基于S7-200 PLC和组态王组态霓虹灯控制系统的设计

1、基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 1 分类号： 无锡职业技术学院 毕业设计（论文） 题题 目目 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 英文题目英文题目 Design Neon Lamp Control System Based on PLC 院 系 班 级 学生姓名 学 号 所在团队 指导老师（1） 职 称 指导老师（2） 职 称 答辩委员会主任 主答辩人 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 2 二 零 一 七 年 四 月 摘摘要要 本课是基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计，使用西门子公司的 S7-200 小 型 PLC 为控制核心，使用组态王组态软件为上位机，设计了一套基于 PLC

2、的 霓虹灯控制系统。本系统采用 AC220V 交流电源，使用方便。系统具有单步/连 续操作模式可以选择，有启动按钮和停止按钮，由于采用的是 PLC 程序进行控 制，因此在不更改硬件的情况下，可以通过修改程序快速实现花样的更改。通 过分析控制要求，设计了电气原理图（包含主电路图，控制电路图，接线图） ， 设计了程序流程图，根据流程图使用编程软件编制了梯形图和语句表程序。最 后为了进行演示，使用组态王组态软件建立了组态画面，并编写了画面循环命 令语言，通过组态王就可以模拟系统运行情形。通过系统秒时钟进行计时计数， 根据计时计数控制灯的亮灭，系统设计简单可靠，运行稳定，具有一定的实用 价值。 关键词

3、：关键词： 梯形图，霓虹灯，组态王 全套设计加扣 3346389411 或 3012250582 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 3 AbstractAbstract This course is the design of a neon lamp control system based on PLC, using SIEMENS S7-200 small PLC as control core, using Kingview configuration software for the upper computer, designed a set of neon lights bas

4、ed on PLC control system. The system uses AC220V AC power supply, easy to use. The system has a single / continuous operation mode can be selected, a start button and a stop button, due to the use of the PLC control program, so without changing the hardware, you can modify the program pattern change

5、 fast. Through the analysis of the control requirements, design the electrical principle diagram (including the main circuit, control circuit diagram and wiring diagram), the design flow chart of the program, according to the flow chart using the programming software for the ladder diagram and instr

6、uction list program. Finally, in order to demonstrate, using Kingview configuration software to establish the configuration of the screen, and the preparation of the picture cycle command language, through the king of the system can be simulated. Through the system clock counting time, according to

7、the timing of the lights to control the lights out, the system is simple and reliable, stable operation, has a certain practical value. Keywords: Ladder Diagram, Neon Lamp, Kingview. 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 4 目目 录录 摘摘要要.2 2 ABSTRACTABSTRACT.3 3 目目 录录.4 4 第第 1 1 章章 前前 言言.5 5 第第 2 2 章章 设计要求设计要求.6 6 第第 3 3

8、章章 硬件设计硬件设计.7 7 3.1 PLC 选择 .7 3.2 主电路设计.7 3.3 控制电路图.7 3.4 输入和输出分配.10 3.5 PLC 接线图 .10 第第 4 4 章章 软件设计软件设计.1212 4.1 内部使用地址.12 4.2 程序流程图.12 4.3 程序时序图.14 4.4 PLC 梯形图程序 .15 4.5 语句表程序.25 第第 5 5 章章 组态画面设计组态画面设计.3333 5.1 通信建立.33 5.2 数据词典建立.34 5.3 组态画面 .35 5.4 运行 .44 结束语结束语.4646 参考文献参考文献.4747 致致 谢谢.4848 附附 录录

9、.4949 附录 1 梯形图程序汇总 .49 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 5 第第 1 1 章章 前前 言言 霓虹灯在个大中小城市都在进行着亮化工程，各企业为了宣传自己的产品 及形象都采用广告的形式来宣传自己，霓虹灯的闪烁不能够用人工来控制，那 样不会呈现给人们美好的视觉，而用电气控制的话，中间使用的继电器，会有 机械磨损，而霓虹灯的闪烁时间间隔是相当的短，几乎是零点几秒，这样看来 使用电气控制是不太可能了，当然随着一种需要必然会有一种东西的出现。可 编程控制器简称 PLC 的出现就解决了这个问题。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

10、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。 随着社会主义市场经济的不断繁荣和发展,各大中小城市都在进行亮化工程。 各企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一：霓虹灯广告屏来实 现这一目的,本文就是介绍如何利用 PLC 控制系统来实现这一目的。 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 6 第第 2 2 章章 设计要求设计要求 本课题研究的主要内容是通过组态王和 PLC 对霓虹灯进行控制。分析被控 对象和明确控制系统的控制要求，确定系统的 I/O 设备的相关数量和种类，控 制

