基于PLC彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘  要 本系統(tǒng)以FX2N-24MR為主控核心，是基于計(jì)數(shù)器和PWM調(diào)試的，并與按鍵、撥碼開關(guān)等較少的輔助硬件電路相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的，是一種比較新型的PLC彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。此設(shè)計(jì)利用PWM技術(shù)控制各基色LED燈泡的亮度，利用系統(tǒng)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)彩燈色彩的循環(huán)點(diǎn)亮，利用循環(huán)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)色彩狀態(tài)子程序的連續(xù)調(diào)用（即利用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)基色LED彩燈進(jìn)行控制）。本系統(tǒng)具有體積小、硬件少、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單及容易操作等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；彩燈；彩燈控制器；模塊設(shè)計(jì)。 前言   在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強(qiáng)人們的感觀，起到廣告宣傳的作用，又可以增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添亮麗

2、，用在舞臺(tái)上增強(qiáng)晚會(huì)燈光效果。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對(duì)于彩燈的要求越來越高，另一方面，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、大容量、重量輕的方向發(fā)展，PLC技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開發(fā)的巨大變革。梯形圖語言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語言描述能力強(qiáng)，覆蓋面廣，抽象能力強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來越廣泛。于是，人們開始追求貫徹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可以從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解脫出來，把精力集中在創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上，從而可以提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的研制周期。整個(gè)過程通過PLC自動(dòng)完成，大大減輕了設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，并且提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。目 錄摘要1前

3、言2 目錄3 1、概述 41.1 PLC課程設(shè)計(jì)任務(wù)41.2 PLC課程設(shè)計(jì)要求42 、PLC的相關(guān)知識(shí) 52.1 PLC的歷史和發(fā)展52.2 PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用 62.3 PLC的工作原理 83、硬件設(shè)計(jì)93.1 PLC硬件配置93.2 控制面板設(shè)計(jì) 93.3 PLC的外部接線圖103.4 I/O分配表124、軟件設(shè)計(jì)134.1控制系統(tǒng)的順序功能圖134.2 梯形圖程序144.3控制系統(tǒng)測(cè)試與分析15結(jié)束語16元器件明細(xì)表17參考文獻(xiàn)181 概述1.1 PLC課程設(shè)計(jì)任務(wù)用PLC設(shè)計(jì)彩燈控制系統(tǒng)，本題為9燈循環(huán)1、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、單周期二種工作方式，用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制 單周期：彩燈工作一個(gè)周期后自動(dòng)停

4、止，若運(yùn)行過程中按停止按鈕，所有燈全部熄滅。 自動(dòng)：彩燈工作一個(gè)周期后，不停止，而是開始下一個(gè)周期，若運(yùn)行過程中按停止按鈕，彩燈運(yùn)行狀態(tài)不變，而是要等到本周期結(jié)束后，再全部熄滅。2、彩燈有二種閃爍頻率1HZ、0.5HZ可用轉(zhuǎn)換開關(guān)控制。3、彩燈工作一個(gè)周期中要有單燈循環(huán)點(diǎn)亮、3燈循環(huán)點(diǎn)亮、全滅的過程。1.2 PLC課程設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的PLC外部電氣接線圖2、系統(tǒng)的操作面板3、設(shè)計(jì)好順序功能圖4、系統(tǒng)的T形圖2 PLC的相關(guān)知識(shí)2.1 PLC的歷史和發(fā)展世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制的。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器，使P

5、LC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。20世紀(jì)70年代中期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)己全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中己獲得了廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)末期，可編程控制器的特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī);從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合;從產(chǎn)品的配套能力

6、來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元，通訊單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能I/O模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是PLC與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC已成

7、為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的重要組成部分。 在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。2.2 PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用PLC是一種專門為了在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作裝置。它采用一可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類型的機(jī)械或生產(chǎn)

8、過程。PLC及有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的，這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（2） 通用性強(qiáng)，使用方便。（3） 采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組合靈活方便。（4） 編程語言簡(jiǎn)單、易學(xué)，便于掌握。（5） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短。（6） 對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)。（7） 安裝簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、維護(hù)工作量小目前，PLC在國內(nèi)己廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾

9、類:1、開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線.2、數(shù)據(jù)處理PLC可以用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置速度和加速度的控制。3、運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量I/0模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 4、過程控制過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制，PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用

