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PAGEPAGE24??普n程設(shè)計(jì)(論文)設(shè)計(jì)題目:基于PLC設(shè)計(jì)的彩燈循環(huán)系部:電氣工程系專業(yè):電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí):電氣自動(dòng)化111302
摘要可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)的,當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC(ProgrammableLogicController),目的是用來(lái)取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。提出PLC概念的是美國(guó)通用汽車公司。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象,將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi),使控制器和被控對(duì)象連接方便。70年代中期以后,PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器,輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路,這時(shí)的PLC已不再是僅有邏輯(Logic)判斷功能,還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作了如下的定義:可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程??删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備,易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的設(shè)計(jì)??删幊炭刂破鲗?duì)用戶來(lái)說(shuō),是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備,改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前,可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具,得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用??删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩舻膶S霉I(yè)控制計(jì)算機(jī),具有許多明顯的特點(diǎn)。①可靠性高,抗干擾能力強(qiáng);②編程直觀、簡(jiǎn)單;③適應(yīng)性好;④功能完善,接口功能強(qiáng)。 \AbstractPlcIntroductionProgrammablecontrolleristhefirstinthelate1960sintheUnitedStates,thencalledPlcprogrammablelogiccontroller(ProgrammableLogicController)isusedtoreplacerelays.Fortheimplementationofthelogicaljudgement,timing,sequencenumber,andothercontrolfunctions.TheconceptispresentedPlcGeneralMotorsCorporation.Plcandthebasicdesignisthecomputerfunctionalimprovements,flexible,genericandotheradvantagesandrelaycontrolsystemsimpleandeasytooperate,suchastheadvantagesofcheappricescombinedcontrollerhardwareisstandardandoverall.Accordingtothepracticalapplicationoftargetsoftwareinordertocontrolthecontentoftheuserproceduresmemorycontroller,thecontrollerandconnectingtheaccusedconvenienttarget.Inthemid-1970s,thePlchasbeenwidelyusedasacentralprocessingunitmicroprocessor,importexportmoduleandtheexternalcircuitsareused,large-scaleintegratedcircuitsevenwhenthePlcisnolongertheonlylogical(IC)judgementfunctionsalsohavedataprocessing,PIDconditioninganddatacommunicationsfunctions.InternationalElectrotechnicalCommission(IEC)standardspromulgatedprogrammablecontrollerforprogrammablecontrollerdraftmadethefollowingdefinition:programmablecontrollerisadigitalelectroniccomputersoperatingsystem,specificallyforapplicationsintheindustrialdesignenvironment.Itusedprogrammablememory,usedtoimplementlogicintheirinternalstorageoperations,sequencecontrol,timing,countingandarithmeticoperations,suchasoperatinginstructions,andthroughdigitalandanaloginputandoutput,thecontrolofvarioustypesofmachineryorproductionprocesses.Programmablecontrollerandrelatedperipherals,andindustrialcontrolsystemseasilylinkedtoformawhole,toexpanditsfunctionaldesign.Programmablecontrollerfortheuser,isanon-contactequipment,theprocedurescanbechangedtochangeproductionprocesses.Theprogrammablecontrollerhasbecomeapowerfultoolforfactoryautomation,widelypopularreplication.Programmablecontrollerisuser-orientedindustriesdedicatedcontrolcomputer,withmanydistinctivefeatures.First,highreliability,anti-interferencecapability;Secondprogrammingvisual,simple;Third,adaptabilitygood;④functionalimprovements,strongfunctionalinterface.
目錄1引言 52PLC的簡(jiǎn)介 52.1
