霓虹灯的控制系统设计

0 江西工业职业技术学院 毕毕业业设设计计说说明明书书 课题名称 霓虹灯的控制系统设计霓虹灯的控制系统设计 系 别 机机 电电 工工 程程 分分 院院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 起讫时间 2012 年 12 月 10 日 2012 年 3 月 30 日 共 12 周 0 目目 录录 霓虹灯的控制系统设计 1 摘 要 1 第一章 可编程控制器概述 2 一 PLC 的简介 2 二 PLC 的特点 2 三 PLC 的分类及应用 3 四 PLC 主要功能 4 五 PLC 与其他控制系统的比较 4 第二章 S7 200 系列 PLC 5 一 S7 200 PLC 的结构 5 二 S7 200 PLC 的工作原理 5 三 s7 200 PLC 的性能指示及编程元件 8 四 PLC 控制系统的设计方法 10 第三章 霓虹灯控制系统设计 11 控制要求 12 PLC 的硬件设 计 13 PLC 的控制程序设计 13 PLC 的梯形图程序 15 P LC 语句表 26 总结 31 谢词 32 参考文献 32 0 霓虹灯的控制系统设计霓虹灯的控制系统设计 设计者 摘摘 要要 PLC 可编程控制器是以微处理器为基础 综合了计算机技术 自动控制技术和通讯技术发展而 来的一种新型的工业控制装置 它具有结构简单 编程方便 可靠性高等优点 已广泛用于工业过 程和位置的自动控制中 据统计 可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备 专家认 为 可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一 PLC 机器人 CAD CAM 将成为工业三大支柱 PLC 不仅在工业生产中有着广泛的应用 而且在我们日常生活中应用也非常 广泛 在商业行业中 各种门面 招牌 字幕广告 建筑物轮廓等装饰照明场所有霓虹灯闪烁的身 影 霓虹灯的光线连续 均匀 在商业广告中已得到广泛的应用 关键字关键字 霓虹灯 PLC 程序 设计 1 第一章第一章 可编程控制器概述可编程控制器概述 一 一 PLC 的简介的简介 1 PLC 的由来 1968 年 美国最大的汽车制造商 通用汽车 GM 为了适应汽车型号不断翻新的要求 提 出了这样的设想 将计算机的功能完善 通用灵活等优点与继电接触器控制简单易懂 操作方便 价格低廉等优点结合起来 制成一种新型的通用控制装置以取代继电接触器控制系统 为此 GM 提出了十条要求 向制造商公开招标 十条要求详见材料 1969 年 美国设备公司 CEC 研制出 世界上第一台可编程控制器 型号为 PDP 14 2 PLC 的定义 于当时只是用它替代继电接触器控制 功能较为简单 只能进行开关量逻辑控制 所以将该控制 装置称为可编程控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 随着微电子技术和大规模 集成电路的发展 20 世纪 70 年代后期 微处理器被应用到 PLC 中 从而极大扩展了其功能 这种 采用了微处理器技术的 PLC 于 1980 年由美国电气制造商协会正式将其命名为可编程控制器 Programmable Controller 简称 PC 由于 PC 容易与个人计算机的简称 PC 相混淆 故称 PLC 二 二 PLC 的特点的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 2 通用性高 使用方便 3 程序设计简单 易学 易懂 4 采用先进的模块化结构 系统组合灵活方便 5 系统设计周期短 6 安装简便 调试方便 维护工作量小 7 对生产工艺改变适应性强 可进行柔性生 2 三 三 PLC 的分类及应用的分类及应用 1 PLC 的分类 1 按 plc 的结构形式分类 1 整体式 2 模块式 2 按 plc 的 I O 点数分类 1 小型 256 点以下 2 中型 256 点以上 2048 点以下 3 大型 2048 点以上 3 按 plc 功能分类 抵挡型 中挡型 高档型 2 PLC 的应用 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 轻纺 交 通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用情况大致可归纳为如下几类 1 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本 最广泛的应用领域 它取代传统的继电器电路 实现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机械 组 合机床 磨床 包装生产线 电镀流水线等 2 模拟量控制 PLC 通过模拟量 I O 模块 可以实现模拟量和数质量之间的转换 并对模拟量进行控制 具 有 PID 的闭环控制功能的 PLC 可以用于闭环控制系统的过程控制 位置控制和度控制等 典型的 闭环控制过程有锅炉运行控制 连轧机的速度控制和位置控制等 3 机械加工中的数字控制 PLC 能和机械加工中的数字控制 NC 及计算机数控 