plc天塔之光项目设计—--学位论文.doc

PLC《天塔之光》课程设计

指 导 老 师：

专 业： 电气工程及其自动化

班 级：

一、设计题目的要求及目的
设计要求：
完成“天塔之光”中十五个彩灯的各种变换，至少编写6种变换方式，并能实现这6种方式的正序、反序、重复、随机等至少5种变显示方式。
设计目的：
通过课程设计，进一步对所学习的知识加深理解，了解PLC的功能及原理，为今后就业积累一些经验。
二、设计内容、途径和技术路线
1）设计内容：
（1）研究PLC的结构和原理。
（2）根据控制要求确定相应的设计方案，绘出流程图，选择相应的硬件设备，编写程序（优化程序）。
（3）建立以PLC硬件电路，并进行模拟和调试。
2）途径：
收集相关资料和文献，系统学习GE系列PLC程序控制技术，按照自动化控制理论所建立的模型制定控制策略，建立完善仿真模型并仿真。通过上位机触摸屏进行仿真。
3）技术路线：
根据GE控制天塔之光要点和时性要求，以各种外围设备为执行器，对输入元件的时序差进行运算，当为关闭时可控件的输出为0 当开启时，可控件的输出为1 .由于受到外部干涉较小，基本由PLC指令表对其进行时序控制，用编写好的程序，经检查在线进行调试，在实验室，用计算机代替继电器控制；用程序代替硬件连接；输入输出电平可与外部装置直接相连，并可实现扩展，用以实现最佳循环时序效果。
三、天塔之光的背景、发展及现状

33237，具有更好的实用性（1）天塔之光的背景
随着科学技术的不断提高，社会经济的不断发展人们对城市的装饰发生
了很大的变化。在城市的夜晚，大街小巷都布满了五颜六色的彩灯，给原来萧条的城市带来了气息与活力，给人们的视觉带来很大的冲击，有的地方将彩灯很好的配置安装在主要的建筑物上，使之绚丽多彩，更能吸引人们的眼球，有的则用彩灯装饰城市，给当地城市带来了很好的旅游资源。
(2) 天塔之光
彩灯闪烁在生活中可以随处可见，它是一系列彩灯按一定的顺序连接起来的，通过控制器使各个彩灯在不同的彩灯在不同的时刻亮灭，以达到闪烁的目的。

如上图所示，开始时中心灯L1亮，1s后L1灯灭，随后中间的一圈灯（L2-L5）亮，1s后灯灭，然后最外层的灯（L6-L9）亮，1s后灯灭，中心灯L1再亮 ...如此循环下去，便可实现彩灯的闪烁效果（当然还可以实现很多的闪烁方式，种类较多，在此处不便一 一列举）。
（3）彩灯的发展
1897年，美国著名科学家爱迪生发明了白炽灯，结束了人类黑暗的历史，然而白炽灯只是给人类为以后各种各样彩灯的发展埋下伏笔。1902年，黑维特发明了水银灯。这种水银灯是在真空中灯管中充入少量水银和氟气，充电后，水银蒸发，受电子激发而发光，水银灯会辐射出大量的紫外线，而紫外线是对人体有害的，且水银灯太亮、太刺眼，因此它没有得到广泛的使用，又经过很长一段时间的发展，最值得一提的就是美国通用电子公司的研究员伊曼，与其他科学家一样，从霓虹灯的亮光中，看到了光明的前途，他加快了科研步伐。终于在1938年，突破了启动装置的设计和制作大关，制作了与水银等截然不同的荧光屏。这种荧光屏在一根玻璃管内充进一定量的水银，管的内壁涂有银光粉，管的两端各有一个灯丝做电极。由于荧光屏没有水银灯的弊端，且比白炽灯更亮，电能利用率高。因此，它一诞生，便很快进入一般家庭和公司。
（4）天塔之光的技术现状
由于现在大多数天塔之光都是用单片机来控制的，操作性、和使用性都相对较低，而该项目的天塔之光是用PLC来控制的，将GE的PLC软件与硬件结合起来，具有更好的可靠性、程序可逆性、可操作性和柔性，且编程方法简单、功能强、性能价格比高，其本身体积、小重量轻能耗低，还具有很强的抗干扰性，可以控制和设定不同的彩灯变换方式，易学易懂。
四、天塔之光的硬件配置
(1)天塔之光的硬件配置
PLC的基本结构一般由电源模块、CPU模块、基本输入/输出模块、通信模块、运动控制模块等组成。

