00毕业设计论文案例1.docx
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00毕业设计论文案例1
·华文新楷
·小初、加粗
·居中
安徽工贸职业技术学院
·隶书
·小一、加粗
·居中
毕业设计（论文）
论文题目：
PLC控制交通指示灯
姓名：
徐明
专业：
应用电子技术
指导教师：
李言武
提交日期：
2012年3月25日
·黑体
·三号
·居右
·宋体
·三号
·居中
·黑体
·小四号
·居右
·黑体
·二号
·居右
毕业设计（论文）任务书
学生姓名
徐明
专业年级
电子工程系
毕业论文（毕业设计）题目：
PLC控制交通指示灯
毕业论文（毕业设计）目的、要求：
毕业论文（毕业设计）目的是……，要求是……
内容：
·宋体
·小四号
毕业论文（毕业设计）的主要内容：
毕业论文（毕业设计）的主要内容：
……
指导教师评语：
指导教师评语：
……
指导教师（签名）：
年 月 日
填写说明：
1.此表由指导教师填写，签名与评语均用钢笔（黑色）填写，不得打印。
2.将此表装订在毕业论文（设计）的第二页。
页眉
·宋体五号居中
·1.5厘米
一级标题
·宋体三号居中
·1.5倍行距
摘要
内容：
200～500字
·宋体
·小四号
·行间距24磅
本设计以三菱FX2N－48MRPLC为核心，通过对交通灯工作原理的分析，建立了以双色LED发光管箭头作为直行和左右拐弯指示，以LED数码管作为倒计时指示，以及交通灯所需要的基本功能。
为了使该系统整体性更好，人性化强、可靠性更高，我们引入了MCGS组态控制，通过对交通灯监控界面的构建、PLC与计算机的软硬件连接，监控界面与PLC的连接，实现了通过计算机上的监控界面对现场的监视与控制。
通过本次设计，我们进一步熟悉了基于PLC的工程设计方法与步骤，掌握了通过组态软件对现场设备的监控方案。
为以后从事监控层的组态、设备层的控制提供了一个范例。
关键词：
PLC,MCGS,交通灯
关键词：
3～5个
·宋体三号居中
·段前1.5倍行距
页脚
·宋体五号居中
·1.75厘米
目录
一级标题：
·宋体小四号
·单倍行距
第一章概述1
1.1引言1
1.2交通灯系统模型的组成1
1.3整体系统方案的分析1
第二章硬件设计2
2.1PLC的特点2
2.2PLC的应用场合3
2.3PLC的选择4
2.4LED数码管介绍6
第三章ＰＬＣ与计算机的硬件连接7
3.1通信系统的配置7
3.2通信联网的条件7
3.3PC机与PLC联网的结构形式7
3.4三菱PLC的通信8
3.5上位机的选择8
3.5.1上位机在控制系统中的作用8
3.5.2上位机的选择9
第四章软件设计10
4.1PLC程序的设计10
4.2概述控制要求11
4.3I/O点数分配和外部接线图11
4.4PLC程序的梯形图12
第五章组态软件介绍及特点14
5.1组态软件产生的背景14
5.2组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍14
5.3数据采集的方式16
5.4脚本的功能16
5.5组态软件的功能特点发展方向16
第六章组态软件在交通灯系统中的应用17
6.1监控画面的组态17
6.2PLC与MCGS上位机通讯17
结论20
参考文献21
致谢22
附录23
附录A23
附录B23
附录C23
附录D23
附录E23
目录生成
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格式→样式和格式→标题1→标题2……（设置标题字体、行间距等）
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第一章概述
1.1引言
随着经济的发展，机动车的保有量迅速增加，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：
（1）交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁。
据统计研究表明:
在世界总人口中，每年有将近19/100000的人死于交通事故，这个数字可与战争中的死亡人数相比。
（2）交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大。
（3）噪声污染程度日益加深。
汽车的噪声是当今世界最严重的环境污染源之一。
由于以上的种种原因，交通灯的出现有了它的必然性。
它能够很好的维持交通秩序。
减少了事故发生的概率，使人们的生命得到保障。
减少了堵车发生的频率，大大节约了人们的时间。
减少了噪声污染，使人们获得了一个相对安静的生活环境。
1.2交通灯系统模型的组成
交通灯控制系统主要有PLC，总开关，数码管等部分组成。
按下总开关，PLC循环执行，实现了红灯，黄灯，绿灯按着特定的时间交替通电这一效果。
从而实现了维持十字路口的交通秩序。
1.3整体系统方案的分析
从该控制系统的功能图可以得知，该控制系统大楷有五部分组成，如图1-1所示。
给上位机和下位机供应所需要的电能，上位机PC（PersonalComputer）总要完成对下位机PLC（ProgrammableLogicalControler）的控制，通过PLC里已编制好的程序去使我们的执行机构动作，完成所要求的控制目标。
（这里下位机采用的是继电器输出方式）。
同时，上位机通过组态软件完成对整个控制过程的监视。
图：
·居中
·单倍行距
图1-1PC机对PLC的监控
图标：
·黑体五号居中
·单倍行距
·标号格式：
“章-序号”
第二章硬件设计
2.1PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。
由于触点接触不良，容易出现故障。