10、得較多的調(diào)節(jié)方法。5、控制網(wǎng)絡(luò)（通信） 隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，近年來工廠自動(dòng)化通信聯(lián)網(wǎng)發(fā)展得很快，各個(gè)著名的PLC生產(chǎn)廠商推出了自己網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 2.3 PLC的工作原理PLC的控制功能就是通過運(yùn)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。它是一種存儲(chǔ)程序的控制器，用戶根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編制好控制程序后，用編程器將程序鍵入到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中寄存。PLC掃描工作方式主要分三個(gè)階段：輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。（1） 輸入采樣 PLC在開始執(zhí)行程序之前，首先掃描輸入端子，按順序?qū)⑺休斎胄盘?hào)，讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映像寄存器中，這個(gè)過程稱為輸入采樣。PLC在運(yùn)行程序時(shí)，所需的輸入信號(hào)不是現(xiàn)時(shí)取輸入

11、端子上的信息，而是取輸入映像寄存器中的信息。在本工作周期內(nèi)這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，只有到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被刷新。（2） 程序執(zhí)行 PLC完成了采樣工作后，按順序從0000號(hào)地址開始的程序進(jìn)行掃描執(zhí)行，并分別從輸入映像寄存器、輸出映像寄存器以及輔助繼電器中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未被執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出端子上。（3） 輸出刷新 在執(zhí)行到END的命令時(shí)，即執(zhí)行完用戶所有的程序后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送到輸出鎖存器中進(jìn)行輸出，驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC硬件配置本控制系

12、統(tǒng)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N24MR PLC。FX2N系列是一種超小型疊裝式PLC，它由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊組成。 基本單元：內(nèi)置電源（輸入模塊不需外接電源，它由內(nèi)置電源供電）、I/O模塊及CPU與存貯器，是PLC的核心部分。既可單獨(dú)使用，又可與擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊組合使用。 可以增加基本單元的I/O點(diǎn)數(shù)，內(nèi)置電源。擴(kuò)展模塊：擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，但電源由基本單元或擴(kuò)展單元供電。每臺(tái)基本單元或擴(kuò)展單元最多可聯(lián)接2臺(tái)擴(kuò)展模塊。 特殊功能模塊：FX2N-16NT，用于通信；FX2N-3A，可提供2路模擬量輸入，1路模擬量輸出，來選用。3.2 控制面板設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)總方框圖和設(shè)計(jì)要求

13、，彩燈控制系統(tǒng)采用并行序列，在閃爍電路下執(zhí)行彩燈的循環(huán)點(diǎn)亮，而點(diǎn)亮方式又分為單燈循環(huán)點(diǎn)亮和3燈循環(huán)點(diǎn)亮，使彩燈按照不同的頻率閃爍。圖3-1 操作面板示意圖 系統(tǒng)操作面板如圖3-1所示，X4和X5分別控制彩燈運(yùn)行的狀態(tài)，即單周期狀態(tài)與自動(dòng)狀態(tài)。彩燈開啟用X0按鈕控制，X1按鈕控制彩燈停止運(yùn)行。閃爍開關(guān)有兩個(gè)X2和X3，分別對(duì)應(yīng)1HZ和0.5HZ，使彩燈得以循環(huán)工作。3.3 PLC的外部接線圖根據(jù)系統(tǒng)總方框圖和設(shè)計(jì)要求，基于PLC彩燈循環(huán)控制系統(tǒng)的外部接線圖如圖3-2。X0是點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，X2、X3是一組單刀雙擲開關(guān)，X4和X5是一組單刀雙擲開關(guān)，指針指向那個(gè)開關(guān)，相應(yīng)的設(shè)置就導(dǎo)通。彩燈控制系統(tǒng)用X0

14、開啟，X2和X3分別表示彩燈閃爍頻率1.0HZ和0.5HZ，X4控制彩燈單周期運(yùn)行，X5控制彩燈自動(dòng)運(yùn)行。其中，輸入采用的是匯點(diǎn)式，共接一個(gè)COM端子，電源由PLC內(nèi)部電源提供。Y0Y8表示9個(gè)LED彩燈。KM1KM9是電磁繼電器，通電時(shí)其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。Y0Y3共用一個(gè)COM端子，Y4Y8共用另一個(gè)COM端子，而輸出共用一個(gè)電源，所以將兩個(gè)COM端子連在一起，實(shí)現(xiàn)電源的共用。圖3-2 PLC的外部接線圖3.4 I/O分配表本設(shè)計(jì)中，共有六個(gè)輸入開關(guān)，9個(gè)LED輸出，根據(jù)PLC外部接線圖，我們能得出I/O 分配表如表4-1 所示。 輸入輸出啟動(dòng)按鈕X0LED1Y0停止按鈕X1LED

