PLC控制的流水灯.docx

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PLC控制的流水灯

第一章绪论

1.1引言

随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,各大中小城市都在进行亮化工程。

企业为宣传自己企业的形象和产品,均采用广告手法之一:

流水灯广告屏来实现这一目的.当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的广告灯均可以见到,一种是采用流水灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管,另一种为日光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果。

这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求。

可编程控制器PLC：

英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在社会环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.作为自动控制装置的核心,它具有功能强,可靠性高等诸多优点。

该装置可以完成各种指令系统训练以及多种控制对象的程序设计训练。

1.2采用流水灯的意义和目的

随着社会市场经济的不断发展，各种装饰流水灯，广告流水灯越来越多的出现在城市中。

在大型的晚会现场，流水灯更是不可缺少的一道景观。

小型的流水灯多为采用霓虹灯管和各种各样和多种彩色的灯管，或是以日光灯，白炽灯做为光源。

而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日益日益得到广泛应用的现状，本文介绍PLC在不同变化类型的流水灯控制中的应用，灯的亮灭，闪烁时间及流动的控制均通过PLC来达到控制要求。

1.3本次设计的主要内容

本次设计要求我利用在学校学的PLC知识，应用于流水灯控制系统中。

通过本次设计，让我掌握如何应用PLC来设计一套流水灯自动控制的系统的方法以及设计中对PLC机型的选择，PLC输入/输出点数的选择和PLC程序的编制，为我们今后今进入社会工作，打下一定基础。

本次设计是用PLC来控制流水灯。

PLC控制流水灯是根据一定的变化方式和周期进行程序的编写，变化灯随着时间变化灯的亮灭也随之变化。

其特点是在整个工作过程中周期性的花样变化，但频率不高。

第二章主要硬件设备的介绍

2.1可编程控制器的发展历史

在工业生产过程中，具有大量的开关量顺序控制，要求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等。

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）公司公开招标，提出研制能够取代继电器的控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）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ProgrammableController（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ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

它采用可编程序的存储器，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，并通过数字量、模拟量的输入和输出，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30-40%。

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，而且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。

现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

在可预见的将来，PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。

2.1.1可编程控制器的定义

可编程控制器的定义可编程控制器的定义可编程控制器的定义PLC即可编程控制器：

是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用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，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的应用。

2.1.2可编程控制器的特点

可编程控制器的特点可编程控制器的特点可编程控制器的特点

1.可靠性

（1）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10—20ms。

（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

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。

3.采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。

PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4.编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5.安装简单维修方便

PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。

各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。

2.1.3PLC的基本结构和工作原理

1.PLC的硬件结构

可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

PLC硬件结构如图2-1所示。

2.中央控制处理单元（CPU）

可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。

通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器有AM2900、AM2903等。

FX2N可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。

3.存储器

可编程控制器配有两种存储器：

系统存储器和用户存储器。

系统存储器：

存放系统管理程序。

用户存储器：

存放用户编制的控制程序。

4.输入接口电路

PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。

接到PLC输入接口的输入器件是：

各种开关、按钮、传感器等。

PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。

PLC输入电路通常有三种类型：

直流（12∽24）V输入、交流（100∽120）V输入和交直流（12∽24）V输入。

5.输出接口电路

PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。

输出端子有两种接法：

一种是输出各自独立，无公共点：

各输出端子各自形成独立回路。

一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：

在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。

6.电源

PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。

7.编程器

利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。

编程器一般分简易型和智能型。

8.PLC工作原理

（1）PLC的工作方式：

采用循环扫描方式。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

注意：

由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。

循环扫描过程如下:

图2-1PLC循环扫描

（2）工作过程：

主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。

1）内部处理阶段

在此阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。

2）通信服务阶段

在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。

3）输入处理

输入处理也叫输入采样。

在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。

在此输入映象寄存器被刷新，接着进入程序的执行阶段。

4）程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。

若用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。

根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中

5）输出处理

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

2.2西门子S7-200的硬件组成

CPU模块：

◆西门子S7-200的CPU有以下几种：

◆CPU221/222/222CN/224/224CN/224XP/224XPCN/226/226CN

图2-2CPU模块图

第三章电路及软件设计

3.1硬件电路设计

3.1.1流水灯分布图

图3-1流水灯分布图

3.1.2控制系统I/O点及地址分配

输入（I）

输出（Q）

元件

功能

信号地址

元件

功能

信号地址

按钮SB1

程序启动

I0.0

灯L1~L8

组成流水灯效果

Q0.0~Q0.8

按钮SB2

程序停止

I0.1

表3-1输入输出分配表

图3-2控制系统主电路图

3.2软件设计

3.2.1梯形图

3.2.2指令表

第四章系统调试

4.1系统的连接与运行

1.将梯形图程序输入到计算机，检查电源正确无误。

2.对程序进行调试运行。

3.将L1，L2，L3，L4，L5，L6，L7，L8，一一对应的输出端口Q0.0~Q0.7接入PLC的输出端口。

4.接通PLC电源后，将PLC置RUN状态，观察流水灯的变化情况。

4.2流水灯闪烁

1.顺序点亮致全亮，闪烁4s。

2.1号灯到4号灯一起亮，1号到8号灯一起亮。

3.1号到4号全亮，之后1号到4号灭，5号到8号亮。

共3次。

4.循环不停。

4.3流水灯的调试

图4-1流水灯实物调试图

总结

经过近一个月的努力我终于完成了自主创新实践课题，为我的两年多大学学习做了一次考核，同时也为我的毕业设计起到很大的帮助作用。

我的自主创新课题是PLC控制的流水灯设计，选好课题之后。

便开始了准备工作，用尽办法收集相关题材的资料，很多时间是在向同学求助，和在网上查找资料中度过。

那时我才感觉到还有太多的东西要学习，不会的东西太多。

做自主创新课题，虽然工程没有毕业设计大。

但中间很多环节，环环相扣，任何一个环节出问题都会止步不前的，在你面前的是一个一个的难题需要你去不断攻克。

以前课堂上学到的知识，还没有完全消化，吃透，甚至都没有印象。

这就需要你去查资料，求教老师和同学，自己不断的论证、推翻、再论证，如此反复，创新课题总算有了雏形。

但是在很多细节方面还存在不足之处，列如：

在软件中仿真的梯形图不能转换成word格式，只能截图。

但是效果就不太好。

一份耕耘，一份收获。

在老师和同学的帮助下，我顺利完成了自主创新实践课题。

通过这次的实践课题，使我深刻认识到学习好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学的学习成果，虽然这次实践中对于知识的运用和衔接还不够熟练。

但是我将在以后的工作学习中继续学习，这一定会对我的毕业设计起到很大的帮助的。

为以后的发展打下良好的基础。