可编程控制器用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
可编程控制器由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列可编程控制器平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的可编程控制器的平均无故障工作时间则更长。
从可编程控制器的机外电路来说，使用可编程控制器构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，可编程控制器带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除可编程控制器以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强
可编程控制器发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。
可编程控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。
可编程控制器有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代可编程控制器大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来可编程控制器的功能单元大量涌现，使可编程控制器渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上可编程控制器通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用可编程控制器组成各种控制系统变得非常容易。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
可编程控制器作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用可编程控制器的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造
可编程控制器的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
可编程控制器用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低
以超小型可编程控制器为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。
它的重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.2PLC的应用场合
PLC产品的分类成大，中，小型，根据它们能完成的控制功能现将其应用场合说明如下：
（1） 用于开关逻辑控制。
这是PLC最基本的应用范围。
可用PLC取代传统继电接触器控制，如机床电气，电机控制中心等也可取代顺序控制，如高炉上料，电梯控制，货物存取，运输，检测等。
总之PLC可用于单机，多机群以及生产线的自动化控制。
（2）用于机械加工的数字控制。
PLC和计算机控制（CNC）装置组合成一体，可以实现数值控制，组成数控机床。
（3）用于机器人控制可用一台PID实现3～6轴的机器人控制。
（4）用于闭环过程控制。
现代大型PLC都配有PID子程序或PID模块，可实现单回路，多回路的调节控制。
（5）用于组成多级控制系统，实现工厂自动化网络。
目前PLC现已广泛应用于钢铁，采矿，水泥，石油，化工，电力，机械制造，汽车装卸，造纸，纺织，环保以及娱乐等，为各行各业工业自动化提供了有力的工具，促进了机电一体化的实现。
PLC控制系统是以程序形式来体现其控制功能的，大量的工作时间将用在软件设计，也就是程序设计上。
程序设计对于初学者通常采用继电器系统设计方法中的逐步探索法，以步为核心，一不一不设计下去，一不一不修改调试，直到完成整个程序的设计。
由于PLC内部继电器数量大，其接点在内存允许的情况下可重复使用，具有存储数量大，执行快等特点，对于初学者采用此法设计可缩短设计周期。
PLC程序设计可遵循以下六步进行；
（1）确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。
（2）分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些外围设备是接收来自PLC信号的。
并将PLC的输入，输出口与之对应进行分配
（3）设计PLC程序画出梯形图。
梯形图体现了按照正确的顺序说、所要求的全部功能及其相互关系。
（4）实现用计算机对PLC的梯形图直接编程。
（5）对程序进行调试（模拟和现场）。
（6）保存已完成的程序。
显然，在建立一个PLC控制系统，必须首先把系统需要的输入，输出数量确定下来。
然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间相互关系。
确定控制上的相互关系之后，就可进行编程的第二步-——分配输入输出设备，在分配了PLC的输入输出点，内部辅助继电器，定时器，计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。
在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器，计数器与实际的电路图不一样。
梯形图画好后，使用NPST_软件直接把梯形图输入计算机并下装到PLC进行模拟调试，修改下装直至符合控制要求。
这便是程序设计的整个过程。
2.3PLC的选择
