其梯形图如下所示：循环点亮，其梯形图如下所示： 第5章 系统分析与仿真5.1 故障分析与处理：当PLC的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。1、ERR灯亮时先将PLC工作方式由“RUN”置为“PROG”,此时有两种可能：一种是ERR灯亮，可以确定是“总体检查”出错，可用编程工具检查程序，并做出修改；然后重新运行PLC。另一种ERR灯亮，则可能是“自诊断”出错，可检查表中所列项。2、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3种情况：1、ALARM灯又亮回来，可能是FP1有问题，应与厂家联系。2、ALARM灯灭了，但ERR灯亮了，此时可按ERR故障处理。3、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。4、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。若以上检查结果均正常则考虑：1、用于输入的内装直流电源的输出导线连接情况。2、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。如果一切正常的情况下实验结果的仿真图如图5.1。图5.1系统仿真图第6章 课程设计总结我设计的是彩色广告牌的PLC控制器设计，设计中遇到不少困难，这对自己是一个考验，刚开始拿到题目的时候头绪并不是很多，通过查阅资料及老师的帮助才使我对整个系统有了一定的认识。，在设计前我重新学习了一遍PLC的知识模块的 本次设计是在老师的悉心指导下完成的。设计中提出了许多指导性的意见，为设计论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。我懂得了如何运用所学的知识。经这次的课程设计，使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC的理解，并对PLC产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不熟悉，大大地加深了我的