彩色廣告牌PLC課程設(shè)計

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)PLC技術(shù)及應(yīng)用課程設(shè)計（論文）題目：彩色廣告牌的PLC控制器設(shè)計院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 測控091班 學(xué) 號： 090301009 學(xué)生姓名： 陳永飛 指導(dǎo)教師： 起止時間：2012.12.17-2012.12.28課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：測控技術(shù)與儀器學(xué) 號090301009學(xué)生姓名陳永飛專業(yè)班級測控091設(shè)計題目彩色廣告牌的PLC控制器設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計任務(wù)：按如下的時序設(shè)計彩色廣告牌的PLC控制器，按下啟動按鈕SB1后，1環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮；1s后，1環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，2環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮；又1s后

2、，2環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅5環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮，又1s后，5環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，6環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮，又1s后，6環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，進(jìn)入下一輪循環(huán)。按下停止按鈕SB2，所有燈全滅，循環(huán)結(jié)束。設(shè)計要求：1、根據(jù)控制要求進(jìn)行方案選擇論證，即分析系統(tǒng)功能，確定系統(tǒng)的輸入/輸出信號及類型，選擇PLC主機(jī)、傳感器和擴(kuò)展模塊。2、根據(jù)輸入/輸出信號建立I/O分配表，完成PLC與輸入/輸出信號的外部接線。3、按系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計系統(tǒng)的梯形圖。4、上機(jī)調(diào)試、完善程序。5、按學(xué)校規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設(shè)計說明書一份；設(shè)計說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)：控制按鈕額定工作電壓220V，約定發(fā)熱電流

3、5A，信號燈額定工作電壓220V，功率小于0.4W ，PLC觸點壽命500000次，時間誤差0.5S。工作計劃1、 布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。（1天）2、 確定系統(tǒng)的輸入/輸出信號和類型，選擇PLC主機(jī)和擴(kuò)展模塊。（2天）3、 建立I/O分配表，完成PLC與輸入輸出信號的外部接線。（1天）4、 按系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計系統(tǒng)的梯形圖。（2天）5、 上機(jī)調(diào)試、修改程序。（1天）6、 撰寫、打印設(shè)計說明書（2天）7、 答辯（1天）指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 指導(dǎo)教師簽字： 總成績： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要隨著改

4、革的不斷深入,社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展,大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。企業(yè)為展現(xiàn)自己的形象和產(chǎn)品,一般都會采用通過霓虹燈廣告屏來這種廣告手法，所以當(dāng)我們夜晚走在大街上,馬路兩旁各色各樣的霓虹燈廣告隨處可見。,一種是采用霓虹燈管做成的各種形狀和多中彩色的燈管,另一種為日光等管或白熾燈管作為光源,另配大型廣告語或宣傳畫來達(dá)到宣傳的效果。這些燈的亮滅,閃爍時間及流動方向等均可以通過PLC來達(dá)到控制的要求.這就涉及到如何去控制霓虹燈的亮滅、閃爍時間及流動方向等諸多控制問題，如何去快捷、可靠、簡單的去控制，成為人們考慮的重點，在這我認(rèn)為PLC最適合去解決這些問題，因為PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、

5、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。并且PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的方面具有比較突出的優(yōu)勢，在現(xiàn)實中人們也是多通過PLC去控制霓虹燈的。本設(shè)計采用可編程控制器PLC來實現(xiàn)對彩色廣告牌的PLC控制器進(jìn)行設(shè)計。通過對PLC主機(jī)、擴(kuò)展模塊的選型以及建立I/O分配完成PLC與輸入輸出信號的外部接線來達(dá)到控制要求。關(guān)鍵字：霓虹燈；廣告牌；PLC控制目 錄I第1章 緒 論1第2章 課程設(shè)計的方案22.1 概述22.2 方案論證22.3 系統(tǒng)性能分析2第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計43.1 CPU及擴(kuò)展模塊的選型43.2 I/O模塊接口設(shè)計53.3 各部分與CPU的外部接線圖6第4章 軟件設(shè)