11、流程设计和程序设计，组态画面设计，及仿真演示。 要解决的问题 (1) 用四个霓虹灯分别做成节日快乐四个字，当按下启动按钮，四个霓 虹灯开始闪烁，每次亮 0.5 秒，灭 0.5 秒，按下停止按钮，所有灯熄灭。 (2) 节日快乐四个字，每个字周围有六只彩灯，ABCDEF，按下启动按钮， 六只彩灯同时亮一秒，接着按顺时针方向各亮一秒；接下来再同时亮一秒，接 着按逆时针方向各亮一秒，然后按此顺序重复执行，按下停止按钮，所有灯灭。 (3) 四个字上下各有五只彩灯，上下对应彩灯亮灭一致，按 下启动按钮，从开始亮一秒灭，亮一秒灭，亮一秒灭，接着再从 开始亮一秒灭，按此顺序重复执行，按下停止按钮，所有灯灭。

12、(4)输入程序后可以通过硬件进行灯的闪烁 (5) 系统有单步/连续控制 (6) 启动与停止按钮 (7) 系统霓虹灯，白炽灯及其供电电源均为 220V 预期目标 1.选择合适的 PLC 和输入输出模块 2.选择合适的组态软件 3.绘制逻辑控制程序、工作流程图、PLC 系统结构图 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 7 第第 3 3 章章 硬件设计硬件设计 3.13.1 PLCPLC 选择选择 经分析，系统共使用了 3 路数字量输入，15 路数字量输出，没 使用模拟量输入和输出，也没使用特殊的输入和输出，例如高速计 数和高速脉冲输出。系统为小规模控制。 因为西门子 S7-200 PLC 是高性能

13、小型 PLC，可以满足大多数小型控制场合， 应用广泛，使用简单，性价比高。故本次选择 S7-200 PLC，其中的 CPU-226， 是交流电源，含 24 路数字量输入，16 路继电器输出，可以满足本控制系统的 使用要求。 3.23.2 主电路设计主电路设计 主电路图如图 3.1 所示。 外部 220V 50Hz 交流电，经 L1，N 供设备使用。L1 是火线，N 是零线。QF1 是总的断路器，可以通断整台设备的电压。FU1 是主的熔断器，起到过流短路 保护作用。 QF2 是霓虹灯主回路断路器，起到通断霓虹灯主电路电源作用，FU2 霓虹灯 主回路的熔断器，起到短路过流保护作用；KM1 是霓虹灯

14、“节”灯启动接触器， 控制“节”灯亮灭。同样的，KM2 霓虹灯“日”灯启动接触器，控制“日”灯 亮灭。同样的，KM3 霓虹灯“快”灯启动接触器，控制“快”灯亮灭。同样的， KM4 霓虹灯“乐”灯启动接触器，控制“乐”灯亮灭。 其他的类似。 3.33.3 控制电路图控制电路图 控制电路如图 3.2 所示。QF14 是控制电路额断路器，KM1 是霓虹灯第 1 个 字“节”启动接触器，KA1 是启动中间继电器，PLC 通过控制中间继电器 KA1 线 圈得电，KA1 常开触点闭合，接触器 KM1 线圈得电，KM1 常开主触点闭合，启动 霓虹灯“节”灯亮。 其他的控制类似。 A1 是直流开关电源，将交流

15、 220V 50Hz 变成 24V 直流电，供 PLC 的输入和 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 8 输出使用。 QF1 L1N AC220V 总电源开关 电源输入 FU1 QF2 FU2 KM1 霓虹灯 节灯 KM2 霓虹灯 日灯 KM3 霓虹灯 快灯 KM4 霓虹灯 乐灯 QF3 FU3 KM5 周围彩灯 A灯 123 4 QF4 FU4 KM6 周围彩灯 B灯 123 4 QF5 FU5 KM7 周围彩灯 C灯 123 4 QF6 FU6 KM8 周围彩灯 D灯 123 4 QF7 FU7 KM9 周围彩灯 E灯 123 4 QF8 FU8 KM10 周围彩灯 F灯 123 4 Q