15、2Y1閃爍1.0HZ開關(guān)X2LED3Y2閃爍0.5HZ開關(guān)X3LED4Y3單周期開關(guān)X4LED5Y4自動(dòng)開關(guān)X5LED6Y5LED7Y6LED8Y7LED9Y8 表 3-1電氣設(shè)備及元器件明表序號(hào)符號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量1KM1交流接觸器DJX-912KM2交流接觸器DJX-913KM3交流接觸器DJX-914KM4交流接觸器DJX-915KM5交流接觸器DJX-916KM6交流接觸器DJX-917KM7交流接觸器DJX-918KM8交流接觸器DJX-919KM9交流接觸器DJX-9110SB1動(dòng)合開關(guān)AC0.1-125V111SB2動(dòng)合開關(guān)AC0.1-125V14控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 彩燈控

16、制系統(tǒng)的順序功能圖 M200M203M206M201M202Y0K9Y0K9T0T1M204Y10M205Y11C0C1圖4-1彩燈控制系統(tǒng)順序功能圖彩燈控制系統(tǒng)順序功能圖如圖4-1所示。由圖可知控制系統(tǒng)步序共分7步，分別用M00M06代表這7步。彩燈工作一個(gè)周期后自動(dòng)停止，若運(yùn)行過程中按停止按鈕，所有燈全部熄滅。彩燈工作一個(gè)周期后，不停止，而是開始下一個(gè)周期，若運(yùn)行過程中按停止按鈕，彩燈運(yùn)行狀態(tài)不變，而是要等到本周期結(jié)束后，再全部熄滅其中M201和M204代表產(chǎn)生1.0Hz彩燈閃爍頻率，M202和M205代表產(chǎn)生0.5HZ彩燈閃爍頻率；M203代表單燈循環(huán)步，執(zhí)行單燈循環(huán)點(diǎn)亮程序；M206代

17、表三燈循環(huán)步，執(zhí)行三燈循環(huán)點(diǎn)亮程序。4.2 梯形圖程序梯形圖程序如圖4-2所示RSTY0K9RSTY0K9圖4-2 梯形圖程序4.3控制系統(tǒng)測(cè)試與分析控制系統(tǒng)必須進(jìn)行調(diào)試后才投入實(shí)際生產(chǎn)之中，在這之前，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。本系統(tǒng)的調(diào)試主要是利用電氣工程系的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行模擬。根據(jù)前面的分析，限位開關(guān)采用點(diǎn)動(dòng)開關(guān)模擬，輸出都采用指示燈表示不同的狀態(tài)，以模擬系統(tǒng)的工作的正確性。接線圖與前面的圖3-4外部接線類似，可以采用那種接法進(jìn)行調(diào)試。從分析結(jié)果來看，系統(tǒng)基本是按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行工作，誤差在課程設(shè)計(jì)容許的范圍之內(nèi)。結(jié)束語隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，PLC技術(shù)已經(jīng)成為了我們生活中的一部分，幾乎可以說是

18、無處不在。對(duì)于學(xué)習(xí)PLC知識(shí)的我們，此次課程設(shè)計(jì)很好的培養(yǎng)了我們學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)和解決問題以及鍛煉實(shí)踐的能力。團(tuán)隊(duì)的“團(tuán)”方框外面包個(gè)才字，說明團(tuán)隊(duì)工作是智慧和人才的集合。團(tuán)隊(duì)工作時(shí)我們要學(xué)會(huì)充分利用這個(gè)資源，達(dá)到物盡其用。同時(shí)作為團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)和組織人要合理分配任務(wù)，充分信任組員，是順利完成任務(wù)的關(guān)鍵?；仡櫞舜蜳LC課程設(shè)計(jì)，時(shí)間雖比較短暫，但是在此次實(shí)習(xí)中學(xué)到很多有用的東西。我的課題是基于PLC彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)拿到課題時(shí)，有點(diǎn)茫然，不知道從何下手，切入點(diǎn)在哪?經(jīng)過網(wǎng)上搜索相關(guān)的資料，逐步了解自己要設(shè)計(jì)個(gè)什么東西，該東西的工作原理，工作設(shè)計(jì)是什么，各環(huán)節(jié)的線索是什么？理清線索后，就確定整體設(shè)計(jì)方案，按方案的步驟著手設(shè)計(jì)各單元電路，慶幸的是各單元電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但是實(shí)際按圖連線就有些困難，及運(yùn)行當(dāng)中出現(xiàn)的問題有點(diǎn)讓我們止步，不過最后我們團(tuán)結(jié)互助，不斷向老師請(qǐng)教，把一個(gè)個(gè)難關(guān)予以解決。現(xiàn)在，整個(gè)設(shè)計(jì)雖基本完成，也許結(jié)果并不是很令人滿意，過程中出現(xiàn)的一些問題，例如延遲時(shí)間不是很精確，電路設(shè)計(jì)得不怎