基于PLC的可變畫面廣告機控制設(shè)計[文檔在線提供]

1、 1 緒論 1.1 基于PLC的可變畫面廣告機控制系統(tǒng)目的和意義 廣告是為了某種特定的需要，通過一定形式的媒體，并消耗一定的費用，公開而廣泛地向公眾傳遞信息的宣傳手段。 所謂廣告，從漢語的字面意義理解，就是“廣而告之”，即向公眾通知某一件事，或勸告大眾遵守某一規(guī)定。廣告一詞，據(jù)考證是一外來語。它首先源于拉丁文AdA verture，其意思是吸引人注意。中古英語時代（約公元13001475年），演變?yōu)锳dvertise，其含義衍化為“使某人注意到某件事”，或“通知別人某件事，以引起他人的注意”。直到17世紀末，英國開始進行大規(guī)模的商業(yè)活動。這時，廣告一詞便廣泛地流行并被使用。此時的“廣告”，已不

2、單指一則廣告，而指一系列的廣告活動。靜止的物的概念的名詞AdverA tise，被賦于現(xiàn)代意義，轉(zhuǎn)化成為“Advertising”。 廣告有廣義和狹義之分，廣義廣告包括非經(jīng)濟廣告和經(jīng)濟廣告。非經(jīng)濟廣告指不以盈利為目的的廣告，又稱效應(yīng)廣告，狹義廣告僅指經(jīng)濟廣告，又稱商業(yè)廣告，是指以盈利為目的的廣告，商業(yè)廣告主要目的是擴大經(jīng)濟效益。如今廣告方式多種多樣，需要媒體工具來宣傳信息，我覺得可變畫面廣告機能夠成為一種廣告很好的宣傳工具需要控制系統(tǒng)來控制，基于PLC可變廣告機控制系統(tǒng)目的和意義來源于此。1.2 可變畫面廣告機的現(xiàn)狀及存在的問題廣告作為社會文化與經(jīng)濟發(fā)展的晴雨表，無疑與高校學(xué)府一樣。當代社會廣

3、告在產(chǎn)品的銷售中占有很大的比重，故目前廠家在銷售商品時都運用了大量的廣告進行宣傳。廣告的形式一般有這么幾種：電視上的立體畫面及聲音；廣播電臺中聲音宣傳；街頭或商場中的大屏幕電子顯示系統(tǒng)；報紙上雜志上的文字宣傳；街頭巷尾的燈箱廣告。前面4種形式價格較高，但顯示的信息量較多；而普通的燈箱廣告畫布上印的宣傳內(nèi)容大多靜止不動，傳遞的信息量有限，優(yōu)點是價格較低。 采用可變畫面廣告機，用PLC控制將多副畫面連接起來裝在露天燈箱中，畫卷用電動機拖動，可上下移動進行循環(huán)顯示，信息量大，動態(tài)效果好，可以對多種商品進行介紹或宣傳，在街頭構(gòu)成一道風景線同時也適用于大商場中對商品信息以及銷售情況進行介紹。畫卷可以定期

4、更換，方便不同商品需要，而且不僅適合露天廣告宣傳，也可以用于大型商場中進行產(chǎn)品信息介紹。 可變畫面廣告機控制裝置是一種新型的廣告發(fā)布設(shè)備，為了達到良好的宣傳效果。在畫卷循環(huán)運行過程中，各個畫布畫面出現(xiàn)的時間都保持一致，展示一定的時間后再改換到下一序號的畫面。1.3本設(shè)計的任務(wù) 本設(shè)計的任務(wù)：設(shè)計畫面可以變換的廣告機，讓自己所學(xué)的知識和現(xiàn)實生活中充分的結(jié)合，廣告機的設(shè)計目的、意義和現(xiàn)狀及存在的問題、系統(tǒng)程序設(shè)計可變畫面廣告機硬件及軟件設(shè)計、控制系統(tǒng)的選擇等，本設(shè)計就是要用自己所學(xué)的知識設(shè)計出自己所想要的廣告機并且能達到預(yù)想的目的。2 可變畫面廣告機總體設(shè)計 可變畫面廣告機是一種機電一體化裝置，它

