基于plc设计的彩灯循环课程设计 大学论文.docx

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基于plc设计的彩灯循环课程设计大学论文

专科课程设计（论文）

设计题目：

基于PLC设计的彩灯循环

系部：

电气工程系

专业：

电气工程及其自动化

班级：

电气自动化111302

姓名：

徐利利学号：

113916130227

指导教师：

季明丽职称:

讲师

2013年11月南京

摘要

可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器。

以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

提出PLC概念的是美国通用汽车公司。

PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。

根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。

70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑（Logic）判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。

目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。

可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。

①可靠性高，抗干扰能力强；

②编程直观、简单；

③适应性好；

④功能完善，接口功能强。

\

Ａｂｓｔｒａｃｔ

PlcIntroductionProgrammablecontrolleristhefirstinthelate1960sintheUnitedStates,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.

1First,highreliability,anti-interferencecapability;

2Secondprogrammingvisual,simple;

3Third,adaptabilitygood;

④functionalimprovements,strongfunctionalinterface.

目录

1引言5

2PLC的简介5

2.1 PLC的定义5

2.2 PLC的的发展历程6

2.3 PLC的特点6

1）高可靠性、抗干扰能力强6

2）丰富的I/O接口模块7

3）配套齐全、功能完善、适用性强7

4）系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造7

5）体积小、重量轻、能耗低7

2.4PLC的选择8

3PLC的程序设计9

3.1方案说明9

1）主题9

2）画面的动态运行要求：

9

3.2I/O地址分配10

3.3程序流成图11

3.4PLC外部接线图12

3.5PLC的程序设计13

1）梯形图设计13

2）过程分析19

结论20

致谢21

参考文献22

1引言

随着社会市场经济的不断繁荣和发展，各种装饰彩灯、广告彩灯越来越多地出现在城市中。

在大型晚会的现场，彩灯更是成为不可缺少的一道景观。

小型的彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。

这些灯的控制设备多为数字电路。

而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字电路则不能胜任。

而在现代生活中，大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于其变化多、功率大，数字电路则不能胜任。

针对PLC日益得到广泛应用的现状,本文介绍PLC在不同变化类型的彩灯控制中的应用，灯的亮灭、闪烁时间及流动方向的控制均通过PLC来达到控制要求。

在彩灯的应用中，装饰灯、广告灯、布景灯的变化多种多样，但就其工作模式，可分为三种主要类型：

长明灯、流水灯及变幻灯。

长明灯的特点是只要灯投入工作，负载即长期接通，一般在彩灯中用以照明或衬托底色，没有频繁的动态切换过程，因此可用开关直接控制，不需经过PLC控制。

流水灯负载变化频率高，变换速度快，使人有眼花缭乱之感，多灯流动、单灯流动等情形。

变幻灯则包括字形变化、色彩变化、位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中周期性地花样变化，但频率不高。

流水灯及变幻灯均适宜采用PLC控制。

用理论知识解决实际问题的能力。

通过本次课程设计，初步掌握工程实践方法和组织实践的技能，逐渐熟悉开展科学书剑的程序和办法。

2PLC的简介 

2.1 PLC的定义  

Programmable Logic Controller 简称为PLC，即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

2.2 PLC的的发展历程 

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。

个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。

PLC的定义有许多种。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.

 2.3 PLC的特点 

  1 ）  高可靠性、抗干扰能力强 

（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms. 

（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

（4）采用性能优良的开关电源。

（5）对采用的器件进行严格的筛选。

（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高 

2） 丰富的I/O接口模块 

PLC针对不同的工业现场信号，如：

交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。

有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：

按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。

3） 配套齐全、功能完善、适用性强 

PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，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，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

4） 系统的设计、工作量小、维护方便、容易改造 

PLC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，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。

5） 体积小、重量轻、能耗低 

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm ，重量小于150g 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设备。

2.4PLC的选择

在PLC系统设计时，首先要确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。

在选择PLC时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

在此设计中我们选择西门子S7-200CPU224，它具有14输入/10输出，I/O共计24点。

存储量大，有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数处理能力。

3PLC的程序设计

3.1方案说明

1）主题

我组最终确定的主题“童年的回忆”，主要有两个花式风车，九朵花，云彩组成的画面，最终确定共有十个输出口，两个输入口，启动开关I0.0，停止开关I0.1，两个花式风车的叶子由Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3组成，风车杆子与云彩由Q0.4控制，九朵花由Q0.5，Q0.6，Q0.7组成，花式风车的花蕊由Q1.0，Q1.1控制。

