广告牌彩灯闪烁控制程序设计.docx

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1、课题:设计时间:班级:学号:姓名:指导教师:滁州职业技术学院机电系毕业设计广告牌彩灯闪烁控制程序设计2011.11 2011.12机电（6）班20091401634周强强冯巧红完成时间2011年 月摘要PLC目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域，无论是从国 外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都普遍采用了 数字控制，而这些数字控制系统绝大部分是由单台或多台可编程控制器 构成，PLC以其高可靠性和操作的简便性等优点，已经形成了一种趋势， 这种趋势正方兴未艾。而气动技术近年来也得到了迅速发展，由于气动 技术是以空气为介质，具有防火、防暴、防电磁干扰、结构简单、工作 可靠、成本低及

2、寿命长等优点，在工业生产的各个领域得到了普遍的应 用。而PLC技术与气动技术的一个共同点就是它们最基本的也是最具优 势的领域都是顺序动作的逻辑系统，PLC的开关量控制和气动技术的出 力、点位控制或两种功能复合控制，使它们在各种自动化生产线中大有 用武之地。关键词PLC ；交通控制；自动化致谢感谢我的辅导员高阶老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是 我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我 无尽的启迪。感谢我的冯巧红老师，这次设计的每个实验细节和每个数据，都 离不开你的细心指导。而你开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很快 的融入我们这个新的实验室感谢我的室友们，从遥远的家来

3、到这个陌生的城市里，是你们和 我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年 了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生 上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起 吃每年元旦那顿饭了吧，没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的 日子，我会记一辈子的。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报， 你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论 文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在 这里请接受我诚挚的谢意！目录第一章PLC概述1.1PLC的由来11.2PLC

4、的定义 11.3PLC 的特点21.4PLC 的分类一 31.5PLC的发展阶段 -41.6PLC 工作原理 5第二章基于PLC彩灯设计 72.1设计目的 72.2控制任务和要求- 72.3设计报告要求7第三章控制系统的硬件设计 93.1.1PLC 的 I/O 接线图 93.1.2 PLC 的 I/O 分配表 103.2 控制系统的硬件软件设计 103.2.1梯形图 103.2.2 参考程序 123.3控制系统测试与分析 17第 四章设计总结 18参考文献- 19第一章PLC概述1.1PLC的由来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，在60年代，汽车生产流水

5、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，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，艮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

6、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，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。1.2

7、PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发 展标准化，美国电气制造商协会NEMA ( National Electrical Manufactory Association ) 经过四年的调查工作，于1984 年首先将 其正式命名为PC （ Programmable Controller ）,并给PC作了如下定 义“PLC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存 指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数 字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电 子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或 类

8、似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布 了 PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的 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。可编程控 制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于 扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计 制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动

9、能 力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时， 其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计 编制。1.3PLC的特点1. PLC的主要特点（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构成冗余系统或

10、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模块连接起来系统的规模和功能可根

11、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1.4 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/

12、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

13、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。1.5PLC的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超 大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也 迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1. 早期的PLC （ 60年代末一70年代中期）早期的PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继 电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成 的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接 口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主

14、要采用 分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了 一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程 技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式一梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积 小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言 一梯形图一直沿用至今。2. 中期的PLC （ 70年代中期一80年代中后期）在70年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日 本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元 （CPU ）。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原

15、有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理 和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模 块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并 扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量 的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。3. 近期的PLC （ 80年代中后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展， 微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处 理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制 造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件 功能

16、发生了巨大变化。1.6PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的 控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的 线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继 电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC的CPU则采用顺 序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接 通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作， 必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同 而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而

17、PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此， PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式一扫描技术。这样在 对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上 就没有什么区别了。1. 扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、 用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周 期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三 个阶段。（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据， 并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入 用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个

18、阶段中，即使输入状态和数据 发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此， 如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才 能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用 户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边 的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点 构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑 线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功

19、能指令。（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输 出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2. PLC的I/O响应时间所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关 输出端信号的改变所需的时间。其最短的I/O响应时间与最长的I/O 响应时间。2. PLC的I/O系统1. I/O寻址方式PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种。前者将PLC的主要 部分（包括I/O系统和电源等）全部安装在一个机箱内。后者将PLC的 主要硬件部分分别制成模块，然后由用户根据需要将所选用

20、的模块插入 PLC机架上的槽内，构成一个PLC系统。不论采取哪一种硬件结构， 都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点与PLC的I/O映象 区之间的对应关系，即给每一个输入/输出点以明确的地址确立这种对 应关系所采用得方式称为I/O寻址方式。I/O寻址方式有以下三种1）固定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由PLC制造厂家在设计、生产PLC时确定 的，它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般来 说，单元式的PLC采用这种I/O寻址方式。2）开关设定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的 设定来确定的。3 ）用软件来设定的I/O寻址方式这种

