基于PLC控制的流水灯的设计与制作毕业设计Word格式文档下载.docx
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3、合理分配PLC的I/O接口；
4、画出相应的PLC接线图；
5、编写控制程序并上机模拟调试。
（提示：
选用我院实验室具备的FX2N—48MR可编程控制器，以便调试）。
三、计划进度
日期
毕业设计各阶段的任务
2011年10月17日~10月23日
下达任务书，动员，学生准备
2011年10月24日~10月30日
学生查阅资料，确定方案
2011年10月31日~11月20日
学生设计，老师指导
2011年11月21日~11月25日
调试，整理毕业论文
2011年11月26日
论文答辩
四、毕业设计（论文）结束应提交的材料
1、制作实物并调试成功；
2、提交设计论文（设计的电路图中的符号必须符合图形符号的国标规范，论文格式必须符合文字出版物国家规范）。
指导教师：
张明金教研室主任：
张明金
2011年10月12日2011年10月12日
论文真实性承诺及指导教师声明
学生论文真实性承诺
本人郑重声明：
所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。
毕业生签名：
日期：
指导教师关于学生论文真实性审核的声明
已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。
指导教师签名：
日期：
摘要
随着社会主义市场经济的不断繁荣和发展，各大中小城市都在进行亮化工程。
由于流水灯所具有的特有流动感而广泛应用于广告控制及人们生活中，给人们一种美感，为人们生活带来乐趣。
各企业为宣传自己企业的形象和产品，均用流水灯来实现。
实现彩灯闪烁系统的控制方法很多，可以用可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。
面对灯的闪烁时间和流动方向，单片机编程复杂不容易掌握，调试工作极为不易。
因此，最终选择用可编程控制器PLC来实现系统功能的设计。
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，具有实用性强，稳定性高，编程简单等优点的现代化控制器，而且在工业自动化控制特别是顺序控制方面具有较突出的优势。
可编程控制器可以完成各种指令系统训练以及各种控制对象的程序设计训练。
本文用三菱FX2N的可编程控制器控制流水灯闪烁简单地对可编程控制器的系统结构，工作原理和控制原理进行了分析，详细阐述了流水灯的外观设计，闪烁过程，硬件设计，软件程序设计的实现过程。
关键词：
PLC；
流水灯；
程序
Abstract
Asthesocialistmarketeconomicprosperityanddevelopment,eachbigsmallandmedium-sizedcityinthelightingproject.Becauselighthasauniquesenseofflowandwidelyappliedincontrolandthelifeofpeople,givepeopleasenseofbeauty,topeoplethelifebringsfun.Allenterprisestopromotetheirowncorporateimageandproducts,withlightwatertoachieve.Realizationoflightsflashingsystemcontrolmethodalotof,canuseprogrammablecontrollerPLC,SCMscheme.Inthefaceoftheflashinglightsoftimeandflowdirection,microcontrollerprogrammingcomplexandnoteasytograsp,debuggingisextremelydifficult.Therefore,thefinal
choicetouseprogrammablecontroller.PLCtorealizethedesignofsystemfunction.
Programmablecontrollerisadigitalelectroniccomputingoperatingsystem,hasstrongpracticability,highstability,simpleprogrammingandotheradvantagesofthemoderncontrol,butalsointheindustrialautomationcontrolinparticularsequencecontrolhasaprominentadvantage.Theprogrammablecontrollercancompleteallkindsofinstructionsystemtrainingandvariouscontrolobjectsintheprogramdesignandtraining.
Inthispaper,usingtheMitsubishiFX2Nprogrammablecontrollertocontrolwaterlightssimplyontheprogrammablecontrollerthesystemstructure,workingprincipleandcontrolprincipletoundertakeananalysis,elaboratedwaterlampdesign,thescintillationprocess,hardwaredesign,softwaredesignrealizationprocess.
