PLC循環(huán)彩燈設(shè)計(jì)論文

1、分 類 號(hào)：學(xué)校代碼：11460學(xué) 號(hào)：07409326南京曉莊學(xué)院本科生畢業(yè)論文霓虹燈的PLC程序設(shè)計(jì)The Program Design Of Neon Light Control System With PLC 所在院(系)：物理與電子工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 許金娟 指導(dǎo)教師： 朱 紅研究起止日期：二一十二月至二一一年五月二一一年五月學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：1堅(jiān)持以“求實(shí)、創(chuàng)新”的科學(xué)精神從事研究工作。2本論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果。3本論文中除引文外，所有實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和有關(guān)材料均是真實(shí)的。4本論文中除引文和致謝的內(nèi)容外，不包含其他人或其他機(jī)構(gòu)已經(jīng)發(fā)表，撰

2、寫過的研究成果。5其他同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了聲明并表示了感謝。 作者簽名：許金娟 日 期：2011，5摘 要隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的繁榮和發(fā)展，各大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。各企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品，常用霓虹燈廣告來實(shí)現(xiàn)這一目的。霓虹燈的亮滅、閃爍時(shí)間及流動(dòng)方向等均可以通過PLC來進(jìn)行控制。使用PLC控制霓虹燈，具有使用方便、運(yùn)行可靠、控制程序設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：PLC；霓虹燈；梯形圖程序AbstractWith the socialist market economy increasing prosperity and development, almost eve

3、ry city is in bright project. The enterprises publicize their image and product, they usually use neon advertising screen to achieve this goal. The neon lights flash and destroyed time, flow direction can be controlled by PLC. It has convenient usage and reliable running, the control program is also

4、 simple .Key words: PLC; Neon; ladder diagram program目錄引言11、PLC的簡介11.1 PLC的產(chǎn)生和定義11.2 PLC的發(fā)展和應(yīng)用11.3 PLC的工作原理21.3.1 讀取輸入21.3.2 執(zhí)行用戶程序21.3.3 通信處理31.3.4 CPU自診斷測試31.3.5 改寫輸出31.3.6 中斷程序的處理31.3.7 立即I/O處理31.3.8 輸入/輸出滯后時(shí)間42、霓虹燈的設(shè)計(jì)要求42.1霓虹燈控制的幾種要求53、霓虹燈的設(shè)計(jì)方案53.1 PLC的型號(hào)選擇53.2霓虹燈的I/O地址分配53.3霓虹燈的梯形圖程序設(shè)計(jì)63.4霓虹燈閃爍

5、的流程圖163.5霓虹燈的I/O接線圖174、模擬調(diào)試175、設(shè)計(jì)總結(jié)17致謝18參考文獻(xiàn)18霓虹燈的PLC程序設(shè)計(jì) 作者：許金娟 指導(dǎo)老師：朱紅引言隨著社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展，各大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。各企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品，均采用廣告手法之一：霓虹燈廣告來實(shí)現(xiàn)這一目的。本設(shè)計(jì)就是利用PLC來控制霓虹燈的顯示。1、PLC的簡介1.1 PLC的產(chǎn)生和定義1969年，美國數(shù)據(jù)設(shè)備（DEC）公司，生產(chǎn)出第一臺(tái)符合十項(xiàng)技術(shù)要求的可編程序控制器（Programmable Logical Controller），簡稱PLC。 1980年，美國電器制造商協(xié)會(huì)（NEMA）正式命名其為

6、可編程控制器（Programmable Controller），簡稱PC。為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡稱混淆，因此把它命名為可編程序控制器簡稱為PLC。1987年，國際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC進(jìn)行了定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作命令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)的設(shè)備都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)。1.2 PLC的發(fā)展和應(yīng)用PLC（可編

7、程控制器）是集自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè)控制裝置，被認(rèn)為是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱之一，主要應(yīng)用在：開關(guān)邏輯控制，閉環(huán)過程控制，運(yùn)動(dòng)控制，通信網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器人控制中，它由傳統(tǒng)的繼電器系統(tǒng)發(fā)展而來，保留了繼電器的優(yōu)點(diǎn)，稱為軟繼電器。特點(diǎn)如下：可編程，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，編程語言（梯形圖）簡單、易學(xué)、控制能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)；采用模塊化結(jié)構(gòu)，組合靈活方便，擴(kuò)展及外部連接方便；體積小，維護(hù)操作方便等，用PLC設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序簡單直觀，可靠性高。1.3 PLC的工作原理PLC通電后，對(duì)硬件和軟件做一些初始化的工作。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)各種外部輸入信號(hào)，初始化

