霓虹燈的plc程序設(shè)計(jì)論文循環(huán)彩燈設(shè)計(jì)論文-畢設(shè)論文

山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文霓虹燈的PLC程序設(shè)計(jì)所在院(系)：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)生姓名：靳曉斌班級(jí)：機(jī)電A1102班學(xué)號(hào)：1012110239指導(dǎo)教師：胡穎山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院摘要隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的繁榮和發(fā)展，各大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。各企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品，常用霓虹燈廣告來實(shí)現(xiàn)這一目的。霓虹燈的亮滅、閃爍時(shí)間及流動(dòng)方向等均可以通過PLC來進(jìn)行控制。使用PLC控制霓虹燈，具有使用方便、運(yùn)行可靠、控制程序設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：PLC；霓虹燈；梯形圖程序目錄TOC\o"1-3"\h\u3302引言 19181、PLC的簡介 南京曉莊學(xué)院2011屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)霓虹燈的PLC程序設(shè)計(jì)引言隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展，各大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。各企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品，均采用廣告手法之一：霓虹燈廣告來實(shí)現(xiàn)這一目的。本設(shè)計(jì)就是利用PLC來控制霓虹燈的顯示。1、PLC的簡介1.1PLC的產(chǎn)生和定義1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備（DEC）公司，生產(chǎn)出第一臺(tái)符合十項(xiàng)技術(shù)要求的可編程序控制器（ProgrammableLogicalController），簡稱PLC。1980年，美國電器制造商協(xié)會(huì)（NEMA）正式命名其為可編程控制器（ProgrammableController），簡稱PC。為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）的簡稱混淆，因此把它命名為可編程序控制器簡稱為PLC。1987年，國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC進(jìn)行了定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(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)算等操作命令，并通過數(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)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)。1.2PLC的發(fā)展和應(yīng)用PLC（可編程控制器）是集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，被認(rèn)為是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱之一，主要應(yīng)用在：開關(guān)邏輯控制，閉環(huán)過程控制，運(yùn)動(dòng)控制，通信網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器人控制中，它由傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)發(fā)展而來，保留了繼電器的優(yōu)點(diǎn)，稱為軟繼電器。特點(diǎn)如下：可編程，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程語言（梯形圖）簡單、易學(xué)、控制能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)；采用模塊化結(jié)構(gòu)，組合靈活方便，擴(kuò)展及外部連接方便；體積小，維護(hù)操作方便等，用PLC設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序簡單直觀，可靠性高。1.3PLC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）大型的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)，是可靠性進(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)場信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱點(diǎn)等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器記變送器；電磁線圈；控制閥等直接連。3）體積小、重量輕、能耗低以超小型PLC為例，新進(jìn)出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm,重量小于150g。僅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。1.4PLC的工作原理PLC通電后，對(duì)硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種外部輸入信號(hào)，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù),這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為PLC的掃描工作方式。其工作模式有兩種：STOP：CPU不執(zhí)行用戶程序，可以裝載程序和配置CPURUN：CPU執(zhí)行用戶程序一個(gè)掃一個(gè)掃描周期RUN模式STOP模式圖1PLC的工作原理1.4.1讀取輸入在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，CPU以字節(jié)(8位)為單位來讀寫輸入/輸出映像寄存器。在讀取輸入階段，PLC把所有外部數(shù)字量輸入的I/O狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。外接的輸入電路閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為1(ON)狀態(tài)，梯形圖對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為０(OFF)狀態(tài)，梯形圖對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。1.4.2執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按順序排列。在“RUN”工作模式下的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時(shí)，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的輸出映像寄存器中，各寄存器(只讀輸入映像寄存器除外)的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入變化的狀態(tài)只能在后一個(gè)掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時(shí)，對(duì)輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實(shí)際的I/O點(diǎn)，這樣做有以下好處：(1)程序執(zhí)行階段的輸入值是固定的，執(zhí)行完后再用輸出映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。(2)用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀I/O點(diǎn)快得多．這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。(3)I/O必須按位來存取，而映像寄存器可按位、字節(jié)、字或雙字來存取。1.4.3通信處理在智能模塊通信處理階段，CPU模塊檢查智能模塊是否需要服務(wù)，如果需要，改取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)，供下一掃描周期使用。在通信信息處理階段．CPU處理通信接收到的信息，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請(qǐng)求方。1.4.4CPU自診斷測試自診斷測試包括定期檢查CPU模塊和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)等，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。