Keywords:
PLC;
lightwater;
Program
第一章绪论
1.1前言
随着社会经济的发展，各种装饰灯、广告灯越来越多出现在城市中。
街道的两旁，霓虹灯更是不可或缺的一道风景。
在晚会的现场，彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样炫目的灯管。
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。
针对PLC日益得到广泛应用的现状，本文介绍PLC控制流水灯的外观设计，闪烁过程，软件程序设计的实现过程。
可编程序控制器PLC，英文全称是ProgrammableLogicController。
PLC在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。
PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术，数字技术，自动控制技术等发展起来的一种通用工业自动控制装置。
随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的应用更加突出。
三菱系列的可编程序控制器技术来实现对流水灯的信号控制，
解决好流水灯控制问题将是保障城市美丽、时尚、快节奏生活的重要环节。
1.2设计的主要内容
本次设计是运用PLC来实现对流水灯系统的控制，设计的流水灯系统具有结构简单，变换形式多样，价格较低廉。
因为三菱PLC指令丰富，功能强大，可靠性高。
因此应用三菱FX2N系列PLC来设计一套彩灯自动控制的系统的方法以及在设计中对PLC机型的选择，PLC输入/输出点数的选择和PLC程序的编制。
本文是应用PLC控制流水灯。
PLC控制变幻灯是根据一定的变幻方式和周期进行程序的编写，变幻灯随着时间变化灯的亮灭也随之变化。
变幻灯则包括图形，位置的变化等。
其特点是在整个工作过程中周期性的花样变化，但频率不高。
在PLC控制流水灯，流水灯要有正反，跳动，间隔等流动方式。
1.3设计的要求
1.熟悉数据处理类应用指令的功能和使用方法。
2.通过编程训练，掌握编程技巧，积累编程经验，提高编制综合能力。
3.学会分析指令执行的过程，掌握程序运行调试的方法。
第二章流水灯系统的主要硬件设备的介绍
2.1可编程控制器及工作原理
可编程控制器是将传统的继电器控制技术、现代微电子技术、计算机技术和通信技术融为一体的自动化控制设备。
20世纪80年代以来，随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展，以16和32位微处理器为核心的PLC得到了迅速发展，使PLC在设计、性能、价格以及应用方面都有了新的突破。
不仅控制功能增强、功耗和体积减少、成本下降、可靠性提高、编程和故障检测更为灵活方面，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示等技术的发展，PLC的应用领域不断扩大。
PLC已成为现代工业生产自动控制的一大支柱产业。
PLC具有以下四个要点：
1）PLC是数字运算操作的电子装置，可以进行逻辑运算，顺序运算，计时，计数和算术运算等操作。
2）PLC带有可以编制程序的存储器。
3）PLC是为在工业环境下应用而设计，用于控制各种类型的机械或生产技术
4）PLC易与控制系统连成一体，易于扩展。
2.1.1可编程控制器的定义及特点
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
特点：
1.可靠性
1）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.通用性强，使用方便
现在PLC具有功能齐备的各种硬件配置，可以组成能满足各种控制要求的控制系统。
用户硬件确定以后，若生产工艺流程改变或生产设备更新，不必改变PLC的硬件设备，只需改编程序就可以满足控制要求。
3.采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4.编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5.体积小，重量轻
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，体积小，重量轻，功耗低。
2.1.2可编程控制器的硬件组成
可编程控制器主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。
1.微处理器（CPU）
可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。
通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；
单片机有8031、8096等；
位片式微处理器有AM2900、AM2903等。
FX2N可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。
2.存储器
可编程控制器配有两种存储器：
系统存储器和用户存储器。
系统存储器：
存放系统管理程序。
用户存储器：
存放用户编制的控制程序。
3.入接口电路
PLC通过输入单元可实现将不同输入电路的电平进行转换，转换成PLC所需的标准电平供PLC进行处理。
接到PLC输入接口的输入器件是：
各种开关、按钮、传感器等。
各种PLC的输入电路大都相同，PLC输入电路中有光耦合器隔离，并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。
PLC输入电路通常有三种类型：
直流（12∽24）V输入、交流（100∽120）V输入与交流（200∽240）V输入和交直流（12∽24）V输入。
4.出接口电路
PLC的输出有三种形式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。
输出端子有两种接法：
一种是输出各自独立，无公共点：
各输出端子各自形成独立回路。
一种为每4∽8个输出点构成一组，共有一个公共点：
在输出共用一个公共端子时，必须用同一电压类型和同一电压等级，但不同的公共点组可使用不同电压类型和等级的负载，且各输出公共点之间是相互隔离的。
5.电源
PLC的供电电源一般是市电，也有用直流24V电源供电的。
6.编程器
利用编程器可将用户程序输入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；
利用编程器还可以监视PLC的工作状态。
编程器一般分简易型和智能型。
2.1.3可编程控制器的工作方式和工作原理
1.PLC的工作方式：
采用循环扫描方式。
在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。
2.PLC的扫描过程：
分为上电处理、自诊断处理、通信服务、程序扫描
1）上电处理PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，I/O模块配置检查，断电保持范围设定及其它初始化处理。
2）自诊断处理PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，以确定PLC自身的动作是否正常。
如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通。
3）通信服务阶段在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容。
4）程序扫描在之前任务完成后，如果开关在RUN位置时，则进入程序扫描工作阶段。
先采样输入信号，再执行用户程序，最后刷新输出。
3.PLC的工作过程：
输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段