CNC 紧密结合 组成先进的数控 实 现数字控制 4 工业机器人控制 PLC 作为一种通用的自动控制装置 也适用于工业机器人 例如 在自动生产线上有多自由度 的机器人 大多数都是选用 PLC 来控制 一完成人工难以完成的机械动作 5 多层分布式控制系统 高功能的 PLC 具有较强的通信联网功能 可实现 PLC 与 PLC 之间 PLC 与上位计算机或其他智 能设备间的通信 从而可形成多层分布式控制系统或工厂自动化网络 通常采用多台 PLC 分散控制 由上位计算机集中管理 3 四 四 PLC 主要功能主要功能 PLC 有丰富的指令系统 有各种各样的 I O 接口 通信接口 有大容量的内存 有可靠的监 控系统 逻辑处理功能 数据运算功能 定时功能 高速计数 中断处理 程序与数据存储功能 联网通信功能 总之在自动化行业应用非常广泛 五 五 PLC 与其他控制系统的比较与其他控制系统的比较 1 控制动作功能修改方便 2 故障少 3 电控箱体积小 4 维修方便 有故障时比继电器的好修些 5 可以组建网络 4 第二章第二章 S7 200 系列系列 PLCPLC 一 一 S7 200 PLC 的结构的结构 S7 200 系列 PLC 主要有 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 4 种主机 CPU 型号 全部是整体式结 构 给系列 PLC 的硬件系统主要包括基本单元 或称主机 CPU 模块 以及扩展模块 特殊功能模 块 编程器等外设 基本单元由 CPU 存储器 基本输入 输出 I O 点数 电源灯组成 是 PLC 系统中必不可少的部分 它实际上已是一个能独立实现一定控制任务的完整的控制系统 S7 200 主机外形如图所示 二 二 S7 200 PLC 的工作原理的工作原理 循环扫描工作过程 与其它计算机系统一样 PLC 的 CPU 是采用分时操作的原理 每一时刻执行一个操作 随着时 间的延伸一个动作接着一个动作顺序地进行 这种分时操作进程称为 CPU 对程序的扫描 PLC 的用户程序由若干条指令组成 指令在存储器中按序号顺序排列 CPU 从第一条指令开始 顺序逐条地执行用户程序 直到用户程序结束 然后 返回第一条指令开始新的一轮扫描 PLC 就 是这样周而复始地重复上述的扫描循环 除了执行用户程序之外 在每次扫描过程中还要完成输入 输出处理等工作 描一次用户程序所用的时间称为扫描周期 扫描周期的长短 首先与每条指令执行时间长短有关 其次与指令类型及包含指令条数的多少有关 前者取决于 PLC 的 CPU 执行速度的快慢 与硬件配置 有关 后者取决于被控系统的复杂程度及编程人员的水平 典型值为 1 100ms 理论上扫描周期越短越好 在实际控制系统中很难做到 只要保证 PLC 的扫描周期能满足控 制系统的要求就可以了 5 PLC 工作过程框图 简图 6 PLC 的扫描周期分三个工作阶段 1 输入刷新 PLC 将外部输入信号从输入端子上一个个的读入 并将其输入映像存储器 以方便一次性 快 速地读入到 CPU 中 称为输入刷新 实际上是 PLC 对外部状态的采样过程 输入映像存储器每周期刷新一次 由于 PLC 扫描周期很短 决定两次采样之间的间隔时间很短 一般仅几十 ms 对一般控制场 合的开关量而言 输入采样可以认为是 连续 进行的 不会影响对现场信息的反应速度 2 执行 用户 程序 CPU 执行用户程序是从第一条指令开始 到最后一条指令结束 期间 将执行结果逐个 送到输出映像寄存器中 以便一次性 快速地送到输出端子 如果在程序中使用了中断 优先执行中断程序 在此阶段 CPU 还须处理从通讯端口接 收到的任何信息 执行通讯处理过程 3 输出刷新 CPU 不能直接驱动负载 执行程序的结果先存放在输出映像存储器中 每次程序执行完 毕 将输出映像区的内容经输出锁存器 送到输出端子上驱动外部负载 称为输出状态刷新 输出映像存储器每周期刷新一次 刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新 由于 PLC 扫描周期很短 决定两次输出之间的间隔时间很短 一般仅几十 ms 对一般控 制场合被控电器而言 输出刷新可以认为是 连续 进行的 不会影响对现场控制速度 7 三 三 s7 200 PLC 的性能指示及编程元件的性能指示及编程元件 1 性能指示 8 2 编程元件 编程元件是 PLC 内部具有一定功能的单元电路 由寄存器 储存器单元等组成 是支持该机型编 程语言的软件 按习惯叫法分别称为继电器 定时器 计数器等 由于它们与物理元件有很大的差 别 一般它们为 软件继电器 也就是说软件继电器是 PLC 内部的编程元件 每一个编程元件与 PLC 的元件映像寄存器的一个存储单元相对应 软件继电器的工作线圈没有工作电压等级 功耗大 小 电磁惯性等问题 触电没有数量限制 机械磨损 电蚀等问题 它们在不同的指令下操作 其 工作状态可以无记忆 也可以有记忆 还可以做脉冲数字元件使用 PLC 中各种编程元件的功能是相互独立的 它们均用一定的字母来命名 不同的名称实质上代表 了不同的存储器区域 对于同名元件又按一定的规则进行编号 这就是元件的地址 其实质是在存 储器区域内的编号 使用这些元件编程是必须用元件名称 即区域号 和元