8、后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù),這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為PLC的掃描工作方式。其工作模式有兩種： STOP：CPU不執(zhí)行用戶程序，可以裝載程序和配置CPU RUN：CPU執(zhí)行用戶程序一個(gè)掃描周期 RUN模式 STOP模式圖1 PLC的工作原理 讀取輸入在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，CPU以字節(jié)(8位)為單位來讀寫輸入/輸出映像寄存器。在讀取輸入階段，PLC把所有外部數(shù)字量輸入的I/O狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。外接的輸入電路閉合時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為1(ON)狀態(tài)，梯形圖對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉

9、觸點(diǎn)斷開。外接的輸入電路斷開時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為(OFF)狀態(tài)，梯形圖對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。 執(zhí)行用戶程序PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按順序排列。在“RUN”工作模式下的程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序。在執(zhí)行指令時(shí)，從I/O映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的輸出映像寄存器中，各寄存器(只讀輸入映像寄存器除外)的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入變化的狀

10、態(tài)只能在后一個(gè)掃描周期的讀取輸入階段被讀入。執(zhí)行程序時(shí)，對(duì)輸入/輸出的存取通常是通過映像寄存器，而不是實(shí)際的I/O點(diǎn)，這樣做有以下好處：(1)程序執(zhí)行階段的輸入值是固定的，執(zhí)行完后再用輸出映像寄存器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。(2)用戶程序讀寫I/O映像寄存器比讀I/O點(diǎn)快得多這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。(3)I/O必須按位來存取，而映像寄存器可按位、字節(jié)、字或雙字來存取。 通信處理在智能模塊通信處理階段，CPU模塊檢查智能模塊是否需要服務(wù)，如果需要，改取智能模塊的信息并存放在緩沖區(qū)，供下一掃描周期使用。在通信信息處理階段CPU處理通信接收到的信息，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑿畔魉徒o通信請(qǐng)求方。

11、CPU自診斷測試 自診斷測試包括定期檢查CPU模塊和擴(kuò)展模塊的狀態(tài)等，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 改寫輸出CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來。梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為1狀態(tài)。經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。梯形圖中輸出點(diǎn)的線圈“斷電”，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器中存放的二進(jìn)制數(shù)為0，將它送到繼電器型輸出模塊，對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。當(dāng)CPU的工作模式從RUN變?yōu)镾TOP時(shí)，數(shù)字量輸出被置為

12、系統(tǒng)塊中的輸出表定義的狀態(tài)，或保持當(dāng)時(shí)的狀態(tài)。默認(rèn)的設(shè)置是將數(shù)字量輸出清0，模擬量輸出保持最后寫的值。 中斷程序的處理如果在程序中使用了中斷，中斷事件發(fā)生時(shí)立即執(zhí)行中斷程序，中斷程序可能在掃描周期的任意點(diǎn)上被執(zhí)行。 立即I/O處理在程序執(zhí)行過程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O點(diǎn)。用立即I/O指令讀輸入點(diǎn)的值時(shí)，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值未被更新、用立即I/O指令來改寫輸出點(diǎn)時(shí)，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被更新。 輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，指PLC的外部輸人信號(hào)發(fā)生變化時(shí)至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和掃描工作方式產(chǎn)生的

13、滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的RC濾波電路用來濾除輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸人觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長短，有的PLC如S7-200的部分輸人點(diǎn)的輸人延遲時(shí)間可以設(shè)置。 輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般為10ms左右，場效應(yīng)管微秒級(jí)。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長可達(dá)兩三個(gè)掃描周期。2、霓虹燈的設(shè)計(jì)要求表1 “南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”的閃爍表燈號(hào)步序123456789HL1亮HL2亮HL3亮HL4亮HL5亮HL6亮HL7亮HL8亮HL9亮HL10亮HL11亮

14、HL12亮HL13亮HL14亮HL15亮HL16亮HL17亮HL18亮2.1霓虹燈控制的幾種要求 1、要求用PLC控制“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、 “迎”、“您” 九個(gè)字的LED霓虹燈。 2、按下啟動(dòng)按鈕要求九個(gè)字顯示為紅色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S ，然后全亮 全滅閃爍1S ，然后九個(gè)字顯示為藍(lán)色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S ，然后全亮 全滅閃爍1S ，要求九個(gè)字顯示為白色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S ，然后全亮 全滅閃爍1S ，再全亮10S，依次循環(huán)下去，直到按下停止按鈕。 3、系統(tǒng)有單步連續(xù)控制,有啟動(dòng)和停止按鈕。3、霓虹燈的設(shè)計(jì)方案3.1PLC的型號(hào)選擇 霓虹燈控制系統(tǒng)有2

