基于plc的循環(huán)彩燈設(shè)計Word版

1、健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）題 目： 基于PLC的循環(huán)彩燈控制 作 者： 周楊 指導(dǎo)教師： 王穩(wěn) 專 業(yè)： 機電一體化 時 間： 2011年10月29日 目錄摘要、關(guān)鍵字3引言4第一章PLC簡介及其特點1.1PLC的歷史和發(fā)展51.2 PLC簡介61.3 PLC特點61.4 PLC應(yīng)用71.5 PLC的工作原理8第2章課程設(shè)計2.1 PLC課程設(shè)計任務(wù)92.2 PLC課程設(shè)計要求9第3章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 PLC硬件配置103.2 控制面板設(shè)計103.3 PLC的外部接線圖113.4 I/O分配表13第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 彩燈控制系統(tǒng)的順序功能圖144.2控制系統(tǒng)測試

2、與分析15第5章、心得體會16電氣設(shè)備及元器件明表17參考文獻18摘要在家庭裝飾或商業(yè)區(qū)的燈光布置中經(jīng)常需要完成彩燈循環(huán)點亮或數(shù)字計數(shù)等動態(tài)燈光效果,給生活增添光彩，那這彩燈是怎么可以這樣顯示呢？本設(shè)計按照這種燈的原理，運用PLC語言來進行分析也編寫，并在ME軟件上實現(xiàn)編譯，調(diào)試并在模擬電路上運行,實現(xiàn)彩燈功能，并能自由控制彩燈循環(huán)點亮的快慢，從而實現(xiàn)出現(xiàn)實中彩燈的原理。最終完成的是燈光裝飾中的彩燈循環(huán)點亮，數(shù)字計數(shù)以及頻率調(diào)節(jié)等功能的設(shè)計。通過本實訓(xùn)，能夠初步學(xué)會與理解ME軟件與FPGA芯片的綜合運用，還能有效地了解與實現(xiàn)現(xiàn)在生活中用到的與看到的，更深入地了解理論與生活的聯(lián)系，從而更能了解社

3、會，尋求發(fā)展方向！關(guān)鍵詞：plc 彩燈循環(huán)控制引 言19世紀興起的數(shù)字電路以其先天的便捷、穩(wěn)定的優(yōu)點在現(xiàn)代電子技術(shù)電路中占有越來越重要的地位。數(shù)字電路與模擬電路相比有顯而易見的穩(wěn)定性。近年來，數(shù)字電路又有了巨大的發(fā)展。可編程邏輯器件（PAL、GAL等）的發(fā)展和普及最終使IC的設(shè)計面向了用戶（這是模擬電路無法做到的），而這毫無疑問會給用戶帶來巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的對位。 隨著集成技術(shù)的進一步提高，各種新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，人類歷史橫跨數(shù)碼時代向更進一步發(fā)展已出現(xiàn)在各大型相關(guān)企業(yè)的宏偉藍圖中。新世紀里誰掌握了新技術(shù)誰就得到了獲勝的資本，也僅僅是資本而矣。新世紀里電子行業(yè)的發(fā)展速度令人窒

4、息，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外。 可以展望，一個由數(shù)字構(gòu)成的新世界即將出現(xiàn)。那將是人類文明的又一飛躍。 利用可編程控制器（plc）可使彩燈（例如霓虹燈）按一定的規(guī)律不斷的改變狀態(tài)，不僅可以獲得良好的觀賞效果，而且可以省電（與全部彩燈始終全亮相比）。近年來，隨著人們生活水平的較大提高，人們對于物質(zhì)生活的要求也在逐漸提高，不光是對各種各樣的生活電器的需要，也開始在環(huán)境的幽雅方面有了更高的要求。比如日光燈已經(jīng)不能滿足于我們的需要，彩燈的運用已經(jīng)遍布于人們的生活中，從歌舞廳到卡拉OK包房，從節(jié)日的祝賀到日常生活中的點綴。這些不緊說明了我們對生活的要求有了質(zhì)的飛躍，也說明科技在現(xiàn)實運用中有了較大