6、計84.1 編輯語言的設(shè)計84.2 彩色廣告牌的PLC的梯形圖設(shè)計9第5章 系統(tǒng)分析與仿真125.1 故障分析與處理：12第6章 課程設(shè)計總結(jié)13參考文獻(xiàn)14第1章 緒 論隨著社會的進(jìn)步微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的智能化程度越來越高，反應(yīng)速度也越來越快，產(chǎn)片的覆蓋面也面向整個社會了，各個公司生產(chǎn)的不同PLC的性能也越來越高。戶外霓虹燈彩色廣告是21世紀(jì)廣告業(yè)發(fā)展的趨勢，是具有音視頻功能的戶內(nèi)外廣告展示設(shè)備，屬國際領(lǐng)先的高科技產(chǎn)品。該設(shè)備外觀新穎獨特，其面積可隨意調(diào)整，不僅能播放音視頻廣告節(jié)目，而且四面還可裝固定燈箱廣告位，現(xiàn)各地政府都鼓勵推行，陸續(xù)取消帆布廣告。目前國際市場對全色屏的關(guān)注與日

7、俱增，在處理技術(shù)和制作工藝方面作出許多努力, 解決了一系列影響圖象質(zhì)量的問題, 這里包括掃描變換、圖象增強(qiáng)、噪聲抑制、反伽馬修正以及編碼壓縮、通訊以及與接口的問題等，取得重要成果。我國的屏幕廣告牌產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模，經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模的骨干企業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，至2008年底，年度銷售總額在1億元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達(dá)50億元左右，占行業(yè)市場總額的70%以上。全國從事PLC控制的廣告牌的各類企業(yè)有100余家。我國屏幕廣告牌產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。90年代初即具備了成熟的16級灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國先進(jìn)水平技

8、術(shù)，上海世博會的籌建中，廣告牌就得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。廣告牌是采用PLC控制，通過燈珠的亮滅來顯示文字，各部分組件都是模塊化結(jié)構(gòu)的顯示器件。通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。顯示模塊由霓虹燈組成的點陣構(gòu)成，負(fù)責(zé)發(fā)光顯示；控制系統(tǒng)通過控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容，恒舞動卡主要是播放動畫的；電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)將輸入電壓電流轉(zhuǎn)為顯示屏需要的電壓電流。霓虹燈廣告屏幕廣告牌系統(tǒng)也分為硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)。第2章 課程設(shè)計的方案2.1 概述本實驗要求是按時序設(shè)計彩色廣告牌的PLC控制器，按下啟動按鈕SB1后，1環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮；1s后，1環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，2環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)

9、同時亮；又1s后，2環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅5環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮，又1s后，5環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，6環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮，又1s后，6環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，進(jìn)入下一輪循環(huán)。按下停止按鈕SB2，所有燈全滅，循環(huán)結(jié)束。2.2 方案論證方案一采用繼電器控制，需要外部接線。操作比較復(fù)雜，控制上容易出錯。方案二采用PLC控制，PLC控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，并且不需要外部接線，易操作，屬于無觸點控制，容易被被人們接受，綜上所述應(yīng)當(dāng)選擇方案二來對彩色廣告牌的PLC控制器進(jìn)行設(shè)計2.3 系統(tǒng)性能分析簡單的PLC控制系統(tǒng)是由中央處理器、存儲器、I/O模塊、電源等構(gòu)成的。其中CPU是PLC的控制中樞,它是由控制器和運算

10、器組成.它采用掃描方式工作，每一次掃描要完成以下工作：PLC的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序,用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù).現(xiàn)代PLC都采用半導(dǎo)體存儲器作為它的存儲器.一類是RAM(隨機(jī)存取存儲器),可以隨時由CPU對它進(jìn)行讀出和寫入;另一類是ROM(只讀存儲器),CPU只能從中讀取而不能寫入.RAM用來存放各種暫存的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及用戶正在調(diào)試的程序,ROM用來存放監(jiān)控程序及用戶已調(diào)試好的程序,這些程序事先固化在ROM芯片中,開機(jī)后便可運行其程序.I/O模塊的主要工作是信息數(shù)據(jù)的輸入與輸出，輸入信號有兩類：一類是從按扭、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信

11、號；另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號。編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連接在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用?？删幊绦蚩刂破饕话闶褂?20V交流電源。可編程序控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直流電源一般由用戶提供。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.

