plc課程設(shè)計報告.doc

1、jingchu university of technology 電氣控制與plc控制技術(shù)課程設(shè)計霓虹燈廣告屏裝置plc控制專業(yè)：電氣自動化3班姓名：張榮榮學(xué)號：2010301020309指導(dǎo)教師：劉冬梅成績： 23霓虹燈廣告屏裝置plc控制摘 要隨著改革的不斷深入,社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展,大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。企業(yè)為展現(xiàn)自己的形象和產(chǎn)品,一般都會采用通過霓虹燈廣告屏來這種廣告手法，所以當(dāng)我們夜晚走在大街上,馬路兩旁各色各樣的霓虹燈廣告隨處可見。這就涉及到如何去控制霓虹燈的亮滅、閃爍時間及流動方向等諸多控制問題，如何去快捷、可靠、簡單的去控制，成為人們考慮的重點，在這我認(rèn)為pl

2、c最適合去解決這些問題，因為plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。并且plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的方面具有比較突出的優(yōu)勢，在現(xiàn)實中人們也是多通過plc去控制霓虹燈的。當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,隨著中國與世界各國間的商品流通日益頻繁,現(xiàn)代商業(yè)企業(yè)競爭的特點更趨于明確化、直接化、激烈化,廣告在各領(lǐng)域中扮演著越來越舉足輕重的角色。各領(lǐng)域為達(dá)到宣傳效果,均采用廣告手法之一霓虹燈廣告屏來實現(xiàn)這一目的。plc是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機(jī),這些霓虹燈的亮滅、閃爍時間及流動方向等均可以通過plc來達(dá)到控制的要求關(guān)鍵詞：plc； 霓虹燈； 三菱仿真

3、器目 錄摘 要i第一章 緒論11.1電氣控制技術(shù)概述11.2可編程控制器簡介21.3可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理31.3.1 plc的基本結(jié)構(gòu)31.3.2 plc的工作原理41.3.3 plc執(zhí)行程序的過程及特點51.4 plc的發(fā)展前景7第二章 霓虹燈廣告屏裝置的控制要求72.1控制要求72.2霓虹燈廣告屏示意圖8第三章 霓虹燈廣告屏裝置的硬件設(shè)計83.1 plc的選型83.1.1 plc選型原則83.1.2 plc的技術(shù)參數(shù)93.2輸入輸出 i/o口分配統(tǒng)計103.3 i/o接線圖11第四章 霓虹燈廣告屏的控制程序設(shè)計124.1 plc程序設(shè)計方法簡介124.2霓虹燈廣告屏的系統(tǒng)梯形圖

4、設(shè)計12第五章 程序調(diào)試方式及過程說明175.1 調(diào)試及仿真175.1.1仿真軟件介紹175.2仿真過程及結(jié)果185.3實用操作面板21第六章 總結(jié)和展望21參考文獻(xiàn)22ii第一章 緒論1.1電氣控制技術(shù)概述電氣控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究以及其他各個領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)成為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的重要技術(shù)手段之一。盡管電氣控制設(shè)備種類繁多、功能各異，但其控制原理、基本線路、設(shè)計基礎(chǔ)都是類似的。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)中都要用到各類生產(chǎn)機(jī)械，這些機(jī)械的電力拖動及設(shè)備主要使用電動機(jī)作為動力，例如各種生產(chǎn)流水線等。中國生產(chǎn)的電能約60用于電動機(jī)，其中的70以上又用于一般用途的交流異步和同步電動

5、機(jī)。因此，掌握電氣控制技術(shù)的應(yīng)用很重要。電氣控制就是通過電氣自動控制方式來控制生產(chǎn)過程。電氣控制線路是把各種有觸點的接觸器、繼電器以及按鈕、行程開關(guān)等電氣元件，用導(dǎo)線按一定方式連接起來的控制線路。電氣控制線路能夠?qū)崿F(xiàn)對電動機(jī)及其他執(zhí)行電器的啟停、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動等運(yùn)行方式的控制，所以，電氣控制通常被我們稱為繼電接觸器控制，這種控制方式比較傳統(tǒng)。由于繼電接觸器控制線路圖簡單，裝置簡單容易，價格便宜，抗干擾能力強(qiáng)，它可以很方便地實現(xiàn)簡單和復(fù)雜的、集中和遠(yuǎn)距離的生產(chǎn)過程的自動控制。但是繼電接觸器控制線路采用固定接線形式，其通用性和靈活性差，一旦做成不易改變，另外不能實現(xiàn)系列化生產(chǎn)。由于采用有觸電的

