PLC彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、封面作者：PanHon glia ng僅供個(gè)人學(xué)習(xí)摘 要本系統(tǒng)以FX2N-24MM主控核心，是基于計(jì)數(shù)器和PWMS試的，并與按鍵、撥 碼開關(guān)等較少的輔助硬件電路相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的，是一種比較新型的PLC彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。此設(shè)計(jì)利用PWM技術(shù)控制各基色LED燈泡的亮度，利用系統(tǒng)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)彩燈色彩的循環(huán)點(diǎn)亮，利用循環(huán)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)色彩狀態(tài)子程序的連續(xù) 調(diào)用（即利用軟件實(shí)現(xiàn)對基色LED彩燈進(jìn)行控制）。本系統(tǒng)具有體積小、硬件 少、電路結(jié)構(gòu)簡單及容易操作等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；彩燈；彩燈控制器；模塊設(shè)計(jì)。、八 、亠刖言在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強(qiáng)人們的感觀，起到廣告宣傳的 作用，又可以

2、增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添亮麗，用在舞臺上增強(qiáng)晚會燈 光效果。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對于彩燈的要求 越來越高，另一方面，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、 大容量、重量輕的方向發(fā)展，PLC技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開發(fā)的巨大 變革。梯形圖語言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語言描述能力強(qiáng)，覆蓋面廣，抽 象能力強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來越廣泛。于是，人們開始追求貫徹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 的自動化，可以從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解脫出來，把精力集中在創(chuàng)造性的方 案與概念構(gòu)思上，從而可以提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的研制周期。整個(gè)過程通 過PLC自動完成，大大減輕了設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，減

3、少了出錯(cuò)的機(jī)會，并且 提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。目錄摘要. 1前言. 2目錄. 31、概述. 41.1PL C 課程設(shè)計(jì)任務(wù).41. 2PLC 課程設(shè)計(jì)要求.42、 PL C 的相關(guān)知識. 52. 1PLC 的歷史和發(fā)展.52. 2PL C 的特點(diǎn)和應(yīng)用 .62. 3PLC 的工作原理.83、 硬件設(shè)計(jì).93. 1 PLC 硬件配置. 93. 2 控制面板設(shè)計(jì) . 93. 3 PLC 的外部接線圖. 103. 4 I/O 分配表.1 24、軟件設(shè)計(jì).1 34. 1 控制系統(tǒng)的順序功能圖 .1 34. 2 梯形圖程序. 144. 3 控制系統(tǒng)測試與分析.1 5結(jié)束語. 1 6元器件明細(xì)表. 1 7參考文獻(xiàn)

4、. 1 81概述1.1 PLC 課程設(shè)計(jì)任務(wù)用PLC設(shè)計(jì)彩燈控制系統(tǒng)，本題為9燈循環(huán)1、 實(shí)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(gè)周期后自動停止，若運(yùn)行過程中按停止按鈕，所有燈 全部熄滅。自動：彩燈工作一個(gè)周期后，不停止，而是開始下一個(gè)周期，若運(yùn)行過程中按 停止按鈕，彩燈運(yùn)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(gè)周期中要有單燈循環(huán)點(diǎn)亮、3燈循環(huán)點(diǎn)亮、全滅的過程1.2 PLC 課程設(shè)計(jì)要求1、 設(shè)計(jì)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(jì)好順序功能圖4、系統(tǒng)的T形圖2PLC的

5、相關(guān)知識2.1 PLC 的歷史和發(fā)展世界上公認(rèn)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(jì)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。20世紀(jì)70年代中期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)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(yùn)算速度、超小型的體積、 更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在 現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中己獲 得了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)末期，可編程控制器的特點(diǎn)是更加適應(yīng)

6、于現(xiàn)代工業(yè)控 制的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī)。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(jī)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(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既 擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信 的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)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

7、自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)，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(shí)，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(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容 的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢。2.2 PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用PLC是一種專門

8、為了在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作裝置。它采 用一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(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì) 時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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， 控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控 制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制 造和發(fā)展的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（2）通用性強(qiáng)，使用方便。（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便。（4）編程語言簡單、易學(xué)，便于掌握。（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短。（6

9、）對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)。（7）安裝簡單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小目前，PLC在國內(nèi)己廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制 造、 汽車、輕紡、交通、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)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(shí)現(xiàn)邏 輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控及自動化流 水線.2、數(shù)據(jù)處理PLC可以用于對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的位置速度和加速度的控制。3、運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直 接用開關(guān)量I/0模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動模

