基于PLC控制建筑燈飾電氣控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

目錄第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研…………3第二部分設(shè)計說明……………………6第三部分設(shè)計成果……………………13第四部分結(jié)束語………………………21第五部分致謝………………………23第六部分參考文獻………………………24第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研1.1本課題的研究背景和目的隨著人們生活品質(zhì)的提高，在日常生活中,我們都廣泛的運用著各種燈飾、LED廣告牌，特別是晚上，然而現(xiàn)代化程度越來越高的背景下是我們的人性設(shè)計越來越受到關(guān)注，做什么事都講究帶點人情味兒，所以，針對目前大多是用時控單調(diào)的建筑燈飾，我發(fā)起了聲控、PLC控、光控的建筑燈飾設(shè)計的思路。對于各種燈飾,我們大多會采用單片機。而PLC的優(yōu)點是它構(gòu)造簡便,功能強大,而且實用價值高,效率高,適應(yīng)環(huán)境能力強。而PLC控制是實現(xiàn)建筑燈飾的最佳的一種調(diào)速方式。它低速時,相對穩(wěn)定性好;調(diào)速時,平滑性好,效率高;而且它的調(diào)速范圍較大,精度高,起動電流低,節(jié)能明顯。所以綜合考慮，我選擇了用PLC控制，實現(xiàn)聲控、光控，而達成建筑燈飾人性化的要求。1.2國內(nèi)外研究狀況及已有成果隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市美化問題越來越引起人們的關(guān)注。由于流水燈所具有的特有流動感而廣泛應(yīng)用于廣告控制及人們生活中，給人們一種美感，為人們生活帶來樂趣?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用更加突出。城市交通燈控制采用的可編程制器具有可靠性高、維護方便，用法簡單、通用性強等特點，本文用三菱FX2N的可編程控制器控制流水燈閃爍來說明可編程控制器硬件、軟件的設(shè)計。解決好流水燈控制問題將是保障城市美麗、時尚、快節(jié)奏生活的重要環(huán)節(jié)。三菱系列的可編程序控制器技術(shù)來實現(xiàn)對流水燈的信號控制。1.3PLC概述1.3.1PLC的定義與產(chǎn)生國際電工委員會（IEC）在其標準中將PLC定義為：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊踢壿嬁刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?？删幊踢壿嬁刂破鞯恼Q生與現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)發(fā)展的要求密不可分的。在可編程邏輯控制器出現(xiàn)之前，組成一個工業(yè)控制系統(tǒng)往往需要數(shù)量驚人的繼電器、接觸器和定時器。它們體積巨大、產(chǎn)生讓人難以忍受的噪音，不但每年的維護工作要耗費大量的人力物力，而且繼電器-接觸器系統(tǒng)的排線檢修等工作對維護人員的熟練度也有著很高的要求。為了解決這些工業(yè)控制系統(tǒng)中的問題，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年研制成功了第一臺PDP-14控制器，并在汽車自動裝配線上使用并獲得成功。當(dāng)時系統(tǒng)主要用于順序控制、只能進行邏輯運算，PLC只具有簡易之邏輯開/關(guān)（on/off）功能，但比起傳統(tǒng)繼電器之控制方式，已具有容易修改、安裝、診斷與占用空間小等優(yōu)點。1970年代初期，PLC引進微處理機技術(shù)，使得PLC具有算術(shù)運算功能與多比特之?dāng)?shù)字信號輸出/輸入功能，并且能直接以階梯圖符號進行程序之編寫。這項新技術(shù)的使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的反響。如今，在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用已成為工業(yè)界不可或缺的一員。目前，PLC已被廣泛應(yīng)用于機械制造、機床、冶金、采礦、建材、石油、化工、汽車、電力、造紙、裝卸、環(huán)保等需要自動控制系統(tǒng)的行業(yè)。1.3.2PLC的硬件結(jié)構(gòu)PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的。PLC一般都包含電源模塊、中央處理器、RAM、輸入/輸出接口模塊以及通信模塊。對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。1.3.3PLC的特點PLC編程簡易，靈活性好。體積遠小于由繼電器-接觸器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，卻擁有更快的開關(guān)速度、更高的穩(wěn)定性和可靠性，同時，系統(tǒng)的采購和維護成本更低。PLC的數(shù)據(jù)可以直接送入計算機，也適用于較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)。輸出為功率較大，能直接驅(qū)動部分電磁閥和接觸器。同時，梯形圖的設(shè)計與修改都非常簡便，基于PLC的大型控制系統(tǒng)設(shè)計周期較短，便于進行調(diào)試，修改和升級。這些優(yōu)秀的特性讓PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，并向其他民用領(lǐng)域延伸?？梢灶A(yù)見的是，隨著PLC的功能越來越強大，實用范圍也越來越廣，將來將在更多自動化相關(guān)領(lǐng)域看到PLC的應(yīng)用。

