天塔之光模拟控制PLC课程设计.docx
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天塔之光模拟控制PLC课程设计
PLC技术应用项目说明书
天塔之光模拟控制
学院机械工程学院
专业机械电子工程
班级2012级机电1班
学生姓名温伟杰
指导老师王苗苗
2015年10月30日
课程设计任务书
兹发给2012级机电1班学生温伟杰课程设计任务书，内容如下：
1．设计题目：
天塔之光模拟控制
2．应完成的项目：
（1）选题的背景和意义；
（2）明确设计任务，拟定总体设计方案（有机械结构的要进行结构设计，三维软件建模）；
（3）硬件设计，传感器、PLC（和电机）选型，设计信号采集、转换电路，画出PLC端口分配图、接线控制端子连接图；
（4）软件设计，编写控制程序流程图（或重要程序），设计人机界面；
（5）课程设计说明书1份。
3．参考资料以及说明：
（1）王国海可编程序控制器及其应用[M]北京：
中国劳动社会保障出版社，2007
（2）钟肇新可编程控制器原理及应用[M].广州：
华南理工大学出版社，2003
（3）常晓玲电气控制系统与可编程控制器[M].北京：
机械工业出版社，2004
（4）盖超会阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京：
中国电力出版社，2011
（5）廖常初FX2N系列PLC编程及其应用[M]北京：
机械工业出版社.2005
4．本设计任务书于2015年10月12日发出，应于2015年10月30日前完成，然后进行答辩。
指导教师签发2015年10月30日
课程设计评语：
课程设计总评成绩：
指导教师签字：
年月日
摘要
本文介绍了利用三菱FX2N系列PLC对天塔之光的控制，阐述了控制方案。
实现天塔之光功能的方式有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或数模混合电路。
今年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。
本文采用日本三菱公司生产的FX2N-64MR型PLC作为核心控制器进行天塔之光系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。
关键词：
PLC控制天塔之光
第一章绪论
1.1论文选题背景及意义
随着时代的发展与科学水平的进步，加强对PLC技术的研究具有重要意义。
原来的艺术灯饰控制系统常采用继电器逻辑控制或电子逻辑控制装置，这种控制方式存在着硬件布线复杂.安装和维护不方便，灵活性差，可靠性不高的缺点，尤其是在实现多层次的大中型艺术灯饰的控制上工作量很大。
本设计采用PLC来实现艺术照明灯的自动控制，具有工作量少，接线简单，工作可靠，易于修改闪动次数和亮.灭持续时间的优点，减少扫描时间，这是PLC编程必须遵循的原则，这种设计可以满足各种造型要求，受到良好的视觉效果。
1.2现状和发展趋势
PLC是目前工业控制中使用最为普遍的一种。
PLC是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置，它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性.灵活通用，易于编程和使用方便等特点，近年来在工业自动控制.机电一体化以及改造传统产业等方面得到广泛的应用，被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之首。
属于电类专业，电气工程实际上是其母体。
电气工程及其自动化的研究对象是电能，而电信息的检测、处理、控制等技术在电能从产生到利用的各个环节中都起着越来越重要的作用。
因此，有关电信息的研究也成了电气工程及其自动迄今为止，通信和计算机都主要以电作为信息的载体。
因此，这些专业也都化专业的重要组成部分，专业名称中也就有了的“及其自动化”。
近年来，PLC的功能不断完善，随着计算机技术.信号处理技术.控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在运动控制.过程控制的领域也发挥着十分重要的作用。
PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。
随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内，PLC在我国仍将保持高速增长势头。
第二章天塔之光系统总体设计方案
2.1设计方案
PLC控制天塔之光，天塔之光由9盏灯按照一定的规律点亮及熄灭，不断循环发光。
