基于PLC彩燈控制

1、1 引言基于plc控制的彩燈廣告，就是運用plc的邏輯控制功能對彩燈廣告的運行按給定要求自動運行。1.1 基于plc彩燈廣告控制器設(shè)計目的主要是通過設(shè)計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。培養(yǎng)學(xué)生獨立地解決實際問題的能力；掌握初步掌握plc電氣電路的設(shè)計方法及其編程方法和程序的調(diào)試；1.2 基于plc彩燈廣告控制器設(shè)計內(nèi)容1.2.1根據(jù)課程設(shè)計的目的和plc的原理理清思路。1.2.2 選取plc型號，完成硬件設(shè)計。1.2.3 畫出流程圖，時序圖，及編好梯形圖。1.2.4 進(jìn)行仿真及調(diào)試。1.3 基于plc彩燈廣告控制器設(shè)計實現(xiàn)的目標(biāo)廣告屏有8根彩燈管，

2、從左到右排列，編號為18號。系統(tǒng)啟動后，燈管點亮的順序依次為：1號2號3號.7號8 號，時間間隔為1s。8根彩燈全亮后，持續(xù)10s。然 后按照8號7號6號.2號1號的順序依次 熄滅，時間間隔為1s。燈管全部熄滅后，等待2s， 再從8號燈管開始，按照8號7號6號.2號 1號的順序依次點亮，時間間隔為1s。全部點亮后 持續(xù)20s，再按照1號2號3號.7號8號的 順序熄滅，時間間隔仍為1s。燈管全部熄滅后，等 待2s，再重新開始上述過程的循環(huán)。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 plc概述2.1.1 plc的基本結(jié)構(gòu)plc主要由cpu模塊、輸入/輸出（i/o）模塊、編程器和電源四大部分組成（圖2.1）?？删?/p>

3、程序控制器編程器接觸器電磁閥電源接觸器電源限位開關(guān)選擇開關(guān)按鈕輸 入 模塊plc模塊輸 出 模塊圖2.1 plc的基本結(jié)構(gòu)圖2.1.2 plc的特點(1)編程方法簡單易學(xué)-梯形圖語言（面向用戶的高級語言）(2)硬件配套齊全，用戶使用方便(3)通用性強(qiáng)，適用性強(qiáng)(4)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)(5)系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工量小(6)維修工量小，維修方便(7)體積小、重量輕、功耗小2.1.3 plc應(yīng)用領(lǐng)域plc應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，價格下降，功能大大加強(qiáng)，其應(yīng)用范圍有：(1)開關(guān)量邏輯控制(2)運動控制(3)閉環(huán)過程控制(4)數(shù)據(jù)處理(5)通信聯(lián)網(wǎng)2.2 硬件控制功能介紹2.2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理

4、（1）plc選型plc的主要國外生產(chǎn)廠家包括美國的rock-well公司、德國的西門子公司、日本的三菱公司和歐姆龍公司。我國有不少廠家研制和生產(chǎn)過plc，近年來國產(chǎn)plc有了很大的發(fā)展，但我國使用的plc主要還是國外的品牌的產(chǎn)品?？紤]到國外產(chǎn)品的成熟性好，并且本次課程設(shè)計只需屬小型系統(tǒng)，故采用三菱公司的fx系列小型plc。表2.1 fx1n ，fx1s與 fx2n的基本性能項目fx1nfx1sfx2ni/o設(shè)置與用戶選擇有關(guān)，最多128點與用戶選擇有關(guān)，最多30點與用戶選擇有關(guān)，最多256點100ms定時器t0t62，63點t0t199，200點t0t199，200點通用輔助繼電器m0m383

5、，384點m0m383，384點m0m499，500點指令mov有有有ror無無有rol無無有在編程當(dāng)中需要用到ror和rol指令，由表2.1可知只有fx2n系列滿足要求，故選用fx2n系列的plc。其次在編程當(dāng)中需要用到mov hff00 k4y0指令，所以需要用到16個輸出口，綜上所述選用fx2n-32mr系列的plc。（2）組成原理plc彩燈廣告控制編程采用指令控制，采用plc能充分利用它的優(yōu)點。在這里我們采用三菱公司的fx2n-32mr系列的可編程控制器，它吸收了整體式和模塊式plc的優(yōu)點，安裝比較方便，它的基本指令執(zhí)行時間為0.08s 每條指令，內(nèi)置的用戶存儲器為8k步，可以擴(kuò)展到1