最终程序方案制定为花式风车Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3与花式风车花蕊Q1.0，Q1.1与风车杆子云彩Q0.4采用彩灯循环来控制，九朵花Q0.5，Q0.6，Q0.7采用舞台灯光控制。

2）画面的动态运行要求：

1闭合开关SB1，风车开始有慢变快的速度旋转，杆子云彩亮起了，几朵花两朵两朵的开放，最后全开放。

2在风车旋转到最快速度与花朵全开放，暂停一段时间后再重头循环。

3按下停止开关SB2，所有灯光熄灭。

3.2I/O地址分配

表1I/O地址分配表

输入

输出

名称

地址编号

名称

地址编号

启动按钮

I0.2

风叶1-1

Q0.0

风叶1-2

Q0.1

风叶2-1

Q0.2

风叶2-2

Q0.3

花&草1

Q0.5

花&草2

Q0.6

花&草3

Q0.7

白云、风车杆、花心

Q0.4

花蕊1-1

Q1.0

花蕊1-2

Q1.1

3.3程序流成图

3.4PLC外部接线图

3.5PLC的程序设计

1）梯形图设计

2）过程分析

（1）花式风车（彩灯循环程序）

第一步.首先按下启动按钮使I0.0闭合，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控制计数器C10，程序从第一步到第四步循环三次。

第六步.循环三次后，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控制计数器C11，程序从第六步到第四步循环十次。

第九步.十次循环后，接通Q0.0，Q0.1,Q0.2,Q0.3，Q1.0，Q1.1，T45。

第十步.两秒后，程序从头开始循环。

（2）九朵花（舞台灯光程序）

第一步.按下启动按钮使I0.0闭合，灯光亮的循序是Q0.5Q0.6

Q0.7Q0.5，Q0.6Q0.6，Q0.7Q0.5，Q0.7Q0.5，Q0.6，Q0.7。

第二步.按照第一步的循序一直循环，按下停止按钮I0.1，程序终止，风车与花朵停止运行。

结论

采用PLC来控制彩灯循环，提高了系统运行的可靠性，其梯形图程序简单直观，利用PLC的定时功能，计数器功能，步进功能，可灵活地编写，增减和修改程序。

PLC具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查判断出故障，缩减检修时间，不需要很多配套的外围设备和大量复杂的接线，大大缩减了设计和施工的周期。

致谢

这次设计能够顺利的完成，首先要感谢对我们指导的老师--季老师，季老师在这次作品设计中提供了极大的帮助和指导。

从开始选题到中期修正，再到最终定稿，季老师给我们提供了许多宝贵的建议，本论文的完成，离不开她的悉心指导和孜孜不倦地教诲。

其次，我想感谢身边始终支持我，帮助我，关心我。

我们一起学习，一起生活，为我们的目标而努力。

这次作品论文的顺利完成离不开我们小组同学的团结合作，各司其职，互相帮助地完成了我们的作品，这是大家团结的力量，我们都是最棒的。

最后，感谢答辩老师抽出宝贵的时间，谢谢各位老师在答辩过程中提出的宝贵意见。

参考文献

[1]SIMATICS7200,可编程序控制器系统手册,西门子公司,2004.

[2]孙平,可编程控制原理及应用[M].北京高等教育出版社,2003.

[3]孙振强,可编程序控制器原理及应用教程[M].北京清华大学出版社,2005.

[4]王庭有,可编程控制器原理及应用[M].国防工业出版社,2004.

[5]廖常初.PLC编程及应用[M].机械工业出版社，2004.

[6]谢克明,可编程控制器原理与程序设计[M].电子工业出版社.

[7]彭利标等,可编程控制器原理及应用[M].西安西安电子科技大学出版社,1999.

[8]刘敏,可编程控制器技术[M].北京机械工业出版社,2000.

[9]赵全利.S7-200PLC基础及应用[M].北京机械工业出版社,2010.

[10]沈精虎,西门子系列PLC原理及应用[M].北京：

人民邮电出版社，2009.