基于plc的循环彩灯设计.docx
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基于plc的循环彩灯设计
健雄职业技术学院
毕业设计（论文）
题目：
基于PLC的循环彩灯控制
作者：
周杨
指导教师：
王稳
专业：
机电一体化
时间：
2011年10月29日
摘要、关键字……………………………………………………3
引言…………………………………………………………4
第一章PLC简介及其特点
1.1PLC的历史和发展……………………………………………5
1.2PLC简介……………………………………………………6
1.3PLC特点……………………………………………………6
1.4PLC应用…………………………………………………7
1.5PLC的工作原理……………………………………………8
第2章课程设计
2.1PLC课程设计任务…………………………………………9
2.2PLC课程设计要求…………………………………………9
第3章控制系统的硬件设计
3.1PLC硬件配置…………………………………………10
3.2控制面板设计…………………………………………10
3.3PLC的外部接线图…………………………………………11
3.4I/O分配表……………………………………………………13
第4章控制系统的软件设计
4.1彩灯控制系统的顺序功能图………………………………14
4.2控制系统测试与分析…………………………………………15
第5章、心得体会………………………………………………16
电气设备及元器件明表…………………………………………17
参考文献…………………………………………………………18
摘要
在家庭装饰或商业区的灯光布置中经常需要完成彩灯循环点亮或数字计数等动态灯光效果,给生活增添光彩，那这彩灯是怎么可以这样显示呢？
本设计按照这种灯的原理，运用PLC语言来进行分析也编写，并在ME软件上实现编译，调试并在模拟电路上运行,实现彩灯功能，并能自由控制彩灯循环点亮的快慢，从而实现出现实中彩灯的原理。
最终完成的是灯光装饰中的彩灯循环点亮，数字计数以及频率调节等功能的设计。
通过本实训，能够初步学会与理解ME软件与FPGA芯片的综合运用，还能有效地了解与实现现在生活中用到的与看到的，更深入地了解理论与生活的联系，从而更能了解社会，寻求发展方向！
关键词：
plc彩灯循环控制
引言
19世纪兴起的数字电路以其先天的便捷、稳定的优点在现代电子技术电路中占有越来越重要的地位。
数字电路与模拟电路相比有显而易见的稳定性。
近年来，数字电路又有了巨大的发展。
可编程逻辑器件（PAL、GAL等）的发展和普及最终使IC的设计面向了用户（这是模拟电路无法做到的），而这毫无疑问会给用户带来巨大的便捷，从而奠定它在电子电路中的对位。
随着集成技术的进一步提高，各种新技术的出现和应用，人类历史横跨数码时代向更进一步发展已出现在各大型相关企业的宏伟蓝图中。
新世纪里谁掌握了新技术谁就得到了获胜的资本，也仅仅是资本而矣。
新世纪里电子行业的发展速度令人窒息，闻名的摩尔定律更把许多人威吓在门外。
可以展望，一个由数字构成的新世界即将出现。
那将是人类文明的又一飞跃。
利用可编程控制器（plc）可使彩灯（例如霓虹灯）按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电（与全部彩灯始终全亮相比）。
近年来，随着人们生活水平的较大提高，人们对于物质生活的要求也在逐渐提高，不光是对各种各样的生活电器的需要，也开始在环境的幽雅方面有了更高的要求。
比如日光灯已经不能满足于我们的需要，彩灯的运用已经遍布于人们的生活中，从歌舞厅到卡拉OK包房，从节日的祝贺到日常生活中的点缀。
这些不紧说明了我们对生活的要求有了质的飞跃，也说明科技在现实运用中有了较大的发展。
在这一设计中我们将涉及有关彩灯控制器的设计，从原理上使我们对这一设计有所了解。
将其确实的与我们相联系起来。
本彩灯控制电路是PLC的基本实验电路，可以让我们更容易地理解其原理。
第1章PLC简介及其特点
1.1PLC的历史和发展
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。
20世纪70年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。
20世纪70年代中期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术己全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。
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
。
1.2PLC简介
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
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英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
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.
