广告灯控制设计论文1.docx
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广告灯控制设计论文1
郑州工业安全职业学院
毕业论文（设计）
题目PLC的广告灯的控制设计
姓名____
系别____机电工程系_________
专业____机电一体化_________
年级_____2008届____________
指导教师_______
2011年5月29日
毕业论文（设计）成绩评定表
学生
姓名
周银光
学生所在系
机电工程系
专业
班级
机电一体化四班
毕业论文（设计）
课题名称
PLC的广告灯的控制设计
指导教师评语（应包括选题是否恰当、是否理论联系实际、论点是否正确、论证是否充分、语言是否通顺、结构是否合理、行文是否规范）：
成绩：
指导教师签名：
年月日
系学术委员会意见（同意给优、良、及格、不及格等次）
签名：
年月日
目录
摘要
第一章plc的概述1
第一节PLC的产生、定义、组成、特点及发展趋势1
第二节PLC工作原理4
第三节PLC的编程语言5
第四节PLC的分类及性能指标5
第二章广告灯设计概述6
第一节PLC广告灯控制要求6
第二节PLC广告灯的主要内容6
第三章广告灯总体设计8
第一节PLC型号8
第二节PLCI/O分配图..................................................8
第三节PLC控制接线图..................................................8
第四节PLC控制梯形图..................................................9
第五节PLC控制指令表.................................................12
第六节实验室电气原理图仿真及程序调试.................................15
致谢..................................................................16
参考文献..............................................................17
摘要
可编程序控制器简称PLC，它的应用面广，功能强大，使用方便，已经成为当代工业自动化的主要的支柱之一。
PLC广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化中也得到了迅速的发展。
关键词：
PLC功能控制
第一章PLC概述
第一节PLC的产生、定义、组成、特点及发展趋势
（一）PLC的产生
可编程序控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC），PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有道用灵活的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。
曾经有人将PLC技术与数控技术（CNC）、CAD／CAM技术、工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。
最初的电气自动控制装置（包括日前使用的一些简单机械），只是一些简单的手动电器（如刀开关、正反转开关等）。
这些电器只适合于电机容量小、控制要求简单、动作单一的场合。
随着技术的进步，生产机械对电气自动控制提出了越来越高的要求，电气自动控制装置逐步发展成了各种形式的电气自动控制系统。
1969年美国数字设备公司（DEC公司）首先研制比了全世界第一台可编程序控制器，并称之为“可编程序逻辑制器”〔ProgrammableLogicController，简称PLC）。
试样机在GM公司的应用获得了成功。
此后，PLC得到了快速发展，并被广泛用于各种开义量逻辑运算与处理的场合。
早期PLC的硬件主要由分立元件与小规模集成电路构成，它虽然采用了计算机技术，但指令系统、软件与功能相对较简单，一般只能进行逻辑运算的处理，同时通过简化计算机的内部结构与改进可靠性等措施，使之能与工业环境相适应。
在20世纪70年代初期曾经出现过一些出二极管矩阵、集成电路等器件组成的所谓“顺序控制器”；20世纪70年末期曾经出现过以MCl4500工业控制单元（Industrialcontrolunit，简称ICU）为核心．出8通道数据选择器〔MCl4512）、指令计数器（MCl4516）、8位可寻址双向锁存器（MCl4599）、存储器（2732）等组成的“可编程序控制器”等产品。
这些产品与PLC相比，虽然具有一定的价格优势，但最终还是因可靠性、功能等多方面的原因，未能得到进一步的推广与发展；而PLC则随着微处理器价格的全面下降，最终以其优良的性能价格比，得到了迅速发展，并最终成为了当代工业自动控制技术的重要支柱枝术之一。
（二）PLC的定义
PLC技术一经出现，立即引起了全世界的广泛关注，1969年首先将其进行商品化并推向市场的是美国GOULD公司；1971年，在引进美国技术后，日木研制出了自己的第一台PLC；l973年，德国SIEMENS公司也研制出了欧洲第一台PLC；1974年，法国随之也研制出了PLC。
到了20世纪70年代中期，PLC开始采用微处理器。
PLC的功能也从最初的逻辑运算拓展到具有数据处理功能，并得到了更为广泛的应用。
由于当时的PLC功能已经不再局限于逻辑处理的范畴，为此，PLC也随之改称为可编程序控制器（ProgrammableController，简称PC）。
1980年，美国电气制造商协会（NationalElectronicManufactureAssociation，简称NEMA）对可编程序控制器进行了如下定义：
“可编程序控制器是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口；以位运算为主；能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能；面向机器或生产过程的自动控制装置”。
并将其统一命名为ProgrammableController（PC）。
（三）PLC的基本结构
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，如图2.1所示：
图2.1PLC硬件结构
1、中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：
