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1、【摘要】:【关键词】:PLC花样流水灯的控制一、课程设计目的的 2二、课程设计题目和要求 2三、设计内容2（一）PLC的介绍2（二）PLC的特点及运用4（三）PLC工作原理6（四）、PLC的I/O地址分配7（五）外部PLC接线图7（六）PLC主程序的设计8（七）花样1子程序11（八）花样2子程序11（九）花样3子程序11（十）控制系统测试与分析13四、设计总结13参考书目16附录17一、课程设计目的在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用，又 可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果。随着科学技术 的发展以及人民生活水平的提高，人们对于
2、彩灯的要求越来越高，另一方面，随着电子技术 的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展，PLC技术的应用引起 电子产品及系统开发的巨大变革。梯形图语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强， 覆盖面广，抽象能力强，在实际应用中越来越广泛。于是，人们开始追求贯彻整个系统设计 的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来，把精力集中在创造性的方案与概念构思 上，从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。整个过程通过PLC自动完成，大大减轻 了设计人员的工作强度，减少了出错的机会，并且提高了设计质量。为了便于学生掌握PLC 变成设计，因此需要设计一个霓虹灯闪烁控制系统。由此引入流水
3、灯的花样控制二、课程设计题目和要求 课程设计题目，基于PLC的霓虹灯闪烁控制系统课程设计要求，彩灯L1-L10按如下花样（1）：先使所有灯都复位（熄灭），然后从L1等开始，每隔0.5秒按顺序增加一个彩灯， 直至都亮为一个周期，重复循环3花样（2）： L1L5、L6L10两组彩灯亮灭交替三次，间隔0.5秒花样（3）：先L1灯亮0.5秒后，L2灯亮L1灭，延迟0.5秒后L3灯亮L2灭，以此类推，形成单灯跑马效果，循环3次三种花样连续执行，形成周期循环，直至停止。三、设计内容(一) 、PLC的介绍可编程控制器(programmable controller)是计算机家族的一员，是为工业控制应用而 设
4、计制造。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(programmable logic controller)， 简称PLC他主要用来替代继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过 了逻辑控制的范围。因此，这种装置称为可编程控制器，简称PC但为了避免与个人计算机 (personal computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时 汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型 号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，
5、 费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年 公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试 用，
6、获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活， 体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经 成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引 进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台 PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。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
7、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
8、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
9、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。（二）、PLC的特点及应用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
10、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、高可靠性（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
11、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、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
12、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。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统 迅速恢复运行。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、
