LC+小区照明组态+控制系统Word格式.docx

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指导老师

严法高

职称

助教

学生姓名

曹雅

班级

0502电气

学号

0505510248

设计题目

基于MCGS的小区照明组态控制系统设计

设计

内容

目标

和

要求

毕业设计内容和目标：

要求完成小区照明组态控制系统的设计：

（1）楼道照明控制：

当人在一楼准备上楼时，按一下上楼照明按钮，一楼照明灯亮，当你爬到两楼时，两楼照明灯自动亮起，一楼照明灯自动熄灭，以此类推，下楼也一样。

如果几人同时上下，照明灯都按各自的规律变化，互不影响。

（2）采用MCGS组态软件设计模拟控制画面，并与PLC联机调试实现控制要求。

毕业设计任务要求：

1、提出选题的初步设想和研究目的

2、收集、整理与理论和实际有关的、完整的、准确的信息资料

3、熟悉PLC的结构与原理和基本编程方法，具备编程解决实际问题的能力。

4、熟悉MCGS组态软件的编程方法，设计相应组态画面。

5、完成整个系统的结构设计、组态、调试。

教研室

审核

系部

第二部分

开

题

报

告

扬州工业职业技术学院电子信息工程系10届

毕业设计（论文）开题报告书（表1）

专业

电气自动化

题目

基于MCGS的小区照明组态系统控制

指导教师

学位

硕士

题目类别

√工程设计□基础研究□应用研究□其它

【课题的内容与要求】

本课题主要是实现小区照明的组态控制，采用三菱公司的FX2N系列PLC作为控制器，主要任务包括：

（1）分析被控对象，明确系统控制要求

（2）PLC选型及相关电气设备的选择

（3）控制流程设计

（4）硬件设计：

包括I/O口设备的选择与I/O点分配、执行元件的选择

（5）软件设计：

控制程序的设计

（6）绘制PLC程序清单及注释

【前言】

近年来，许多城市都搞起亮化工程，各种流光溢彩的景观灯扮靓了城市夜空。

然而，在一些小区因楼道照明频繁损坏。

成为照明盲区，居民不得不摸黑上下楼，给他们的生活带来困扰。

采用PLC控制的楼道照明，可以克服上述的缺陷。

不但实用、节能，还美观有趣。

而小区路灯调光控制主要起节能作用。

【方案的比较与评价】

早期小区照明组态控制系统,都有明显的缺陷：

一是楼道安装开关照明。

缺点是经常忘记关灯。

容易形成长明灯，灯泡容易坏；

二是楼道安装触摸式开关照明，缺点是经常按，触摸式开关容易失灵：

三是楼道安装感应照明，缺点是由于过于敏感，有响声，整栋楼的灯全亮了，时间一长，灯泡经常闪烁，也经常坏。

四是楼道安装控照明，缺点是一开始，只需小声咳嗽或走动有声响，灯泡就亮，可渐渐发展成要跺脚、喊叫才能亮。

而小区路灯调光控制主要起节能作用

【预期的效果及指标】

1、完成收集整理文献相关资料。

2、设计绘制硬件控制电路。

3、基于三菱FX2N系列PLC完成控制程序设计。

4、实现步进电机的正转、反转控制。

5、设计完成组态画面并设计PLC通讯。

6、对照任务要求反复调试实现控制功能

【进度安排】2010年3月01日-2010年3月23日选题、调研、收集资料

2010年3月25日-2010年3月31日论证、开题

2010年4月01日-2010年5月08日设计（写作初稿）

2010年5月09日-2010年5月30日修改、定稿、打印

【参考文献】

1.贺哲荣.流行PLC实用程序及设计.西安电子科技大学出版社2006年

2.胡学林.可编程控制器应用技术.高等教育出版社.2003年

3.求是科技.PLC应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社.2005年

4.贾德生.PLC应用开发实用子程序.人民邮电出版社.2006年

5.龚仲华.三菱EX/Q系列PLC应用技术.人民邮电出版社.2006年

6.余国亮.PLC原理与应用.清华大学出版社.2005年

【指导教师意见】

（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）

□同意提交开题论证□修改后提交□不同意提交（请说明理由）

指导教师签章：

年月日

【系部意见】

□同意指导教师意见□不同意指导教师意见（请说明理由）□其它（请说明）

系（部）主任签章：

年月日

第三部分

毕

业

设

计

正

文

PLC在小区照明控制系统中的应用

[摘要]近年来，许多城市都搞起亮化工程，各种流光溢彩的景观灯扮靓了城市夜空。

当人在一楼准备上楼时，按一下上楼照明按钮，一楼照明灯亮，当你爬到二楼时，两楼照明灯自动亮起，一楼照明灯自动熄灭，以此类推，下楼也一样。

目前楼道照明有以下几种方式，都有明显的缺陷。

二是楼道安装触摸式开关照明，缺点是经常按，触摸式开关容易失灵；

三是楼道安装感应照明，缺点是由于过于敏感，只要有响声，整栋楼的灯全亮了，时间一长，灯泡经常闪烁，也经常坏。

四是楼道安装声控照明，缺点是一开始，只需小声咳嗽或走动有声响，灯泡就亮，可渐渐发展成要跺脚、喊叫才能亮。

[关键词]PLC小区照明组态控制系统

TheapplicationofPLCintheResidentiallightingcontrolsystem

CaoYa

0502Electrical

Abstract:

Inrecentyears,manycitieshaveekeoutherbrightproject,variousexcessiveofurbanlandscapelightsbeautifulsky.However,insomeresidentialbuildinglightingfrequentlyduetodamage.Residentshavebecomeblind,lightingupanddown,givethemraisedinlife.PLCcontrollighting,canovercomethecorridorofthedefect.Notonlypractical,energysaving,beautifulandinteresting.Whenapersonisonthefirstfloortogoupstairs,clickthebutton,thefloorupstairsilluminationlightingandlightwhenyouclimbtothesecondfloor,twobuilding,firstfloorautomaticlightfloodlightlighting,andsoon,beextinguisheddownstairs.Ifafewpeople,accordingtotheirrespectivelawsfloodlight,mutualinfluence

andvillagestreetlightenergysavingeffectoncontrollingmainly.

Currentlythereareseveralwaysbuildinglighting,hasobviousflaw.Oneisbuildinglightinginstallationswitch.Defectisoftenforgettoturnoffthelights.Easytoform,bulbeasilybroken;

ever-burninglamps2ishauntingfeelingswitch,lightinginstallation,touchdrawbackisoftenswitchtofailurebythreeisinstalledlighting,buildingisduetothedisadvantagesinducedwastoosensitive,solongashasthesound,thewholebuildingallthelightslit,alongtime,thelightbulb,oftenalsofrequently.Fourisinstalledlighting,buildingasonicshortcomings,justwalkdownacoughorlightbulbwill,andgraduallydevelopedintotostampout,canshine

Keywords:

PLC,Residentiallightingconfiguration,controlsystem

第一章绪论

可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，最初叫做可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），即PLC，现已广泛应用于工业控制的各个领域。

它以微处理器为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

1.1PLC的产生和发展

20世纪60年代以前，汽车流水线的自动控制系统基本上都采用传统的继电器控制。

在60年代初，美国汽车制造业竞争越发激烈，而汽车的每一次更新的周期越来越短，这样对汽车流水线的自动控制系统更新就越来越频繁，原来的继电器控制就需要经常地重新设计和安装，从而延缓了汽车的更新间。

所以人们就想能有一种通用性和灵活性较强的控制系统来替代原有的继电器控制系统。

1968年，美国通用汽车公司首先提出可编程控制器的概念。

在1969年，美国数字设备公司（DEC）终于研制出世界上第一台PLC。

这是由一种新的控制系统代替继电器的控制系统，它要求尽可能地缩短汽车流水线控制系统的时间，其核心采用编程方式代替继电器方式来实现生产线的控制。

这种控制系统首先在美国通用汽车的生产线上使用，并获得了令人满意的效果。

PLC在食品、制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。

1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的PLC。

1973年，欧洲一些国家也研制出了自己的PLC。

1974年，我国也开始仿照美国的PLC技术研制自己的PLC，终于在1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。

大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。

现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。

据预测，在不远的将来，PLC、CAD/CAM和机器人将成为工业自动化的三大支柱。

毫无疑问，PLC将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。

在20世纪80年代，美国的工业市场调查报告和1989年美国的一份分散控制系统（DCS）的调研报告中，都能看出PLC在工业控制中的重要作用。

1.2PLC的定义

PLC自问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，国际电工委员会（

IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一稿、第二稿和第三稿，并在1987年作了如下的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