检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性，灵活性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2、存储器（Memory）
可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。
CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。
小型PLC的CPU多采用单片机或专用的CPU。
大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。
3、基本I/O接口电路
（1）输入接口单元。
PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。
输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1~15ms之间。
多数PLC的输入接口单元都相同，通常有两种类型。
一种是直流输入，一种是交流输入。
（2）输出接口单元。
PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。
PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。
4、接口电路
PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类
（1）I/O扩接口电路
I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。
I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
根据被控制对象对PLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。
（2）外设通信接口电路
通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。
PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。
5、电源
PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源（5V直流）。
当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。
（四）PLC的特点
1、软硬件功能强
2、使用维护方便
3、运行稳定可靠
4、组织灵活
（五）PLC的发展趋势
从当前产品来看，PLC的发展仍然主要体现在提及的缩小与性能的提高两大方面。
1．向高速度、大容量方向发展
2．向超大型、超小型两个方向发展
3．PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力
4．增强外部故障的检测与处理能力
5．编程语言多样化
第二节PLC工作原理
（一）循环扫描的特点
（1）、输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。
2）、扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。
3）、对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。
4）、各个电路和不同扫描阶段会造成输入和输出延迟，这是PLC的主要缺点。
在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入映象寄存器中。
紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映象寄存器和输出映象寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映象寄存器。
（二）PLC中的存储器
PLC中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器。
1）、用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。
2）、用来存储工作数据的区域称为工作数据区。
3）、系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的PLC的指令的系统编写的系统程序，它决定了PLC的功能，用户不能更改其内容。
（三）PLC的编程语言
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的汇编语言，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。
第四节PLC的分类及性能指标
（一）plc的分类
按I/O点数容量分类
1）、小型机（I/O点数小于256点）
典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列。
2）、中型机（I/O点数在256—1024之间）
典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列。
3）、大型机（I/O点数在1024点以上）
典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列。
按结构形式分
根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。
（1）、整体式结构
微型和小型PLC一般为整体式结构。
如西门子的S7-200。
（2）、模块式结构
目前大、中型PLC都采用这种方式。
如西门子的S7-300和S7-400系列。
（二）PLC的性能指标
1）、I/O点数
I/O点数，即PLC面板上的I/O端子的个数。
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
这里专指用户存储器的存储容量，它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
扫描速度是指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
通信有PLC之间的通信和PLC与计算机或其它设备之间的通信。
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功能的扩展两方面的内容。