1）输入采样阶段在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器。
在此输入映像寄存器被刷新，接着进入程序的执行阶段。
2）程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。
但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
若用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映像寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器读出对应映像寄存器的当前状态。
根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关器件寄存器中。
3）输出刷新阶段程序执行完毕后，将输出映像寄存器，即元件映像寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
工作原理：
PLC虽具微机的许多特点，但它的工作方式却和微机有很大不同。
很重要的一个特点就是采用循环扫描。
扫描是用来描述CPU对程序顺序、分时操作的过程。
在PLC中，用户按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行。
直到遇到结束符后返回第一条。
如此周而复始不断循环的工作方式在系统软件控制下，顺次扫描个输入点的状态。
按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。
整个工作过程分为五个阶段：
自诊断，与编程器等的通信，输入采样，用户程序执行，输出刷新。
1.I/O点数2.扫描速度
3.内存容量
4.指令系统
5.内部寄存器
6.编程语言
7.编程手段
8.功能模块
除以上基本性能外，不同PLC还有其他指标。
如：
输入输出方式、自诊断通信联网、工作环境及电源等。
2.2PLC的编程语言及性能指标
PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。
PLC的编程语言有多种，如梯形图，语句表，功能图等。
梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象，直观的优点;
语句表编程语言类似计算机汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。
性能指标：
1.I/O点数：
既PLC面板上的I/O点数越多，外部可以连接的I/O器件就越多，控制规模就越大。
它是衡量PLC性能的重要指标之一。
2.存储容量：
决定了用户所编程序的长短，大、中、小型PLC的存储容量变化范围一般为2KB-2MB。
3.扫描速度：
指PLC执行程序的快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的稳合程度。
可编程控制器采用循环扫描的工作方式。
4.指令系统：
它是衡量PLC能力强弱的标志，决定了PLC的处理能力，控制能力的强弱，限定了计算机发挥运算功能，完成复杂控制的能力。
5.通信功能：
通信具有PLC之间的通信和PLC与计算机或其他设备之间的通信。
主要涉及通信模块，通信接口，通信协议，通信指令等。
6.扩展能力：
扩展能力包括I/O点数的扩展和PLC功能的扩展两方面。
7.特殊功能单元：
特殊功能单元种类多，可以说PLC的功能多。
典型的特殊单元有模量、模糊控制联网等功能。
2.3三菱FX系列PLC计数器（C）
FX2N系列计数器分为内部计数器和高速计数器两类。
2.3.1内部计数器
内部计数器是在执行扫描操作时对内部信号（如X、Y、M、S、T等）进行计数。
内部输入信号的接通和断开时间应比PLC的扫描周期稍长。
（1）16位增计数器（C0～C199）
共200点，其中C0～C99为通用型，C100～C199共100点为断电保持型（断电保持型即断电后能保持当前值待通电后继续计数）。
这类计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。
计数器的设定值为1～32767（16位二进制），设定值除了用常数K设定外，还可间接通过指定数据寄存器设定。
（2）32位增/减计数器（C200～C234）
共有35点32位加/减计数器，其中C200～C219（共20点）为通用型，C220～C234（共15点）为断电保持型。
这类计数器与16位增计数器除位数不同外，还在于它能通过控制实现加/减双向计数。
设定值范围均为-214783648～-+214783647（32位）。
C200～C234是增计数还是减计数，分别由特殊辅助继电器M8200～M8234设定。
对应的特殊辅助继电器被置为ON时为减计数，置为OFF时为增计数。
计数器的设定值与16位计数器一样，可直接用常数K或间接用数据寄存器D的内容作为设定值。
在间接设定时，要用编号紧连在一起的两个数据计数器。
2.3.2高速计数器（C235～C255）
高速计数器与内部计数器相比除允许输入频率高之外，应用也更为灵活，高速计数器均有断电保持功能，通过参数设定也可变成非断电保持。
FX2N有C235～C255共21点高速计数器。
适合用来做为高速计数器输入的PLC输入端口有X0～X7。
X0～X7不能重复使用，即某一个输入端已被某个高速计数器占用，它就不能再用于其它高速计数器，也不能用做它用。
各高速计数器对应的输入端如表1所示。
高速计数器可分为四类：
（1）单相单计数输入高速计数器（C235～C245）
其触点动作与32位增/减计数器相同，可进行增或减计数（取决于M8235～M8245的状态）。
（2）单相双计数输入高速计数器（C246～C250）
这类高速计数器具有二个输入端，一个为增计数输入端，另一个为减计数输入端。
利用M8246～M8250的ON/OFF动作可监控C246～C250的增记数/减计数动作。
（3）双相高速计数器（C251～C255）
A相和B相信号决定计数器是增计数还是减计数。
当A相为ON时，B相由OFF到ON，则为增计数；
当A相为ON时，若B相由ON到OFF，则为减计数，如图5a所示。
注意：
高速计数器的计数频率较高，它们的输入信号的频率受二方面的限制。
一是全部高速计数器的处理时间。
因它们采用中断方式，所以计数器用的越少，则可计数频率就越高；
二是输入端的响应速度，其中X0、X2、X3最高频率为10KHZ，X1、X4、X5最高频率为7KHZ。
2.4三菱FX系列PLC定时器（T）
PLC中的定时器（T）相当于继电器控制系统中的通电型时间继电器。
它可以提供无限对常开常闭延时触点。
定时器中有一个设定值寄存器（一个字长），一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点的映象寄存器（一个二进制位），这三个量使用同一地址编号。
但使用场合不一样，意义也不同。
FX2N系列中定时器时可分为通用定时器、积算定时器二种。
它们是通过对一定周期的时钟脉冲的进行累计而实现定时的，时钟脉冲有周期为1ms、10ms、100ms三种，当所计数达到设定值时触点动作。
设定值可用常数K或数据寄存器D的内容来设置。
2.4.1通用定时器
通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。
通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。
（1）100ms通用定时器（T0～T199）
共200点，其中T192～T199为子程序和中断服务程序专用定时器。
这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定
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