10、塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。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(jì)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。5、控制網(wǎng)絡(luò)（通信） 隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，近年來工廠自動化通信聯(lián)網(wǎng)發(fā)展得很快，各個(gè) 著名的PLC生產(chǎn)廠商推出了自己網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。2.3 PLC 的工作原理PLC的控制功能就是通過運(yùn)行用戶程序來實(shí)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(gè)階段：

11、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 將所有輸入信號，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程稱為輸 入采樣。PLC在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號不是現(xiàn)時(shí)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(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改 變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。（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(jìn)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(jìn)行運(yùn)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(gè)結(jié)果在全

12、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(shí)，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(jìn)行輸出，驅(qū)動用戶設(shè) 備。3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)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FX2N24MRPLC。FX2N系列是 一種超小型疊裝式PLC，它由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊 組成。基本單元：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(dú)使用，又可與擴(kuò)展單元、 擴(kuò)展模塊組合使用?？梢栽黾踊締卧腎/O點(diǎn)數(shù)，內(nèi)置電源。擴(kuò)展模塊：擴(kuò)展I/O

13、點(diǎn)數(shù)，但電源由基本單元或擴(kuò)展單元供電。每臺基本單 元或擴(kuò)展單元最多可聯(lián)接2臺擴(kuò)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(jì)根據(jù)系統(tǒng)總方框圖和設(shè)計(jì)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(diǎn)亮，而點(diǎn)亮方式又分為單燈循環(huán)點(diǎn)亮和3燈循環(huán)點(diǎn)亮，使彩 燈按照不同的頻率閃爍。開啟X0停止XI圖 3-1 操作面板示意圖系統(tǒng)操作面板如圖3-1所示，X4和X5分別控制彩燈運(yùn)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(yùn)行。閃爍 開關(guān)有兩個(gè)X2和X3,分別對應(yīng)1HZ和0.

14、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(jì)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(diǎn)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(gè)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(yùn)行，X5控制彩燈自動運(yùn)行。其中，輸入采用的是匯點(diǎn)式，共接一個(gè)COM端子，電源由PLC內(nèi)部電源提供。Y0-Y8表示9個(gè)LED彩燈。KMKM9是電磁繼電器，通電 時(shí)其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。丫0-Y3共用一個(gè)COM端子，Y4-Y8共用另 一個(gè)COM端子，

15、而輸出共用一個(gè)電源，所以將兩個(gè)COM端子連在一起，實(shí)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(jì)中，共有六個(gè)輸入開關(guān)，9個(gè)LED俞出，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序號符號名稱規(guī)格型號數(shù)量1KM1交流接觸器DJX-912KM2交流接觸器DJX-913KM3交流接觸器DJX-914KM4交流接觸器DJX-915KM5交流接觸器DJX-916KM6交流接觸器DJX-917KM7交流接觸器DJX-918KM8交流接觸

16、器DJX-919KM9交流接觸器DJX-9110SB1動合開關(guān)AC0.1-125V111SB2動合開關(guān)AC0.1-125V14 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 彩燈控制系統(tǒng)的順序功能圖X0單周期開關(guān)X4LED5Y4自動開關(guān)X5LED6Y5LED7Y6LED8Y7LED9Y8表 3-1電氣設(shè)備及元器件明表圖 4-1 彩燈控制系統(tǒng)順序功能圖圖如圖4-1所示。由圖可知控制系統(tǒng)步序共分7表這7步。彩燈工作一個(gè)周期后自動停止，若運(yùn)行過系統(tǒng)順序功彩燈控步，分別用能M20312Y0K9C0COM20M202程中按停止按鈕，所有燈全部熄滅。彩燈工作一個(gè)周期后，不停止，而是開始 下一個(gè)周期，若運(yùn)行過程中按停止按鈕，彩

17、燈運(yùn)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(diǎn)亮程序；M206代表三燈循環(huán)步，執(zhí)行三燈循環(huán)點(diǎn)亮程序。4.2 梯形圖程序梯形圖程序如圖 4-2 所示圖 4-2 梯形圖程序4.3控制系統(tǒng)測試與分析控制系統(tǒng)必須進(jìn)行調(diào)試后才投入實(shí)際生產(chǎn)之中，在這之前，以便發(fā)現(xiàn)問題 及時(shí)解決。本系統(tǒng)的調(diào)試主要是利用電氣工程系的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行模擬。根據(jù)前 面的分析，限位開關(guān)采用點(diǎn)動開關(guān)模擬，輸出都采用指示燈表示不同的狀態(tài)，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