6、開關(guān)電器，觸點易發(fā)生故障，盡管如此，電氣控制線路仍然應(yīng)用廣泛。雖然不同的生產(chǎn)工藝要求不同的電氣控制線路，但是大多數(shù)都是由一些典型控制環(huán)節(jié)組成的。因此，掌握基本環(huán)節(jié)的典型控制系統(tǒng)，結(jié)合具體的控制要求按照由淺入深、循序漸進(jìn)的步驟，電氣控制線路的閱讀及設(shè)計能大致掌握。電氣控制線路有兩種設(shè)計方法：一種是經(jīng)驗設(shè)計法；另一種是邏輯代數(shù)設(shè)計法。兩種設(shè)計方法各有利弊，使用時需要根據(jù)生產(chǎn)工藝及一些特殊要求選擇最佳的電氣控制線路。電氣控制線路的各種圖形及文字符號必須按國際標(biāo)準(zhǔn)繪制，典型環(huán)節(jié)需要牢固掌握，以便設(shè)計出最省電器設(shè)備元件且控制性能最佳的電氣控制線路。目前，電氣控制技術(shù)將與其他高新技術(shù)相結(jié)合，以便更好地控制

7、生產(chǎn)線。1.2 可編程控制器簡介 可程序邏輯控制器（plc，programmable logic controller），乃是一種固態(tài)電子裝置，主要利用輸入輸出裝置的回授信號及儲存程序，控制機(jī)械或程序的操作。在工廠自動化（fa）系統(tǒng)中，plc因為具備價格便宜、系統(tǒng)穩(wěn)定及環(huán)境適應(yīng)性佳的特點，故一直為自動化業(yè)界所采用。近幾年來，各plc制造廠家無不致力于新機(jī)種的研發(fā)，所以在cpu 處理速度、擴(kuò)展模塊及通訊的功能上，相較于早期plc控制器，已有長足的進(jìn)展。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能

8、是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable controller(pc)。 個人計算機(jī)(簡稱pc)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller(plc)。 為了避免與個人計算機(jī)（ personal computer ）pc 這一簡寫名稱術(shù)語混亂，仍沿用早期的plc 表示可編程控制器，但plc 并不意味著只具有

9、邏輯運(yùn)算的功能。國際電工委員會在1987年頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對plc做了定義：“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用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(yùn)算、順序運(yùn)算、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外部設(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(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！蔽覀冞@一次所設(shè)計的霓虹燈顯示屏的plc控制設(shè)計采用了日本著名的三菱公司生產(chǎn)的fx2n-48mr作為核心的控制器件，充分發(fā)揮了plc的優(yōu)越性能，充分考慮到了霓虹燈廣告顯示屏在實際應(yīng)用各種功能

10、的實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，用最簡單的 plc指令，能夠?qū)崿F(xiàn)課程設(shè)計所要求的所有控制要求。且本系統(tǒng)所涉及的定時器與中間繼電器軟組件完美組合，完全符合plc控制系統(tǒng)設(shè)計的一般設(shè)計方法，能激發(fā)我們的學(xué)習(xí)興趣。1.3可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.3.1 plc的基本結(jié)構(gòu) plc種類繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用可編過程控制器實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。plc專為工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由cpu、電源、存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。plc的結(jié)構(gòu)框圖如圖1.1所示。1.3.2 plc的工作原理plc有

11、兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（run）狀態(tài)與停止（stop）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，plc通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使plc的輸出及時響應(yīng)隨時變化的輸入信號，用戶程序不是執(zhí)行了一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至plc停機(jī)或切換到stop工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)中，plc還要完成內(nèi)部處理，通訊處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段。圖1-2 plc的掃描過程在內(nèi)部處理階段，進(jìn)行plc自檢，檢查內(nèi)部硬件是否正常，對監(jiān)視定時器（wdt）復(fù)位以及完成其它一些內(nèi)部處理工作。在通信服務(wù)階段，plc與其它智能裝置實現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。當(dāng)plc處