15、個(gè)輸入信號(hào)，18個(gè)輸出信號(hào)，本著夠用又不浪費(fèi)，投資盡量少的原則，采用型號(hào)CPU226(24入16出)的小型PLC。該型號(hào)具有24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，13KB字節(jié)的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高數(shù)計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高數(shù)脈沖輸出，PID控制器，2個(gè)RS-485通訊/編程口，集成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口PPI通訊協(xié)議、多點(diǎn)接口MPI通訊協(xié)議和自由口通訊協(xié)議。3.2霓虹燈的I/O地址分配表2 霓虹燈的I/O地址分配名稱代碼地址說明系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB1I0.0系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)停止按鈕SB2I0.1系統(tǒng)關(guān)機(jī)停止運(yùn)行“南”紅HL1Q0.0“南”紅亮“京”紅HL2

16、Q0.1“京”紅亮“曉”紅HL3Q0.2“曉”紅亮“莊”紅HL4Q0.3“莊”紅亮“學(xué)”紅HL5Q0.4“學(xué)”紅亮“院”紅HL6Q0.5“院”紅亮“歡”紅HL7Q0.6“歡”紅亮“迎”紅HL8Q0.7“迎”紅亮“您”紅HL9Q1.0“您”紅亮“南”藍(lán)HL10Q1.1“南”藍(lán)亮“京”藍(lán)HL11Q1.2“京”藍(lán)亮“曉”藍(lán)HL12Q1.3“曉”藍(lán)亮“莊”藍(lán)HL13Q1.4“莊”藍(lán)亮“學(xué)”藍(lán)HL14Q1.5“學(xué)”藍(lán)亮“院”藍(lán)HL15Q1.6“院”藍(lán)亮“歡”藍(lán)HL16Q1.7“歡”藍(lán)亮“迎”藍(lán)HL17Q2.0“迎”藍(lán)亮“您”藍(lán)HL18Q2.1“您”藍(lán)亮3.3霓虹燈的梯形圖程序設(shè)計(jì)（1）啟動(dòng)按鈕按下，系統(tǒng)

17、開始運(yùn)行（2）“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”紅色依次閃爍各1秒（3）“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”紅色全閃爍1秒（4）“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”藍(lán)色依次閃爍各1秒（5）“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”藍(lán)色全閃爍1秒（6）“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”白色依次閃爍1秒（7）“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您”白色全閃爍1秒（8）“南、京、曉、莊、學(xué)、院、歡、迎、您

18、”全閃爍10秒3.4霓虹燈閃爍的流程圖圖2 霓虹燈閃爍的流程圖 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，程序開始啟動(dòng)運(yùn)行。 （1）“南”、“京”、“曉”、“莊”、“學(xué)”、“院”、“歡”、“迎”、“您” 九個(gè)字顯示為紅色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S ，然后全亮全滅閃爍1S ； （2）然后九個(gè)字顯示為藍(lán)色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S ，然后全亮全滅閃爍1S ； （3）然后九個(gè)字顯示為白色依次點(diǎn)亮?xí)r間間隔為1S ，然后全亮全滅閃爍1S ， （4） 最后全亮10S。 依次循環(huán)下去，直到按下停止按鈕。 3.5霓虹燈的I/O接線圖圖3 霓虹燈的I/O接線圖4、模擬調(diào)試在STEP7-Micro/WIN 32編程環(huán)境中輸入梯形圖程序,編譯無錯(cuò)后,在建立上位機(jī)和PLC的通訊后將程序下載到PLC中運(yùn)行,輸入用開關(guān)來模擬控制,輸出用指示燈來代替，進(jìn)行程序的模擬調(diào)試。5、設(shè)計(jì)總結(jié)采用PLC來控制霓虹燈，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，其梯形圖程序簡單直觀，利用PLC的定時(shí)功能，計(jì)數(shù)功能，步進(jìn)功能，可靈活地編寫，增減和修改程序。PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能，迅速方便的檢查判斷出故障，縮減檢修時(shí)間，不需要很多配套的外圍設(shè)備和大量復(fù)雜的接線，