PLC的定義 52.2
PLC的的發(fā)展歷程 62.3
PLC的特點(diǎn) 61)高可靠性、抗干擾能力強(qiáng) 62)豐富的I/O接口模塊 73)配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng) 74)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工作量小、維護(hù)方便、容易改造 75)體積小、重量輕、能耗低 72.4PLC的選擇 83PLC的程序設(shè)計(jì) 93.1方案說(shuō)明 91)主題 92)畫面的動(dòng)態(tài)運(yùn)行要求: 93.2I/O地址分配 103.3程序流成圖 113.4PLC外部接線圖 123.5PLC的程序設(shè)計(jì) 131)梯形圖設(shè)計(jì) 132)過(guò)程分析 19結(jié)論 20致謝 21參考文獻(xiàn) 22
1引言隨著社會(huì)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展,各種裝飾彩燈、廣告彩燈越來(lái)越多地出現(xiàn)在城市中。在大型晚會(huì)的現(xiàn)場(chǎng),彩燈更是成為不可缺少的一道景觀。小型的彩燈多為采用霓虹燈管做成各種各樣和多種色彩的燈管,或是以日光燈、白熾燈作為光源,另配大型廣告語(yǔ)、宣傳畫來(lái)達(dá)到效果。這些燈的控制設(shè)備多為數(shù)字電路。而在現(xiàn)代生活中,大型樓宇的輪廓裝飾或大型晚會(huì)的燈光布景,由于其變化多、功率大,數(shù)字電路則不能勝任。而在現(xiàn)代生活中,大型樓宇的輪廓裝飾或大型晚會(huì)的燈光布景,由于其變化多、功率大,數(shù)字電路則不能勝任。針對(duì)PLC日益得到廣泛應(yīng)用的現(xiàn)狀,本文介紹PLC在不同變化類型的彩燈控制中的應(yīng)用,燈的亮滅、閃爍時(shí)間及流動(dòng)方向的控制均通過(guò)PLC來(lái)達(dá)到控制要求。在彩燈的應(yīng)用中,裝飾燈、廣告燈、布景燈的變化多種多樣,但就其工作模式,可分為三種主要類型:長(zhǎng)明燈、流水燈及變幻燈。長(zhǎng)明燈的特點(diǎn)是只要燈投入工作,負(fù)載即長(zhǎng)期接通,一般在彩燈中用以照明或襯托底色,沒(méi)有頻繁的動(dòng)態(tài)切換過(guò)程,因此可用開(kāi)關(guān)直接控制,不需經(jīng)過(guò)PLC控制。流水燈負(fù)載變化頻率高,變換速度快,使人有眼花繚亂之感,多燈流動(dòng)、單燈流動(dòng)等情形。變幻燈則包括字形變化、色彩變化、位置變化等,其主要特點(diǎn)是在整個(gè)工作過(guò)程中周期性地花樣變化,但頻率不高。流水燈及變幻燈均適宜采用PLC控制。用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),初步掌握工程實(shí)踐方法和組織實(shí)踐的技能,逐漸熟悉開(kāi)展科學(xué)書劍的程序和辦法。2PLC的簡(jiǎn)介
2.1
PLC的定義
Programmable
Logic
Controller
簡(jiǎn)稱為PLC,即可編程控制器,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。
2.2
PLC的的發(fā)展歷程
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,大量的開(kāi)關(guān)量順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1968年美國(guó)GM(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(guó)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(gè)人計(jì)算機(jī)(簡(jiǎn)稱PC)發(fā)展起來(lái)后,為了方便,也為了反映可編程控制器的功能特點(diǎn),可編程序控制器定名為Programmable
Logic
Controller(PLC),現(xiàn)在,仍常常將PLC簡(jiǎn)稱PC。
PLC的定義有許多種。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC的定義是:可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存貯器,用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。
上世紀(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30~40%。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).
2.3
PLC的特點(diǎn)
1
)
高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)
(1)所有的I/O接口電路均采用光電隔離,使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。
(2)各輸入端均采用R-C濾波器,其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms.
(3)各模塊均采用屏蔽措施,以防止輻射干擾。(4)采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。(5)對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。
(6)良好的自診斷功能,一旦電源或其他軟,硬件發(fā)生異常情況,CPU立即采用有效措施,以防止故障擴(kuò)大。
(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高
2)
豐富的I/O接口模塊
PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),如:交流或直流;開(kāi)關(guān)量或模擬量;電壓或電流;脈沖或電位;
強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備,如:按鈕;行程開(kāi)關(guān);接近開(kāi)關(guān);傳感器及變送器;電磁線圈;控制閥等直接連接。
另外為了提高操作性能,它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊;
為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò),它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊,等等。
3)
配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)
PLC發(fā)展到今天,已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品,可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外,PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。
4)
系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工作量小、維護(hù)方便、容易改造
PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。
5)