12、1 CPU及擴(kuò)展模塊的選型在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、

13、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 CPU 224可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？墒褂梅抡嫫鲗Ρ緳C(jī)輸入信號進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序如圖3.1.圖3.1 CPU224實物圖如果用機(jī)械觸點給S7-200 CPU供電或其它數(shù)字量擴(kuò)展模板供電，該機(jī)械觸點將發(fā)送"1"信號到數(shù)字量輸出大約 50 ms。在設(shè)計時必須考慮到這一點，尤其是使用短脈沖響應(yīng)時間的裝置時。如果由于感性開關(guān)次數(shù)過頻或異常，造成輸出過熱，輸出點會關(guān)閉或損壞。如果輸出發(fā)出的熱量超過 0.7J，致使感性負(fù)載關(guān)閉，則說明輸出可能過熱或損壞。為了消除這種限制，可以與負(fù)載并聯(lián)一

14、個抑制回路。但這些組件應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用正確選配。EM222 DO4x 繼電器輸出模板與其它 S7-200 模板的FM額定值不同。該模板為 T4 額定值，而對于FM Class I, Division Groups A、B、C、和 D 危險條件，額定值為 T4A圖3.2.圖3.2 EM222實物圖3.2 I/O模塊接口設(shè)計PLC擴(kuò)展模塊一共有以下6種：輸入擴(kuò)展模塊EM221：共3種產(chǎn)品，8點和16點DC、8點AC。輸出擴(kuò)展模塊EM222：共5種產(chǎn)品，8點和4點DC、8點AC、8點和4點繼電器。輸入/輸出混合擴(kuò)展模塊EM223：共6種產(chǎn)品，其中DC輸入/DC輸出的有3種DC輸入/繼電器輸出的有3種，

15、它們對應(yīng)的I/O點數(shù)分別為4點、8點和16點。模擬量輸入擴(kuò)展模塊EM231：共3種產(chǎn)品，4點AI、兩路熱電阻輸入和4路熱點偶輸入。模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232：兩路模擬量輸出擴(kuò)展模塊。模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235：4路AI和一路AO的擴(kuò)展模塊。本設(shè)計本實驗用的I/O 1入12出，所以用CPU224與一個輸出擴(kuò)展模塊EM222 4點DC既可以滿足要求，I/O分配如表3.1。I/O分配表3.1CPU224地址名稱及作用輸入I0.7啟動開關(guān)輸出Q0.01環(huán)的內(nèi)環(huán)燈Q0.11環(huán)的外環(huán)燈Q0.22環(huán)的內(nèi)環(huán)燈Q0.32環(huán)的外環(huán)燈Q0.43環(huán)的內(nèi)環(huán)燈Q0.53環(huán)的外環(huán)燈Q0.64環(huán)的內(nèi)環(huán)燈Q0.74環(huán)

16、的外環(huán)燈Q1.05環(huán)的內(nèi)環(huán)燈Q1.15環(huán)的外環(huán)燈EM222Q2.06環(huán)的內(nèi)環(huán)燈Q2.16環(huán)的外環(huán)燈3.3 各部分與CPU的外部接線圖CPU的外部接線圖與指示燈的連接如圖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圖3.3 CPU224外部接線圖1L Q2.0 Q2.1 GND L1 ACEM2221M M L+圖3.4

