PLC课程设计报告.docx
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PLC课程设计报告
一、摘要………………………………………………………………3
二、概述………………………………………………………………4
2.1、PLC发展历史
2.2、PLC的前景及未来
三、课程设计的主要内容和要求……………………………………5
3.1、课程设计的目的
3.2、课程设计课题任务的内容和要求
3.3、课程设计工作任务及工作量的要求
四、PLC的选用及相关知识……………………………………………6
4.1、三菱PLC与西门子PLC的对比
4.1、FX2N系列PLC的结构特点
4.2、FX2N系列PLC工作原理
4.3、FX2N系列PLC的功能与应用
五、PLC礼花灯控制系统的设计……………………………………10
5.1、PLC礼花灯控制系统设计思路和硬元件的选择
5.2、PLC礼花灯控制系统IO分配表
5.3、PLC礼花灯控制系统外部接线
5.4、PLC礼花灯控制系统程序流程框图
5.5、PLC礼花灯控制系统梯形图
5.6、PLC礼花灯控制系统软件指令表
5.7、PLC礼花灯控制系统仿真结果
六、课程设计心得……………………………………………………16
一、摘要
本课题是基于FX2N系列PLC为控制核心，通过对PLC控制系统的设计和编程，并与少量的外部开关电路相结合而实现的一种礼花灯控制系统，是一种较为新颖的基于PLC的礼花灯控制系统设计方案。
在本次课程设计中，我们利用了定时器（T）实现对礼花灯上各个LED灯的通断控制，让LED灯能够以特定的规律循环点亮。
该控制系统具有硬件使用率少，外部操作电路简单及易操作等特点。
关键词：
FX2N可编程控制器，LED灯控制器，操作简单方便，循环控制
二、概述
2.1、PLC发展历史
起源：
1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。
1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。
发展：
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，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已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已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
2.2、PLC的前景及未来
展望未来，PLC会有更大的发展。
从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更大，智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面，完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
三、课程设计的主要内容和要求
3.1、课程设计应达到的目的
本次课程设计要求学生在学习完电气控制与PLC这门课程的基础上，在对电气控制及PLC编程语言有一定基础的前提下进行的一个非常体现学生综合能力的一个设计。
通过该课程设计，可以使学生对电气控制及PLC这门课有更深刻的了解和认识，同时在做课程设计的过程中也锻炼了学生将书本上的知识应用到具体实践上的能力，同时也培养了自主设计能力和动手能力。
3.2、课程设计课题任务的内容和要求
合上启动按钮后，灯光首先从L1～L9顺序闪烁，然后分组点亮：
先点亮L1、L3、L6、L8、L9，再点亮L2、L5、L7，最后点亮L4，点亮后顺序熄灭。
如此循环,周而复始.
3.3、课程设计工作任务及工作量的要求
1、选用plc和相关元件完成相应的功能。
2、画出详细的硬件连接图；
3、给出程序设计思路、画出软件流程图；
4、给出所有程序梯形图；
5、完成实验仿真；
6、撰写设计报告、调试报告及设计心得。
四、FX2N系列PLC相关知识
4.1、三菱PLC与西门子PLC的对比
首先它们的编程方式不同，三菱plc是日系品牌，编程直观易懂，学习起来会比较轻松，而西门子plc是德国品牌，指令比较抽象，学习难度较大，三菱的指令丰富，有专用的定位指令，学习起来比较简单易懂，三菱的优势在于离散控制和运动控制，控制伺服和步进容易实现，要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项，而西门子在这块就较弱，没有专用的指令，控制精度不高。
在价格方面，三菱PLC价格低廉，西门子PLC相对较为昂贵。
基于上述两种PLC的对比以及本次课程设计的任务和要求，我们选择三菱FX2N系列PLC，实现对礼花灯系统的控制。
4.2、FX2N系列PLC的结构特点
1．体积极小的微型三菱PLC三菱FX2N系列PLC的高度为90mm，深度为87mm，相当于一张卡片大小，很适合于在机电一体化产品中使用。
内置的24VDC电源可作输入回路的电源和传感器的电源。
2．三菱PLC的先进美观的外部结构，三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和深度相同，宽度不同。
它们之间用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。
3．三菱PLC提供多个子系列供用户选用三菱plc-FX1S，FX1N和FX2N的外观、高度、深度差不多，但是性能和价格有很大的差别（见表2-1）。
三菱plc-FX1S的功能简单实用，价格便宜，可用于小型开关量控制系统，最多30个I/O点，有通信功能，可用于一般的紧凑型三菱PLC不能应用的地方；以三菱plc-FX1N最多可配置128个I/O点，可用于要求较高的中小型系统；三菱plc-FX2N的功能最强，可用于要求很高的系统。
三菱plc-FX2NC的结构紧凑，基本单元有16点、32点、64点和96点4种，可扩展到256点，有很强的通信功能。
这也是此次我们选用三菱FX2N系列PLC的原因之一
4．三菱PLC灵活多变的系统配置三菱plc-FX系列的系统配置灵活，用户除了可选不同的子系列外，还可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不，同功能的控制系统，各种配置都可以得到很高的性能价格比。
FX系列的硬件配置就像模块式PLC那样灵活，因为它的基本单元采用整体式结构，又具有比模块式三菱PLC更高的性能价格比。
5．三菱plc功能强，使用方便三菱plc-FX系列的体积虽小，却具有很强的功能。
它内置高速计数器，有输入输出刷新、中断、输入滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有高速计数器的专用比较指令。
使用脉冲列输出功能，可直接控制步进电动机或伺服电动机。
