基于PLC彩灯控制系统设计1Word文件下载.docx
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更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得了广泛的应用。
20世纪末期，可编程控制器的特点是更加适应于现代工业控制的需要。
从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机;
从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合;
从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。
这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。
加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。
PLC的联网通信有两类：
一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；
另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。
为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。
在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。
除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
2.2PLC的特点与应用
PLC是一种专门为了在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置。
它采用一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，控制各类型的机械或生产过程。
PLC及有关的外围设备都应按照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。
PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。
（1）可靠性高，抗干扰能力强。
（2）通用性强，使用方便。
（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便。
（4）编程语言简单、易学，便于掌握。
（5）系统设计周期短。
（6）对生产工艺改变适应性强。
（7）安装简单、调试方便、维护工作量小
目前，PLC在国内己广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、
汽车、轻纺、交通、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:
1、开关量的逻辑控制
这是PLC最基本最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线.
2、数据处理
PLC可以用于对直线运动或圆周运动的位置速度和加速度的控制。
3、运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/0模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
4、过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算
PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制，PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
5、控制网络（通信）
随着计算机控制系统的发展，近年来工厂自动化通信联网发展得很快，各个著名的PLC生产厂商推出了自己网络系统。
2.3PLC的工作原理
PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。
它是一种存储程序的控制器，用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。
PLC扫描工作方式主要分三个阶段：
输入采样、程序执行、输出刷新。
（1）输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。
PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。
在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。
（2）程序执行PLC完成了采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。
再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存。
但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。
（3）输出刷新在执行到END的命令时，即执行完用户所有的程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。
3控制系统的硬件设计
3.1PLC硬件配置
本控制系统采用日本三菱公司生产的FX2N—24MRPLC。
FX2N系列是一种超小型叠装式PLC，它由基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊功能模块组成。
基本单元：
内置电源（输入模块不需外接电源，它由内置电源供电）、I/O模块及CPU与存贮器，是PLC的核心部分。
既可单独使用，又可与扩展单元、扩展模块组合使用。
可以增加基本单元的I/O点数，内置电源。
扩展模块：
扩展I/O点数，但电源由基本单元或扩展单元供电。
每台基本单元或扩展单元最多可联接2台扩展模块。
特殊功能模块：
FX2N-16NT，用于通信；
FX2N-3A，可提供2路模拟量输入，1路模拟量输出，来选用。
3.2系统动作流程图
Y
N
3.1系统动作流程图
3.3PLC的外部接线图
根据系统总方框图和设计要求，基于PLC彩灯循环控制系统的外部接线图如图3-2。
SB1是点动开关。
彩灯控制系统用SB1开启。
其中，输入采用的是汇点式，共接一个COM端子，电源由PLC内部电源提供。
Y1-Y9表示9个LED彩灯。
通电时其常开触点闭合，常闭触点断开。
Y0—Y3共用一个COM端子，Y4—Y10共用另一个COM端子，而输出共用一个电源，所以将两个COM端子连在一起，实现电源的共用。
3.2PLC的外部接线图
3.4I/O分配表
本设计中，共有六个输入开关，9个LED输出，根据PLC外部接线图，我们能得出I/O分配表如表4-1所示。
序号
PLC地址
电气符号
功能说明
1
X0
SB1
启动
2
X1
SB2
停止
3
Y0
L1
黄灯1
4
Y1
L2
黄灯2
5
Y2
L3
绿灯3
6
Y3
L4
绿灯4
7
Y4
L5
绿灯5
8
Y5
L6
红灯6
9
Y6
L7
红灯7
10
Y7
L8
红灯8
11
Y10
L9
红灯9
表3.3PLC的I/O分配
4控制系统的软件设计
由图可知控制系统步序共分7步。
彩灯工作一个周期后自动停止，若运行过程中按停止按钮，所有灯全部熄灭。
彩灯工作一个周期后，不停止，而是开始下一个周期，若运行过程中按停止按钮，彩灯运行状态不变，而是要等到本周期结束后。
4.1梯形图程序
图4.1梯形图程序
4.2指令表
4.2指令表
4.3控制系统测试与分析
控制系统必须进行调试后才投入实际生产之中，在这之前，以便发现问题及时解决。
本系统的调试主要是利用电气工程系的实验设备进行模拟。
根据前面的分析，限位开关采用点动开关模拟，输出都采用指示灯表示不同的状态，以模拟系统的工作的正确性。
接线图与前面的外部接线类似，可以采用那种接法进行调试。
从分析结果来看，系统基本是按设计要求进行工作，误差在课程设计容许的范围之内。
5、结论
随着现代科学技术的迅猛发展，PLC技术几乎完全融入了我们的日常生活之中，所以学习PLC对我们今后的发展也是非常重要的。
对于初学者的我们，此次课程设计无疑是一个很好的培养锻炼我们的机会，运用平时所学和图书馆以及网上资源来设计自己的程序，发现和解决问题弥补知识的欠缺以及锻炼实践的能力。
在此次实训中，我们四人一组，大家同心协力，一同泡图书馆查资料，一起研究梯形图，遇到问题都是自己先讨论尝试着解决，如果确实无法解决才向老师寻求帮助，让我深深感受到团队协作的力量，也拿出了好的成果。
回顾此次PLC课程设计，时间虽比较短暂，但是在此次实习中学到很多有用的东西。
当我们刚刚拿到这个课题的时候，有点茫然，不知道该从何下手，切入点在哪?
经过在图书馆、网上搜索相关的资料，逐步了解自己要设计个什么东西，该东西的工作原理，工作设计是什么，各环节的线索是什么？
理清线索后，就确定整体设计方案，按方案的步骤着手设计各单元电路，庆幸的是各单元电路的设计比较简单，但是实际按图连线就有些困难，及运行当中出现的问题有点让我们止步，不过最后我们团结互助，不断向老师请教，把一个个难关予以解决。
现在，整个设计虽基本完成，也许结果并不是很令人满意，过程中出现的一些问题，例如延迟时间不是很精确，电路设计得不怎么完善等等。
我想我们只有在实践中多去操作，不言放弃、不急躁，迎难而上，多总结经验，多尝试，才能将专业知识学得更好，才能学以致用，才能达到学习的真正目的。
为以后的工作生活积累更多的经验，让自己走得更远，更好。
参考文献
[1]王阿根.电气可编程序控制原理与应用.清华大学出版社.2010
[2]何有华.可编程序控制器及常用控制电路.冶金工业出版社.2002
[3]郭纯生.可编程序控制器编程实战与提高.电子工业出版社.2006
[4]谢克明夏路易.可编程控制器.电子工业出版社.2003
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