16、F9 FU9 KM11 上下彩灯 1灯 123 4 5 6 7 8 QF10 FU10 KM12 上下彩灯 2灯 123 4 5 6 7 8 QF11 FU11 KM13 上下彩灯 3灯 123 4 5 6 7 8 QF12 FU12 KM14 上下彩灯 4灯 123 4 5 6 7 8 QF13 FU13 KM15 上下彩灯 5灯 123 4 5 6 7 8 L1 N L1 N L1 N 图3.1 主电路图 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 9 L1 N 24V电源 KM1 KA1KA2 KM3 KA3KA4 QF14 QF15 +24V0V A1 KM4KM2 控制电路 断路器 24V

17、电源 断路器 开关电源 霓虹灯 节灯 霓虹灯 日灯 霓虹灯 快灯 霓虹灯 乐灯 KM5 KA5KA6 KM7 KA7KA8 KM8KM6 周围彩灯 A灯 周围彩灯 B灯 周围彩灯 C灯 周围彩灯 D灯 周围彩灯 E灯 周围彩灯 F灯 KM9 KA9KA10 KM10 KA11 KM12 KA12KA13 KM13KM11KM14 KA14KA15 KM15 上下彩灯 1灯 上下彩灯 2灯 上下彩灯 3灯 上下彩灯 4灯 上下彩灯 5灯 L1N 图3.2 控制电路图 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 10 3.43.4 输入和输出分配输入和输出分配 输入和输出分配见表3.1和表3.2所示.

18、表3.1 数字量输入分配表 名称内部地址外部地址 启动按钮 I0.0SB1 停止按钮 I0.1SB2 单步连续模式选择开关 I0.2SA1 表3.2 数字量输出分配表 名称内部地址外部地址 节霓虹灯控制中间继电器 Q0.0KA1 日霓虹灯控制中间继电器 Q0.1KA2 快霓虹灯控制中间继电器 Q0.2KA3 乐霓虹灯控制中间继电器 Q0.3KA4 A 灯控制中间继电器 Q0.4KA5 B 灯控制中间继电器 Q0.5KA6 C 灯控制中间继电器 Q0.6KA7 D 灯控制中间继电器 Q0.7KA8 E 灯控制中间继电器 Q1.0KA9 F 灯控制中间继电器 Q1.1KA10 一灯控制中间继电器

19、Q1.2KA11 二灯控制中间继电器 Q1.3KA12 三灯控制中间继电器 Q1.4KA13 四灯控制中间继电器 Q1.5KA14 五灯控制中间继电器 Q1.6KA15 3.53.5 PLCPLC 接线图接线图 PLC 输入和输出接线图见图 3.3 所示 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 11 S7-200 I0.0 I0.1 I0.2 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7Q1.0 Q1.1 1M 1L+NLQ1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 SB1 节灯 KA1 日灯 KA2 快灯 KA3 乐灯 KA4 A灯 KA5 B灯 KA6

20、C灯 KA7 D灯 KA8 E灯 KA9 F灯 KA10 1灯 KA11 2灯 KA12 3灯 KA13 4灯 KA14 5灯 KA15 SB2 SA1 24V 24V AC220V N L CPU226 图 3.3 PLC 输入输出接线图 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 12 第第4 4 章章 软件设计软件设计 4.14.1 内部使用地址内部使用地址 为了编程和使用方便，定义了部分 PLC 内部使用地址，见表 4.1 所示 表4.1 PLC 内部使用地址 名称内部地址 系统启动标志 M1.0 单步结束标志 M1.1 ABCDEF 同时亮标志 1 M2.0 A1 灯亮标志 M2.1 B1

21、 灯亮标志 M2.2 C1 灯亮标志 M2.3 D1 灯亮标志 M2.4 E1 灯亮标志 M2.5 F1 灯亮标志 M2.6 ABCDEF 同时亮标志 2 M2.7 F2 灯亮标志 M3.0 E2 灯亮标志 M3.1 D2 灯亮标志 M3.2 C2 灯亮标志 M3.3 B2 灯亮标志 M3.4 A2 灯亮标志 M3.5 上下彩灯 3 亮标志 M4.0 上下彩灯 2 和 4 亮标志 M4.1 上下彩灯 1 和 5 亮标志 M4.2 周围有六个彩灯计时 VW0 上下 5 个彩灯计时 VW2 4.24.2 程序流程图程序流程图 控制程序流程图见图 4.1 和图 4.2 所示。 基于 PLC 的霓虹灯