对于PLC的选择不仅要满足用户系统参数的要求，而且也应做到经济实用。
PLC选择的好坏直接影响到控制系统性能的优越及系统控制过程能否顺利实现。
（1）PLC的硬件功能
开关量控制是PLC的基本功能，对于开关量控制系统，主要考虑PLC的最大开关量I/O点数是否满足系统的要求。
（2）PLC指令系统的功能
对于小型单台仅需要开关量控制的设备，一般的小型PLC便可以满足要求。
如果系统要求PLC完成某些特殊功能，应考虑PLC的指令系统是否有相应的指令来支持。
（3）PLC的物理结构选择
一般将PLC分为整体式和模块式，整体式PLC每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，在小型控制系统中一般采用整体式PLC。
但是模块式PLC的功能扩展方便灵活，I/O点数的多少，输入点数与输出点数的比例，I/O模块的种类和块数，特殊I/O模块的使用等方便的选择余地都比整体式PLC大的多，维修时更换模块，判断故障范围也很方便，因此较复杂的，要求较高的控制系统一般选用模块式PLC。
（4）确定输入/输出（I/O）点数
PLC的CPU模块型号的选择，I/O模块的数量和型号的选择，与输入/输出点数有很大关系。
应确定那些信号要输入给PLC，那些负载由PLC驱动，是开关量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的等级，是否有特殊要求。
如快速响应等，并建立相应的表格。
如果系统不同部分相互距离很远，可以考虑使用远程I/O。
（5）估算需要的用户程序存储容量
根据I/O的点数和下面经验数据可以初步估算系统对PLC用户程序存储容量的要求。
仅需开关量控制时，将I/O点数乘以8就是所需的存储器字数。
仅有模拟量输入，无模拟量输出时，为每路模拟量准备100个存储器字。
既有模拟量输入又有模拟量输出时，为每路模拟量准备200个存储器字。
基于以上综合考虑，在加上邮件分捡系统的要求我们在这里选择了日本三菱公司的FX2N系列的PLC。
其型号是FX2N-48MR。
总的I/O点数是48，继电器输出，可以驱动交直流负载，满足该系统的要求。
三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元，扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，密度不同。
FX2N和FX2NC最多可扩展到256个I/O点，并且有很强的网络通信功能。
为了使PLC能够正常的运行，应该使PLC的I/O总点数留有10%-15%的裕量。
2.4LED数码管介绍
为了解决时间显示这一问题，所以本文中引入了LED数码管.LED数码管灯身及灯罩既有霓虹灯的动感亮丽，又有日光的柔和，能演化出各种绚丽多彩的灯光颜色，达到同步七彩三彩渐变、跳变、流水、追逐、扫描等31种变化效果。
该产品可广泛应用于交通灯，舞台、立交桥护栏、大楼轮廓、景观照明、广告牌等场所以及城市亮化工程等。
LED数码管的结构如2-1所示：
图2-1数码管结构图
将十进制数转换成二进制数，然后依次输入到A~G中，这样就解决了数字的显示问题。
二级标题
·宋体四号加粗居中
·单倍行距
·段前段后各7磅
一级标题
·宋体三号居中
·1.5倍行距
第三章ＰＬＣ与计算机的硬件连接
3.1通信系统的配置
PLC与各种只能设备可以组成通信网络,以实现信息的交换。
各PLC或远程I/O模块各自放置在生产现场进行分散控制，然后用网络连接起来，构成直接管理的分布式网络系统。
大型控制一般采用三层网络结构，最高层是以太网，中间层是通信网络或现场总线，低层是现场总线。
较小型的系统可能只使用低层的通信网落，更小的系统采用串行通信接口（如RS—232C，RS—422和RS—485）实现PLC与计算机和其他可编程设备之间的通信。
在交通灯系统中，我们采用个人PC作为上位机，而配备了组态软件，PLC为下位机，用个人计算机实现工作站的功能。
由于是小型的控制系统，因此我们采用了最普通最廉价的通信方式，即普通的串行通信。
3.2通信联网的条件
在PLC与上位计算机之间采用RS-485和RS-232C标准通信接口进行通信.在两级计算机控制系统中,最不稳定的环节就是上位机,为了保证系统的稳定性,避免因上位机的故障导致系统控制失灵,所有采集到的信号反馈到PLC当中。
上位机需要通过串行通信取得所需的数据信息，并通过串行通信将必要的控制信息和参数设置信息写入PLC的数据存储区。
只有满足一定的条件才能联网通信。
（1）使双方的初始化，波特率，数据位数，停止位数，奇偶校验都相同。
（2）带异步通信接口的PLC及采集异步方式通信的PLC网络有可能与带异步通信适配器PC机互联。
仅此还不行，还要求双方采用的总线标准一致，都是RS-232C，或都是RS-422（RS—485）或者都是20MA电流环，否则要通过总线标准变换单元变换之后才能互联。
（3）用户必须熟悉互联的PLC及PLC网络采用的通信协议。
严格按照通信协议为PC机编写通信程序，PLC一方不需要用户编写通信程序。
3.3PC机与PLC联网的结构形式
三菱公司的COMPUTERLINK可用于一台计算机与一台或最多16台PLC的通信,由计算机发出的读写PLC中的数据的命令帧,PLC收到后返回响应帧。
一种点对点结构,PC机的COM端口与PLC的编程器接口之间实现点对点链接,另一种为多点结构,PC机与数台PLC,连同在一同一条串行总线上。
如图3-1
图3-1PC与PLC间的连接图
3.4三菱PLC的通信
FX系列PLC设置了各种专用的通信协议和无协议通信指令.专用通信协议使PLC能够完成通信任务,不需要用户编制PLC的通信程序。
（1）PLC与计算机的通信：
小型控制系统中的PLC除了使用编程软件，一般不需要于别的设备通信。
