PLC論文 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、鍵入文字 基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄第一章 緒論 1 第二章 霓虹燈變壓器 22.1霓虹燈的工作原理 22.2霓虹燈的結(jié)構(gòu)與部件 2第三章 可編程序控制器簡(jiǎn)介 33.1 PLC簡(jiǎn)介 33.2 PLC的結(jié)構(gòu) 43.3 PLC的工作原理 43.4控制器簡(jiǎn)介：S7-200系列PLC53.5 PLC應(yīng)用特點(diǎn) 5第四章 霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 64.1任務(wù)分析及功能闡述 64.2 PLC接線圖74.3 IO分配表 84.4控制流程的設(shè)計(jì)94.5梯形圖的設(shè)計(jì)10總結(jié)14第一章 緒論在現(xiàn)階段，可編程控制器在工業(yè)控制領(lǐng)域已經(jīng)起著舉足輕重的作用，其方便快捷，準(zhǔn)確等功能決定了它的主導(dǎo)地位，它將逐漸發(fā)展成以微

2、處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。本課題可以說是對(duì)可編程控制器在自動(dòng)控制方面的一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用。隨著改革的不斷深入,社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷繁榮和發(fā)展,大中小城市都在進(jìn)行亮化工程。企業(yè)為展現(xiàn)自己的形象和產(chǎn)品,一般都會(huì)采用通過霓虹燈廣告屏來這種廣告手法，所以當(dāng)我們夜晚走在大街上,馬路兩旁各色各樣的霓虹燈廣告隨處可見,一種是采用霓虹燈管做成的各種形狀和多種彩色的燈管,另一種為日光等管或白熾燈管作為光源,另配大型廣告語或宣傳畫來達(dá)到宣傳的效果，大部分是采用霓虹燈。這就涉及到如何去控制霓虹燈的亮滅、閃爍時(shí)間及流動(dòng)方向等諸多控制問題，如何去快捷、可靠、簡(jiǎn)單的去控

3、制，成為人們考慮的重點(diǎn)，在這我認(rèn)為PLC最適合去解決這些問題?？删幊炭刂破鱌LC英文全稱Programmable Logic Controller,是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等方面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。作為自動(dòng)控制裝置的核心，它具有功能強(qiáng)，可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，PLC實(shí)驗(yàn)裝置采用的式模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有可編程序控制器、編程器模塊，九種實(shí)驗(yàn)?zāi)K，按鈕、開關(guān)輸入模塊和繼電器輸出模塊，以及四層電梯模型。該裝置可以

4、完成各種指令系統(tǒng)以及多種控制對(duì)象的程序設(shè)計(jì)訓(xùn)練。因?yàn)镻LC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。并且PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的方面具有比較突出的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)實(shí)中人們也是多通過PLC去控制霓虹燈的。以上就是我選擇此題目作為本學(xué)期PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義。本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是利用可編程控制器對(duì)霓虹燈進(jìn)行控制，采用的是SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-200系列可編程控制器，與其對(duì)應(yīng)的編程軟件是STEP7-Micro/WIN。第二章 霓虹燈變壓器2.1 霓虹燈的工作原理霓虹燈是一種低氣壓冷陽極輝光放電發(fā)光的光源。氣體放電發(fā)光是自然界的一種物理現(xiàn)象。通過氣體

5、放電使電能轉(zhuǎn)換為五光十色的光譜線，是霓虹燈工作重要的基本過程。氣體在強(qiáng)電場(chǎng)、光輻射、例子轟擊和高溫加熱等條件下，氣體分子可能發(fā)生電離，產(chǎn)生了可以自由移動(dòng)的代電粒子，并在電場(chǎng)作用下行程電流，使絕緣的氣體成為良導(dǎo)體。這種電流通過氣體的現(xiàn)象就被稱為氣體放電過程 當(dāng)外電源電路接通后，變壓器輸出端就會(huì)產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的高壓。當(dāng)這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時(shí)，霓虹燈管內(nèi)的帶電粒子在高壓電場(chǎng)中被加速并飛向電極，能激發(fā)產(chǎn)生大量的電子。這些激發(fā)出來的電子，在高電壓電場(chǎng)中被加速，并與燈管內(nèi)的氣體原子發(fā)生碰撞。當(dāng)這些電子碰撞游離氣體原子的能量足夠大時(shí)，就能使氣體原子發(fā)生電離而成為正離子和電子，這就是

