PLC課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、目錄一、摘要3二、概述42.1、PLC發(fā)展歷史2.2、PLC的前景及未來(lái)三、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求53.1、課程設(shè)計(jì)的目的3.2、課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求3.3、課程設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求四、PLC的選用及相關(guān)知識(shí)64.1、三菱PLC與西門子PLC的對(duì)比4.1、FX2N系列PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4.2、FX2N系列PLC工作原理4.3、FX2N系列PLC的功能與應(yīng)用五、PLC禮花燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)105.1、PLC禮花燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和硬元件的選擇5.2、PLC禮花燈控制系統(tǒng)IO分配表5.3、PLC禮花燈控制系統(tǒng)外部接線5.4、PLC禮花燈控制系統(tǒng)程序流程框圖5.5、PLC禮花燈控制系統(tǒng)梯

2、形圖5.6、PLC禮花燈控制系統(tǒng)軟件指令表5.7、PLC禮花燈控制系統(tǒng)仿真結(jié)果六、課程設(shè)計(jì)心得16一、摘要本課題是基于FX2N系列PLC為控制核心，通過(guò)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編程，并與少量的外部開關(guān)電路相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的一種禮花燈控制系統(tǒng)，是一種較為新穎的基于PLC的禮花燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在本次課程設(shè)計(jì)中，我們利用了定時(shí)器（T）實(shí)現(xiàn)對(duì)禮花燈上各個(gè)LED燈的通斷控制，讓LED燈能夠以特定的規(guī)律循環(huán)點(diǎn)亮。該控制系統(tǒng)具有硬件使用率少，外部操作電路簡(jiǎn)單及易操作等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：FX2N可編程控制器，LED燈控制器，操作簡(jiǎn)單方便，循環(huán)控制二、概述2.1、PLC發(fā)展歷史 起源：1968年美國(guó)通用汽車公司提出

3、取代繼電器控制裝置的要求。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器 PDP14 ，在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這是第一代可編程序控制器，稱Programmable，是世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC。 發(fā)展：20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體

4、積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編 程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為3040%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)

5、、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備 的配套更加容易。2.2、PLC的前景及未來(lái)展望未來(lái)，PLC 會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快，存儲(chǔ)容量更大，智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面，完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求； 從市場(chǎng)上看， 各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破， 會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程

6、語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看， 可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， 可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分， 將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。三、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求3.1、課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的目的本次課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生在學(xué)習(xí)完電氣控制與PLC這門課程的基礎(chǔ)上，在對(duì)電氣控制及PLC編程語(yǔ)言有一定基礎(chǔ)的前提下進(jìn)行的一個(gè)非常體現(xiàn)學(xué)生綜合能力的一個(gè)設(shè)計(jì)。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，可以使學(xué)生對(duì)

7、電氣控制及PLC這門課有更深刻的了解和認(rèn)識(shí)，同時(shí)在做課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中也鍛煉了學(xué)生將書本上的知識(shí)應(yīng)用到具體實(shí)踐上的能力，同時(shí)也培養(yǎng)了自主設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。3.2、課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)的內(nèi)容和要求合上啟動(dòng)按鈕后，燈光首先從L1 L9順序閃爍，然后分組點(diǎn)亮：先點(diǎn)亮L1、L3、L6、L8、L9，再點(diǎn)亮L2、L5、L7，最后點(diǎn)亮L4，點(diǎn)亮后順序熄滅。如此循環(huán),周而復(fù)始.3.3、課程設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求1、選用plc和相關(guān)元件完成相應(yīng)的功能。2、畫出詳細(xì)的硬件連接圖；3、給出程序設(shè)計(jì)思路、畫出軟件流程圖；4、給出所有程序梯形圖；5、完成實(shí)驗(yàn)仿真；6、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、調(diào)試報(bào)告及設(shè)計(jì)心得。四、FX2N系列P

8、LC相關(guān)知識(shí)4.1、三菱PLC與西門子PLC的對(duì)比首先它們的編程方式不同，三菱plc是日系品牌，編程直觀易懂，學(xué)習(xí)起來(lái)會(huì)比較輕松，而西門子plc是德國(guó)品牌，指令比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，三菱的指令豐富，有專用的定位指令，學(xué)習(xí)起來(lái)比較簡(jiǎn)單易懂，三菱的優(yōu)勢(shì)在于離散控制和運(yùn)動(dòng)控制，控制伺服和步進(jìn)容易實(shí)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制也是三菱的強(qiáng)項(xiàng)，而西門子在這塊就較弱，沒有專用的指令，控制精度不高。在價(jià)格方面，三菱PLC價(jià)格低廉，西門子PLC相對(duì)較為昂貴。基于上述兩種PLC的對(duì)比以及本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，我們選擇三菱FX2N系列PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)禮花燈系統(tǒng)的控制。4.2、 FX2N系列PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1