12、于停止（stop）狀態(tài)時，只完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)plc處于運(yùn)行（run）狀態(tài)時，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新工作。plc的掃描工作方式簡單直觀，便于程序的設(shè)計，并為可靠運(yùn)行提供了保障。當(dāng)plc 掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用，而且還可通過cpu內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定時間，避免由于cpu內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。1.3.3 plc執(zhí)行程序的過程及特點1. 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷

13、新。接著進(jìn)入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 2. 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，plc對程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時，plc從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。 圖1-3 plc執(zhí)行程序過程示意圖3. 輸出刷

14、新階段 當(dāng)所有程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里，plc將輸出映像寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負(fù)載。 因此，plc在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng)plc進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。 在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進(jìn)行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄

15、存器中。這種方式稱為集中輸出。 對于小型plc，其i/o點數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使plc工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 而對于大中型plc，其i/o點數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能i/o接口等多種方式。 從上述分析可知，當(dāng)plc的輸入端輸入信號發(fā)生變化到plc輸出端對該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為plc輸入輸出響應(yīng)滯后。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全

16、允許的。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于plc掃描工作方式造成，更主要是plc輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設(shè)計有關(guān)。滯后時間是設(shè)計plc應(yīng)用系統(tǒng)時應(yīng)注意把握的一個參數(shù)。1.4 plc的發(fā)展前景plc中國市場預(yù)期以124的年復(fù)合增長率（cagr）增長，市場份額預(yù)計從2006年的接近7.5億美元增長到2012年的14億美元。一些新興行業(yè)的運(yùn)用以及新能源產(chǎn)生、儲存和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，無疑給plc帶來了巨大的機(jī)遇，特別是在oem、樓宇自控等低迷的行業(yè)中，將會有很大的起色。 第二章 霓虹燈廣告屏裝置的控制要求2.1 控制要求 （1）該

17、廣告屏中間8根燈管亮滅的時序為：第1根亮2亮3亮第8根亮，時間間隔為1s，全亮后，顯示10s，再反過來從871按1s間隔順序熄滅，全滅后停亮2s；再從第8根開始亮，順序點亮761，時間間隔1s，顯示5s，再從128按1s間隔順序熄滅，全滅后停亮2s，然后重復(fù)運(yùn)行，周而復(fù)始。（2）24只流水燈，4個一組分成6組，從按1s時間間隔依次向前移動，且點亮?xí)r每相隔1燈為亮，即從“、”亮“、”亮，同時“、”滅“ 、 ”亮，同時“、”滅，如此移動一段時間（如30s）后，再反過來移動一段時間：“ 、 ”亮 “ 、 ”亮，同時“ 、 ”滅，如此循環(huán)往復(fù)。（3）系統(tǒng)有單步/連續(xù)控制，有起動和停止按鈕。（4）起動時

18、，燈管和流水燈同時起動，關(guān)閉時，可同時也可分別關(guān)閉。2.2霓虹燈廣告屏示意圖 該廣告屏共有8根燈管，24只流水燈，每4只燈為一組，如下圖所示： 第三章 霓虹燈廣告屏裝置的硬件設(shè)計3.1 plc的選型3.1.1 plc選型原則 根據(jù)設(shè)計要求可知，plc點數(shù)的選擇，不管是輸入點數(shù)還是輸出點數(shù)都要留有一定的余量，根據(jù)i/o口分配情況可知：輸入信號有6個，輸出信號有20個，根據(jù)i/o點數(shù)可選擇可編程控制器，以滿足控制要求，而且輸入輸出都留有一定的余量。作為主要控制元件：20世紀(jì)90年代，三菱公司在fx系列plc的基礎(chǔ)上推出了系列產(chǎn)品，該機(jī)型在運(yùn)算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進(jìn)步，是一種小型化

19、、高速度、高性能、各方面都相當(dāng)于fx系列中最高檔次的超小型的plc；平均無故障時間可高達(dá)30萬小時，具有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。plc發(fā)展到今天，已經(jīng)具有配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)的優(yōu)點，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。3.1.2 plc的技術(shù)參數(shù)plc的技術(shù)參數(shù)主要包括一般技術(shù)參數(shù)和性能技術(shù)參數(shù)。一般技術(shù)參數(shù)主要是指plc產(chǎn)品的工作條件與一般工作環(huán)境的適應(yīng)程度。plc是專為工業(yè)控制設(shè)計的，充分考慮了工業(yè)環(huán)境種種惡劣因數(shù)。其技術(shù)指標(biāo)如表2-1所示。表3-1 plc的一般技術(shù)參數(shù)環(huán)境溫度055環(huán)境濕度35%89%rh（不結(jié)露）抗振jis c0911標(biāo)準(zhǔn) 1055h

