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1、郑州工业安全职业学院 毕业论文（设计） 题 目 PLC广告灯控制设计 姓 名____ 系 别____ 机电工程系_________ 专 业____ 机电一体化_________ 年 级_____ ____________ 指导老师___ ____ 5月 29日 毕业论文（设计）成绩评定表 学 生 姓 名 周银光 学生所在系 机电工程系 专业 班级 机电一体化四班 毕业论文（设计） 课题名称 PLC广告灯控
2、制设计 指导老师评语（应包含选题是否合适、是否理论联络实际、论点是否正确、论证是否充足、语言是否通顺、结构是否合理、行文是否规范）： 成 绩： 指导老师署名： 年 月 日 系学术委员会意见（同意给优、良、及格、不及格等次） 署名： 年 月 日 目 录
3、 摘要 第一章 PLC 概 述 1 第一节 PLC产生、定义、组成、特点及发展趋势 1 第二节 PLC工作原理 4 第三节 PLC编程语言 5 第四节 PLC分类及性能指标 5 第二章 广告灯设计概述 6 第一节 PLC广告灯控制要求 6 第二节 PLC广告灯关键内容 6 第三章 广告灯总体设计 8 第一节 PLC型号 8 第二节 PLC I/O分配图..................................................8 第三节 PLC控制接线图.......................................
4、8 第四节 PLC控制梯形图..................................................9 第五节 PLC控制指令表.................................................12 第六节 试验室电气原理图仿真及程序调试.................................15 致谢..................................................................16 参考文件..................
5、17 摘 要 可编程序控制器简称PLC，它应用面广，功效强大，使用方便，已经成为现代工业自动化关键支柱之一。PLC广泛应用在多种机械设备和生产过程自动控制系统中，PLC在其它领域，比如在民用和家庭自动化中也得到了快速发展。 关键词：PLC 功效 控制 第一章 PLC概述 第一节 PLC产生、定义、组成、特点及发展趋势 （一） PLC产生 可编程序控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)， PLC从1969年问世以来，即使至今还不到4
6、0年，但因为其含有道用灵活控制性能、能够适应多种工业环境可靠性和简单方便使用性能，在工业自动化各领域取得了广泛应用。曾经有些人将PLC技术和数控技术(CNC)、CAD／CAM技术、工业机器人技术并称为现代工业自动化技术四大支柱。 最初电气自动控制装置(包含日前使用部分简单机械)，只是部分简单手动电器(如刀开关、正反转开关等)。这些电器只适合于电机容量小、控制要求简单、动作单一场所。伴随技术进步，生产机械对电气自动控制提出了越来越高要求，电气自动控制装置逐步发展成了多种形式电气自动控制系统。 1969年美国数字设备企业(DEC企业)首先研制比了全世界第一台可编程序控制器，并称之为“可编程序逻
7、辑制器”〔Programmable Logic Controller，简称PLC)。试样机在GM企业应用取得了成功。以后，PLC得到了快速发展，并被广泛用于多种开义量逻辑运算和处理场所。 早期PLC硬件关键由分立元件和小规模集成电路组成，它即使采取了计算机技术，但指令系统、软件和功效相对较简单，通常只能进行逻辑运算处理，同时经过简化计算机内部结构和改善可靠性等方法，使之能和工业环境相适应。 在20世纪70年代早期曾经出现过部分出二极管矩阵、集成电路等器件组成所谓“次序控制器”；20世纪70年末期曾经出现过以MCl4500工业控制单元(Industrial control unit，简称IC
8、U)为关键．出8通道数据选择器〔MCl4512)、指令计数器(MCl4516)、8位可寻址双向锁存器(MCl4599)、存放器(2732)等组成“可编程序控制器”等产品。这些产品和PLC相比，即使含有一定价格优势，但最终还是因可靠性、功效等多方面原因，未能得到深入推广和发展；而PLC则伴随微处理器价格全方面下降，最终以其优良性能价格比，得到了快速发展，并最终成为了现代工业自动控制技术关键支柱枝术之一。 （二） PLC定义 PLC技术一经出现，立即引发了全世界广泛关注，1969年首先将其进行商品化并推向市场是美国GOULD企业；1971年，在引进美国技术后，日木研制出了自己第一台PL