9、體積極小的微型三菱PLC三菱FX2N系列PLC的高度為90mm，深度為87mm，相當(dāng)于一張卡片大小，很適合于在機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用。內(nèi)置的24V DC電源可作輸入回路的電源和傳感器的電源。 2三菱PLC的先進(jìn)美觀的外部結(jié)構(gòu)，三菱公司的FX系列PLC吸收了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，它的基本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度和深度相同，寬度不同。它們之間用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體。 3三菱PLC提供多個(gè)子系列供用戶選用 三菱plc-FX1S，F(xiàn)X1N和FX2N的外觀、高度、深度差不多，但是性能和價(jià)格有很大的差別(見表2-1)。 三菱plc-FX1S的功能簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格便宜，可用于

10、小型開關(guān)量控制系統(tǒng)，最多30個(gè)I/O點(diǎn)，有通信功能，可用于一般的緊湊型三菱PLC不能應(yīng)用的地方；以三菱plc-FX1N最多可配置128個(gè)I/O點(diǎn)，可用于要求較高的中小型系統(tǒng)；三菱plc-FX2N的功能最強(qiáng)，可用于要求很高的系統(tǒng)。三菱plc-FX2NC的結(jié)構(gòu)緊湊，基本單元有16點(diǎn)、32點(diǎn)、64點(diǎn)和96點(diǎn)4種，可擴(kuò)展到256點(diǎn)，有很強(qiáng)的通信功能。這也是此次我們選用三菱FX2N系列PLC的原因之一4三菱PLC靈活多變的系統(tǒng)配置 三菱plc-FX系列的系統(tǒng)配置靈活，用戶除了可選不同的子系列外，還可以選用多種基本單 元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，組成不同I/O點(diǎn)和不，同功能的控制系統(tǒng)，各種配置都可以得到很高的

11、性能價(jià)格比。FX系列的硬件配置就像模塊式PLC那樣靈活，因?yàn)樗幕締卧捎谜w式結(jié)構(gòu)，又具有比模塊式三菱PLC更高的性能價(jià)格比。5三菱plc功能強(qiáng)，使用方便 三菱plc-FX系列的體積雖小，卻具有很強(qiáng)的功能。它內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，有輸入輸出刷新、中斷、輸入濾波時(shí)間調(diào)整、恒定掃描時(shí)間等功能，有高速計(jì)數(shù)器的專用比較指令。使用脈沖列輸出功能，可直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)。脈沖寬度調(diào)制功能可用于溫度控制或照明燈的調(diào)光控制。4.3 、FX2N系列PLC工作原理FX2N系列PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令

12、步 序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃 描，在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入，隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀

13、態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。 輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式（繼電器、晶體管或晶間管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。4.4、 FX2N系列PLC的功能與應(yīng)用 可編程控制器在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力、輕紡、電子信息產(chǎn)業(yè)等各行各業(yè)。目前典型的PLC功能有下面幾點(diǎn)。 順序控制：這是可編程控制器最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械，切紙機(jī)、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯控制等。 程控：在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，

14、如溫度、壓力、流量、液體、速度、電流和電壓等，稱為模擬量?？删幊炭刂破饔蠥/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，這樣，可編程控制器可以作模擬控制用于程控。 數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設(shè)有四則運(yùn)算指令，可以很方便地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的資料進(jìn)行處理。用PLC可以構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理、控制生產(chǎn)過(guò)程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械的位置控制。 通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺(tái)PLC連接起來(lái)使用或者由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC組成分布式控制系統(tǒng)。可編程控制器的通信模塊可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求。 顯示打?。嚎删幊炭刂破鬟€可以連接顯示終端和打印等外圍設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)顯示和打印的功

15、能。五、FX2N系列PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1、PLC禮花燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和硬元件的選擇應(yīng)本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求及三菱FX2N系列PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們選用2個(gè)輸入繼電器X(X0X1)、17個(gè)定時(shí)器T（T1T17）和9個(gè)輸出繼電器（Y0Y7與Y10）實(shí)現(xiàn)對(duì)9個(gè)LED燈的通斷控制和禮花燈循環(huán)顯示，其中X0作為總啟動(dòng)開關(guān)，X1作為總關(guān)斷開關(guān)；Y0Y7與Y10用來(lái)驅(qū)動(dòng)9個(gè)LED燈，T1T17作為9個(gè)LED燈的通斷控制開關(guān)。在控制程序的編程上，由于連續(xù)輸出線圈不能多于10個(gè)，基于本次我們使用的17個(gè)定時(shí)器，我們又選用了三個(gè)輔助繼電器（M2M4），分別接通6個(gè)、6個(gè)、5個(gè)定時(shí)器。5.2、PLC禮花燈