21、I/O寻址方式是有用户通过软件来编制I/O地址分配表来确 定的。第二章控制任务和要求2.1 设计目的通过本次设计让学生了解一般PLC控制系统设计的过程、设计要 求、应完成的工作内容和具体设计方法，同时也是对既往知识的复习、 巩固和灵活应用的过程，可以提高学生的整体观，为今后走向工作岗位 提供实践经验。2.2 控制任务和要求1）按下启动按钮，彩灯控制装置开始工作，按下停止按钮，彩灯控 制装置停止工作；2）彩灯工作方式由手动开关决定；3）当手动开关在手动位置时，彩灯只能按照手动选择开关设定的方 式运行。4）手动选择开关用于选择彩灯的闪烁图案，现要求实现以下3种闪 烁状态：（1）手动选择开关在位置1

22、时，按下启动按钮后，要求输出：全亮一全灭一全亮一全灭 ，间隔时间5秒。20秒后，全灭。手动工作方式，只在本状态内循环。（2）手动选择开关在位置2时，按下启动按钮后，要求输出：4号灯 亮，延时2秒后，3号灯亮，再延时2秒后，2号灯亮，又延时2 秒后，1号灯亮，18秒后，全灭。手动工作方式，只在本状态内循 环。（3）手动选择开关在位置4时，按下启动按钮后，要求输出：1、3号 灯同时亮，延时3秒后，2、4号灯同时亮，1、3号灯灭。如此交 替运行15秒后，4组灯全亮，30秒后，全灭。手动工作方式，只 在本状态内循环。2.3 设计报告要求（1）根据控制要求，进行广告牌彩灯闪烁PLC控制系统设计，I/O连

23、 线图以及PLC硬件配置电路。（2）根据控制要求，编制广告牌彩灯闪烁PLC控制应用程序。（3）编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明； 基于PLC的广告牌控制的I/O连线图； PLC控制程序（梯形图和指令表），并调试直至符合要求； 参考资料、参考书和参考手册； 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、 遇到的问题以及解决方法、对本次设计的认识和建议等。（4）通过系部统一安排的毕业答辩。第三章控制系统的硬件设计3.1控制系统的硬件硬件设计3.1.1 PLC的I/O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所示。SB1、SB2、SB3、SB4是

24、点动开关，彩灯控制系统用 SB1、 SB2、SB3开启，按下启动按钮相应的设置就导通,SB4停止按钮。按下停 止按钮相应的设置就断开。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。0500、0501、0502、0503表示4个HL彩 灯。0500、0501、0502、0503共用一个COM端子，而输出共用一个电源.根 据I/O的通道分配，其I/O如图所示图3-1 PLC的I/O接线图3.1.2 PLC的I/O分配表本设计中，共有4个输入开关，4个HL输出，根据PLC外部接线图， 我们能得出I/O分配表如表所示。3-1-2输入/输出通道分配图输入地址对应的外部设备输出地

25、址对应的外部设备0000SB1启动按钮0500小彩灯HL10001SB2启动按钮0501小彩灯HL20002SB3启动按钮0502小彩灯HL30003SB4停止按钮0503小彩灯HL43.2控制系统的硬件软件设计3.2.1梯形图10040000TIM0310 DETIMOi1004T1M013.2.2参考程序0000 LD 00 000001 OR 10 000002 T IM 00#0 05 00003 LD TIM 000004 OR 10 040005 OUT 1 00 40006 LD 10 04000700080009001000110012001300140015001600170

26、01800190020002100220023002400250026002700280029003000310032T IM 0 1#0 05 0LD TIM 01TIM 02#0 05 0LD 10 04TIM 03#0 15 0L D 00 00OR 10 00AND NOT T IM 00L D TI M 01A ND N OT T IM 02O R LDA ND N OT T IM 03OUT 1 00 0L D 00 00OR 10 01A ND N OT T IM 00L D TI M 01A ND N OT T IM 02O R LDA ND N OT T IM 03O UT

27、1 00 1L D LD 0 00 0OR 10 02A ND N OT T IM 00L D TI M 0100340035003600370038003900400041004200430044004500460047004800490050005100520053005400550056005700580059AND NOT T IM 03OUT 1 00 2L D 00 00OR 10 03A ND N OT T IM 00L D TI M 01A ND N OT T IM 02O R LDA ND N OT T IM 03O UT 1 00 3L D 00 01OR 11 03A N