在该项目中，各种模块型号选择如下表：
硬件模块
型号
电源
IC695PSD040
CPU处理器
IC695CPU310
以太网接口模块
IC695ETM001
开关量输入模块
IC695ACC300
开关量输出模块
IC694MDL754
模拟量输入模块
IC694ALG600
模拟量输出模块
IC694ALG704
五、 I/O分配表

a、在该项目中，需要实现十五个彩灯的各种变换，至少编写6种变换方式，并能实现这6种方式的正序、反序、重复、随机等至少5种变显示方式。因此，按照该项目的要求，有如下I/O分配：
在开关量的输入中得有一个启动按钮和停止按钮来控制天塔之光的启动与停止，还需要6个按钮来控制该彩灯的的变换的方式选择，5个按钮来控制各种变换方式的显示方式，故一共需要13个开关量的输入点数。
在开关量的输出中得有一个灯来指示该项目的状态，还有15盏彩灯的显示，故一共需要16个彩灯，也就是16个开关量的输出输出点数。
b、由于开关量输入模块的IC695ACC300的首地址为%I00081，长度为16，而开关量输出模块的IC694MDL754的首地址为%Q00001，且其长度为32，因此该输入输出模块的I/O点数均满足控制所需要的I/O点数。I/O点数及其继电器地址地址分配如下：

编程元件

I/O端子

作用

输入继电器
%I00081
启动
%I00082
停止
%I00083

选择变换的方式
%I00084
%I00085
%I00086
%I00087
%I00088
%I00089

选择显示的方式
%I00090
%I00091
%I00092
%I00093

输出继电器
Q00001
观察天塔之光的状态（工作或停止）
%Q00002

对各个彩灯的亮灭状态的控制
%Q00003
%Q00004
%Q00005
%Q00006
%Q00007
%Q00008
%Q00009
%Q00010
%Q00011
%Q00012
%Q00013
%Q00014
%Q00015
%Q00016

六、 控制流程图
控制流程图

七、 上位机模拟控制界面

八、程序

八、 调试注意事项
系统调试的要点及注意事项
（1）常规检查 在通电之前要耐心细致的做一系列的常规检查（包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等），避免损坏PLC模块（用STEP7的诊断程序对所有模块进行检查）。
（2）系统调试 系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，采用STEP7能对用户编制程序进行自动诊断处理，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随时发现问题、随时解决问题，从而使系统逐步完善。因此，一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。在线调试设备开停时必须先调试空开关的运行情况；如果设备有运行监视开关，则可把监视开关强制为“1”（正式运行时，撤销强制）。调试单台设备时可针对性地建立该设备的变量表，对该设备及其与该设备相关的变量进行实时监视。这样即可判断逻辑操作是否正确，对模拟量的变化也可一目了然了。
九、 总结
通过半学期的学习和一个多星期的继电保护课程设计，虽然时间不长，但期间有许多事情让我难忘，我从中学到了很多宝贵的经验和知识。对PLC设计的过程有了一个很大程度了解，为以后的工作打下了一个坚实的基础。在实际操作中我们应该学会如何和同学一起合作，以提高工作效率。合作之间其实并不是单纯的操作，相互呼应，还可以提高我们的实际解决问题的能力。通过这次设计，我深刻的认识到了，理论知识和实践相结合是教学环节中相当重要的一个环节，只有这样才能提高自己的实际操作能力，并且从中培养自己的独立思考、勇于克服困难、团队协作的精神。从而，为自己以后学习和工作打下基研。只有自己亲手做了，才会明白其实很多事是很简单的，只要你敢做，就没有你做不到的事。谁都有第一次，谁都会认为第一次是最难的。
通过这次课程设计，我对PLC程序设计及程序调试过程有了一个大致的了解，对设计的思路、基本方法、步骤有了深刻的认识。尽管在这次设计中遇到了很多困难，但我们互相讨论，都一一解决了，把我们的理论和实际联系了起来，在这次的设计过程中，我们组先根据派发的任务收集，调查有关的资料书籍，然后进入起草方案阶段，其间与同组同学进行方案的讨论，修改。大家都有很大的收获时间过得真快，为期一周的继电保护课程设计就已经结束。在这段时间里，我学到了很多以前学不到的东西，也认识到了自己很多的不足感觉收益非浅。
最后，感谢老师对我们的教诲和指导！