9、C；l973年，德国SIEMENS企业也研制出了欧洲第一台PLC；1974年，法国随之也研制出了PLC。 到了20世纪70年代中期，PLC开始采取微处理器。PLC功效也从最初逻辑运算拓展到含有数据处理功效，并得到了更为广泛应用。因为当初PLC功效已经不再局限于逻辑处理范围，为此，PLC也随之改称为可编程序控制器(Programmable Controller，简称PC)。 1980年，美国电气制造商协会(National Electronic Manufacture Association，简称NEMA)对可编程序控制器进行了以下定义： “可编程序控制器是一个带有指令存放器，数字或模拟
10、输入/输出接口；以位运算为主；能完成逻辑、次序、定时、计数和算术运算功效；面向机器或生产过程自动控制装置”。并将其统一命名为Programmable Controller (PC)。 （三） PLC基础结构 PLC实质是一个专用于工业控制计算机，其硬件结构基础上和微型计算机相同，图2.1所表示： 图2.1 PLC硬件结构 1、中央处理单元（CPU） 中央处理单元（CPU）是PLC 控制中枢。它根据PLC 系统程序给予功效接收并存放从编程器键入用户程序和数据：检验电源、存放器、I/O 和警戒定时器状态，并能诊疗用户程序中语法错误，当PLC 投入运行时，首先它以扫描
11、方法接收现场各输入装置状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存放器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令要求实施逻辑或算数运算结果送入I/O 映象区或数据寄存器内。等全部用户程序实施完成以后，最终将I/O 映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到对应输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了深入提升PLC 可靠性，灵活性，多年来对大型PLC 还采取双CPU 组成冗余系统，或采取三CPU 表决式系统。这么，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 2、存放器（Memory） 可编程控制器控制中枢，在系统监控下工作，负担着将外部输入信号状态写入映像寄存器区域，然后将
12、结果送到输出映像寄存器区域。CPU常见微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型PLCCPU多采取单片机或专用CPU。大型PLCCPU多用位片式结构，含有高速数据处理能力。 3、基础I/O接口电路 （1）输入接口单元。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供、符合PLC输入电路要求电压信号，经过光耦电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波方法提升抗干扰能力，输入响应时间通常在0.1~15ms之间。多数PLC输入接口单元全部相同，通常有两种类型。一个是直流输入，一个是交流输入。 （2）输出接口单元。PLC输出电路用来将CPU运算
13、结果变换成一定形式功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。 4、接口电路 PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类 （1）I/O扩接口电路 I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，能够用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量I/O端子。I/O扩展接口电路采取并行接口和串行接口两种电路形式。 依据被控制对象对PLC控制系统技术和要求，确定用户所需输入、输出设备，据此确定PLCI/O点数。 （2）外设通信接口电路 通信接口电路用于连接手持编程器或其它图形编程器、文本显示器，并能组成PLC控
14、制网络。PLC经过PC/PPI电缆或使用MPI卡经过RS-485接口和电缆和计算机连接，能够实现编程、监控、联网等功效。 5、电源 PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要工作电源（5V直流）。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。 （四） PLC特点 1、软硬件功效强 2、使用维护方便 3、运行稳定可靠 4、组织灵活 （五） PLC发展趋势 从目前产品来看，PLC发展仍然关键表现在提及缩小和性能提升两大方面。 1．向高速度、大容量方向发展 2．向超大型、超小型两个方向发展 3．PL
15、C大力开发智能模块，加强联网通信能力 4．增强外部故障检测和处理能力 5．编程语言多样化 第二节 PLC工作原理 （一） 循环扫描特点 （1）、输入映像寄存器内容是由设备驱动，在程序实施过程中一个周期内输入映像寄存器值保持不变，CPU采取集中输入控制思想，只能使用输入映像寄存器值来控制程序实施。 2）、扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否实施是可控。 3）、对同一个输出单元数次使用、修改次序会造成不一样实施结果。 4）、各个电路和不一样扫描阶段会造成输入和输出延迟，这是PLC关键缺点。 在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，经过输入电路将各输入点状