5、適用于大型體育場館在舉行體育比賽時進行商業(yè)廣告和精神文明宣傳，是一種比較實用的媒體工具，做廣告宣傳效果極佳。其總體設(shè)計如圖2-1所示： 圖2-1 可變畫面廣告機總體設(shè)計圖可變畫面廣告機可用于城市的公共場所如大型廣場、街道兩邊的廣告宣傳，也可以用于大型商場的廣告信息介紹。它有多幅畫面，畫面可以交替顯示。這種廣告媒體發(fā)布的信息量大，動態(tài)效果好?？勺儺嬅鎻V告機燈箱的上部、下部設(shè)有卷軸，滾動畫卷纏繞在卷軸上。卷軸由電動機驅(qū)動。電動機正轉(zhuǎn)時，卷軸帶動畫布下行；電動機反轉(zhuǎn)時，卷軸帶動畫卷上行。滾動畫卷中每幅廣告畫面在燈箱中停止時，要求定位準確，從燈箱窗口看去，畫面完整。3 可變畫面廣告機控制系統(tǒng)選擇3.1

6、 可編程序控制器的概述3.1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀60年代初，控制器還主要是由繼電器組成，它所構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預(yù)先規(guī)定的條件或時間順序地工作。若要改變控制順序就必須改變控制器的硬件接線，這不僅影響了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，而且對于比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)來說，不但設(shè)計制造困難，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是費刊，和困難的。1968年，美國通用汽車公司(GM)根據(jù)市場形勢與生產(chǎn)發(fā)展的需要，提出了多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號”的戰(zhàn)略。依靠原有的工業(yè)控制裝置顯然不行，其想尋求一種新方法，以便盡可能地減少重新設(shè)計和重新接線的工作，從而降低成本、縮短周期，這就是用新的控制裝

7、置取代繼電器控制裝置。GM公司用它應(yīng)當達到的十項功能指標描述了這個設(shè)想中的全新的工業(yè)控制裝置，即： 編程方便，現(xiàn)場可修改程序維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制裝置；數(shù)據(jù)可直接送人管理計算機；成本可與繼電器控制裝置競爭；可直接用115V交流輸入；輸出為llSV、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等；通用性強，易于擴展；用戶程序存儲器容量可擴展到4KB。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制成功第一臺PLC，將其應(yīng)用于美國通用汽車自動裝配生產(chǎn)線上，取得了極大的成功。人們根據(jù)這種新型工業(yè)控制裝置可以通過編程改變控制方案這一特點，以及專門用于邏輯控制的情況，稱這

8、種新的工業(yè)控制裝置為可編程序控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱為PLC。自1969年第一臺可編程序邏輯控制器面世以來，目前可編程序控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器。早期PLC是為取代繼電邏輯控制而設(shè)計，是用于開關(guān)控制，具有邏輯運算、計時、計數(shù)等順序控制功能。進入20世紀70年代之后，出現(xiàn)了微處理器。它的體積小、功能強、價格便宜，很快被用于可編程序控制器，使PLC的功能增強、工作速度加快、體積減小、可靠性提高、成本下降。現(xiàn)代町編程序控制器不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、運動控制等功能，模控制器的功能已不限于邏輯

9、運算，還具有連續(xù)模擬量處理、高速計數(shù)、遠程IO和網(wǎng)絡(luò)通信等功能，因而用“PLC”是不能描述其多功能的特點的。1980年，美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)給它一個新的名稱“ProgrammableControllet”，簡稱PC。1982年國際電工協(xié)會IEC(Internationa Electrotechnical Commission)專門為PC下了嚴格的定義。然而PC這一縮寫在我國早已成為個人計算機的代名詞，為避免造成名詞術(shù)語混亂，在我國仍沿用PLC來表示可編程序控制器。 1987年，國際電工協(xié)會1EC頒布了可編程序控制器標準(第三版)，對可編程序控制器作了如下定義： 可編程序控制器是一種數(shù)