16、控制系統(tǒng)IO分配表啟動(dòng)按鈕停止按鈕L1L2L3L4L5L6L7L8L9X000X001Y000Y001Y002Y003Y004Y005Y006Y007Y0105.3、PLC禮花燈控制系統(tǒng)外部接線5.4、PLC禮花燈控制系統(tǒng)程序流程框圖T1T17定時(shí)器清零復(fù)位開始（打開X000）T1T17定時(shí)器開始定時(shí)T17定時(shí)是否結(jié)束T1T16接通狀態(tài)T1到T16輪流接通，對(duì)應(yīng)的led燈循環(huán)接通結(jié)束是否5.5、PLC禮花燈控制系統(tǒng)梯形圖5.6、PLC禮花燈控制系統(tǒng)軟件指令表5.7、PLC禮花燈控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 我們首先利用編程軟件自帶的仿真功能進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)我們打開X000時(shí)，定時(shí)器T1T17同

17、時(shí)開始定時(shí)，Y000Y007及Y010（即L1L9）先順序呈輸出狀態(tài)，當(dāng)定時(shí)器T10接通后，Y000Y007及Y010恢復(fù)無(wú)輸出狀態(tài)，定時(shí)器T11接通后，Y000、Y002、Y005、Y007、Y010（即L1、L3、L6、L8、L9）先輸出，Y001、Y004、Y006（即L2、L5、L7）在輸出,Y003（即L4）最后輸出，然后順序呈無(wú)輸出狀態(tài)。定時(shí)器T17接通后，新的循環(huán)開始，周而復(fù)始。打開X001時(shí)，所有軟元件失電，所有線路呈最初狀態(tài)。六、課程設(shè)計(jì)心得為期兩個(gè)星期的電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)臨近了尾聲，回首這兩個(gè)星期的努力和奮斗，我們獲得的不僅僅是成功的喜悅，更多的是更加扎實(shí)牢固的知識(shí)基

18、礎(chǔ)。因?yàn)椴⒉皇堑谝淮巫稣n程設(shè)計(jì)，所以我們駕輕就熟。最初，我們自由分組，找到自己的隊(duì)友后，拿到指導(dǎo)老師分配下來(lái)的課題，我們就開始了各自的課程設(shè)計(jì)。在我看來(lái)，課程設(shè)計(jì)，重心在后，關(guān)鍵在于如何設(shè)計(jì)。在我和隊(duì)友楊超，接到本次課程設(shè)計(jì)的課題后，我們首先考慮到的是本次課程設(shè)計(jì)用到哪些知識(shí)，硬件和軟件方面各有怎樣的要求。謀劃出大的方向，我們的課程設(shè)計(jì)才能夠按部就班，有條不紊的完成。根據(jù)本次的課程設(shè)計(jì)核心，再結(jié)合本次的課程設(shè)計(jì)的課題。我們初步計(jì)劃準(zhǔn)備本次課程設(shè)計(jì)所需的編程軟件GX Develop并且復(fù)習(xí)有關(guān)plc的基本知識(shí)。在我們對(duì)編程軟件有了深入的了解以及判別出本次課程設(shè)計(jì)所需的軟元件后，我們就開始了我們艱苦且愉快的編程之路，說(shuō)他艱苦，一點(diǎn)不假，雖然有了一定的知識(shí)基礎(chǔ)，但是很難將利用已有的編程軟件有機(jī)的結(jié)合在一起，更別提實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能了。后來(lái)，我們又查閱了之前有關(guān)plc實(shí)驗(yàn)課的相關(guān)資料，從中我們獲取了很多珍貴的啟示！中間，指導(dǎo)老師楊婷作了一次中期的檢查指導(dǎo)，她也給我們提供了一些寶貴的建議！就這樣，我們一步步走來(lái)，向著成功進(jìn)發(fā)?？梢哉f(shuō)每次調(diào)試都是懷著激動(dòng)的心情，雖然一次次的失敗，但是每次都會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)新的收獲，想著我們距離成功更近了一步，我們疲憊的心也得到了最大的寬慰。最終，在我們的努力下，程序的雛形被我們寫了出來(lái)，但是我們并沒有到此止步，而是進(jìn)一步的完善它，使程序更