5、的發(fā)展。在這一設(shè)計中我們將涉及有關(guān)彩燈控制器的設(shè)計，從原理上使我們對這一設(shè)計有所了解。將其確實的與我們相聯(lián)系起來。 本彩燈控制電路是PLC的基本實驗電路，可以讓我們更容易地理解其原理。第1章 PLC簡介及其特點1.1 PLC的歷史和發(fā)展世界上公認的第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。20世紀70年代中期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)己全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型的體積、更可靠的

6、工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中己獲得了廣泛的應(yīng)用。20世紀末期，可編程控制器的特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機及超小型機;從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合;從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元，通訊單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既

7、擴展了PLC功能，又使用靈活方便，擴大了PLC應(yīng)用范圍。加強PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)進步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計算機之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計算機通信。為了加強聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標準，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的重要組成部分。在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程

8、控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。1.2 PLC簡介PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，

9、用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！?.3 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的

10、生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)

11、形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電

12、子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。1.4 PLC的應(yīng)用目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造

13、、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。

14、從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4、過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)

15、用。 5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6、通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC

16、都具有通信接口，通信非常方便。1.5 PLC的工作原理PLC的控制功能就是通過運行用戶程序來實現(xiàn)的。它是一種存儲程序的控制器，用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵入到PLC的用戶程序存儲器中寄存。PLC掃描工作方式主要分三個階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。（1） 輸入采樣 PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個過程稱為輸入采樣。PLC在運行程序時，所需的輸入信號不是現(xiàn)時取輸入端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，只有到下一個掃描周期輸入采樣階段

17、才被刷新。（2） 程序執(zhí)行 PLC完成了采樣工作后，按順序從0000號地址開始的程序進行掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端子上。（3） 輸出刷新 在執(zhí)行到END的命令時，即執(zhí)行完用戶所有的程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進行輸出，驅(qū)動用戶設(shè)備。第2章課程設(shè)計2.1 PLC課程設(shè)計任務(wù)用PLC設(shè)計彩燈控制系統(tǒng)，本題為9燈循環(huán)1、實現(xiàn)自動、單周期二種工作方式，用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制 單周期：彩燈工作一個周期后自動停止，若

18、運行過程中按停止按鈕，所有燈全部熄滅。 自動：彩燈工作一個周期后，不停止，而是開始下一個周期，若運行過程中按停止按鈕，彩燈運行狀態(tài)不變，而是要等到本周期結(jié)束后，再全部熄滅。2、彩燈有二種閃爍頻率1HZ、0.5HZ可用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制。3、彩燈工作一個周期中要有單燈循環(huán)點亮、3燈循環(huán)點亮、全滅的過程。2.2 PLC課程設(shè)計要求1、設(shè)計系統(tǒng)的PLC外部電氣接線圖2、系統(tǒng)的操作面板3、設(shè)計好順序功能圖第3章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 PLC硬件配置本控制系統(tǒng)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N24MR PLC。FX2N系列是一種超小型疊裝式PLC，它由基本單元、擴展單元、擴展模塊和特殊功能模塊組成。 基本單元

19、：內(nèi)置電源（輸入模塊不需外接電源，它由內(nèi)置電源供電）、I/O模塊及CPU與存貯器，是PLC的核心部分。既可單獨使用，又可與擴展單元、擴展模塊組合使用。 可以增加基本單元的I/O點數(shù)，內(nèi)置電源。擴展模塊：擴展I/O點數(shù)，但電源由基本單元或擴展單元供電。每臺基本單元或擴展單元最多可聯(lián)接2臺擴展模塊。 特殊功能模塊：FX2N-16NT，用于通信；FX2N-3A，可提供2路模擬量輸入，1路模擬量輸出，來選用。3.2 控制面板設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)總方框圖和設(shè)計要求，彩燈控制系統(tǒng)采用并行序列，在閃爍電路下執(zhí)行彩燈的循環(huán)點亮，而點亮方式又分為單燈循環(huán)點亮和3燈循環(huán)點亮，使彩燈按照不同的頻率閃爍。圖3-1 操作面板示