10、字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的。它采用了可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則設(shè)計。定義強調(diào)了可編程序控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，即它也是一種計算機，是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計”的工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作，它還具有“數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制”的能力，并且非常容易

11、“與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體”，易于“擴展”。定義強調(diào)了可編程序控制器直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它需具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。由于PLC引入了微處理機及半導(dǎo)體存儲器等新一代電子器件，并用規(guī)定的指令進行編程，能靈活地修改，即用軟件方式來實現(xiàn)“可編程”的目的。PLC從誕生至今，雖然只有30多年的歷史，但其發(fā)展勢頭十分迅猛。如在工業(yè)自動化領(lǐng)域中PLC已無處不在。今后，PLC主要在如下幾個方面發(fā)展： 1.小型化、專用化、低成本方向發(fā)展隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器什被大幅度地提高功能和降低價格。PLC的功能不斷加強，將原來大、中型PLC才有的功

12、能移植到小型PLC上。PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊、小巧，體積更小，而安裝和操作使用十分簡便。由于PLC中主要部件成本的不斷下降，這樣在大幅度提高PLC功能的同時，也大幅度降低了PLC的整體成本。價格的不斷下降，使得PLC真正成為繼電器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品。2.系列化、標準化、模塊化方向發(fā)展每個生產(chǎn)PLC的公司幾乎都有自己的系列化產(chǎn)品，同一系列的產(chǎn)品指令及使用向上兼容，以滿足新機型的推廣和使川。為了推動技術(shù)標準化的進程，一些國際性組織，如國際電工協(xié)會(IEC)，不斷為PLC的發(fā)展制定一些新的標準，對各種類型的產(chǎn)品有一定的規(guī)格。3.1.2 可編程序控制器的硬件組成1.中央處理器(CPU)與一般計算機一樣，C

13、PU是PLC的核心部件，整個PLC的工作過程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的。它解釋并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序，通過運行用戶及系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其他功能。具體地說，CPU主要完成下列工作：接收，存儲用戶通過編程器等輸入設(shè)備輸入的程序和數(shù)據(jù)；用掃描的方式通過IO部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸人映像存儲器或數(shù)據(jù)存儲器中； 診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語法錯誤；PLC進入運行狀態(tài)后，執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的處理、傳輸和存儲相應(yīng)的內(nèi)部控制信號，以完成用戶指令規(guī)定的各種操作；響應(yīng)各種外圍沒備(如編程器、打印機等)的請求。 不同型號PLC的CPU芯片是不同的，現(xiàn)代

14、PLC使用的CPU主要有：通用中央處理器(如8080、6800、Z80A、8086等)，它價格便宜，通用性強，還可以借用計算機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源；單片機(如8031等)，單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能IO模塊；位片式中央處理(如AMD2900系列等)，它主要追求運算速度快，它以4位為一片，用幾個位級聯(lián)，可以組成任意字長的中央處理器，改變程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)，位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個位中央處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個中央處理器同時進行處理。目前，小型PLC為單CPU

15、系統(tǒng)，而中型及大型PLC則為雙CPU或多CPU系統(tǒng)。2.存儲器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分：系統(tǒng)存儲區(qū)系統(tǒng)存儲區(qū)包括系統(tǒng)程序存儲區(qū)和內(nèi)部工作狀態(tài)區(qū)兩部分，系統(tǒng)程序存儲器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改(常用EPROM)。它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了PLC的性能，其內(nèi)容主要包括三部分：第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主管控制PLC的運行，使整個PLC按部就班地工作；第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將PLC的編程語言變?yōu)闄C器語言指令，再由CPU執(zhí)行這些指令；

16、第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)凋用，它包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運算等子程序。PLC的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少決定了PLC性能的強弱。內(nèi)部工作狀態(tài)區(qū)是為CPU提供的臨時存儲區(qū)，用于存放相對少量的供內(nèi)部計算用的數(shù)據(jù)。一般將快速訪問的數(shù)據(jù)不放在主存中，而放在這一區(qū)域里，以節(jié)省訪問時間。用戶存儲區(qū) 用戶存儲區(qū)包括用戶程序存儲區(qū)(程序區(qū))和用戶功能存儲器(數(shù)據(jù)區(qū))兩部分：用戶程序存儲區(qū)用來存放用戶用規(guī)定的PLC編程語言編寫輸入的指令、控制程序，其內(nèi)容町以由用戶任意修改或增刪。用戶程序存儲器根據(jù)所選用的存儲器單元類型的不同，可以是RAM(有掉