第二部分設(shè)計說明1.PLC的硬件結(jié)構(gòu)可編程控制器主要由中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾個部分組成。PLC硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。2.中央控制處理單元(CPU)可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機和雙極型位片式微處理器三種類型。通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機有8031、8096等；位片式微處理器有AM2900、AM2903等。FX2N可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機。3.存儲器可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序。用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序。4.輸入接口電路PLC通過輸入單元可實現(xiàn)將不同輸入電路的電平進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC所需的標準電平供PLC進行處理。接到PLC輸入接口的輸入器件是：各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC的輸入電路大都相同，PLC輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲干擾。PLC輸入電路通常有三種類型：直流(12∽24)V輸入、交流(100∽120)V輸入和交直流(12∽24)V輸入。5.輸出接口電路PLC的輸出有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。輸出端子有兩種接法：一種是輸出各自獨立，無公共點：各輸出端子各自形成獨立回路。一種為每4∽8個輸出點構(gòu)成一組，共有一個公共點：在輸出共用一個公共端子時，必須用同一電壓類型和同一電壓等級，但不同的公共點組可使用不同電壓類型和等級的負載，且各輸出公共點之間是相互隔離的。用戶程序用戶程序系統(tǒng)程序存儲器外設(shè)接口擴展接口擴展單元其他外設(shè)微處理器CPU電源部件輸出部件輸入部件I/OI/O編程器驅(qū)動受控軟件件圖2-1PLC硬件結(jié)構(gòu)接收現(xiàn)場信號6電源PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。7.編程器利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器一般分簡易型和智能型。8.PLC工作原理（1）PLC的工作方式：采用循環(huán)掃描方式。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。注意：由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。循環(huán)掃描過程如下：運行）內(nèi)部處理通信操作運行）內(nèi)部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理停止停止圖2-圖2-2PLC循環(huán)掃描（2）工作過程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。1）內(nèi)部處理階段在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。2）通信服務(wù)階段在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。3）輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序的執(zhí)行階段。4）程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。若用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)器件寄存器中。5）輸出處理程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。2.2三菱FX系列PLC計數(shù)器（C）FX2N系列計數(shù)器分為內(nèi)部計數(shù)器和高速計數(shù)器兩類。2.2.1內(nèi)部計數(shù)器內(nèi)部計數(shù)器是在執(zhí)行掃描操作時對內(nèi)部信號（如X、Y、M、S、T等）進行計數(shù)。內(nèi)部輸入信號的接通和斷開時間應(yīng)比PLC的掃描周期稍長。（1）16位增計數(shù)器（C0～C199）共200點，其中C0～C99為通用型，C100～C199共100點為斷電保持型（斷電保持型即斷電后能保持當(dāng)前值待通電后繼續(xù)計數(shù)）。（2）32位增/減計數(shù)器（C200～C234）共有35點32位加/減計數(shù)器，其中C200～C219（共20點）為通用型，C220～C234（共15點）為斷電保持型。這類計數(shù)器與16位增計數(shù)器除位數(shù)不同外，還在于它能通過控制實現(xiàn)加/減雙向計數(shù)。設(shè)定值范圍均為-214783648～-+214783647（32位）。2.2.2高速計數(shù)器（C235～C255）高速計數(shù)器與內(nèi)部計數(shù)器相比除允許輸入頻率高之外，應(yīng)用也更為靈活，高速計數(shù)器均有斷電保持功能，通過參數(shù)設(shè)定也可變成非斷電保持。FX2N有C235～C255共21點高速計數(shù)器。適合用來做為高速計數(shù)器輸入的PLC輸入端口有X0～X7。X0～X7不能重復(fù)使用，即某一個輸入端已被某個高速計數(shù)器占用，它就不能再用于其它高速計數(shù)器，也不能用做它用。各高速計數(shù)器對應(yīng)的輸入端如表1所示。高速計數(shù)器可分為四類：（1）單相單計數(shù)輸入高速計數(shù)器（C235～C245）