（1）控制流程为：
环绕型闪烁。
具体流程为：
L8亮→2s后→L9亮→2s后→L6亮→2s后→L7亮→2s后→L4亮→2s后→L5亮→2s后→L2亮→2s后→L3亮→2s后→L1亮→2s后→全部熄灭→2s后→L1亮→2s后→L3亮→2s后→L2亮→2s后→L5亮→2s后→L4亮→2s后→L7亮→2s后→L6亮→2s后→L9亮→2s后→L8亮→2s后→全部熄灭……如此循环。
（2）控制流程为：
发射型闪烁。
具体流程为：
L1亮2s后熄灭→L2、L3、L4、L5亮2s后熄灭→L6、L7、L8、L9亮2s后熄灭→接着L1亮2s后熄灭；……如此循环。
本次设计选用第二种方案。
图2-1天塔示意图
第三章硬件设计
3.1PLC的选型
3.1.1日本三菱FX2n
FX2n系列PLC的主机成为基本单元，包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是PLC的主要部分。
为主机备有的扩展其输入输出的扩展单元，扩展模块及特殊功能模块单元扩展单元是用于增加I/O点数的装置，内部设有电源。
扩展模块用于增加I/O四谙熟及改变I/O比例，内部无电源，由基本单元一起使用。
FX2n系列PLC输入继电器及输出继电器的序号为8进制，其余器件的序号为十进制。
从元件的最大序号可以了解可编程序控制器可能具有某类器件的最大数量。
例如输入继电器的编号范围为X0~X177,为8进制编号，可计算出FX2n系列PLC可能接入的最大输入信号数为18点，这是以CPU所能介入的最大输入信号数量标示的，并不是一台具体的基本单元或扩展安装的输入口的数量。
FX2n系列PLC有基本指令27条；步进梯形指令2条；应用指令128种，298条。
FX2n系列PLC的步进梯形指令是采用步进梯形图编制顺序控制状态转移图程序的指令，它包括STL和RET两条指令。
其中步进梯形指令STL是利用内部状态软元件，在顺序控制程序上进行工序步进控制的指令；返回RET指令是表示状态流程结束用于返回主程序的指令。
3.1.2德国西门子S7
S7-200系列属于整体式小型PLC，用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。
整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱型机壳内。
S7-200系列PLC提供多种具有不同I/O点数的CPU模块和数字量、模拟量I/O扩展模块供用户选用，CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。
3.1.3美国通用
GEFanucPLC系列90-70GEFanuc系列90家族中高性能，大规模的系列系统机架采用标准的VME总线结构可构成完全同步的CPU热备冗余配置ESD双重化和三重化GMR系统配置具有梯形图逻辑，C，SFC，STATELOGIC等多种编程能力系列90-30成本低，性能高,易于组态，便于安装可构成同步的CPU热备冗余配置VersaMax"SixSigma"品质控制原则多种诊断功能活的通讯端口功能强大的处理器网络接口和特殊模块系列90-Micro一体化结构设计极强的通讯功能适合低成本的小规模控制场合，最具竞争力系列90-30PLC是GEFanuc系列90可编程序控制器家族的一员，提供最先进的编程特性，易于组态，便于安装，独有的创新结构开辟了一条最经济的工业控制途径。
领先的技术系列90-30PLC成本低，性能高，能方便地取代从简便的继电器到复杂的中型自动化应用系统场合。
几年前需由高档PLC完成的任务现在则由系列90-30来代替。
GEFanuc不断地推出新产品，扩大使用范围，显示了其技术的领先地位，它的CPU具有强大的功能，如内装PID，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块，能完成复杂的操作。
另外系列90-30PLC有功能很强的特殊模块可供选择，包括轴定位模块，高速计数器模块，BASIC和C语言协处理器模块及Genius通讯模块。
GEFanuc丰富的开关量I/O和模拟量I/O、简化启动和故障自诊以及容易与其他PLC、计算机集成一体的特性，使您确信，系列90-30是现在与未来PLC的明智选择。
促进与第三方的合作促进与第三方的合作为了及时解决用户的需求，GEFanuc提供第三家工业设备和软件包，合作的结果进一步扩大了系列90-30的能力，通用的产品包括：
热电偶、热电阻、步进电机模块、大电流继电器模块。
NATURALLANGUAGESTATELOGICCONTROL为那些在系列90-30编程方面没有经验的用户提供了新的编程方式。