6、氣體的電離現(xiàn)象。帶電粒子與氣體原子之間的碰撞，多余的能量就以光子的形式發(fā)射出來，這就完成了霓虹燈的發(fā)光點(diǎn)亮的整個(gè)過程。2.2 霓虹燈的結(jié)構(gòu)與部件霓虹燈是一種冷陰極輝光放電管，其幅射光譜具有極強(qiáng)的穿透大氣的能力，色彩鮮艷絢麗、多姿，發(fā)光效率明顯優(yōu)于普通的白熾燈，它的線條結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力豐富，可以加工彎制成任何幾何形狀，滿足設(shè)計(jì)要求，通過電子程序控制，可變幻色彩的圖案和文字。   霓虹燈的主要部件:    圖2-1霓虹燈的結(jié)構(gòu)一、霓虹燈管     （一）以規(guī)格分：有6、7、8

7、、9、10、12、15、18、20毫米等粗細(xì)。 （二）以玻璃材質(zhì)分：     （1）鈉玻璃管 （2）鉛玻璃管 （3） 彩色玻璃管，  二、霓虹燈變壓器  （一）霓虹燈漏磁變壓器，。  （二）電子變壓器。  三、程序控制器 （一）普通式電子程序控制器  （二）漸變式電子程序控制器  四、霓虹燈高壓線 （一）普通高壓線（二）硅橡膠絕緣高壓線第三章 可編程序控制器簡(jiǎn)介（PL

8、C）3.1 PLC簡(jiǎn)介 可編程序控制器PLC（Programmable Logic Controller），是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場(chǎng)電器操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語言的表達(dá)形式，形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。PLC現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一

9、，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、易于與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具備告訴計(jì)數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量傳統(tǒng)繼電接觸控制系統(tǒng)，在機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通、等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。PLC的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。3.2 PLC的結(jié)構(gòu)PLC和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(EPROM，ROM)、輸入輸出(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過總線(電源總

10、線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：輸出部件外設(shè)I/O接口存儲(chǔ)器 EPROM 微處理器 運(yùn)算器 控制器電源 輸入部件I/O擴(kuò)展接口 I/O擴(kuò)展單元 受控元件輸入信號(hào)外部設(shè)備圖3-2 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖圖3-1PLC硬件結(jié)構(gòu)圖3.3 PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出

11、狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。3.4

12、控制器簡(jiǎn)介：S7-200系列PLCS7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能因此。S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。 應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域， 包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種CPU。檔次最

13、低的是CPU221，其數(shù)字量輸入點(diǎn)有6點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)書有4點(diǎn)，是控制規(guī)模最小的。PLC檔次最高的應(yīng)屬CPU226，CPU226集成了24點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出，共有40點(diǎn)數(shù)字量I/O，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展數(shù)字量I/O 248點(diǎn)或模擬量I/O35路。3.5 PLC的特點(diǎn) （一）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) （二）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) （三）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 （四）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造。 （五）體積小，重量輕，能耗低。第四章 霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1任務(wù)分析及功能闡述本控制系統(tǒng)主要是用于控制霓虹燈和邊框流