17、電保護)、EPROM或EZPROM存儲器。用戶數(shù)據(jù)存儲器存儲區(qū)用來存放與控制用戶程序中使用的相關(guān)數(shù)據(jù)，它構(gòu)成PLC的各種內(nèi)部器件，也稱“軟元件”。 在PLC中使用的兩種類型存儲器：一種是只讀類型的存儲器，如ROM、PROM、EPROM和E2PROM等；另一種是町讀寫的隨機存儲器RAM。輸入、輸出接口輸入、輸出接口是PLC與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸電、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速、發(fā)電機和各種變換器等傳來的模擬信量輸入信號。輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如繼電器、電

18、磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。輸入、輸出接口有數(shù)字量輸入、輸出和模擬量輸入、輸出兩種形式。數(shù)字量輸入、輸出接口的作用是將外部控制現(xiàn)場的數(shù)字信號，與PLC內(nèi)部信號的電平相互轉(zhuǎn)換；而模擬量輸入、輸出接口作用是將外部控制現(xiàn)場的模擬信號與PLC內(nèi)部的數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換。輸入、輸出接口一般都具有光電隔離和濾波，其作用是把PLC與外部電路隔離開，以提高PLC的抗干擾能力。通常PLC的開關(guān)量輸入接口按使用的電源不同有三種類型：直流1224V輸入接口，交流100120V或200240V輸入接口與交流（AC/DC）1224V輸入接口。輸入開關(guān)可以是無源觸點或傳感器的繼電器的集電極開路的晶體管。PLC開關(guān)量輸入

19、接口按輸入開關(guān)器件種類不同常有三種形式：第一種是繼電器輸出型，CPU輸入時接通或斷開繼電器的線圈，使繼電器觸電閉合或斷開，再去控制外部電路的通斷，第二種是晶體管輸出型，通過光耦合使開關(guān)晶體管截止或飽和導(dǎo)通以控制外部電路；第三種是雙向晶閘管輸出型，采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管，按照負載使用電源不同，分為直流輸出接口、交流輸出接口和交直流輸出接口。3.1.3 可編程序控制器的軟件組成1.系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序重要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序，他控制PLC的運行，使整個PLC按部就班地工作。第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令程序，將PLC的變成語言變?yōu)闄C器語言指令，再有CPU執(zhí)行這些指令。第三部

20、分為標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序，包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序。2.用戶程序用戶程序即應(yīng)用程序，是可編程序控制器的使用者針對具體控制對象編制的應(yīng)用程序。根據(jù)不同控制要求編寫不同的程序，相當于改變可編程序控制器的用途，也就相當于繼電接觸器控制設(shè)備的硬件接線線路進行重設(shè)計和重接線，這就是所謂的“可編程序”。程序既可由編程器方便的送入PLC內(nèi)部儲存器，也能通過他方便地讀出、檢查與修改。3.2 利用可編程序控制器控制 可編程邏輯控制器(PLC)是20世紀60年代末期在硬接線邏輯控制技術(shù)和計算機技術(shù)基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。其具有功能強、可靠性高、配置靈活、編程簡單及體積小、結(jié)

21、構(gòu)緊湊、安裝維修方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域。PLC是一種數(shù)字式運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC的主要特點是可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、設(shè)計、安裝容易，維護工作量少、功能完善、功用性強、體積小、能耗低和性價比高。PLC的工作原理是循環(huán)掃描的工作原理，也就是從自診斷與編程器通信讀入現(xiàn)場信號解用戶程序輸出結(jié)果