有些厂家具有数据采集和控制软件产品，将用系列90-30与个人计算机连机。
这些软件包提供的软件和系列90-30之间的结合天衣无缝，许多操作接口使用SNP通讯协议与具有内装接口的系列90-30进行通讯。
由于各类PLC的工作原理、控制方法及编程程序语言的差别不太大，并且在校期间学过三菱公司的PLC，所以选用FX2N—32MR型号PLC。
3.2I/O接口分配表
以下是FX2N—32MR型号PLC在本次天塔之光模拟控制中的I/O接口分配:
：
表3-2I/O接口分配表
输入
输出
元件代号
功能
输入点
元件代号
功能
输出点
SB1
启动
X0
L1
产生天塔之光
Y0
SB2
停止
X1
L2
Y1
L3
Y2
L4
Y3
L5
Y4
L6
Y5
L7
Y6
L8
Y7
L9
Y10
3.3天塔之光系统电气原理图
图3-3天塔之光系统电气原理图
当启动开关SB1闭合，塔灯按照设计好的程序进行；当SB2闭合，系统停止运行。
在PLC的输出端，接一只电阻和一个发光二极管就够成了PLC的天塔之光电路，电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型的电路参数，电路中电阻有分压作用，阻值大概在1.3KΩ左右，发光二极管的工作电压在3V左右，PLC的工作电压是24V，，这样可以使天塔之光正常工作。
第四章软件设计
4.1流程图
天塔之光模拟控制系统的PLC流程图，根据设计要求，控制流程图如图4-1所示：
图4-1天塔之光程序流程图
4.2天塔之光重要梯形图
第一个延时程序如图4-2-1所示：
图4-2第一个延时程序图
第二个延时程序如图4-2-2所示：
图4-3第二个延时程序图
第三个延时程序如图4-2-4所示：
图4-4第三个延时程序图
4.3人机界面
4.3.1触摸屏设计界面
本次课程设计需要9个指示灯、2个按钮，如图4-3-1所示：
图4-5人机触摸屏界面设计图
4.3.2触摸屏仿真界面
按下启动按钮后，Y0灯亮，如图4-3-3-1所示。
2秒后，Y0灯熄灭，同时Y1、Y2、Y3、Y4灯亮，如图4-3-3-2所示。
2秒后，Y1、Y2、Y3、Y4灯熄灭，同时Y5、Y6、Y7、Y10灯亮，如图4-3-3-3所示。
2秒后，Y5、Y6、Y7、Y10灯熄灭，同时Y0灯亮，如图4-3-3-1所示......如此一直循环，直到按下停止按钮，在完成当次循环后，所有灯熄灭，如图4-3-3-4所示。
图4-6触摸屏仿真图1
图4-7触摸屏仿真图2
图4-8触摸屏仿真图3
图4-9触摸屏仿真图4
第五章总结
本次课程设计设计一个简单的天塔之光模拟控制系统，虽然这次课程设计相对简单，却也是一次复习之前学PLC的相关知识的绝好机会。
硬件部分比较容易建设，只要注意好电阻阻值的选用，基本就没啥大问题。
程序上也不难。
能写好延时程序，其他部分程序就水到渠成了。
通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。
创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。
使之不断地战胜别人，超越前人。
同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。
设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。
参考文献
[1]王国海．可编程序控制器及其应用[M]．北京:
中国劳动社会保障出版社.2007
[2]廖常初．FX2N系列PLC编程及其应用[M]．北京:
北京：
机械工业出版社.2005
[3]俞国亮．PLC应用技术[M]．北京：
清华大学出版社.2005
[4]赵俊生杨怀林姚年春．电气控制与PLC控制技术[M]．北京：
化学工业出版社.2001
[5]杨凌．电工电子技术[M]．北京：
化学工业出版社.2002.5
[6]王兆义．小型可编程控制器实用技术[M]．北京:
机械工业出版社，2002．
[7]盖超会．阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京：
中国电力出版社，2011
[8]阮友德．电气控制与PLC实训教程[M]．北京：
中国劳动社会保障出版社.2001
[9]常晓玲．电气控制系统与可编程控制器[M].北京：
机械工业出版社，2004
[10]钟肇新．可编程控制器原理及应用[M].广州：
华南理工大学出版社，2003
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