13、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
14、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。6、PLC的分类（1）、小型 PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体， 除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻 辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。（2）、中型 PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式
15、除了采用 一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直 接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内 存容量更大，扫描速度更快。（3）、大型 PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的 自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。（三）、PLC的工作原理LC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（1）输入采样PLC在开始执行程序之前
16、，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。PL
17、C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。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。（四）、PLC的I/O地址分配为了使本程序简单，本次设计不使用输入信号，一通电，彩灯即开始进行花样循环；使用10个输出点接L1L10十个彩灯。分别是L1对应Q0.0,L2对应Q0.1，L3对应Q0.2,L4 对应Q0.3,L5对应Q0.4,L6对应Q0.5,L7对应Q0.6, L8 对应 Q0.7, L9 对应 Q1.0, L
18、10 对应 Q1.1。表I/O地址分配表输入元件I/O地址输出元件I/O地址彩灯L1Q0.0彩灯L2Q0.1彩灯L3Q0.2彩灯L4Q0.3彩灯L5Q0.4彩灯L6Q0.5彩灯L7Q0.6彩灯L8Q0.7彩灯L9Q1.0彩灯L10Q1.1（五）、外部PLC接线图下图3.1为外部PLC接线图，是实物与PLC机个部分的连接。1L+ 如。.1。一2。一32M 2L+ 。石。一6 。一了 1.。1.1 I土 M L+ DC |S7-200 CPU224 DC/DC/DCA1M 如。.1 整。一5 。一6 J,7 2M 1.。 1.1 L2 13 1L5 I I M L+图3.1（六）、PLC主程序的设
19、计第一步为使3个计数器清零。第二不程序为调用花样1子程序3次。 第三步程序为调用花样2子程序3次。 第四步程序为调用花样3子程序3次。 第五步为彩灯全部熄灭。图3.2为主程序梯形图BLock:Aothoi:CrFatFd:Ldsl WulLf iEd；Ub灼血Silfl?:5R pnUM 纽;J 4 puS yniib&lVac TypeC om ent1E)dPjyTDdP弋奶皿顷岫Retrurk 1 NetDik litleCnTnent（七）、花样1子程序如上图3.7.1第一个网络是第一次循环前辅助继电器触点复位。第二个网络是第二次循环前辅助继电器触点复位。第三个网络是第三次循环前辅助继
20、电器触点复位。网络四到网络九是移位脉冲生成电路。网络十是继电器移位。网络一到网络二十是L1到L10小灯依次点亮。网络21是10等全灭。网络22是循环次数计数器。（八）、花样2子程序如图3.8.1网络一让小灯全部熄灭。网络二到网络三为脉冲震荡电路。网络4到网络5为五星彩灯内圈外圈闪烁电路。网络六为闪烁次数计数器。网络七为子程序返回。（九）、花样3子程序如图3.9.1网络一为第一次循环前辅助继电器复位。网络二为第二次循环前辅助继电器复位。网络三为第三次循环前辅助继电器复位。网络四到网络九为脉冲生成电路，网络十为寄存器移位。从网络11到网络20，小灯依次一亮一灭，网络22为循环次数计数器 网络23子
21、程序返回。至此五星霓虹灯闪烁控制系统完成，先使所有灯都复位（熄灭），然后从L1等开始，每 隔0.5秒按顺序增加一个彩灯，直至都亮为一个周期，重复循环3次。然后L1L5、L6L10 两组彩灯亮灭交替三次，间隔0.5秒，再先L1灯亮0.5秒后，L2灯亮L1灭，延迟0.5秒后L3灯亮L2灭，以此类推，形成单灯跑马效果，循环3次。三种花样连续执行，形成周期 循环，直至停止。（十）、控制系统测试与分析控制系统必须进行调试后才投入实际生产之中，在这之前，以便发现问题及时解决。本 系统的调试主要是利用电气工程系的实验设备进行模拟。根据前面的分析，限位开关采用点 动开关模拟，输出都采用指示灯表示不同的状态，以
22、模拟系统的工作的正确性。接线图与前 面的图3-4外部接线类似，可以采用那种接法进行调试。从分析结果来看，系统基本是按设 计要求进行工作，误差在课程设计容许的范围之内四设计总结回顾此次PLC课程设计，时间虽比较短暂，但是在此次实习中学到很多有用的东西。我 的课题是基于PLC彩灯控制系统设计，当拿到课题时，有点茫然，不知道从何下手，切入点 在哪?经过网上搜索相关的资料，逐步了解自己要设计个什么东西，该东西的工作原理，工作 设计是什么，各环节的线索是什么？理清线索后，就确定整体设计方案，按方案的步骤着手 设计各单元电路，庆幸的是各单元电路的设计比较简单，但是实际按图连线就有些困难，及 运行当中出现的