22、自診斷的周而復(fù)始地重復(fù)。PLC采用的是典型的計算機結(jié)構(gòu)，它主要包括：中央處理單元CPU；存儲器；輸入/輸出存儲器；輸入、輸出接口；電源；總線系統(tǒng)。中央處理單元（CPU）的主要任務(wù)：從存儲器中讀取指令；執(zhí)行指令；取下一條指令；處理中斷；自診斷。 輸入/輸出接口（I/O）的主要任務(wù)：獲取現(xiàn)場信號；對信號進行處理；轉(zhuǎn)換電信號；隔離CPU電信號。存儲器主要類型有：系統(tǒng)存儲器ROM；用戶存儲器RAM、EPROM、EEPROM。3.3 利用單片機控制 單片機誕生于20世紀70年代末，單片機是把構(gòu)成一臺微型計算機所必須的功能部件集成到一個芯片內(nèi)，它由CPU、片內(nèi)儲存器、寄存器、I/O接口、定時/計數(shù)器、串行

23、口和一套完善的中斷管理和處理系統(tǒng)。目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。不同的是它的部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，

24、作為控制部分的核心部件。單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。 將傳感器的檢測輸入到單片機，在運用內(nèi)部計算，程序控制輸

25、出使電機運轉(zhuǎn)，讓畫面移動。在本設(shè)計中利用單片機控制構(gòu)成框圖如3-1所示： 圖3-1 單片機控制框圖3.4 綜合比較論證選擇控制系統(tǒng)綜上兩種所述，本設(shè)計的控制系統(tǒng)需要在露天環(huán)境下工作，要求抗干擾強，編程簡單，成本低廉，安裝容易，工作穩(wěn)定和維護工作量少等要求，利用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)比較符合本設(shè)計的要求。而單片機的I/O控制不容易，難以實現(xiàn)，內(nèi)部程序指令也比較復(fù)雜不太符合本設(shè)計的要求；因此，本設(shè)計選用PLC控制系統(tǒng)對廣告機進行電氣部分控制。 4 可變畫面廣告機控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 可編程序控制器和傳感器選擇4.1.1 可編程序控制器選擇可編程序控制器是以中央處理器為核心的數(shù)字式電子、電氣自動控制裝置，

26、其實質(zhì)是一種工業(yè)控制專用計算機。目前可編程序控制器的品種很多，各種不同型號的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也各不相同。但其基本組成原理卻基本相同。 PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機，PLC與計算機的組成十分相似。只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口，以及更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器(CPU)、存儲器、輸入輸出(IO)接口、電源等組成，可編程序控制器的基本組成如圖4-1所示：圖4-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖1.輸入部分: 如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)等，直接與PLC輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入控制信號，這些信號一般來自操作臺上的人工指令。PLC以重復(fù)掃描方式執(zhí)行用戶處理程序

27、，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)(輸入信號)讀入輸入映象寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶處理程序.在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。 2.程序控制:在程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他內(nèi)部寄存器中讀出并參與計算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)輸出映象寄存器中。 3.輸出部分:當全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成PLC的實際輸出并由輸出端子送出。SIMATIC S7-200系列可編程序控制器是德國西門子（Sie

28、mens)公司生產(chǎn)的具有高性能價格比的微型可編程序控制器。由于它具有機構(gòu)小巧，運行速度高，價格低廉及多功能多用途等特點。SIMATIC系列PLC有S7-400、S7-300和S7-200三種子系列，分別為S7系列的大、中、?。ㄎⅲ┬蚉LC系統(tǒng)。綜上所述：由于控制系統(tǒng)在露天工作，工作空間狹小，工作需要穩(wěn)定，節(jié)能等因素的考慮，所以選擇S7-200系列PLC作為控制器，S7-200屬于微小型PLC，符合本設(shè)計的要求。4.1.2 傳感器選擇本設(shè)計采用位置檢測的霍爾傳感器，價格在50-120之間不算太昂貴，霍爾開關(guān)具有無觸點、低功耗、長使用壽命、相應(yīng)頻率高等特點，1.霍爾效應(yīng)如圖4-2所示，當半導(dǎo)體薄片