16、态锁入映象寄存器中。紧接着转入用户程序实施阶段，CPU根据先左后右、先上后下次序对每条指令进行扫描，依据输入映象寄存器和输出映象寄存器状态实施用户程序，同时将实施结果写入输出映象寄存器。 （二） PLC中存放器 PLC中存放器按用途分为系统程序存放器、用户程序存放器和工作数据存放器。 1）、用户程序存放器用来存放依据控制要求而编制用户应用程序。 2）、用来存放工作数据区域称为工作数据区。 3）、系统程序存放器中存放是厂家依据其选择PLC指令系统编写系统程序，它决定了PLC功效，用户不能更改其内容。 （三） PLC编程语言 PLC是经过程序对系统进行控制，作为一个专用计算机，为了适
17、应其应用领域，一定有其专用语言。PLC编程语言有多个，如梯形图、语句表、功效图等。梯形图编程语言是一个图形语言，含有继电器控制电路形象、直观优点；语句表编程语言类似计算机汇编语言，用助记符来表示多种指令功效，是PLC用户程序基础元素。 第四节 PLC分类及性能指标 （一） plc分类 按I/O点数容量分类 1）、小型机（I/O点数小于256点） 经典小型机有SIEMENS企业S7-200系列。 2）、中型机（I/O点数在256—1024之间） 经典中型机有SIEMENS企业S7-300系列、OMRON企业C200H系列。 3）、大型机（I/O点数在1024点以上） 经典大型
18、PLC有SIEMENS企业S7-400、OMRON企业CVM1和CS1系列。 按结构形式分 依据PLC结构形式不一样，PLC关键可分为整体式和模块式两类。 （1）、整体式结构 微型和小型PLC通常为整体式结构。如西门子S7-200。 （2）、模块式结构 现在大、中型PLC全部采取这种方法。如西门子S7-300和S7-400系列。 （二） PLC性能指标 1）、I/O点数 I/O点数，即PLC面板上I/O端子个数。I/O点数越多，外部能够连接I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能关键指标之一。 2）、存放容量 这里专指用户存放器存放容量，它决定了用户所编程序长
19、短。大、中、小型PLC存放容量改变范围通常为2KB～2MB。 3)、扫描速度 扫描速度是指PLC实施程序快慢，是一个关键性能指标，表现了计算机控制替换继电器控制稳合程度。可编程控制器采取循环扫描工作方法。 4)、指令系统 它是衡量PLC能力强弱标志，决定了PLC处理能力、控制能力强弱。限定了计算机发挥运算功效、完成复杂控制能力。 5)、通信功效 通信有PLC之间通信和PLC和计算机或其它设备之间通信。关键包含通信模块、通信接口、通信协议、通信指令等。 6)、扩展能力 扩展能力包含I/O点数扩展和PLC功效扩展两方面内容。 7)、特殊功效单元 特殊功效单元种类多，也能够说PL
20、C功效多。经典特殊功效单元有模拟量、模糊控制连网等功效。 第二章 广告灯设计概述 广告灯做为一个现代化工具，和大家日常生活紧密相关，伴随大家对要 求提升，广告灯灯光控制得到了快速发展，其逻辑控制已由可编程控制器代原 来继电器控制。本文采取可编程逻辑控制器（PLC）对广告灯进行控制，通合 理选择和设计，提升了广告灯控制水平，并改善了广告灯灯光控制可靠性。 第一节 PLC广告灯控制要求 本控制系统只要是用于控制广告灯按次序闪烁。能让你在不用人控制情况下，进行灯自动闪烁，达成宣传目标。 第二节 PLC广告灯关键内容 用PLC控制一个自动闪烁广告牌，其内容
21、为“郑州工业安全职业学院欢迎您”，这13个字用13个灯点亮并实现闪烁。其闪烁要求为：在打开闪烁开关后，首先“郑”字亮1S，接着“州”字亮1S，以这类推，至“您”字亮1S后，“郑州工业安全职业学院欢迎您”这13个字以0.6S周期闪烁3次，然后又是“郑” 字亮1S……如此循环进行。如表1，所表示： 灯号步序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 HL1 亮 HL2 亮 HL3 亮 H
22、L4 亮 HL5 亮 HL6 亮 HL7 亮 HL8 亮 HL9 亮 HL10 亮 HL11 亮 HL12 亮 HL13
23、 亮 第三章 广告灯总体设计 第一节 PLC型号 因为在本篇论文所设计广告灯中共有13个端口输出，而且采取交流电， 所以我选择用三菱FX2N-48MR-001。FX2N-48MR-001关键技术参数：输入继 电器有24点，输出继电器有24点。电源电压为AC100-240V，频率为50/60Hz。 第二节 PLC I/O分配口 输入信号 输出信号 名称 代号 输入点编号 名称 代号 输入点编号 开启按钮 SB1 X0 “郑”字彩灯 HL1 Y0 停止按钮 SB2 X1 “州”字彩灯