6、6k步。fx2n-32mr系列的可編程控制器，輸入點數(shù)為16，輸出點數(shù)為16。編制梯形圖，并進(jìn)行仿真和調(diào)試。綜上，得到系統(tǒng)硬件配置如表2.2所示：表2.2 硬件配置表名 稱數(shù) 量dc24v電源1pc/ppi編程電纜1fxgp-win-c編程軟件1pc機(jī)1輸出顯示燈82.3系統(tǒng)變量定義及分配表根據(jù)控制要求對彩燈廣告控制系統(tǒng)的i/o進(jìn)行分配（表2.3）。表2.3 i/o地址分配表輸入/輸出設(shè)備/器件名稱輸入/輸出映像寄存器i/o地址符號名輸入起動開關(guān)x1i0.1sb1停止開關(guān)x2i0.2sb2輸出第一盞燈y0q0.0l1第二盞燈y1q0.1l2第三盞燈y2q0.2l3第四盞燈y3q0.3l4第五盞

7、燈y4q0.4l5第六盞燈y5q0.5l6第七盞燈y6q0.6l7第八盞燈y7q0.7l82.4 plc外部電路連線根據(jù)設(shè)計思想連接plc外部電路（如圖2.2所示）。fx2n-32mrdc 24v x1 com0 com1x2y0y1y2y3com2y4y5y6com y7l1l2l3l4l5l6l7l8圖2.2 plc 外部接線圖x2sb2sb13 控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 控制程序流程圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，可設(shè)計出流程圖如圖3.1所示。y圖3.1 流程圖給y17y00賦初值hff00右移一位，t2定時1st1定時10sn左移一位，t0定時1sy00為0?y07為1?t3定時2s右移一位，t4定時1

8、sy00為1?t4定時20s左移一位，t5定時1sy07為0?開始結(jié)束yyynnn3.2 控制程序時序圖設(shè)計在程序設(shè)計中首先要設(shè)計出程序圖，由程序圖相應(yīng)的畫出時序圖，各時間段分別由不同的定時器定時,同時對應(yīng)不同的輸出狀態(tài)，可得狀態(tài)表如表3.1所示。表3.1 狀態(tài)表時間段07s717s1724s2426s2633s3353s5360s6062s定時器t0間隔定時1st1延時10st2間隔定時1st3延時2st4間隔定時1st5延時20st6間隔定時1st7延時2s輸出y0y7依次為1,并保持y0y7為1y7y0依次為0,并保持y7y0為0y7y0依次為1,并保持y7y0為1y7y0依次為0,并保

9、持y7y0為0以輸出映像寄存器為縱軸，時間t為橫軸，設(shè)計出時序圖，反映出各輸出映像寄存器的狀態(tài)。當(dāng)按下啟動按鈕sb1時，假設(shè)時間為第0s，并且假設(shè)不按下停止按鈕時，則可做出各階段的時序圖如圖3.2和3.3所示。y0y7y2y6y4y1y3y5 0 1 2 3 4 5 6 7 17 19 21 23 26 28 30 32 53延時10s延時2s延時20st圖3.2 時序圖延時2sy0y2y6y4y1y3y5 54 56 58 60 62 延時2sty7圖3.3 時序圖3.3 控制程序設(shè)計思路由流程圖到時序圖再到梯形圖，更進(jìn)一步可以設(shè)計出梯形圖。本論文采用指令編寫程序，而不采用順序控制設(shè)計法，可

10、以大大減少程序，增強(qiáng)程序的可讀性。設(shè)計時，雖然只需要8個輸出點，但采用16個輸出點，即當(dāng)按下啟動按鈕sb1，則傳送指令mov hff00 k4y0使y0y7為0，而y10y17為1，利用循環(huán)移位指令ror和rol，輕松實現(xiàn)8盞燈的循環(huán)。當(dāng)按下停止按鈕sb2時，則傳送指令mov h0000 k4y0使y0y17為0，所有的燈無論在什么時候都熄滅。特別的，在梯形圖中采用9個輔助繼電器m0m8，能夠達(dá)到每一個階段工作時即不受其他階段的影響，也不干擾其他的階段，從而避免互相干擾，達(dá)到自動控制的目的。當(dāng)系統(tǒng)一個循環(huán)結(jié)束后，輔助繼電器m8為1，相當(dāng)于x1的功能，從而使彩燈依次循環(huán)。本設(shè)計另一大優(yōu)點是，輕松

11、實現(xiàn)每個階段的定時。如在第一個階段，要求系統(tǒng)啟動后，燈管點亮的順序依次為：1號2號3號.7號8 號，時間間隔為1s。由t0定時器定時1s，并且重復(fù)循環(huán)，可以利用y0的常開觸點與y7的常閉觸點串聯(lián)，當(dāng)y0為常開觸點閉合（第一盞燈亮）并且y7常閉觸點斷開（第七盞燈亮）時，定時器t0停止計時，并且串聯(lián)m0作為該階段的獨特特點，即在t0在循環(huán)定時時，利用set指令使m0為1（常開觸點閉合），t0循環(huán)定時后利用rst指令使m0為0(常開觸點斷開)，使t0不再定時。梯形圖中所用到典型的指令如表3.2所示。綜上所述可設(shè)計出梯形圖如圖3.4所示。指令名稱指令符號功能數(shù)據(jù)傳送指令mov hff00 k4y0給

