基于PLC彩灯控制系统方案设计书Word格式文档下载.docx

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前言……………………………………………………2

目录……………………………………………………31、概述……………………………………………4

1.1PLC课程设计任务…………………………4

1.2PLC课程设计要求……………………………4

2、PLC的相关知识…………………………………5

2.1PLC的历史和发展……………………………5

2.2PLC的特点和应用…………………………6

2.3PLC的工作原理………………………………8

3、硬件设计……………………………………………9

3.1PLC硬件配置…………………………………9

3.2控制面板设计………………………………9

3.3PLC的外部接线图……………………………10

3.4I/O分配表……………………………………12

4、软件设计…………………………………………13

4.1控制系统的顺序功能图………………………13

4.2梯形图程序…………………………………14

4.3控制系统测试与分析…………………………15

结束语………………………………………………16

元器件明细表………………………………………17

参考文献…………………………………………18

1概述

1.1PLC课程设计任务

用PLC设计彩灯控制系统，本题为9灯循环

1、实现自动、单周期二种工作方式，用转换开关控制

单周期：

彩灯工作一个周期后自动停止，若运行过程中按停止按钮，所有灯全部熄灭。

自动：

彩灯工作一个周期后，不停止，而是开始下一个周期，若运行过程中按停止按钮，彩灯运行状态不变，而是要等到本周期结束后，再全部熄灭。

2、彩灯有二种闪烁频率1HZ、0.5HZ可用转换开关控制。

3、彩灯工作一个周期中要有单灯循环点亮、3灯循环点亮、全灭的过程。

1.2PLC课程设计要求

1、设计系统的PLC外部电气接线图

2、系统的操作面板

3、设计好顺序功能图

4、系统的T形图

2PLC的相关知识

2.1PLC的历史和发展

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。

20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。

20世纪70年代中期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术己全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得了广泛的应用。

20世纪末期，可编程控制器的特点是更加适应于现代工业控制的需要。

从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机;

从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合;

从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。

这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。

加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。

PLC的联网通信有两类：

一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；

另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。

为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。

在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。

除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。

多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。

2.2PLC的特点与应用

PLC是一种专门为了在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置。

它采用一可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。

PLC及有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。

（1）可靠性高，抗干扰能力强。

（2）通用性强，使用方便。

（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便。

（4）编程语言简单、易学，便于掌握。

（5）系统设计周期短。

（6）对生产工艺改变适应性强。

（7）安装简单、调试方便、维护工作量小

目前，PLC在国内己广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、

汽车、轻纺、交通、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:

1、开关量的逻辑控制

这是PLC最基本最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线.

2、数据处理

PLC可以用于对直线运动或圆周运动的位置速度和加速度的控制。

3、运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/0模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

4、过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算

PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制，PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

5、控制网络（通信）

随着计算机控制系统的发展，近年来工厂自动化通信联网发展得很快，各个著名的PLC生产厂商推出了自己网络系统。

2.3PLC的工作原理

PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。

它是一种存储程序的控制器，用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。

PLC扫描工作方式主要分三个阶段：

输入采样、程序执行、输出刷新。

（1）输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。

PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。

在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。

（2）程序执行PLC完成了采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。

再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。

但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。

（3）输出刷新在执行到END的命令时，即执行完用户所有的程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。

3控制系统的硬件设计

3.1PLC硬件配置

本控制系统采用日本三菱公司生产的FX2N—24MRPLC。

FX2N系列是一种超小型叠装式PLC，它由基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊功能模块组成。

基本单元：

内置电源（输入模块不需外接电源，它由内置电源供电）、I/O模块及CPU与存贮器，是PLC的核心部分。

既可单独使用，又可与扩展单元、扩展模块组合使用。

可以增加基本单元的I/O点数，内置电源。

扩展模块：

扩展I/O点数，但电源由基本单元或扩展单元供电。

每台基本单元或扩展单元最多可联接2台扩展模块。

特殊功能模块：

FX2N-16NT，用于通信；

FX2N-3A，可提供2路模拟量输入，1路模拟量输出，来选用。

3.2控制面板设计

根据系统总方框图和设计要求，彩灯控制系统采用并行序列，在闪烁电路下执行彩灯的循环点亮，而点亮方式又分为单灯循环点亮和3灯循环点亮，使彩灯按照不同的频率闪烁。

图3-1操作面板示意图

系统操作面板如图3-1所示，X4和X5分别控制彩灯运行的状态，即单周期状态与自动状态。

彩灯开启用X0按钮控制，X1按钮控制彩灯停止运行。

闪烁开关有两个X2和X3，分别对应1HZ和0.5HZ，使彩灯得以循环工作。

3.3PLC的外部接线图

根据系统总方框图和设计要求，基于PLC彩灯循环控制系统的外部接线图如图3-2。

X0是点动开关，X2、X3是一组单刀双掷开关，X4和X5是一组单刀双掷开关，指针指向那个开关，相应的设置就导通。

彩灯控制系统用X0开启，X2和X3分别表示彩灯闪烁频率1.0HZ和0.5HZ，X4控制彩灯单周期运行，X5控制彩灯自动运行。

其中，输入采用的是汇点式，共接一个COM端子，电源由PLC内部电源提供。

Y0—Y8表示9个LED彩灯。

KM1—KM9是电磁继电器，通电时其常开触点闭合，常闭触点断开。

Y0—Y3共用一个COM端子，Y4—Y8共用另一个COM端子，而输出共用一个电源，所以将两个COM端子连在一起，实现电源的共用。

图3-2PLC的外部接线图

3.4I/O分配表

本设计中，共有六个输入开关，9个LED输出，根据PLC外部接线图，我们能得出I/O分配表如表4-1所示。

输入

输出

启动按钮

X0

LED1

Y0

停止按钮

X1

LED2

Y1

闪烁1.0HZ开关

X2

LED3

Y2

闪烁0.5HZ开关

X3

LED4

Y3

单周期开关

X4

LED5

Y4

自动开关

X5

LED6

Y5

LED7

Y6

LED8

Y7

LED9

Y8

表3-1

电气设备及元器件明表

序号

符号

名称

规格型号

数量

1

KM1

交流接触器

DJX-9

2

KM2

3

KM3

4

KM4