14、水燈按順序的閃爍。輸入程序后可以通過硬件進(jìn)行燈的自動(dòng)閃爍，達(dá)到宣傳的目的。如圖3-1，八個(gè)字能按順序地進(jìn)行亮滅，并且邊框的燈能同時(shí)閃爍。圖4-1霓虹燈現(xiàn)實(shí)用PLC對(duì)霓虹燈廣告屏實(shí)現(xiàn)控制,其具體要求如下:該廣告屏中間8個(gè)霓虹燈字亮滅的時(shí)序?yàn)椤岸Α弊至恋健俺小弊至恋健按蟆弊至痢肮ぁ弊至?時(shí)間間隔均為1S,8個(gè)霓虹燈字全亮后,顯示10S,再反過來從“工”字到“天”字“鼎”字順序熄滅.全滅后,停亮2S, 再從頭開始運(yùn)行,周而復(fù)始。廣告屏四周的流水燈共24只,一直亮。系統(tǒng)有單步連續(xù)控制,有啟動(dòng)和停止按鈕。系統(tǒng)霓虹燈字,白幟燈的電壓及供電電源均為市電220V。4.2 PLC接線圖P L CCOM220vI

15、0.0I0.1I0.2Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7SB1SB2SB3圖4-2 PLC電氣原理圖的設(shè)計(jì)4.3 I/O分配表根據(jù)控制要求,PLC控制霓虹燈廣告顯示屏的輸入輸出(I0)地址編排如下表所示,見表4.3。地址注釋I0.0啟動(dòng)按鈕I0.1停止按鈕I0.2單步/連續(xù)開關(guān)Q0.0霓虹燈1Q0.1霓虹燈2Q0.2霓虹燈3Q0.3霓虹燈4Q0.4霓虹燈5Q0.5霓虹燈6Q0.6霓虹燈7Q0.7霓虹燈8表4-3 I/O分配表通過以上資料分析，我選擇了S7-200系列中的CPU224，CPU224是S7-200系列中具有較強(qiáng)控制能力的小型控制器。S7-200系列CP

16、U224集成了14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出，共有24點(diǎn)數(shù)字量I/O。它適合本次設(shè)計(jì)的要求，并且具有較強(qiáng)的控制能力的小型控制器，相對(duì)于其它系列CPU224能更好的應(yīng)用于本次設(shè)計(jì)中的任務(wù)，并且具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。4.4控制流程的設(shè)計(jì)開 始返 回圖4-4流程圖的設(shè)計(jì)4.5梯形圖的設(shè)計(jì)圖4-5梯形圖的設(shè)計(jì)程序運(yùn)行原理說明本程序是用S7_200所寫的，在啟動(dòng)按鈕按下以后，程序開始運(yùn)行，霓虹燈字的開始亮滅，在按下啟動(dòng)按鈕以后，八個(gè)字會(huì)按要求亮滅，主要是計(jì)時(shí)器控制的，開始時(shí)燈的正序亮，然后是燈的反序滅。霓虹燈的亮滅，狀態(tài)比較多，我是把每一種亮的情況都納入一個(gè)狀態(tài)的，最后，會(huì)由正序的亮轉(zhuǎn)換成反序的滅。總

17、 結(jié)經(jīng)過本學(xué)期的PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)我學(xué)到了不少關(guān)于PLC的知識(shí)。雖然在以前的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)過PLC的相關(guān)課程，但是只是一些基礎(chǔ)知識(shí)，做的實(shí)驗(yàn)也是很有限的。在這次設(shè)計(jì)中，我查閱了許多有關(guān)PLC的書籍，同時(shí)也在網(wǎng)上搜索了不少PLC方面的資料，使我對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)有了很大的提高，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)能力以及全面的考慮問題能力，使得我對(duì)PLC的掌握進(jìn)一步的增強(qiáng)，加深了對(duì)PLC的理解，并對(duì)PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是我也深深的知道自己的不足之處，比如說對(duì)應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復(fù)雜程度。多在學(xué)習(xí)過程中不能想通的問題，在PLC調(diào)試過程中，終于得以解決，可以看出它對(duì)理論教學(xué)起到了必要的補(bǔ)充和額拓寬作用，對(duì)培養(yǎng)既具有扎實(shí)理論功底又具有相當(dāng)實(shí)踐能力的人才