基于PLC设计的彩灯循环_课程设计论文(17页).doc

-基于PLC设计的彩灯循环_课程设计论文-第 17 页专科课程设计（论文）设计题目： 基于PLC设计的彩灯循环 系 部： 电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气自动化111302 姓 名： 徐利利 学 号： 113916130227 指导教师： 季明丽 职 称: 讲师 2013年11月 南京摘要可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单； 适应性好； 功能完善，接口功能强。 Plc Introduction Programmable controller is the first in the late 1960s in the United States, then called Plc programmable logic controller (ProgrammableLogicController) is used to replace relays. For the implementation of the logical judgement, timing, sequence number, and other control functions. The concept is presented Plc General Motors Corporation. Plc and the basic design is the computer functional improvements, flexible, generic and other advantages and relay control system simple and easy to operate, such as the advantages of cheap prices combined controller hardware is standard and overall. According to the practical application of target software in order to control the content of the user procedures memory controller, the controller and connecting the accused convenient target. In the mid-1970s, the Plc has been widely used as a central processing unit microprocessor, import export module and the external circuits are used, large-scale integrated circuits even when the Plc is no longer the only logical (IC) judgement functions also have data processing, PID conditioning and data communications functions. International Electrotechnical Commission (IEC) standards promulgated programmable controller for programmable controller draft made the following definition : programmable controller is a digital electronic computers operating system, specifically for applications in the industrial design environment. It used programmable memory, used to implement logic in their internal storage operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as operating instructions, and through digital and analog input and output, the control of various types of machinery or production processes. Programmable controller and related peripherals, and industrial control systems easily linked to form a whole, to expand its functional design. Programmable controller for the user, is a non-contact equipment, the procedures can be changed to change production processes. The programmable controller has become a powerful tool for factory automation, widely popular replication. Programmable controller is user-oriented industries dedicated control computer, with many distinctive features. First, high reliability, anti-interference capability; Second programming visual, simple; Third, adaptability good; functional improvements, strong functional interface.目 录1 引言52 PLC的简介52.1 PLC的定义52.2 PLC的的发展历程62.3 PLC的特点61）高可靠性、抗干扰能力强62) 丰富的I/O接口模块73) 配套齐全、功能完善、适用性强74) 系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造75) 体积小、重量轻、能耗低72.4 PLC的选择83 PLC的程序设计93.1 方案说明91）主题92）画面的动态运行要求：93.2 I/O地址分配103.3 程序流成图113.4 PLC外部接线图123.5 PLC的程序设计131）梯形图设计132) 过程分析19结 论20致 谢21参 考 文 献221 引言随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。小型的彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。这些灯的控制设备多为数字电路。而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字电路则不能胜任。而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字电路则不能胜任。针对PLC日益得到广泛应用的现状,本文介绍PLC在不同变化类型的彩灯控制中的应用，灯的亮灭、闪烁时间及流动方向的控制均通过PLC来达到控制要求。在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：长明灯、流水灯及变幻灯。长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过PLC控制。流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，多灯流动、单灯流动等情形。变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化，但频率不高。流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。用理论知识解决实际问题的能力。