脉冲宽度调制功能可用于温度控制或照明灯的调光控制。
4.3、FX2N系列PLC工作原理
FX2N系列PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描，在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段：
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入，随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段：
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段：
当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶间管）输出，驱动相应输出设备工作。
4.4、FX2N系列PLC的功能与应用
可编程控制器在国内外广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺、电子信息产业等各行各业。
目前典型的PLC功能有下面几点。
顺序控制：
这是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配生产线，包装生产线，电镀流水线及电梯控制等。
程控：
在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液体、速度、电流和电压等，称为模拟量。
可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟控制用于程控。
数据处理：
一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便地对生产过程中的资料进行处理。
用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理、控制生产过程。
较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机，实现对各种机械的位置控制。
通信联网：
某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。
可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。
显示打印：
可编程控制器还可以连接显示终端和打印等外围设备，从而实现显示和打印的功能。
五、FX2N系列PLC控制系统的设计
5.1、PLC礼花灯控制系统设计思路和硬元件的选择
应本次课程设计的任务和要求及三菱FX2N系列PLC的结构特点，我们选用2个输入继电器X（X0~X1）、17个定时器T（T1~T17）和9个输出继电器（Y0~Y7与Y10）实现对9个LED灯的通断控制和礼花灯循环显示，其中X0作为总启动开关，X1作为总关断开关；Y0~Y7与Y10用来驱动9个LED灯，T1~T17作为9个LED灯的通断控制开关。
在控制程序的编程上，由于连续输出线圈不能多于10个，基于本次我们使用的17个定时器，我们又选用了三个辅助继电器（M2~M4），分别接通6个、6个、5个定时器。
5.2、PLC礼花灯控制系统IO分配表
启动按钮
停止按钮
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
L8
L9
X000
X001
Y000
Y001
Y002
Y003
Y004
Y005
Y006
Y007
Y010
5.3、PLC礼花灯控制系统外部接线
5.4、PLC礼花灯控制系统程序流程框图
是
否
5.5、PLC礼花灯控制系统梯形图
5.6、PLC礼花灯控制系统软件指令表
5.7、PLC礼花灯控制系统仿真结果
我们首先利用编程软件自带的仿真功能进行仿真实验，实验结果为：
当我们打开X000时，定时器T1~T17同时开始定时，Y000~Y007及Y010（即L1~L9）先顺序呈输出状态，当定时器T10接通后，Y000~Y007及Y010恢复无输出状态，定时器T11接通后，Y000、Y002、Y005、Y007、Y010（即L1、L3、L6、L8、L9）先输出，Y001、Y004、Y006（即L2、L5、L7）在输出,Y003（即L4）最后输出，然后顺序呈无输出状态。
定时器T17接通后，新的循环开始，周而复始。
打开X001时，所有软元件失电，所有线路呈最初状态。
六、课程设计心得
为期两个星期的电气控制与PLC课程设计临近了尾声，回首这两个星期的努力和奋斗，我们获得的不仅仅是成功的喜悦，更多的是更加扎实牢固的知识基础。
因为并不是第一次做课程设计，所以我们驾轻就熟。
最初，我们自由分组，找到自己的队友后，拿到指导老师分配下来的课题，我们就开始了各自的课程设计。
在我看来，课程设计，重心在后，关键在于如何设计。
在我和队友杨超，接到本次课程设计的课题后，我们首先考虑到的是本次课程设计用到哪些知识，硬件和软件方面各有怎样的要求。
谋划出大的方向，我们的课程设计才能够按部就班，有条不紊的完成。
根据本次的课程设计核心，再结合本次的课程设计的课题。
我们初步计划准备本次课程设计所需的编程软件——GXDevelop并且复习有关plc的基本知识。
在我们对编程软件有了深入的了解以及判别出本次课程设计所需的软元件后，我们就开始了我们艰苦且愉快的编程之路，说他艰苦，一点不假，虽然有了一定的知识基础，但是很难将利用已有的编程软件有机的结合在一起，更别提实现相关的功能了。
后来，我们又查阅了之前有关plc实验课的相关资料，从中我们获取了很多珍贵的启示！
中间，指导老师杨婷作了一次中期的检查指导，她也给我们提供了一些宝贵的建议！
就这样，我们一步步走来，向着成功进发。
可以说每次调试都是怀着激动的心情，虽然一次次的失败，但是每次都会有一点点新的收获，想着我们距离成功更近了一步，我们疲惫的心也得到了最大的宽慰。
最终，在我们的努力下，程序的雏形被我们写了出来，但是我们并没有到此止步，而是进一步的完善它，使程序更加及精简，前提是准确。
只有这样，我们在本次的课程设计中才会有更大的进步和提高！
接下来便是准备课程设计的论文及答辩。
总的来说，本次课程设计给予了我们锻炼和提升自我的机会，让我们对电气控制与plc课程有了更加深刻的认识，更加重要的是，我们通过本次的课程实际，独立接触了plc编程软件，了解并学会了如何利用GXDevelop进行plc方面的编程，还学习了许多有关plc的课外知识，真的是受益匪浅。
想想在校的时间并不多了，这样的学习机会更是少之又少，但是，一旦有，我们定当倍加珍惜，努力巩固基础知识，将理论知识加以实践，做一个有创新，有理想的大学生！
最后，再次感谢指导老师的细心知道和队友的全力合作！
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