20、z 0.5mm（最大2g）3軸方向抗沖擊jis c0912標(biāo)準(zhǔn)10g 3軸方向各3次抗噪聲干擾用噪聲仿真器產(chǎn)生電壓為1000vp-p, 噪聲脈沖寬度為1s,頻率為30100hz噪聲。耐壓ac 1500v 1min絕緣電阻5m以上，dc 500v接地第三種接地，不能接地時，亦可浮空3.2輸入輸出 i/o口分配統(tǒng)計根據(jù)課題要求，初步設(shè)計i/o點為輸入有6個，輸出有23個，詳細(xì)的統(tǒng)計如下表2-2所示輸入信號i/o分配表元件啟動按鈕sb1復(fù)位按鈕sb2燈管復(fù)位按鈕sb3流水燈復(fù)位按鈕sb4單步控制x4連續(xù)控制x5對應(yīng)端口x0x1x2x3x4x5燈管輸出信號i/o分配表元件燈管1燈管2燈管3燈管4燈管5

21、燈管6燈管7燈管8對應(yīng)端口y0y1 y2y3y4y5y6y7流水燈輸出信號i/o分配表元件流水燈1、3流水燈5、7流水燈9、11流水燈13、15流水燈17、19流水燈21、23流水燈24、22流水燈20、18對應(yīng)端口y10y11y12y13y14y15y16y17元件流水燈16、14流水燈12、10流水燈8、6流水燈4、2對應(yīng)端口y20y21y22y23 表3-2 霓虹燈廣告屏i/o分配3.3 i/o接線圖第四章 霓虹燈廣告屏的控制程序設(shè)計4.1 plc程序設(shè)計方法簡介可編程控制器是將繼電器控制的概念和設(shè)計思想與計算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)相結(jié)合而形成的專門從事邏輯控制的微機(jī)系統(tǒng)。在plc控制系統(tǒng)應(yīng)

22、用中，梯形圖的往往是最主要的問題。梯形圖不但沿用和發(fā)展了電氣控制技術(shù)，而且其功能和控制指令已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電氣控制范疇。它不僅可實現(xiàn)邏輯運(yùn)算，還具有算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，是具有工業(yè)控制指令的微機(jī)系統(tǒng)。常用梯形圖程序的設(shè)計方法有邏輯代數(shù)法、經(jīng)驗法、翻譯法、啟-保-停法、時序圖法。由于這是一個時序控制性質(zhì)型的實例，在此我采用的是時序圖法。4.2霓虹燈廣告屏的系統(tǒng)梯形圖設(shè)計按照前面所分配的plc外部i/o接線圖以及與硬件端子對應(yīng)圖，加上必要的連鎖環(huán)節(jié)設(shè)計如4-1所示的梯形圖程序。 第五章 程序調(diào)試方式及過程說明5.1 調(diào)試及仿真5.1.1仿真軟件介紹三菱模擬軟件fx-trn-beg-c是針對三菱fx系列plc系列設(shè)計的一套模擬仿真軟件，可以幫助初學(xué)者掌握和理解fx的指令系統(tǒng)，因此要求初學(xué)者必須熟悉三菱plc的指令格式和輸入方法。梯形圖程序所在的區(qū)域，必須使該區(qū)域處于激活狀態(tài)。運(yùn)用該軟件可以清楚地看到仿真的效果。5.2仿真過程及結(jié)果由于該設(shè)計的的輸出信號比較多，再加上外界設(shè)備和條件的限制，輸出不能一起仿真，因此根據(jù)要求我們利用三菱公司的系列產(chǎn)品進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如下所 單步控制 連續(xù)控制 燈管循環(huán)閃亮控制 流水燈循環(huán)閃亮控制霓虹燈循環(huán)閃亮 5.3 實用操作面板 表5-1 簡易霓虹燈