天塔之光彩灯的PLC控制设计Word文档格式.docx

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5．编写30000字左右的设计说明书。

四、参考资料

1．黄净主编，《电器及PLC控制技术》，机械工业出版社，2002。

2．廖常初主编，《PLC编程及应用》第3版，机械工业出版社，2008。

3．杨长能、林小峰主编，《可编程序控制器例题习题及实验指导》，重庆大学出版社，2001。

前言

天塔之光控制系统主要应用在闪光灯或花样灯饰中，目前我国灯具市场的发展空间十分广阔。

近年来，伴随我国人民生活水平逐年提高，城镇住宅建设以及室内装饰装修热度不减，人均住房面积的扩大，在促使一室一灯为一室多灯、增加局部照明的同时，所用灯具正逐步由低档产品向中高档产品发展，民用照明需求旺盛。

按照城市小康家庭的消费标准，客厅、饭厅、卧室、厨房、浴室都应安装不同类别的灯饰，如台灯、落地灯、壁灯、天花灯、吊灯、壁柜灯、油烟机照明灯、镜前灯、夜间照明灯等等。

从发展趋势上看，今后灯具除了其外观及内在质量要求越来越优秀、时尚、体现个性等，对其功能细化、科技含量、节能环保等方面的要求也越来越高。

作为与人们日常生活密切相关的灯饰市场需求，更是以每年15％左右的幅度增长。

今年我国灯饰市场的需求量已经预期达到6000万台左右，在国际上已经名列前茅。

1总体设计思路

本程序主要采用了S、R指令，调用子程序指令以及比较指令对彩灯进行控制。

闭合启动开关I0.0后，T37开始定时，在0—12.秒内进行花开变换（L1-L2/L3/L4/L5-L6/L7/L8/L9-全灭）并循环三次，即线圈M0.5得电，子程序1接通，执行花开程序；

在12-24秒内进行花落变换（L6/L7/L8/L9-L2/L3/L4/L5-L1-全灭）并循环3次即线圈M0.6得电，子程序2接通；

在24-36秒内进行顺时针变换（L1/L2/L9-L1/L5/L8-L1/L4/L7-L1/L3/L6–L1/01）

2PLC的基础知识

2.1PLC概述

2.1.1PLC的产生与发展

1．可编程控制器的名称演变

PLC是可编程控制器（ProgrammableController）的简称，是一种在继电接触器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置。

早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等基本功能，主要用来取代传统的继电器控制，因此，通常将其称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。

随着微电子技术和计算机技术的发展，微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、通信联网等功能。

但是，为了不与个人计算机（PersonalComputer）的简称PC相混淆，常常还将可编程控制器简称为PLC。

2．PLC产生的背景

①继电器控制系统的特点

优点：

简单易懂，操作方便，价格便宜，容易掌握。

缺点：

设备体积大，耗电多，开关动作慢，功能较少，接线复杂，触点易损坏，寿命短，改接麻烦，可靠性差，灵活性差。

②计算机控制系统的特点

功能完善，灵活性强，通用性好。

计算机技术复杂，编程很不方便，价格十分昂贵，抗干扰能力差。

3．GM10条

1968年，美国通用汽车公司（GM公司）为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，而提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即10项招标技术指标。

其主要内容如下：

①编程简单，可在现场修改程序；

②维护方便，最好是插件式；

③可靠性高于继电器控制柜；

④体积小于继电器控制柜；

⑤可将数据直接送入管理计算机；

⑥在成本上可与继电器控制柜竞争；

⑦输入可以是交流115V；

⑧输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀；

⑨在扩展时，原系统只需很小变更；

⑩用户程序至少能扩展到4K。

4．PLC的诞生

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14，并在GM公司汽车生产线上首次应用成功。

5．PLC的发展

第一代：

从第一台可编程控制器诞生到70年代初期。

其特点是：

CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器；

第二代：

70年代初期到70年代末期。

CPU采用微处理器，存储器采用EPROM；

第三代：

70年代末期到80年代中期。

CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等；

第四代：

80年代中期到90年代中期。

PC全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到1us/步；

第五代：

90年代中期至今。

PC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片。

6．PLC的地位

现代的PLC已成为现代工业控制的三大支柱（PLC，机器人和CAD／CAM）之一。

7．我国PLC的发展

1974年我国开始仿制美国的第二代PLC产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。

直到1977年，我国才研制出第一台具有实用价值的PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。

由于使用单片1位处理器，因此，应用的规模较小，主要的控制方式是开关量控制。

随着我国改革开放政策的贯彻和落实，从1982年开始，先后有天津、厦门、无锡、大连、上海、北京等地的仪表厂、无线电厂和研究所等单位与美国、德国、日本等PLC的制造企业进行了合资或引进技术、生产流水线等，使我国PLC的应用有了较大的发展。