17、 EM222的連接圖第4章 軟件設(shè)計4.1 編輯語言的設(shè)計可編程控制器程序設(shè)計語言:在可編程控制器中有多種程序設(shè)計語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言功能表圖語言功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序設(shè)計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴(kuò)展或增強(qiáng)指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序設(shè)計語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱和其他基本程序設(shè)計語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形

18、式，通過軟連接的方式完成常用的程序設(shè)計語言是：梯形圖程序設(shè)計語布爾助記符程序設(shè)計語言（語句表)。梯形圖（Ladder Diagram）程序設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序設(shè)計語言。采用梯形圖程序設(shè)計語言，即程序采用梯形圖的形式描述。這種程序設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面梯形圖程序設(shè)計語言是最常用的一種程序設(shè)計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的

19、應(yīng)用。梯形圖程序設(shè)計語言的特點是：(1)與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；(2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)；(3)與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是，梯形圖中的能流（Power Flow）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待；(4)與布爾助記符程序設(shè)計語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。4.2 彩色廣告牌的PLC的梯形圖設(shè)計1環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮；1s后，1環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，2環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮；又1s后，2環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅。其梯形圖如下所示：

20、5環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮，又1s后，5環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅，6環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時亮，又1s后，6環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)同時滅。其梯形圖如下所示：循環(huán)點亮，其梯形圖如下所示：第5章 系統(tǒng)分析與仿真5.1 故障分析與處理：當(dāng)PLC的工作狀態(tài)發(fā)生異常情況時，應(yīng)先找出故障的部位，分清故障現(xiàn)象，分析原因，排除故障。1、ERR燈亮?xí)r先將PLC工作方式由“RUN”置為“PROG”,此時有兩種可能：一種是ERR燈亮，可以確定是“總體檢查”出錯，可用編程工具檢查程序，并做出修改；然后重新運行PLC。另一種ERR燈亮，則可能是“自診斷”出錯，可檢查表中所列項。2、ALARM燈亮假設(shè)為系統(tǒng)WATCHDOG定時器出錯，先將PL

21、C工作方式由“RUN”切換到“PROG”,然后斷開電源重新啟動。此時可能出現(xiàn)以下3種情況：1、ALARM燈又亮回來，可能是FP1有問題，應(yīng)與廠家聯(lián)系。2、ALARM燈滅了，但ERR燈亮了，此時可按ERR故障處理。3、系統(tǒng)工作正常，則可將工作方式從“PROG”切換到“RUN”,如果ALARM燈又亮則說明程序執(zhí)行時間過長。4、所有指示燈都不亮?xí)r，先檢查電源連線情況，再檢查PLC的電源是否在額定范圍內(nèi)。若以上檢查結(jié)果均正常則考慮：1、用于輸入的內(nèi)裝直流電源的輸出導(dǎo)線連接情況。2、若PLC與其他的設(shè)備共用電源線是否接到其他設(shè)備上了。如果PLC上的指示燈是瞬間閃亮，則說明電源的供電容量不足。如果一切正常

22、的情況下實驗結(jié)果的仿真圖如圖5.1。圖5.1系統(tǒng)仿真圖第6章 課程設(shè)計總結(jié)我設(shè)計的是彩色廣告牌的PLC控制器設(shè)計，設(shè)計中遇到不少困難，這對自己是一個考驗，剛開始拿到題目的時候頭緒并不是很多，通過查閱資料及老師的幫助才使我對整個系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識。，在設(shè)計前我重新學(xué)習(xí)了一遍PLC的知識模塊的 本次設(shè)計是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。設(shè)計中提出了許多指導(dǎo)性的意見，為設(shè)計論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、不斷探索的科研作風(fēng)，敏銳深邃的學(xué)術(shù)洞察力，孜孜不倦的敬業(yè)精神，給我留下了深刻的印象，使我受益良多。我懂得了如何運用所學(xué)的知識。經(jīng)這次的課程設(shè)計，使得我對PLC的掌握進(jìn)一步的增強(qiáng)，加深了對PLC的理解，并對PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是我也深深的知道自己的不足之處，比如說對應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序