22、控制系统的设计 13 图 4.1 程序流程图 按下启动按钮？ VW0=1？ 系统开始 否等待 霓虹灯，节日快乐， 以 0.5 秒亮，0.5 秒 灭 是 周围彩灯控制计时 VW0 计时，每秒加 1 ABCDEF 灯 亮 是 VW0=2？ A 灯亮 是 VW0=3？ B 灯亮 是 VW0=4？ C 灯亮 是 VW2=1？ 上下彩灯控制计时 VW2 计时，每秒加 1 3 灯亮 是 VW2=2？ 2,4 灯亮 是 VW2=3？ 1,5 灯亮 是 VW2=4？ 否 循环返回至此 否 否 否 否 否 否 否 是 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 14 图 4.2 程序流程图（续） 4.34.3 程序时

23、序图程序时序图 VW0=6？ E 灯亮 是 F 灯亮 是 ABCDEF 灯 亮 F 灯亮 E 灯亮 D 灯亮 C 灯亮 B 灯亮 A 灯亮 D 灯亮 是 循 环 返 回 单步连续？ 单步 结束程序 连续 否 VW0=5？ 否 VW0=7？ 否 是 VW0=？ 否 是 VW0=9？ 否 VW0=10 ？ 是 否 VW0=11 ？ 是 否 VW0=12 ？ 是 否 VW0=13 ？ 是 否 VW0=14 ？ 是 否 VW0=15 ？ 是 否 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 15 程序时序图如图 4.3 所示。 图 4.3 程序时序图 4.44.4 PLCPLC 梯形图程序梯形图程序 基于 P

24、LC 的霓虹灯控制系统的设计 16 按下启动按钮，系统启动，系统启动标志 M1.0 线圈得电，常开触点闭合， 系统启动。 系统启动 M1.0 常开触点闭合，使用系统的内部时钟 SM0.5 进行霓虹灯字控 制，每次亮 0.5 秒，灭 0.5 秒，按下停止按钮，M1.0 常开触点断开，系统停止， 灯灭。 系统启动，M1.0 常开触点闭合，使用系统内部特殊标志 SM0.5，上升沿 （就是从 OFF 变为 ON 瞬间） ，进行计数，每秒加 1，VW0=VW0+1。 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 17 当 VW0 大于或者等于 15 时，复位 VW0，VW0=1。 系统启动 M1.0 常开触点闭

25、合，周围彩灯计时 VW0 小于等于 1 时，M2.0 线圈 得电，ABCDEF 同时亮标志 1 有效。 VW0 大于 1，VW0 小于或者等于 2 时，M2.1 线圈得电，A1 灯亮标志有效。 VW0 大于 2，VW0 小于或者等于 3 时，M2.2 线圈得电，B1 灯亮标志有效。 其他的类似，不再累述。 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 18 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 19 周围彩灯 A 灯点亮 周围彩灯 B 灯点亮 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 20 周围彩灯 C 灯点亮 周围彩灯 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 21 D 灯点亮 周围彩灯 E 灯点亮 基于

26、PLC 的霓虹灯控制系统的设计 22 周围彩灯 F 灯点亮 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 23 系统启动 M1.0 常开触点闭合，使用系统特殊标志 SM0.5，上下彩灯计时 VW2 每秒加 1，VW2=VW2+1。 当 VW2 大于或者的等于 4 时，自动复位，VW2=1. 3 灯点亮标志 2,4 灯点亮标志 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 24 1,5 灯点亮标志 上下彩灯 3 点亮 上下彩灯 2 和 4 点亮 上下彩灯 1 和 5 点亮 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 25 单步/连续控制 系统运行，M1.0 常开触点闭合，周围彩灯循环计时 VW0 大于或者等于 15，

27、 选择单步运行模式，I0.2 常开触点闭合，则 M1.1 线圈得电，停止系统。 4.54.5 语句表程序语句表程序 ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1 TITLE= BEGIN Network 1 LD I0.0 O M1.0 AN I0.1 LDN I0.2 LDN M1.1 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 26 A I0.2 OLD ALD = M1.0 Network 2 LD M1.0 AN SM0.5 = Q0.0 = Q0.1 = Q0.2 = Q0.3 Network 3 LD M1.0 LPS A SM0.5 EU +I 1, VW0 LPP AW= V

28、W0, 15 MOVW 1, VW0 Network 4 LD M1.0 LPS AW VW0, 1 AW VW0, 2 AW VW0, 3 AW VW0, 4 AW VW0, 5 AW VW0, 6 AW VW0, 7 AW VW0, 8 AW VW0, 9 AW VW0, 10 AW VW0, 11 AW VW0, 12 AW VW0, 13 AW= VW2, 4 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 31 MOVW 1, VW2 Network 12 / 3 灯点亮标志 LD M1.0 AW VW2, 1 AW VW2, 2 AW= VW0, 15 A I0.2 = M1.1 END_O