2.1.2PLC的特点

1．编程方法简单易学

考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯和应用微机的实际水平，PLC配备有他们最容易接受和掌握的梯形图语言。

梯形图语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图非常接近。

而且某些仅有开关量逻辑控制功能的PLC只有十几条指令。

通过阅读PLC的使用手册或短期培训，电气技术人员或技术工人只要几天的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。

2．硬件配套齐全，用户使用方便

PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作硬件装置。

用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和外部接线。

PLC的安装接线也很方便。

3．通用性强，适应性强

PLC的生产具有系列化和模块化特点，硬件配置相当灵活，可以很方便地组成能满足各种控制要求的控制系统。

组成系统后，如果工艺变化，可以通过修改用户程序，方便快速地适应变化。

4．可靠性高，抗干扰能力强

绝大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。

PLC的平均无故障间隔时间高，如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的平均无故障间隔时间长达30万小时，这是一般微机所不能比拟的。

5．系统的设计、安装、调试工作量少

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序很容易掌握，设计和调试梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图花的时间要少得多。

6．维修工作量小，维修方便

PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的指示灯或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因。

用更换模块的方法可以迅速地排除PLC的故障。

7．体积小，能耗低

以F1-40M型PLC为例，其外形尺寸为305×

ll0×

110mm，功耗小于25VA。

由于体积小，PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。

2.1.3PLC的应用领域

1．开关量逻辑控制

2．运动控制

3．闭环过程控制

4．数据处理

5．通信联网

2.1.4PLC的常用编程语言

1．梯形图

梯形图是一种图形语言，是目前PLC应用最广、最受电气技术人员欢迎的一种编程语言。

在梯形图中仍沿用了继电器、线圈、常闭触点、常开触点、串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电接触器控制中没有的符号，因此梯形图与继电接触器控制原理图相似，具有形象、直观、易懂等特点，如图2-1所示。

图2-1梯形图与语句表图2-2功能块图

2．语句表

语句表语言，就是用表示PLC各种功能的助记符和相应的器件编号组成的程序表达方式。

例如LDI0.1。

像这样的每句助记符编程语言就是一条指令或程序。

助记符语言比微机中使用的汇编语言直观易懂，编程简单。

但不同厂家制造的PLC所使用的助记符和器件编号不尽相同，所以对于同一个梯形图来说，写成对应的语句表也不尽相同。

3．功能块图

这种编程方法基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑图来表达，常用“与”门、“或”门、“非”门等符号，图的左边画输入，右边画输出，如图2-2所示。

4．顺序功能图（又称状态转换图）

它将一个完整的控制过程分成若干步，各步具有不同动作，各步之间的转换有一定的条件，条件满足则上一步结束而下一步开始。

它的作用是表达一个完整的顺序控制过程。

5．结构文本（高级编程语言）

随着软件技术的发展，近年来为了增加PLC的运算功能和数据处理能力，完成比较复杂的控制，在许多大型PLC中已采用高级语言来编程，如BASIC语言、C语言等。

2.1.5PLC的流派

1．美国流派

据不完全统计，现在世界上生产PLC及其网络的厂家有200多家，生产大约有400多个品种的PLC产品。

其中美国是PLC生产大国，有100多家PLC厂商，著名的有A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州仪器（TI）公司、西屋公司等。

2．日本流派

日本有60~70家PLC厂商，也生产200多个品种的PLC产品；

日本的小型PLC最具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。

在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。

日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。

3．欧洲流派

德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司、法国的TE公司是欧洲著名的PLC制造商。

德国的西门子的电子产品以性能精良而久负盛名。

在中、大型PLC产品领域与美国的A-B公司齐名。

西门子PLC主要产品是S5、S7系列。

S7系列是在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300系列属于于中小型PLC、S7-400系列属于于中高性能的大型PLC。

2.2PLC的结构和工作原理

2.2.1PLC的基本结构

图2-3PLC结构示意图

PLC实际上是一种工业控制计算机。

它的硬件结构与一般微机相似，主要由主机、I/O扩展机、外围设备三部分组成，如图2-3所示。

1．主机

主机由CPU（微处理器）、存储器、输入／输出单元、电源等部分组成。

CPU是PLC的核心，其作用类似于人的大脑。

它能够识别用户按特定格式输入的指令，并按照指令完成预定的控制任务。

另外，它还能识别用户所输入的指令序列的格式和语法错误，还具有系