體積小、重量輕、能耗低
以超小型PLC為例,新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm
,重量小于150g
耗僅
數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想設(shè)備。2.4PLC的選擇在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),首先要確定控制方案,下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。在選擇PLC時(shí),應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求,明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作,然后根據(jù)控制要求,估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等,最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此設(shè)計(jì)中我們選擇西門子S7-200CPU224,它具有14輸入/10輸出,I/O共計(jì)24點(diǎn)。存儲(chǔ)量大,有7個(gè)擴(kuò)展模塊,有內(nèi)置時(shí)鐘,有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)處理能力。
3PLC的程序設(shè)計(jì)3.1方案說(shuō)明1)主題我組最終確定的主題“童年的回憶”,主要有兩個(gè)花式風(fēng)車,九朵花,云彩組成的畫面,最終確定共有十個(gè)輸出口,兩個(gè)輸入口,啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0,停止開(kāi)關(guān)I0.1,兩個(gè)花式風(fēng)車的葉子由Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.3組成,風(fēng)車桿子與云彩由Q0.4控制,九朵花由Q0.5,Q0.6,Q0.7組成,花式風(fēng)車的花蕊由Q1.0,Q1.1控制。最終程序方案制定為花式風(fēng)車Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.3與花式風(fēng)車花蕊Q1.0,Q1.1與風(fēng)車桿子云彩Q0.4采用彩燈循環(huán)來(lái)控制,九朵花Q0.5,Q0.6,Q0.7采用舞臺(tái)燈光控制。2)畫面的動(dòng)態(tài)運(yùn)行要求:1閉合開(kāi)關(guān)SB1,風(fēng)車開(kāi)始有慢變快的速度旋轉(zhuǎn),桿子云彩亮起了,幾朵花兩朵兩朵的開(kāi)放,最后全開(kāi)放。2在風(fēng)車旋轉(zhuǎn)到最快速度與花朵全開(kāi)放,暫停一段時(shí)間后再重頭循環(huán)。3按下停止開(kāi)關(guān)SB2,所有燈光熄滅。
3.2I/O地址分配表1I/O地址分配表輸入輸出名稱地址編號(hào)名稱地址編號(hào)啟動(dòng)按鈕I0.2風(fēng)葉1-1Q0.0風(fēng)葉1-2Q0.1風(fēng)葉2-1Q0.2風(fēng)葉2-2Q0.3花&草1Q0.5花&草2Q0.6花&草3Q0.7白云、風(fēng)車桿、花心Q0.4花蕊1-1Q1.0花蕊1-2Q1.1
3.3程序流成圖開(kāi)始開(kāi)始Q0.5Q0.7Q0.0、Q0.4、Q1.0、T37Q0.2、Q0.4、Q1.1、T38Q0.1、Q0.4、Q1.0、T39Q0.6Q0.4、Q0.3、Q1.1、T42、Q0.2Q0.4、Q0.0、Q1.0、T41、Q0.1Q0.6、Q0.7Q0.5、Q0.6Q0.4、Q0.3、Q1.1、T40Q0.0、Q0.1、Q1.0、Q0.4、T43Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q1.0Q0.4、Q0.3、Q1.1、T45Q0.4、Q0.3、Q1.1、T44、Q0.2Q0.5、Q0.7Q0.5、Q0.6、Q0.7I0.2T37T38T39C10*M2.0C10*M2.0M0.5C11*M2.1M0.6C11*M2.1M0.43.4PLC外部接線圖I0.0I0.01MQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.11L2L3LSB124V24V
3.5PLC的程序設(shè)計(jì)1)梯形圖設(shè)計(jì)
2)過(guò)程分析(1)花式風(fēng)車(彩燈循環(huán)程序)第一步.首先按下啟動(dòng)按鈕使I0.0閉合,接通Q0.0,Q0.4,Q1.0,T37。第二步.0.5秒后Q0.0,Q1.0,T37停止,接通Q0.2,Q1.1,T38。第三步.0.5秒后Q0.2,Q1.1,T39停止,接通Q0.1,Q1.0,T39。第四部.0.5秒后Q0.1,Q1.0,T39停止,接通Q0.3,Q1.1,T40。第五部.0.5秒后T40控制計(jì)數(shù)器C10,程序從第一步到第四步循環(huán)三次。第六步.循環(huán)三次后,接通Q0.0,Q0,1,Q0.4,Q1.0,T41。第七步.0.5秒后Q0.0,Q0.1,Q1.0,T41停止,接通Q0.2,Q0.3,Q1.1,T42。第八步.0.5秒后T42控制計(jì)數(shù)器C11,程序從第六步到第四步循環(huán)十次。第九步.十次循環(huán)后,接通Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.3,Q1.0,Q1.1,T45。第十步.兩秒后,程序從頭開(kāi)始循環(huán)。(2)九朵花(舞臺(tái)燈光程序)第一步.按下啟動(dòng)按鈕使I0.0閉合,燈光亮的循序是Q0.5 Q0.6Q0.7 Q0.5,Q0.6 Q0.6,Q0.7 Q0.5,Q0.7 Q0.5,Q0.6,Q0.7。第二步.按照第一步的循序一直循環(huán),按下停止按鈕I0.1,程序終止,風(fēng)車與花朵停止運(yùn)行。
結(jié)論 采用PLC來(lái)控制彩燈循環(huán),提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,其梯形圖程序簡(jiǎn)單直觀,利用PLC的定時(shí)功能,計(jì)數(shù)器功能,步進(jìn)功能,可靈活地編寫,增減和修改程序。PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能,迅速方便的檢查判斷出故障,縮減檢修時(shí)間,不需要很多配套的外圍設(shè)備和大量復(fù)雜的接線,大大縮減了設(shè)計(jì)和施工的周期。
致謝這次設(shè)計(jì)能夠順利的完成,首先要感謝對(duì)我們指導(dǎo)的老師--季老師,季老師在這次作品設(shè)計(jì)中提供了極大的幫助和指導(dǎo)。從開(kāi)始選題到中期修正,再到最終定稿,季老師給我們提供了許多寶貴的建議,本論文的完成,離不開(kāi)她的悉心指導(dǎo)和孜孜不倦地教誨。其次,我想感謝身邊始終支持我,幫助我,關(guān)心我。我們一起學(xué)習(xí),一起生活,為我們的目標(biāo)而努力。這次作品論文的順利完成離不開(kāi)我們小組同學(xué)的團(tuán)結(jié)合作,各司其職,互相幫助地完成了我們的作品,這是大家團(tuán)結(jié)的力量,我們都是最棒的。最后,感謝答辯老師抽出寶貴的時(shí)間,謝謝各位老師在答辯過(guò)程中提出的寶貴意見(jiàn)。
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