12、y0y7賦值 0， y10y17賦值為1左循環(huán)指令rol k4y0 k1y17y0的值循環(huán)左移一位右循環(huán)指令ror k4y0 k1y17y0的值循環(huán)右移一位置位指令set m0使m0為1，并保持復(fù)位指令rst m8使m8為0，并保持復(fù)位指令rst t0使t0為0，并保持表3.2 指令一覽表圖3.4 梯形圖4 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析4.1 系統(tǒng)調(diào)試及解決的問題硬件調(diào)試：接通電源，檢查三菱fx2n-32mr（如圖4.1所示）可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。 軟件調(diào)試：按要求輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成指令表，并進(jìn)行語法的檢查，正確后設(shè)置正確的通信口，將指令讀入到指定的

13、可編程控制器rom中，進(jìn)行下一步的調(diào)試。 運行調(diào)試：在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，打開三菱fx2n-32mr可編程控制器的“run”按鈕。進(jìn)行調(diào)試；按下啟動按鈕，觀察運行的情況，看是否是隨時按下停止按鈕可以停止系統(tǒng)運行。系統(tǒng)停止運行后，按下啟動按鈕，看是否可以重新運行。 根據(jù)以上的調(diào)試情況，本彩燈循環(huán)點亮的plc控制系統(tǒng)設(shè)計符合要求。圖4.1 fx2n-32mr外觀圖4.2 外部線路安裝、系統(tǒng)調(diào)試與仿真圖4.2中下面兩排接線孔，通過防轉(zhuǎn)疊插鎖緊線與plc的主機(jī)相應(yīng)的輸入輸出插孔相接。xi為輸入點，yi為輸出點。圖中中間兩排x0x13為輸入按鍵，模擬按鈕量的輸入。八路一排y0y7是led指示

14、燈，接繼電器輸出用以模擬輸出負(fù)載的通與斷。圖4.2中下面兩排接線孔，通過防轉(zhuǎn)疊插鎖緊線與plc的主機(jī)相應(yīng)的輸入輸出插孔相接。xi為輸入點，yi為輸出點。圖4.2中間兩排x0x13為輸入按鍵，模擬按鈕量的輸入。八路一排y0y7是led指示燈，接繼電器輸出用以模擬輸出負(fù)載的通與斷。圖4.2 基本指令編程練習(xí)的實驗面板圖實驗時，通過專用電纜連接手持編程器與plc主機(jī)。首先將主機(jī)上x1，x2，com接口分別接到實驗面板上的x1，x2，com端，其次將com0，com1及com2端連接起來，將主機(jī)上+24v，y0y7接口分別接到實驗面板上的+24v，y0y7端。打開編程器，逐條輸入程序，檢查無誤后，將可

15、編程控制器主機(jī)上的stop/run按鈕撥到run位置，運行指示燈點亮，表明程序開始運行，有關(guān)的指示燈將顯示運行結(jié)果。 圖4.3 彩燈廣告的控制面板圖sb1sb2l1 l2 l3 l4 l5 l6 l7 l8 彩燈廣告控制面板4.3控制面板設(shè)計出控制面板如圖4.3所示，圖中sb1為起動按鈕，sb2為停止按鈕，l1l2為8盞彩燈。4.4 系統(tǒng)方案在本設(shè)計中采用指令編程，而不采用順序控制設(shè)計法，大大減少試驗程序，減少程序所占內(nèi)存，其中y0y7分別接18盞燈，而y10y17不需要接燈，只用于循環(huán)，以實現(xiàn)全自動控制。4.5 結(jié)果分析按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始運行，直到8盞燈亮，如圖4.4所示。圖4.4 第一階段18盞燈全亮圖系統(tǒng)運行到第3階段，81盞燈依次點亮5盞燈，如圖4.5所示。圖4.5 第三階段81盞燈依次點亮5盞燈圖結(jié)束語通過本次課程設(shè)計，把書本上的知識運用到現(xiàn)實實際中，讓我深刻體會到plc技術(shù)的廣泛應(yīng)用。它不僅使我對所學(xué)過的plc知識進(jìn)行了鞏固，而且使我更進(jìn)一步了解了彩燈廣告。本設(shè)計涉及到可編程控制技器應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)等學(xué)科知識，讓我對電氣專業(yè)知識有了更進(jìn)一步的理解。本次設(shè)計讓我學(xué)會了很多知識，如畫流程圖、時序圖、轉(zhuǎn)換pdf文檔等。設(shè)計中采用指令編程，而不采用順序控制設(shè)計法，大