29、置于磁場強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片。當有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電動勢為霍爾電勢，上述半導(dǎo)體稱為霍爾原件。霍爾傳感器的工作原理就是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)。圖4-2 霍爾效應(yīng)原理簡述：激勵電流I從a、b端輸入，磁場B由正上方作用于薄片，這時電子e的運動方向與電流方向相反，將受到洛侖茲里FL的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，該側(cè)形電子的堆積，從而在薄片的c、d方向產(chǎn)生電場。電子積累的越多，F(xiàn)L也越大，半導(dǎo)體薄片c、d方向的斷面之間建立的電動勢EH就是霍爾電動勢。其表達式為EH=KIB/d其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁

30、場的磁感應(yīng)強度，d是薄片的厚度。 由此可知，流入激勵電流端的電流I越大、作用在薄片上的磁場強度B越強，霍爾電動勢越高。磁場方向相反，霍爾電動勢的方向隨之改變。 2.霍爾元件 根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 3.霍爾傳感器由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路及穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器。 4.霍爾傳感器的分類 霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。 線性型霍爾傳

31、感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。全是書上的客觀內(nèi)容，請適量節(jié)選點，或者中間穿插中間的主觀設(shè)計，這樣體現(xiàn)不出個人的工作量，不是設(shè)計而成了抄書。 本設(shè)計選用的霍爾傳感器主要參數(shù)是 1.尺寸：32mmX11mmX20mm 2.芯片：LM393、霍爾開關(guān)31443.電壓：直流4-6V特點：具有信號輸出指示單路信號輸出輸出有效信號為低電平有磁場切割就有信號輸出可用于電機測速/位置檢測等場合4.2 可變畫面廣告機畫面設(shè)計可變畫面廣告機的燈箱內(nèi)，上下分別設(shè)有兩個轉(zhuǎn)動軸，由軸承支撐轉(zhuǎn)動，電動機通過

32、帶輪帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，畫卷繞在其轉(zhuǎn)動軸上面，畫卷有三幅。每幅畫面設(shè)有傳感器的感應(yīng)點。在其中由于可變畫面廣告機工作是要求畫面能夠移動并且定位，所以需要檢測裝置來對其畫面定位。可變畫面廣告機的定位裝置選擇接近開關(guān)，那么對其畫面的定位就有了詳細的要求，廣告機畫面示意如圖4-3所示：123接近開關(guān)1接近開關(guān)2接近開關(guān)3燈箱感應(yīng)點4感應(yīng)點3感應(yīng)點2感應(yīng)點1圖4-3 可變畫面廣告機畫面示意圖首先對畫面進行設(shè)計，本設(shè)計有3幅畫面，燈箱為大方框，在圖中方框內(nèi)為廣告機顯示出的一幅畫面，出于畫面定位設(shè)計，用于畫面精確定位的感應(yīng)點，分別位于三幅畫面的中，分別為感應(yīng)點1、感應(yīng)點2、感應(yīng)點3、感應(yīng)點4，第一幅畫面的右上角

33、設(shè)計有一個感應(yīng)點1，是用于當霍爾接近開關(guān)2檢測到信號，使電機反轉(zhuǎn)的感應(yīng)點，第三幅畫面的右下角也設(shè)有一個感應(yīng)點4，用于當霍爾接近開關(guān)3檢測到信號使電機反轉(zhuǎn)的感應(yīng)點，感應(yīng)點2、感應(yīng)點3分別用于第二幅畫面來回定位這是我對于畫面感應(yīng)點的設(shè)計。然后，傳感器的布置如上圖所示，霍爾接近開關(guān)1用于畫面的定位，霍爾接近開關(guān)2和霍爾接近開關(guān)3用于電機的正/反轉(zhuǎn)的檢測。4.3 控制系統(tǒng)考慮的問題 設(shè)計控制程序時，應(yīng)考慮下面的問題： 1.手動和自動兩種工作狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換。由手動切換到自動，由自動切換到手動。 2.由于運行的慣性，畫布停止時其上面的感應(yīng)點有可能沖過檢測點的感應(yīng)區(qū)，也就是說畫布停止時，檢測點的信號并非一