总之，可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计的计算机，它是将传统的继电器技术、计算机技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。

在具体的国内工业应用中，由于它不是针对某一具体工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件则根据控制要求进行编写。

1.3PLC的特点

PLC是传统的继电器技术和计算机技术相结合的产物，所以在工业控制方面，它具有继电器控制或通用计算机所无法比拟的特点。

（1）高可靠性

PLC的高可靠性主要表现在硬件和软件两个方面：

在硬件方面，由于采用性能优良的开关电源，并且对采用的器件进行严格的筛选，加上合理的系统结构，最后加固、简化安装，因此PLC具有很强的抗振动冲击性能；

无触点的半导体电路来完成大量的开关动作，就不会出现继电器控制系统中的器件老化、脱焊、触点电弧等问题；

所有的输入/输出（I/O）接口都采用了光电隔离措施，使外部电路和PLC内部电路能有效的进行隔离；

PLC模块式的结构，可以在其中一个模块出现故障时迅速地判断出故障的模块并进行更换，这样就能尽量缩短系统的维修时间。

在软件方面，PLC的监控定时器可用于监视执行用户程序的专用运算处理器的延迟，保证在程序出错和程序调试时，避免因程序错误而出现死循环；

当CPU、电池、I/O口、通信等出现异常时，PLC的自诊断功能可以检测到这些错误，并采取相应的措施，以防止故障扩大；

停电时，后备电池和正常工作时一样，进行对用户程序及动态数据的保护，确保信息不丢失。

（2）应用灵活、使用方便

模块化的PLC设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需的PLC的模块并进行资源配置和PLC编程。