28、D N OT T IM 07OUT 110 3LD 11 03TIM 04#0 02 0L D TI M 04OR 11 02A ND N OT T IM 07O UT 1 10 2LD 11 02TIM 05#0 02 0L D TI M 05OR 1101A ND N OT T IM 07O UT 1 10 1T IM 06#0 02 0L D TI M 06OR 11 00AND NOT T IM 07OUT 1 10 0LD 11 00TIM 07#0 18 0L D 00 02OR 12 00OR TI M 09AND NOT T IM 08LD TI M 10O R LDAND N

29、OT T IM 11OUT 1 20 0LD 12 00AND NOT 1 201AND NOT TIM 10TIM 08#0 030L D TI M 08OR 12 01A ND N OT T IM 09L D TI M1 00061006200630064006500660067006800690070007100720073007400750076007700780079008000810082008300840085OR LD008700880089009000910092009300940095009600970098009901000101010201030104010501060

30、1070108010901100112LD 12 01AND NOT 1200AND NOT T IM 10TIM 09#0 03 0L D 00 02OR 12 02OUT 1 20 2LD 12 02TIM 10#0 15 0L D TI M 1 0TIM 1 1#0 30 0LD 10 00OR 11 00OR 12 00A ND N OT 0 003O UT 0 50 0LD 10 01OR 11 00OR 12 00A ND N OT 0 003O UT 0 50 1LD 10 02OR 11 02OR 12 010113 OUT 0 50 20114 LD 10 030115 OR

31、 11 030116 OR 12 010117 AND NOT 0 0030118 OUT 0 50 30119 END3.3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，以模拟系统的工作的正确性。接线图与前面的图3-1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。第四章设计总结两个多月的毕业设计在忙碌中就快要结束了，在这两个月的时间里， 在毕业设

32、计之余还要兼顾找工作，因此，在这段时间里我觉得生活非常的 充实。不但在毕业设计中巩固了以前的知识，而且在人生道路上学到在校 园学不到的社会交际。毕业设计是大学三年所学知识的一个考察，它兼顾了三年中所学的基 础和专业知识，因此不同于以前的课程设计，毕业设计是课程设计一个质 的飞跃。认识到这点，我对待毕业设计的态度也不敢懒散，一直抱以认真 谨慎的学习态度。在接到毕业设计课题后首先要做的就是搜集各方面的资料，以前的课 程设计都是老师给出的，不用自己去烦恼。但是毕业设计就不同了，他是 一个综合设计，很多资料，数据都需要自己通过各种途径搜集。接下来的工作跟以前的课程设计差不多了，写说明书，绘图。尤其绘

33、图最难，但是路还是要继续走下去的，不能因为畏惧就停下来的，更何况 这是我毕业设计的最后一关呢。因此面对这道难关，我决定勇敢地面对。 于是图书馆借来了许多CAD的书来看，从书店买来例题分析的书来研究。 在绘制过程中遇到了不少的问题，但在自己探索，同学的帮助，老师的指 引下，我的图还是赶上了。当时我真的很高兴，按时完成自然值得高兴， 但我觉得更自豪的是通过自学，我学会了许多以前在学习中学不到的东 西，那只有通过自学才会领悟得到的。毕竟就快离开校园，走向社会了， 在将来的人生道路上，学习是陪伴我们终生的，正所谓“活到老，学到老”， 在人生道路上很多知识都是自学而获得的。在这里我要向在毕业设计中帮助过

34、我的老师、同学、家人致谢，因为 他们在整个设计中给予了我很多帮助和动力。因此设计过程中很多问题都 能及时得到解决。总的来讲，整个毕业设计给我留下深刻的印象，不仅仅是由于设计时 间长，更多的是在毕业设计中我尝到了辛、酸、苦、甜，它将会在人生道 路上留下不可抹杀的一页。参考文献1 廖常初.PLC编程及应用，北京:机械工业出版社,2002.2 张运波.工厂电气控制技术，北京:高等教育出版社,20013 杨思国、江力编.可编程控制器应用教程.合肥工业大学出版社，20084 严盈富.西门子S7-200PLC入门.人民邮电出版社,2007。5 龙志文.SIMATIC子S7-200PLC原理及应用.机械工业出版社，2007。6 刘永华.电气控制与PLC，北京航空航天大学出版社，2007。7 罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7-200PLC系列）.西安电子科技大学出版社，2007。8 伊宏业.PLC可编程控制器教程.航空工业出版社，197。