18、類似，可以采用那種接法進(jìn)行調(diào)試I。從分析結(jié)果來看RS系統(tǒng)基本是按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工作，誤差隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，PLC技術(shù)已經(jīng)成為了我們生活中的一部分，幾乎可以說是無處不在。對于學(xué)習(xí)PLC知識的我們，此次課程設(shè)計(jì)很好的 培養(yǎng)了我們學(xué)生C1結(jié)RST語Y0K9以在課程設(shè)計(jì)容許的之內(nèi)。綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)和解決問題以及鍛煉實(shí)踐的能力。團(tuán)隊(duì)的“團(tuán)”方框外面包個(gè)才字，說明團(tuán)隊(duì)工作是智慧和人才的集合。團(tuán) 隊(duì)工作時(shí)我們要學(xué)會充分利用這個(gè)資源，達(dá)到物盡其用。同時(shí)作為團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé) 和組織人要合理分配任務(wù)，充分信任組員，是順利完成任務(wù)的關(guān)鍵?；仡櫞舜蜳LC課程設(shè)計(jì)，時(shí)間雖比較短暫，但是在此次實(shí)習(xí)中學(xué)到很多有 用

19、的東西。我的課題是基于PLC彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)拿到課題時(shí)，有點(diǎn)茫然，不知道從何下手，切入點(diǎn)在哪？經(jīng)過網(wǎng)上搜索相關(guān)的資料，逐步了解自己要 設(shè)計(jì)個(gè)什么東西，該東西的工作原理，工作設(shè)計(jì)是什么，各環(huán)節(jié)的線索是什 么？理清線索后，就確定整體設(shè)計(jì)方案，按方案的步驟著手設(shè)計(jì)各單元電路， 慶幸的是各單元電路的設(shè)計(jì)比較簡單，但是實(shí)際按圖連線就有些困難，及運(yùn)行 當(dāng)中出現(xiàn)的問題有點(diǎn)讓我們止步，不過最后我們團(tuán)結(jié)互助，不斷向老師請教， 把一個(gè)個(gè)難關(guān)予以解決。現(xiàn)在，整個(gè)設(shè)計(jì)雖基本完成，也許結(jié)果并不是很令人滿意，過程中出現(xiàn)的 一些問題，例如延遲時(shí)間不是很精確，電路設(shè)計(jì)得不怎么完善等等。我想我們 只有在實(shí)踐中多去操作，不言

20、棄、不急躁，迎難而上，多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，多嘗試， 才能將專業(yè)知識學(xué)得更好，才能學(xué)以致用，才能達(dá)到學(xué)習(xí)的真正目的。參考文獻(xiàn)1魏志精.可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社.，20062潘月琴.全自動洗衣機(jī)的維修北京科學(xué)技術(shù)出版社.20053田瑞庭主編.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)北京機(jī)械工業(yè)出版社4王兆義編著.小型可編程控制實(shí)用技術(shù).北京機(jī)械工業(yè)出版社，5徐志軍.大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷捌鋺?yīng)用成都：電子科技大學(xué)出版社，2004黃正瑾.在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應(yīng)用南京：東南大學(xué)出版社，20057閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，2002版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮

21、個(gè)人所有This article in eludes some parts, in cludi ng text, pictures, and design. Copyright is Pan Hon glia ngs pers onal own ership.用戶可將本文的內(nèi)容或服務(wù)用于個(gè)人學(xué)習(xí)、研究或欣賞，以及 其他非商業(yè)性或非盈利性用途，但同時(shí)應(yīng)遵守著作權(quán)法及其他相關(guān) 法律的規(guī)定，不得侵犯本網(wǎng)站及相關(guān)權(quán)利人的合法權(quán)利。除此以 外，將本文任何內(nèi)容或服務(wù)用于其他用途時(shí)， 須征得本人及相關(guān)權(quán) 利人的書面許可， 并支付報(bào)酬。Users may use the contents or services of this article for pers onalstudy, research or appreciati on, and other non-commercial or non-profitpurposes, but at the same time, they shall abide by the p