24、HL2 Y1 “工”字彩灯 HL3 Y2 “业”字彩灯 HL4 Y3 “安”字彩灯 HL5 Y4 “全”字彩灯 HL6 Y5 “职”字彩灯 HL7 Y6 “业”字彩灯 HL8 Y7 “学”字彩灯 HL9 Y10 “院”字彩灯 HL10 Y11 “欢”字彩灯 HL11 Y12 “迎”字彩灯 HL12 Y13 “您”字彩灯 HL13 Y14 第三节 PLC控制接线图 广告自动闪烁灯三菱FX2N系
25、列PLC控制接线图 图1所表示。 第四节 PLC控制梯形图 广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制梯形图图2所表示。 第五节 PLC控制指令表 广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制指令表 0 LD X000 1 OR M0 2 ANI X001 3 OUT M0 4 LD MO 5 ANI
26、 T1 6 OUT T0 K5 9 LD T1 10 PLS M1 12 LD M0 13 ANI M3 14 ANI M4 15 ANI M5 16 ANI M6 17 ANI M7 18 ANI M8 19 ANI M9 20 ANI M10 21 ANI M11 22 ANI M12 23 ANI M13 24 ANI M14 25 ANI
27、 M15 26 OUT M2 27 LD M1 28 ANI M15 29 SFTL M2 M3 K13 K1 38 LD M2 39 OR T2 40 OUT Y000 41 LD M3 42 OR T2 43 OUT Y001 44 LD M4 45 OR T2 46 OUT Y002 47 LD M5 48 OR T2 49 OUT
28、 Y003 50 LD M6 51 OR T2 52 OUT Y004 53 LD M7 54 OR T2 55 OUT Y005 56 LD M8 57 OR T2 58 OUT Y006 59 LD M9 60 OR T2 61 OUT Y007 62 LD M10 63 OR T2 64 OUT Y010 65 LD
29、 M11 66 OR T2 67 OUT Y011 68 LD M12 69 OR T2 70 OUT Y012 71 LD M13 72 OR T2 73 OUT Y013 74 LD M14 75 OR T2 76 OUT Y014 77 LD M15 78 ANI T3 79 OUT T2 K3 82 LD T2
30、83 OUT T3 K3 86 LD T3 87 OUT C0 K3 90 LD C0 91 ZRST M3 M15 96 END 第六节 电气原理图仿真及程序调试 此次设计电气原理仿真及程序调试是在工业技术中心PLC试验室完成，并按下列步骤依次进行 （一） 检验程序 将编好应用程序输入到微机内，利用软件进行程序检验，起初有几处编程语法错误，经过几次认真修改后，程序无误。然后传入PLC内。 （二）信号模拟 用试验台上模拟开关模拟输入信号，接入相对应输入端点。输入程序
31、后，扳动开关，接通或断开模拟开关，用来模拟对应按钮动作及机械动作使检测元件状态发生改变，并经过输入输出指示灯来观查输入输出端点状态改变，经观察模拟开关和PLC连接正确。 （三）按程序进行模拟运行 先对照输入信号表，设置好原始状态下全部输入信号状态，再使PLC运行，按下对应按钮，按梯形图程序，观察输出情况，经观察符合程序设定输出；按工步状态在一个工作循环里逐步转换次序依次发出状态转移指令信号，系统将结束一个工步状态转入下一个工步状态，将转换情况和已编程序相比较，知转换情况和程序设定输出情况相同，电气原理图仿真及程序调试成功。 致 谢 经过一个多月时间，在各位老师帮助下，在我不停
32、努力下，我毕业设计最终要完成了。从设计中我学到很多知识，也了解了做任何事全部要细心道理。知识积累是一点一滴，在设计中我也感受颇深。在此我要真诚感谢赵老师给我指导，在设计过程中老师严格督促我毕业设计速度，立即帮我处理我在设计中碰到多种问题和困难，在设计中一直对我严格要求，在整个毕业设计过程中全部给我耐心指导和讲解，并主动为我提供多种相关技术资料，在指导老师帮助和指导下我顺利完成了此次毕业设计，也让我在这次毕业设计中受益匪浅，在此谨向指导老师致以深切谢意！ 感谢评阅和阅读本设计论文老师为此付出辛勤劳动！
33、 参考文件 [1] 蒋圣平、 颜景龙、 裴焕斗等。 PLC 在抢答器中应用[J ]。测试技术学报， [2] 林明星。电气控制及可编程序控制器[M ]。机械工业出版社， [3] 周淑珍、高鸿斌。PLC分析和设计应用。电子工业出版社， [5] 王玉中。电气控制及PLC应用技术。河南科学技术出版社， [6] 孙平。可编程序控制器原理及应用，高等教育出版社， [7] 王成福主编。可编程序控制器原理及应用。机械工业出版社， [8] 张进秋主编。可编程控制器原理及应用实例[M]。机械工业出版社， [9] 江秀汉、汤楠主编。可编程序控制器原理及应用。西安电子科技大学出版社，
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