“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。
”
1.3PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备
。
1.4PLC的应用
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、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，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
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，早期直接用于开关量I/O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控制模块。
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。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
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。
作为工业控制计算机，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。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5、数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
1.5PLC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。
第2章课程设计
2.1PLC课程设计任务
用PLC设计彩灯控制系统，本题为9灯循环
1、实现自动、单周期二种工作方式，用转换开关控制
单周期：
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。
自动：
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，再全部熄灭。
2、彩灯有二种闪烁频率1HZ、0.5HZ可用转换开关控制。
3、彩灯工作一个周期中要有单灯循环点亮、3灯循环点亮、全灭的过程。
2.2PLC课程设计要求
1、设计系统的PLC外部电气接线图
2、系统的操作面板
3、设计好顺序功能图
第3章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控制面板设计
根据系统总方框图和设计要求，彩灯控制系统采用并行序列，在闪烁电路下执行彩灯的循环点亮，而点亮方式又分为单灯循环点亮和3灯循环点亮，使彩灯按照不同的频率闪烁。
图3-1操作面板示意图
系统操作面板如图3-1所示，X4和X5分别控制彩灯运行的状态，即单周期状态与自动状态。
彩灯开启用X0按钮控制，X1按钮控制彩灯停止运行。
闪烁开关有两个X2和X3，分别对应1HZ和0.5HZ，使彩灯得以循环工作。
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。
X0是点动开关，X2、X3是一组单刀双掷开关，X4和X5是一组单刀双掷开关，指针指向那个开关，相应的设置就导通。
彩灯控制系统用X0开启，X2和X3分别表示彩灯闪烁频率1.0HZ和0.5HZ，X4控制彩灯单周期运行，X5控制彩灯自动运行。
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。
Y0—Y8表示9个LED彩灯。
KM1—KM9是电磁继电器，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—Y8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。
图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。
输入
输出
启动按钮
X0
LED1
Y0
停止按钮
X1
LED2
Y1
闪烁1.0HZ开关
X2
LED3
Y2
闪烁0.5HZ开关
X3
LED4
Y3
单周期开关
X4
LED5
Y4
自动开关
X5
LED6
Y5
LED7
Y6
LED8
Y7
LED9
Y8
表3-1
第4章控制系统的软件设计
4.1彩灯控制系统的顺序功能图
4.1彩灯控制系统的顺序功能图
彩灯控制系统顺序功能图如图4-1所示。
由图可知控制系统步序共分7步，分别用M00—M06代表这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，再全部熄灭其中M201和M204代表产生1.0Hz彩灯闪烁频率，M202和M205代表产生0.5HZ彩灯闪烁频率；M203代表单灯循环步，执行单灯循环点亮程序；M206代表三灯循环步，执行三灯循环点亮程序。
4.2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。
接线图与前面的图3-4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。
第5章心得体会
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。
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。
电气设备及元器件明表
序号
符号
名称
规格型号
数量
1
KM1
交流接触器
DJX-9
1
2
KM2
交流接触器
DJX-9
1
3
KM3
交流接触器
DJX-9
1
4
KM4
交流接触器
DJX-9
1
5
KM5
交流接触器
DJX-9
1
6
KM6
交流接触器
DJX-9
1
7
KM7
交流接触器
DJX-9
1
8
KM8
交流接触器
DJX-9
1
9
KM9
交流接触器
DJX-9
1
10
SB1
动合开关
AC0.1-125V
1
11
SB2
动合开关
AC0.1-125V
1
参考文献
[1]魏志精.可编程控制器应用基础，电子工业出版社.，2006
[2]李树雄.PLC原理与应用，北京航空航天大学出版社，2006
[3]田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京机械工业出版社，2001
[4]王兆义.小型可编程控制实用技术.北京机械工业出版社，2000
[5]温照方.可编程控制器教程，北京理工大学出版社，2002
[6]陈建明.电气控制与PLC应用联系与实践,电子工业出版社，2008
（注：
文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。
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