（2）PLC与其他智能设备的通信：
大多数PLC都有一种串行口无协议通信指令，如FX系列的RS指令，它们用于PLC与上位机或其他RS—232C设备的通信。
（3）PLC与上位机之间的通信：
用一厂家的PLC之间的通信较为简单，可以使用专用的通信协议，不需要用户编写通信程序，使用只需设置与通信有关的参数。
三级标题
·宋体小四号加粗居中
·单倍行距
·段前段后各6磅
（4）PLC与可编程终端产品之间的通信：
可编程终端产品一般能用于多个厂家的PLC，与组态软件一样可编程终端与PLC的通信程序也需要由用户来编写，在为可编程序终端的画面组态时，只需要指定画面中的元素对应的PLC编程元件的编号就可以了，二者之间的数据交换是自动完成的。
3.5上位机的选择
3.5.1上位机在控制系统中的作用
上位机提供了一个人机交界面,使操作人员可以通过CRT模拟屏直观的了解现场各工艺参数及故障报警。
（1）完成对PLC的控制管理。
它通过与多台PLC组成的485通讯网络，按照485协议进行数据通讯，来获得生产现场数据。
并据此判断各台PLC及生产设备的运行情况，在屏幕上显示出来。
（2）动态监控整个控制过程。
发生故障时不仅能及时用醒目的方式报警，而且可以对其原因进行分析，在屏幕上给出故障发生点，故障原因和解决措施等。
（3）可进行对原材料的消耗，水泥/滑料配比，成型次数，成型周期，产品产量等众多数据进行统计，给出按时间或按班次，工号等各类报表等。
（4）操作简便，系统应该具备良好的人机界面。
还应该充分考虑到系统使用人员不一定对计算机知识十分熟悉，操作尽量简化，使用方便。
（5）容量性能好。
为了防止非操作人员的操作，可通过软件设置口令保护而对操作不予响应等安全措施。
3.5.2上位机的选择
由于我们的交通灯控制系统的上位机离操作一线有一定的距离，所以不必过分考虑干扰因素，所以选择个人计算机而不是工控机。
把对现场采集的数据应能及时地传送过来，如不能及时，准确地接收各台PLC的数据，或者说滞后时间太长，在屏幕上反映信息已经不是生产的实际情况，对于系统的监控便失去了意义。
另一方面系统采用多任务的工作方式，也要求系统的处理速度快。
根据本系统的要求：
（1）操作方便，要求系统具有较强的数据运算，文字，图象显示与处理能力。
（2）上位机既要与PLC通讯，同时又要及时刷新显示结果，以及接收到的PLC数据进行分析判断，因此系统对主机的速度有很高的要求。
但由于计算机技术的飞速发展，现在市场上的微机的普通配置就基本上满足要求。
第四章软件设计
4.1PLC程序的设计
交通灯系统程序方案分析；按下开关X000，程序开始执行。
东西方向红灯30s，与此同时，南北方向绿灯27s，黄灯3s。
然后，东西方向绿灯亮27s，黄灯3s，此过程中，南北方向红灯亮30s。
然后进行循环。
如图4-1
图4-1PLC程序步进图
FX2N系列的PLC采用八进制对输入继电器和输出继电器的数字编号,因为输入继电器和输出继电器的数字编号的个位数最大是7。
X表示输入继电器，用来接收外部输入的开关量的窗口。
Y表示输出继电器，用来向外部负载发送信号的窗口，输出继电器可用来将PLC的输出信号传送给输出模块，再由后者驱动外部的负载。
利用FX2N系列可控编程器的辅助继电器（M），定时器（T），计数器（C），状态继电器（S），数据寄存器（D）和一些特殊的指令等电器在梯形图中的使用，经过精心的设计和组合实现控制要求的功能。
4.2概述控制要求
表标：
·黑体五号居中
·单倍行距
·标号格式：
“章.序号”
按下按钮X000，交通灯开始工作。
东西南北方向的红黄绿按照一定的顺序交替通电。
数码管开始显示时间。
4.3I/O点数分配和外部接线图
表4.1I/O分配表
表格
·表内容：
宋体5号居中
·单倍行距
·项目名称：
宋体5号加粗
图4-2PLC硬件接线图
4.4PLC程序的梯形图
图4-3PLC梯形图
第五章组态软件介绍及特点
5.1组态软件产生的背景
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（DistributedControlSystem简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。
在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。
这些优势主要体现在：
PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。
在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。
在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。
组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。
随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
5.2组态软件在我国的发展及国内外主要产品介绍
组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。
但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。
究其原因，大致有以下几点：
国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件；
在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件
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