29、RGANIZATION_BLOCK 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 33 第第 5 5 章章 组态画面设计组态画面设计 5.15.1 通信建立通信建立 在组态王工程浏览器里，找到设备，找到 COM2，双击 COM2，打开设置串口 窗口，进行通信参数设定，这里设定波特率 9600，数据位为 8 位，偶校验，停 止位为 1 位，通信方式选择 RS232。 图 5.1 通信参数设定 COM2 下点新建，打开设备配置向导，选择设备驱动，PLC，西门子，S7-200 系列，PPI 图 5.2 添加设备驱动 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 34 在设备配置向导，设备地址设置指南里，根据 PLC

30、 里的系统设置，组态王 与 PLC 通信的地址，设定为 2， 图 5.3 PLC 地址设定 5.25.2 数据词典建立数据词典建立 组态王跟 PLC 通信，需要建立变量连接，跟 PLC 里的地址对应，数据格式 匹配。同时为了动画演示，也内部变量。建立完成后如下图。 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 35 图 5.4 数据词典 5.3 组态画面组态画面 建立监控画面，建立霓虹灯“节”，“日”，“快”，“乐”4 个霓虹灯字； 每个字周围 A，B，C，D，E，F 六个彩灯。每个字上下五个彩灯。建 立选择开关单步/连续，启动按钮，停止按钮。建立变量连接，连接 PLC 内部的 变量，组态动画。做出的

31、实际监控画面如图 5.5 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 36 图 5.5 实际监控画面 为了进行演示系统，建立仿真演示画面。连接组态王内部的变量，组态动 画。 图 5.6 仿真演示画面 为了动画演示，在仿真画面的空白处，点鼠标右键，点属性，点设定命令 语言，打开画面命令语言窗口，点存在时，循环周期更改为 100 毫秒。在存在 时编辑窗口编写命令语言，完整的命令语言见下。 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 37 图 5.7 循环命令语言 详细的命令如下： if (启动按钮=1) 仿真上下彩灯计时=仿真上下彩灯计时+10; if (仿真周围彩灯计时 140) 仿真周围彩灯计时=0; i

32、f (单步连续选择开关=1) 仿真周围彩灯计时=0; 仿真上下彩灯计时=0; 启动按钮=0; 停止按钮=1; 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 38 if (仿真上下彩灯计时 30) 仿真上下彩灯计时=0; if (仿真周围彩灯计时 0) 上下彩灯 2 字灯控制=0; 上下彩灯 3 字灯控制=0; 上下彩灯 4 字灯控制=0; 上下彩灯 5 字灯控制=1; 霓虹灯第一个字节灯=1; 霓虹灯第二个字日灯=1; 霓虹灯第三个字快灯=1; 霓虹灯第四个字乐灯=1; if (启动按钮=0) 霓虹灯第一个字节灯=0; 霓虹灯第二个字日灯=0; 霓虹灯第三个字快灯=0; 霓虹灯第四个字乐灯=0; 周围

33、彩灯 A 灯控制=0; 周围彩灯 B 灯控制=0; 周围彩灯 C 灯控制=0; 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 44 周围彩灯 D 灯控制=0; 周围彩灯 E 灯控制=0; 周围彩灯 F 灯控制=0; 上下彩灯 1 字灯控制=0; 上下彩灯 2 字灯控制=0; 上下彩灯 3 字灯控制=0; 上下彩灯 4 字灯控制=0; 上下彩灯 5 字灯控制=0; 仿真周围彩灯计时=0; 仿真上下彩灯计时=0; 5.4 运行运行 到组态王编辑画面，文件菜单，点切换到 View，启动组态王运行系统。 图 5.8 启动运行画面 组态王运行后，第 1 个画面是仿真演示画面。初始画面如下。 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 45 图 5.9 初始画面 点启动按钮，启动按钮变绿色，表示系统正在运行。预设为连续运行操作 模式，可以通过单步/连续操作模式选择开关进行模式选择，运行画面见下。 图 5.10 运行画面 基于 PLC 的霓虹灯控制系统的设计 46 结束语结束语 在老师和同学的帮助下，我做完了基于 PLC 的霓虹灯控制系统设计。通 过这次的设计