23、问题有点让我们止步，不过最后我们团结互助，不断向老师请教，把一个个 难关予以解决。现在，整个设计虽基本完成，也许结果并不是很令人满意，过程中出现的一些问题，例 如延迟时间不是很精确，电路设计得不怎么完善等等。我想我们只有在实践中多去操作，在 操作中来学习，来理解，实践才能检验所学知识的掌握程度，不言弃、不急躁，迎难而上， 多总结经验，多尝试，才能将专业知识学得更好，才能学以致用，才能达到学习的真正目的。 许多人都认为当代的的大学生只会纸上谈兵，实践就能来检验它是否正确，虽然此次的毕业 设计不是太好，没有多少高深的理论知识但是它是我自己理解、构思、设计经过很多的程序 所完成的。是我自己的汗水换来
24、的，虽然幸苦但是我自己认为他值得！毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作 前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次毕业设计我们深深体会到这句千古 名言的真正含义。我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为了明天 能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，毕业设计真的是有点累。然而，当我们着手清理自己的设计资料仔细回味这几 个月的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我们的倦意顿消，虽然这是我刚学会走完的第 一步，是我人生中的一点小小胜利，然而它令我感受到自己成熟了许多，令我有一种“春眠 方觉晓”的感悟。我们清楚的意识到，做毕业
25、设计不是一件容易的事，但给我们更多的是收 获。通过这次毕业设计我们深刻的体会到：做设计是苦活但要细心；实践动手做比空想强； 三个臭皮匠比上一个诸葛亮，合作精神是强大的；老师是很好的资源，要向他挖掘。成败决定于细处。老子曾说：“天下难事，必做于易；天下大事，必做于细”，我们做毕 业设计也需要这种精神，千里之堤溃于蚁穴，蚂蚁的巢穴都将会导致千里的河堤崩溃，一点 的不足都会导致设计的失败。不知道多少次因为一个数据出错了，而全盘皆输，又要从新做 过。所以我们认识到：做毕业设计是件劳力与智力结合的事，一点粗心都会导致前攻尽废， 细心方能使万年船。书是前人正确经验的总结，我们做毕业设计是离不开工具书的。它
26、可以给我们很多有用 的知识，帮我们解决一些难题。但写书的作者所写必定有一定的局限性，一，他写的设备跟 自己实际工作中的不同；二，限于著书的时间背景不同于现在。经验的积累固然可以从书本 上学到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己要从实际出 发，多点动手去做，把前人的知识经验变成自己的力量。摸着石头过河是我们初学者必须要 的精神，只有自己动手了，错误的会改正，正确的继续发扬，这样才符合毕业设计的要求。俗语有所：众人拾柴火焰高。我们做毕业设计也需要发挥团队的精神的作用，队员之间 互相合作，发挥相互的特长，这样会令设计工作顺利完成而省很多时间和精力，达到事半功 倍的效果。很
27、多时候我们缺乏设计经验，大家互相交流，这就使问题得到很好的解决，同时 让我们学到很多知识，正如前人所说：当两个人交换一个苹果时，得到的还是一个苹果；交 换一种思想时，得到的是两种的思想或更多的思想。今天的企业管理更强调的是团队精神， 不要个人的英雄主义，我们通过这次毕业设计深刻的了解到这一点，我们同学之间也得到的 很好的交流。老师是一本活书是最好利用的资源，我们要不断在他身上进行开采，获取自己宝贵的知 识。老师具备专业的知识和过硬的实际操作经验，是我们在机械制造业中航行的指明灯，老 师不会什么都帮我们亲手的去做好，他主要做的工作是引指引我们，启发我们。以他的话说 就是：授之以鱼不如授之以渔，亲
28、手帮你做好了一次，那下次遇到同样的问题，你们还不会 解决，那不是等于不教，出去外面没有人帮你的忙此不是不会做了？你们要学会独立思考， 提高自己的学习能力。毕业设计毕竟是一个较为漫长的过程其中有苦有乐，每当我们灰心， 意志消沉是得到老师的鼓励，我们都会信心大增，每当做出的成绩能换来老师一个微笑，我 们都会感到心满意足，彼此的交流让我们师生的感情更融合。人们说：美好景色在顶峰，人克服困难换来成功的喜悦才是最幸福的事。毕业设计做完 了，画上一个完美的句号，也尝到成功的味道，但漫漫的人生路还需继续努力。面对日趋激 励的就业形势，我们相信只要学好知识技术，以一种刻苦勤劳的精神对待工作，我们定会活 出不平
29、凡的人生。参考文献:1 魏志精.可编程控制器应用基础，电子工业出版社.，20062 潘月琴.全自动洗衣机的维修.北京科学技术出版社.20053 田瑞庭主编.可编程控制器应用技术.北京机械工业出版社，20014 王兆义编著.小型可编程控制实用技术.北京机械工业出版社，20005 徐志军.大规模可编程逻辑器件及其应用.成都：电子科技大学出版社，20046 黄正瑾.在系统编程技术及其应用.南京：东南大学出版社，20057 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2002致谢:附录:第一次花样如图:第二次花样如图:第三次花样如图:致谢：历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇
30、到了无数的困难 和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师一孙波老师， 他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书 馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导 过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的 研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版 灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