通过本次课程设计，初步掌握工程实践方法和组织实践的技能，逐渐熟悉开展科学书剑的程序和办法。2 PLC的简介 2.1 PLC的定义  Programmable Logic Controller 简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。 2.2 PLC的的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。 PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统. 2.3 PLC的特点   1 )  高可靠性、抗干扰能力强 （1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。 （2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms. （3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。 （6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。 （7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高 2) 丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。 3) 配套齐全、功能完善、适用性强 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。  4) 系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造 PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 5) 体积小、重量轻、能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm ，重量小于150g 耗仅 数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设备。2.4 PLC的选择在PLC系统设计时，首先要确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。在选择PLC时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。在此设计中我们选择西门子S7-200 CPU224，它具有14输入/10输出，I/O共计24点。存储量大，有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数处理能力。3 PLC的程序设计3.1方案说明1）主题我组最终确定的主题“童年的回忆”，主要有两个花式风车，九朵花，云彩组成的画面，最终确定共有十个输出口，两个输入口，启动开关I0.0，停止开关I0.1，两个花式风车的叶子由Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3组成，风车杆子与云彩由Q0.4控制，九朵花由Q0.5，Q0.6，Q0.7组成，花式风车的花蕊由Q1.0，Q1.1控制。最终程序方案制定为花式风车Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3与花式风车花蕊Q1.0，Q1.1与风车杆子云彩Q0.4采用彩灯循环来控制，九朵花Q0.5，Q0.6，Q0.7采用舞台灯光控制。2）画面的动态运行要求：1 闭合开关SB1，风车开始有慢变快的速度旋转，杆子云彩亮起了，几朵花两朵两朵的开放，最后全开放。2 在风车旋转到最快速度与花朵全开放，暂停一段时间后再重头循环。3 按下停止开关SB2，所有灯光熄灭。3.2 I/O地址分配表1 I/O地址分配表输入输出名称地址编号名称地址编号启动按钮I0.2风叶1-1Q0.0风叶1-2Q0.1风叶2-1Q0.2风叶2-2Q0.3花&草1Q0.5花&草2Q0.6花&草3Q0.7白云、风车杆、花心Q0.4花蕊1-1Q1.0花蕊1-2Q1.13.3 程序流成图开始Q0.5Q0.7Q0.0、Q0.4、Q1.0、T37Q0.2、Q0.4、Q1.1、T38Q0.1、Q0.4、Q1.0、T39Q0.6Q0.4、Q0.3、Q1.1、T42、Q0.2Q0.4、Q0.0、Q1.0、T41、Q0.1Q0.6、Q0.7Q0.5、Q0.6Q0.4、Q0.3、Q1.1、T40Q0.0、Q0.1、Q1.0、Q0.4、T43Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q1.0Q0.4、Q0.3、Q1.1、T45Q0.4、Q0.3、Q1.1、T44、Q0.2Q0.5、Q0.7Q0.5、Q0.6、Q0.7I0.2T37T38T39C10*M2.0C10*M2.0M0.5C11*M2.1M0.6C11*M2.1M0.43.4 PLC外部接线图I0.01MQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.11L2L3LSB124V24V3.5 PLC的程序设计1）梯形图设计2)过程分析（1）花式风车（彩灯循环程序）第一步.首先按下启动按钮使I0.0闭合，接通Q0.0，Q0.4，Q1.0，T37。第二步.0.5秒后Q0.0，Q1.0，T37停止，接通Q0.2，Q1.1，T38。第三步.0.5秒后Q0.2，Q1.1，T39停止，接通Q0.1，Q1.0，T39。第四部.0.5秒后Q0.1，Q1.0，T39停止，接通Q0.3，Q1.1，T40。第五部.0.5秒后T40控制计数器C10，程序从第一步到第四步循环三次。第六步.循环三次后，接通Q0.0，Q0，1，Q0.4，Q1.0，T41。第七步.0.5秒后Q0.0，Q0.1，Q1.0，T41停止，接通Q0.2，Q0.3，Q1.1，T42。第八步.0.5秒后T42控制计数器C11，程序从第六步到第四步循环十次。第九步.十次循环后，接通Q0.0，Q0.1,Q0.2,Q0.3，Q1.0，Q1.1，T45。第十步.两秒后，程序从头开始循环。（2）九朵花（舞台灯光程序）第一步.按下启动按钮使I0.0闭合，灯光亮的循序是Q0.5Q0.6Q0.7Q0.5，Q0.6Q0.6，Q0.7Q0.5，Q0.7Q0.5，Q0.6，Q0.7。第二步.按照第一步的循序一直循环，按下停止按钮I0.1，程序终止，风车与花朵停止运行。结 论采用PLC来控制彩灯循环，提高了系统运行的可靠性， 其梯形图程序简单直观，利用PLC的定时功能，计数器功能，步进功能，可灵活地编写，增减和修改程序。PLC具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查判断出故障，缩减检修时间，不需要很多配套的外围设备和大量复杂的接线，大大缩减了设计和施工的周期。致 谢这次设计能够顺利的完成，首先要感谢对我们指导的老师-季老师，季老师在这次作品设计中提供了极大的帮助和指导。从开始选题到中期修正，再到最终定稿，季老师给我们提供了许多宝贵的建议，本论文的完成，离不开她的悉心指导和孜孜不倦地教诲。其次，我想感谢身边始终支持我，帮助我，关心我。我们一起学习，一起生活，为我们的目标而努力。这次作品论文的顺利完成离不开我们小组同学的团结合作，各司其职，互相帮助地完成了我们的作品，这是大家团结的力量，我们都是最棒的。最后，感谢答辩老师抽出宝贵的时间，谢谢各位老师在答辩过程中提出的宝贵意见。参 考 文 献1SIMATIC S7200,可编程序控制器系统手册,西门子公司,2004. 2孙平,可编程控制原理及应用M.北京高等教育出版社,2003. 3孙振强,可编程序控制器原理及应用教程M.北京清华大学出版社,2005. 4王庭有,可编程控制器原理及应用M.国防工业出版社,2004. 5廖常初.PLC编程及应用M .机械工业出版社，2004. 6谢克明,可编程控制器原理与程序设计M.电子工业出版社.7彭利标等,可编程控制器原理及应用M.西安西安电子科技大学出版社,1999. 8刘敏,可编程控制器技术M.北京机械工业出版社,2000. 9赵全利.S7-200 PLC基础及应用M.北京机械工业出版社,2010. 10沈精虎,西门子系列PLC原理及应用M.北京：人民邮电出版社，2009.