20、意圖 系統(tǒng)操作面板如圖3-1所示，X4和X5分別控制彩燈運行的狀態(tài)，即單周期狀態(tài)與自動狀態(tài)。彩燈開啟用X0按鈕控制，X1按鈕控制彩燈停止運行。閃爍開關(guān)有兩個X2和X3，分別對應(yīng)1HZ和0.5HZ，使彩燈得以循環(huán)工作。3.3 PLC的外部接線圖根據(jù)系統(tǒng)總方框圖和設(shè)計要求，基于PLC彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)的外部接線圖如圖3-2。X0是點動開關(guān)，X2、X3是一組單刀雙擲開關(guān)，X4和X5是一組單刀雙擲開關(guān)，指針指向那個開關(guān)，相應(yīng)的設(shè)置就導(dǎo)通。彩燈控制系統(tǒng)用X0開啟，X2和X3分別表示彩燈閃爍頻率1.0HZ和0.5HZ，X4控制彩燈單周期運行，X5控制彩燈自動運行。其中，輸入采用的是匯點式，共接一個COM端子

21、，電源由PLC內(nèi)部電源提供。Y0Y8表示9個LED彩燈。KM1KM9是電磁繼電器，通電時其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。Y0Y3共用一個COM端子，Y4Y8共用另一個COM端子，而輸出共用一個電源，所以將兩個COM端子連在一起，實現(xiàn)電源的共用。圖3-2 PLC的外部接線圖3.4 I/O分配表本設(shè)計中，共有六個輸入開關(guān)，9個LED輸出，根據(jù)PLC外部接線圖，我們能得出I/O 分配表如表4-1 所示。 輸入輸出啟動按鈕X0LED1Y0停止按鈕X1LED2Y1閃爍1.0HZ開關(guān)X2LED3Y2閃爍0.5HZ開關(guān)X3LED4Y3單周期開關(guān)X4LED5Y4自動開關(guān)X5LED6Y5LED7Y6LED8Y7L

22、ED9Y8表 3-1第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 彩燈控制系統(tǒng)的順序功能圖4.1彩燈控制系統(tǒng)的順序功能圖彩燈控制系統(tǒng)順序功能圖如圖4-1所示。由圖可知控制系統(tǒng)步序共分7步，分別用M00M06代表這7步。彩燈工作一個周期后自動停止，若運行過程中按停止按鈕，所有燈全部熄滅。彩燈工作一個周期后，不停止，而是開始下一個周期，若運行過程中按停止按鈕，彩燈運行狀態(tài)不變，而是要等到本周期結(jié)束后，再全部熄滅其中M201和M204代表產(chǎn)生1.0Hz彩燈閃爍頻率，M202和M205代表產(chǎn)生0.5HZ彩燈閃爍頻率；M203代表單燈循環(huán)步，執(zhí)行單燈循環(huán)點亮程序；M206代表三燈循環(huán)步，執(zhí)行三燈循環(huán)點亮程序。4.2 控制系統(tǒng)測試與分析 控制系統(tǒng)必須進行調(diào)試后才投入實際生產(chǎn)之中，在這之前，以便發(fā)現(xiàn)問題及時解決。本系統(tǒng)的調(diào)試主要是利用電氣工程系的實驗設(shè)備進行模擬。根據(jù)前面的分析，限位開關(guān)采用點動開關(guān)模擬，輸出都采用指示燈表示不同的狀態(tài)，以模擬系統(tǒng)的工作的正確性。接線圖與前面的圖3-4外部接線類似，可以采用那種接法進行調(diào)試。從分析結(jié)果來看，系