1.4.5改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為1狀態(tài)。經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器中存放的二進(jìn)制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。當(dāng)CPU的工作模式從RUN變?yōu)镾TOP時(shí)，數(shù)字量輸出被置為系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當(dāng)時(shí)的狀態(tài)。默認(rèn)的設(shè)置是將數(shù)字量輸出清0，模擬量輸出保持最后寫的值。1.4.6中斷程序的處理如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時(shí)立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可能在掃描周期的任意點(diǎn)上被執(zhí)行。1.4.7立即I/O處理在程序執(zhí)行過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被更新、用立即I/O指令來改寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被更新。1.4.8輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，指PLC的外部輸人信號(hào)發(fā)生變化時(shí)至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔．它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的RC濾波電路用來濾除輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸人觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長短，有的PLC如S7-200的部分輸人點(diǎn)的輸人延遲時(shí)間可以設(shè)置。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般為10ms左右，場效應(yīng)管微秒級(jí)。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長可達(dá)兩三個(gè)掃描周期。2、霓虹燈的設(shè)計(jì)要求表1“山”、“西”、“職”、“業(yè)”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”的閃爍表燈號(hào)步序123456789HL1亮HL2亮HL3亮HL4亮HL5亮HL6亮HL7亮HL8亮HL9亮HL10亮HL11亮HL12亮HL13亮HL14亮HL15亮HL16亮HL17亮HL18亮2.1霓虹燈控制的幾種要求1、要求用PLC控制“山”、“西”、“職”、“業(yè)”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”九個(gè)字的LED霓虹燈。2、按下啟動(dòng)按鈕要求九個(gè)字顯示為紅色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S，然后全亮全滅閃爍1S，然后九個(gè)字顯示為藍(lán)色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S，然后全亮全滅閃爍1S，要求九個(gè)字顯示為白色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S，然后全亮全滅閃爍1S，再全亮10S，依次循環(huán)下去，直到按下停止按鈕。3、系統(tǒng)有單步\連續(xù)控制,有啟動(dòng)和停止按鈕。3、霓虹燈的設(shè)計(jì)方案3.1PLC的型號(hào)選擇霓虹燈控制系統(tǒng)有2個(gè)輸入信號(hào)，18個(gè)輸出信號(hào)，本著夠用又不浪費(fèi)，投資盡量少的原則，采用型號(hào)CPU226(24入16出)的小型PLC。該型號(hào)具有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，13KB字節(jié)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高數(shù)計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高數(shù)脈沖輸出，PID控制器，2個(gè)RS-485通訊/編程口，集成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口PPI通訊協(xié)議、多點(diǎn)接口MPI通訊協(xié)議和自由口通訊協(xié)議。3.2霓虹燈的I/O地址分配表2霓虹燈的I/O地址分配名稱代碼地址說明系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB1I0.0系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)停止按鈕SB2I0.1系統(tǒng)關(guān)機(jī)停止運(yùn)行“山”紅HL1Q0.0“山”紅亮“西”紅HL2Q0.1“西”紅亮“職”紅HL3Q0.2“職”紅亮“業(yè)”紅HL4Q0.3“業(yè)”紅亮“學(xué)”紅HL5Q0.4“學(xué)”紅亮“院”紅HL6Q0.5“院”紅亮“歡”紅HL7Q0.6“歡”紅亮“迎”紅HL8Q0.7“迎”紅亮“您”紅HL9Q1.0“您”紅亮“山”藍(lán)HL10Q1.1“山”藍(lán)亮“西”藍(lán)HL11Q1.2“西”藍(lán)亮“職”藍(lán)HL12Q1.3“職”藍(lán)亮“業(yè)”藍(lán)HL13Q1.4“業(yè)”藍(lán)亮“學(xué)”藍(lán)HL14Q1.5“學(xué)”藍(lán)亮“院”藍(lán)HL15Q1.6“院”藍(lán)亮“歡”藍(lán)HL16Q1.7“歡”藍(lán)亮“迎”藍(lán)HL17Q2.0“迎”藍(lán)亮“您”藍(lán)HL18Q2.1“您”藍(lán)亮3.3霓虹燈的梯形圖程序設(shè)計(jì)（1）啟動(dòng)按鈕按下，系統(tǒng)開始運(yùn)行（2）“山”、“西”、“職”、“業(yè)”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”紅色依次閃爍各1秒（3）“山”、“西”、“職”、“業(yè)”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”紅色全閃爍1秒3.4霓虹燈閃爍的流程圖圖2霓虹燈閃爍的流程圖當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，程序開始啟動(dòng)運(yùn)行。（1）“山”、“西”、“職”、“業(yè)”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”九個(gè)字顯示為紅色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S，然后全亮全滅閃爍1S；（2）然后九個(gè)字顯示為藍(lán)色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S，然后全亮全滅閃爍1S；（3）然后九個(gè)字顯示為白色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S，然后全亮全滅閃爍1S，（4）最后全亮10S。依次循環(huán)下去，直到按下停止按鈕。3.5霓虹燈的I/O接線圖圖3霓虹燈的I/O接線圖4、模擬調(diào)試在STEP7-Micro/WIN32編程環(huán)境中輸入梯形圖程序,編譯無錯(cuò)后,在建立上位機(jī)和PLC的通訊后將程序下載到PLC中運(yùn)行,輸入用開關(guān)來模擬控制,輸出用指示燈來代替，進(jìn)行程序的模擬調(diào)試。5、設(shè)計(jì)總結(jié)采用PLC來控制霓虹燈，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，其梯形圖程序簡單直觀，利用PLC的定時(shí)功能，計(jì)數(shù)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。致謝這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，是指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。在這里我要對(duì)他們表示深深的謝意！首先，要特別感謝我的指導(dǎo)老師——朱紅老師。朱老師在我畢業(yè)論文的撰寫過程中，給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。從開始選題到中期修正，再到最終定稿，朱老師給我提供了許多寶貴建議。本論文的完成，離不開她的悉心指導(dǎo)和孜孜不倦地教誨。其次，我想感激身邊始終支持我、關(guān)心我的朋友。我們一起生活，一起學(xué)習(xí)，為我們的目標(biāo)而努力。最后，感謝各位答辯老師抽出寶貴的時(shí)間，謝謝各位老師在答辯過程中提出的寶貴意見。參考文獻(xiàn)：[1]SIMATICS7—200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè).西門子公司，2004.[2]孫平.可編程控制原理及應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2003.[3]孫振強(qiáng)