34、直接通的。 3.頭幀畫面、尾幀畫面的停止時間和中間幀畫面停止時間相同，這樣做是為了保證每一幀畫面總的停留時間是相同的。 4.為了防止自動運行時畫布從卷軸上被拽出來，程序設(shè)置了保護功能。在自動狀態(tài)下，出現(xiàn)情況時，電機應(yīng)停止運行，給出報警信號。4.4 控制要求 1.按下啟動按鈕，電動機延時50秒啟動。2.啟動電動機帶動畫面轉(zhuǎn)動，當燈箱中間的接近開關(guān)1，檢測到第二幅畫面已到指定位置的時候，畫面停止移動。3.畫面到達指定位置時，在其指定位置停留50秒，然后啟動。4.當畫面轉(zhuǎn)動到第3幅的時候，接近開關(guān)3檢測到信號，畫面停止移動當?shù)谝环嬅娴竭_指定位置的時候，在其指定位置停留50秒接近開關(guān)2檢測到信號，畫

35、面停止移動，在其指定位置停留50秒，并然后重復(fù)上述過程。5.廣告機畫面可以手動控制向上/下運行。 6.為了防止自動運行時畫布從卷軸上被拽出來，程序設(shè)置了保護功能。在自動狀態(tài)下，電機應(yīng)停止運行，給出報警信號。 7.任何時候停電或按下總停按鈕，電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動。4.5 I/O點數(shù)計算 手動選擇開關(guān)，需要1個輸入端； 手動方式工作時，控制畫卷上/下行各需要1個輸入端，共計2個輸入端； 3個霍爾傳感器，需要3個輸入端；電機正轉(zhuǎn)，需要1個輸出端； 電機反轉(zhuǎn)，需要1個輸出端； 故障報警，需要1個輸出端。上面是主要功能的輸入輸出部分，在實際當中，還應(yīng)該考慮自動手動狀態(tài)下分別輸出要有指示燈，而且在排

36、除故障的時候還要有消除按鈕用作輸入；再考慮到以后可能會對系統(tǒng)進行調(diào)整與擴充，所以一般情況下需要留出10%15%的備用點；此外該設(shè)計需要大量的計數(shù)器定時器還有保持繼電器，故需要占用不小的存儲空間。I/O點數(shù)=輸入、輸出點數(shù)之和*（10%15%備用點數(shù)）=10*15%=124.6 I/O地址分配表表5-1 I/O地址分配表輸入部分輸出部分序號功能符號地址序號功能符號地址1啟動SB1I0.01電機正傳KM1Q0.02手動上行SB2I012電機反轉(zhuǎn)KM2Q0.13手動下行SB3I0.23報警指示KLQ0.24上檢測點SQ1I0.35下檢測點SQ2I.046中間檢測點（正）SQ3I0.57中間檢測點（反

37、）SQ3I0.78急停SB4I0.64.7 接線圖系統(tǒng)輸入輸出圖如4.4所示:圖4-4 系統(tǒng)輸入輸出圖5 控制程序設(shè)計5.1 手動、自動兩種工作狀態(tài) 手動和自動兩種工作狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換。當I0.1/I0.2接通時，手動工作方式；當I0.1/I0.2斷開時，為自動工作方式。手動狀態(tài)下用于畫布初始安裝及運行過程中的維護，也可使用上行按鈕/下行按鈕強制畫面上行或下行。 5.2 故障報警功能 為了使系統(tǒng)正常工作，程序設(shè)置了保護功能。在自動狀態(tài)下，當出現(xiàn)情況時，系統(tǒng)工作不正常，電動機應(yīng)停止運行，給出報警信號。 5.3 手動運行時畫卷的控制 手動運行方式相對自動運行方式要簡單。主要用在系統(tǒng)出現(xiàn)故障進行維修