这样，控制系统就不再需要大量硬件装置，用户只需根据控制需要设计

PLC的硬件配置和I/O的外部接线即可。

而在PLC控制系统中，当控制要求改变时，不改动PLC外部接线，只需修改程序即可。

（3）面向控制过程的编程语言，容易掌握

PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰直观。

虽然PLC是以微处理器为核心的控制装置，但是它不需要用户具有很强的程序设计能力，只要用户具备一定的计算机软、硬件知识和电器控制方面的知识即可。

这种面向控制过程的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种时耗是微不足道的。

（4）易于安装、调试、维修

在安装时，由于PLC的输入/输出接口已经做好，因此可以直接和外部设备相连，而不再需要专用的接口电路。

而且PLC的软件功能取代了原来继电器控制中的中间继电器、计时器、计数器等一些器件，所以硬件安装上的工作量相应减少。

PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试。

这样就可以避免可能在现场会出现的一些问题，从而缩短调试周期。

在维修方面，PLC完善的诊断和显示功能，可以通过模块上的显示或编程器等很容易地找出故障的模块，而且由于模块化设计，因此只需要对出错的模块进行更换即可。

（5）网络功能强大

PLC具有强大的网络功能。

PLC不仅能做到远程控制、进行PLC内部通信与上位机进行通信，还具备专线上网、无线上网等功能。

这样，PLC就可以组成范围很大的控制网络，整个工厂，甚至整个系统都可以实现自动化，从而提高生产的效率。

（6）体积小、重量轻

由于PLC内部电路主要采用微电子技术设计，因此它具有体积小、重量轻等特点。

1.4PLC的主要技术指标

（1）存储器容量

存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器和数据存储器组成的。

程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的最大长度。

一般中小型的PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。

（2）输入/输出（I/O）点数

输入/输出点数是指根据工业系统控制要求所得到的对应于PLC的输入/输出端的个数。

I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。

而A/D、D/A通道可通过相应的折算统计，如果PLC采用16位的CPU，则一路A/D或D/A一般折算为16点的I/O；

如果PLC采用32位的CPU时，则一路A/D或D/A一般折算为32点I/O。

（3）扫描时间

扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。

PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。

（4）指令种类和数量

指令的种类和数量决定了用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。

（5）内部寄存器的种类和数量

内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。

它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。

种类和数量越多，PLC的功能就越强大。

（6）扩展能力

PLC扩展能力是指PLC是否能具有I/O点数扩展、功能扩展、联网等一些功能。

（7）智能模块的种类和数量

智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能的模块。

智能模块种类和数量越多，说明PLC功能越强大。

（8）编程工具

编程工具可以使用编程器或者使用专用的编程软件。

一般编程器只能使用助记符语言，而用编程软件则可使用梯形图和助记符等语言来进行编程。

1.5PLC的主要生产厂家

目前，全世界的PLC生产厂家约有200家，生产300多个品种。

主要集中在美国、德国、日本等多家公司。

其中德国和美国是以大型PLC而闻名，而日本则主要生产小型PLC。

下面就分别介绍这3个国家的PLC产品以及我国无锡生产的华光PLC。

（1）美国的PLC

美国的PLC厂家很多，现已超过百家。

其中以A-B（ALLEN-BRADLEY）公司、美国通用（GE）公司生产的PLC最具代表性。

（2）德国的PLC

德国的PLC主要以西门子（SIEMENS）为代表，它是世界上较早研制和生产PLC的主要厂商之一，其主流产品包括西门子S7-200、S7-300、S7-400系列PLC。

（3）日本的PLC

日本的PLC以高性价比的小型机著称。

其主要代表厂家为欧姆龙（0MRON）、三菱等厂家。

欧姆龙公司主要产品有微型的C20P和C20、小型的C120和C200H、中型的C500和C1000H、大型的C2000H。

三菱公司的主要产品有小型的F、F1、F2系列，还有FX0、FX2系列和A系列等。

（4）无锡华光PLC

华光电子工业有限公司是中日合资企业，成立于1989年4月。

是生产开发销售可编程序控制器（PLC）、触摸式工业图形显示器、接近开关、电子计数器、旋转编码器等电子控制产品的专业企业。

它也生产多种型号与规格的PLC，如SU、SG等，发展也很快，并在价格上很有优势。

第二章PLC的结构、工作原理及系统设计

2.1PLC的结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

根据结构形式的不同，PLC的基本结构分为整体式和模块式结构两类。

整体式（又称箱体式）结构的PLC由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等组成，并将这些组装在同一机体内。

这种结构的特点是结构简单、体积小、价格低、输入/输出点数固定、实现的功能和控制规模固定，但灵活性较低。

其基本结构框图如图2-1所示。

图2-1整体式结构

模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。

模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。

基本结构框图如图2-2所示。

图2-2模块式结构

2.2PLC的主要组成部分

（1）中央处理器

中央处理器（CPU）是PLC的核心部分，它通过系统总线与用户存储器、输入/输出（I/O）、通信端口等单元相连。

通过制造厂家预制在系统存储器内部的系统程序完成各项任务。

其主要功能是由编程器写入控制程序和数据到存储器、调用系统程序对用户程序进行编辑或编译并把相应的操作数转存到内存中去、从存储器上读取和执行程序，还可以进行PLC内部故障的诊断等。

（2）存储器

根据存储器存储内容的不同，我们把存储器分为：

系统程序存储器：

用来存放系统程序的存储器。

系统程序相当于计算机操作系统，主要包括检查程序、编译程序和监控程序，是PLC厂家根据选用的CPU的指令系统编写的，并固化到ROM里，用户不能修改其内容。

用户程序存储器：

用来存放用户根据控制要求编制的程序。

不同类型的PLC，其存储容量也不一样。

数据存储器：

用以存放PLC运行中的各种数据的存储器。

因为运行中数据不断变化，所以这种存储器必须可读写。

（3）输入/输出（I/O）单元

输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备连接的纽带。

输入单元接收现场设备向PLC提供的开关量信号，经过处理后，变成CPU能够识别的信号。

输出单元将CPU的信号经处理后来控制外部设备的。

（4）电源部分

不同型号的PLC有不同的供电方式，所以PLC电源的输入电压既有12V和24V直流，又有110V和220V交流。

PLC内部使用的电源是整体的供给中心，它的优劣直接影响到PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电。

（5）通信端口

PLC的CPU模块上至少有一个通信端口。

通过这个通信端口，PLC可以直接和编程器或上位机相连。

（6）编程器

几乎每个PLC厂家都有自己的编程器。

用户通过编程器来编写控制程序，并通过编程器接口将自己的控制程序输入到PLC。

它还可以在线检测程序的运行情况,在出现故障时，通过编程器可以很方便的找出错误。

（7）特殊功能单元

主要包括模拟量输入/输出单元、远程I/0模块、通信模块、高速计数模块、