7）、特殊功能单元
特殊功能单元种类多，也可以说PLC的功能多。
典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。
第二章广告灯设计概述
广告灯做为一种现代化的工具，与人们的日常生活紧密相关，随着人们对要
求的提高，广告灯灯光控制得到了快速发展，其逻辑控制已由可编程控制器代原
来的继电器控制。
本文采用可编程逻辑控制器（PLC）对广告灯进行控制，通合
理的选择和设计，提高了广告灯的控制水平，并改善了广告灯灯光控制的可靠性。
第一节PLC广告灯控制要求
本控制系统只要是用于控制广告灯按顺序闪烁。
能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。
第二节PLC广告灯的主要内容
用PLC控制一个自动闪烁的广告牌，其内容为“郑州工业安全职业学院欢迎您”，这13个字用13个灯点亮并实现闪烁。
其闪烁要求为：
在打开闪烁开关后，首先“郑”字亮1S，接着“州”字亮1S，以此类推，至“您”字亮1S后，“郑州工业安全职业学院欢迎您”这13个字以0.6S的周期闪烁3次，然后又是“郑”
字亮1S……如此循环进行。
如表1，所示：
灯号步序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
HL1
亮
HL2
亮
HL3
亮
HL4
亮
HL5
亮
HL6
亮
HL7
亮
HL8
亮
HL9
亮
HL10
亮
HL11
亮
HL12
亮
HL13
亮
第三章广告灯总体设计
第一节PLC型号
由于在本篇论文所设计的广告灯中共有13个端口输出，并且采用交流电，
所以我选择用三菱FX2N-48MR-001。
FX2N-48MR-001的主要的技术参数：
输入继
电器有24点，输出继电器有24点。
电源电压为AC100-240V，频率为50/60Hz。
第二节PLCI/O分配口
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输入点编号
启动按钮
SB1
X0
“郑”字彩灯
HL1
Y0
停止按钮
SB2
X1
“州”字彩灯
HL2
Y1
“工”字彩灯
HL3
Y2
“业”字彩灯
HL4
Y3
“安”字彩灯
HL5
Y4
“全”字彩灯
HL6
Y5
“职”字彩灯
HL7
Y6
“业”字彩灯
HL8
Y7
“学”字彩灯
HL9
Y10
“院”字彩灯
HL10
Y11
“欢”字彩灯
HL11
Y12
“迎”字彩灯
HL12
Y13
“您”字彩灯
HL13
Y14
第三节PLC控制接线图
广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制接线图如图1所示。
第四节PLC控制梯形图
广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制梯形图如图2所示。
第五节PLC控制指令表
广告自动闪烁灯三菱FX2N系列PLC控制指令表
0LDX000
1ORM0
2ANIX001
3OUTM0
4LDMO
5ANIT1
6OUTT0K5
9LDT1
10PLSM1
12LDM0
13ANIM3
14ANIM4
15ANIM5
16ANIM6
17ANIM7
18ANIM8
19ANIM9
20ANIM10
21ANIM11
22ANIM12
23ANIM13
24ANIM14
25ANIM15
26OUTM2
27LDM1
28ANIM15
29SFTLM2M3K13K1
38LDM2
39ORT2
40OUTY000
41LDM3
42ORT2
43OUTY001
44LDM4
45ORT2
46OUTY002
47LDM5
48ORT2
49OUTY003
50LDM6
51ORT2
52OUTY004
53LDM7
54ORT2
55OUTY005
56LDM8
57ORT2
58OUTY006
59LDM9
60ORT2
61OUTY007
62LDM10
63ORT2
64OUTY010
65LDM11
66ORT2
67OUTY011
68LDM12
69ORT2
70OUTY012
71LDM13
72ORT2
73OUTY013
74LDM14
75ORT2
76OUTY014
77LDM15
78ANIT3
79OUTT2K3
82LDT2
83OUTT3K3
86LDT3
87OUTC0K3
90LDC0
91ZRSTM3M15
96END
第六节电气原理图仿真及程序调试
本次设计的电气原理仿真及程序调试是在工业技术中心PLC实验室完成的，并按下列步骤依次进行
（一）检验程序
将编好的应用程序输入到微机内，利用软件进行程序检验，起初有几处编程语法错误，经过几次认真修改后，程序无误。
然后传入PLC内。
（二）信号模拟
用实验台上的模拟开关模拟输入信号，接入相对应的输入端点。
输入程序后，扳动开关，接通或断开模拟开关，用来模拟相应按钮动作及机械动作使检测元件状态发生的变化，并通过输入输出指示灯来观查输入输出端点的状态变化，经观察模拟开关与PLC连接正确。
（三）按程序进行模拟运行
先对照输入信号表，设置好原始状态下所有输入信号的状态，再使PLC运行，按下相应按钮，按梯形图程序，观察输出情况，经观察符合程序设定的输出；按工步状态在一个工作循环里逐步转换的顺序依次发出状态转移指令信号，系统将结束一个工步状态转入下一个工步状态，将转换情况和已编的程序相比较，知转换情况与程序设定的输出情况相同，电气原理图仿真及程序调试成功。
致谢
经过一个多月的时间，在各位老师的帮助下，在我的不断努力下，我的毕业设计终于要完成了。
从设计中我学到许多知识，也理解了做任何事都要细心的道理。
知识的积累是一点一滴的，在设计中我也感受颇深。
在此我要真诚的感谢赵老师给予我的指导，在设计过程中老师严格督促我的毕业设计速度，及时的帮我解决我在设计中遇到的各种问题和困难，在设计中一直对我严格要求，在整个毕业设计过程中都给我耐心的指导和讲解，并主动为我提供各种相关技术资料，在指导老师的帮助和指导下我顺利完成了本次毕业设计，也让我在这次毕业设计中受益匪浅，在此谨向指导老师致以深切的谢意！
感谢评阅和阅读本设计论文的老师为此付出的辛勤劳动！
参考文献
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可编程控制器原理及应用实例[M]。
机械工业出版社，2004
[9]江秀汉、汤楠主编。
可编程序控制器原理及应用。
西安电子科技大学出版社，2003
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