38、以及更換畫布廣告的時候。手動狀態(tài)下，各種記憶標志清零，由上行按鍵I0.1和下行按鍵I0.2分別控制畫布上行和下行，傳感器檢測到的信號作為電動機停止信號，防止畫布從滾軸上被拽出來。 5.4 自動運行時畫卷的控制 當啟動電機時，電動機通過帶輪帶動軸轉(zhuǎn)動，從而使畫面向下，當?shù)诙嬅嬷虚g的感應(yīng)點轉(zhuǎn)動到靠近接近開關(guān)1的時候，接近開關(guān)1檢測到信號，電機電路中常閉斷開，畫面停止移動，電動機延時50秒啟動，當?shù)谌嬅娴竭_指定位置的時候，接近開關(guān)3檢測到信號，電機延時50秒反向啟動，當?shù)诙嬅娴竭_指定位置的時候，接近開關(guān)1檢測到感應(yīng)點3信號，畫面停止50秒，當?shù)谝环嬅婊氐街付ㄎ恢玫臅r候，接近開關(guān)3檢測到

39、信號，電機延時50秒正向轉(zhuǎn)動，如此循環(huán)。 設(shè)計思想： 本設(shè)計選擇傳感器檢測信號作為電動機運行的開關(guān)信號，傳感器檢測到信號使電動機正/反轉(zhuǎn)，從而帶動畫布上/下行，運行時間到時后，電動機停止一段時間，傳感器檢測到信號使電動機重新啟動，此處為本設(shè)計中最大難點，如果畫布沖出檢測區(qū)或者未到達檢測區(qū)，傳感器將因為不能檢測到信號而使電動機停機，因此必須精心配置傳感器，使其能夠精確地檢測到信號。 此外，在本設(shè)計中，當畫布運行到第一副畫面或第三副畫面時，運行方向要改為相反，如果此時我們不采取任何措施，傳感器將再次檢測到剛剛通過的檢測點，畫布始終第一副畫面或第三副畫面，無法繼續(xù)正常運行。因此，我們必須在此處添加屏

40、蔽程序，屏蔽掉第二次檢測到的信號，讓畫布能夠沖出該檢測點，達到畫布正常運行的目的。5.5程序設(shè)計梯形圖整個設(shè)計的梯形圖如圖5-1所示:圖5-1 廣告機程序梯形圖6 調(diào)試S7-200所寫程序，調(diào)試訪真圖如下：按下啟動按鈕電機延時50秒正轉(zhuǎn) 圖6-1 電機延時啟動圖50秒后電機啟動帶動畫面正向移動 圖6-2 電機正轉(zhuǎn)圖第二幅畫面到達指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動圖6-3 電機停止圖50秒后畫面繼續(xù)移動（正向)圖6-4 電機正轉(zhuǎn)圖第三幅畫面到達指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動圖6-5 電機停止圖 50秒后電動機反轉(zhuǎn)，帶動畫面反向移動圖6-6 電機反轉(zhuǎn)圖第二幅畫面回到指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停

41、止移動圖6-7 電機停止圖50秒后畫面繼續(xù)移動（反向）圖6-8 電機反轉(zhuǎn)圖第一幅畫面回到指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動圖6-9 電機停止圖50秒后，電動機正轉(zhuǎn)帶動畫面正向移動，如此循環(huán)圖6-10 電機正轉(zhuǎn)圖急停圖6-11 電機急停圖手動上行圖6-12 手動上行圖手動下行圖6-13 手動上行圖1. 本程序運用V3.1 STEP 7 MicroWIN編寫程序并保存，點擊FileExport保存為 Txt File(*.awl)格式文件。2. 用S7_200 軟件打開Txt File(*.awl)格式文件，密碼為6596點擊ProgramaCargar Programa選擇Bloque logi

42、c和Importar de里面的Microwin V3選項。3. 最后點擊開始進行仿真，本程序通過仿真軟件能實現(xiàn)手動/自動運行、故障報警等功能。結(jié)論 畢業(yè)論文是學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的給可變畫面廣告機設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計在內(nèi)容上設(shè)計的環(huán)節(jié)不是很多，但是過程繁瑣我的收獲卻很多。控制系統(tǒng)的設(shè)計，我是隨著設(shè)計的不斷深入，不斷的改進設(shè)計方案而熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我對設(shè)計有了新的認識也對自己提出了新的要求，舉個簡單的例