其觸點動作與32位增/減計數(shù)器相同，可進行增或減計數(shù)（取決于M8235～M8245的狀態(tài)）。（2）單相雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器（C246～C250）

這類高速計數(shù)器具有二個輸入端，一個為增計數(shù)輸入端，另一個為減計數(shù)輸入端。利用M8246～M8250的ON/OFF動作可監(jiān)控C246～C250的增記數(shù)/減計數(shù)動作。（3）雙相高速計數(shù)器（C251～C255）

A相和B相信號決定計數(shù)器是增計數(shù)還是減計數(shù)。當(dāng)A相為ON時，B相由OFF到ON，則為增計數(shù)；當(dāng)A相為ON時，若B相由ON到OFF，則為減計數(shù)。2.3三菱FX系列PLC定時器（T）PLC中的定時器（T）相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時間繼電器。它可以提供無限對常開常閉延時觸點。定時器中有一個設(shè)定值寄存器（一個字長），一個當(dāng)前值寄存器（一個字長）和一個用來存儲其輸出觸點的映象寄存器（一個二進制位），這三個量使用同一地址編號。但使用場合不一樣，意義也不同。FX2N系列中定時器時可分為通用定時器、積算定時器二種。它們是通過對一定周期的時鐘脈沖的進行累計而實現(xiàn)定時的，時鐘脈沖有周期為1ms、10ms、100ms三種，當(dāng)所計數(shù)達到設(shè)定值時觸點動作。設(shè)定值可用常數(shù)K或數(shù)據(jù)寄存器D的內(nèi)容來設(shè)置。2.3.1通用定時器通用定時器的特點是不具備斷電的保持功能，即當(dāng)輸入電路斷開或停電時定時器復(fù)位。通用定時器有100ms和10ms通用定時器兩種。（1）100ms通用定時器（T0～T199）共200點，其中T192～T199為子程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ枚〞r器。這類定時器是對100ms時鐘累積計數(shù)，設(shè)定值為1～32767，所以其定時范圍為0.1～3276.7s。2.3.2積算定時器積算定時器具有計數(shù)累積的功能。在定時過程中如果斷電或定時器線圈OFF，積算定時器將保持當(dāng)前的計數(shù)值（當(dāng)前值），通電或定時器線圈ON后繼續(xù)累積，即其當(dāng)前值具有保持功能,只有將積算定時器復(fù)位,當(dāng)前值才變?yōu)?。（1）1ms積算定時器（T246～T249）共4點,是對1ms時鐘脈沖進行累積計數(shù)的，定時的時間范圍為0.001～32.767s。（2）100ms積算定時器（T250～T255）共6點,是對100ms時鐘脈沖進行累積計數(shù)的定時的時間范圍為0.1～3276.7s。2.4三菱FX系列輔助繼電器（M）輔助繼電器是PLC中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅(qū)動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內(nèi)部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進制數(shù)共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進制數(shù)）。2.4.1通用輔助繼電器（M0～M499）FX2N系列共有500點通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當(dāng)電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持OFF狀態(tài)，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中作為輔助運算、狀態(tài)暫存、移位等。根據(jù)需要可通過程序設(shè)定，將M0～M499變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。2.4.2斷電保持輔助繼電器（M500～M3071）FX2N系列有M500～M3071共2572個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態(tài)，是因為電源中斷時用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內(nèi)容。其中M500～M1023可由軟件將其設(shè)定為通用輔助繼電器2.4.3特殊輔助繼電器PLC內(nèi)有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256個特殊輔助繼電器，可分成觸點型和線圈型兩大類（1）觸點型

其線圈由PLC自動驅(qū)動，用戶只可使用其觸點。例如：M8000：運行監(jiān)視器（在PLC運行中接通），M8001與M8000相反邏輯。M8002：初始脈沖（僅在運行開始時瞬間接通），M8003與M8002相反邏輯。M8011、M8012、M8013和M8014分別是產(chǎn)生10ms、100ms、1s和1min時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。（2）線圈型

由用戶程序驅(qū)動線圈后PLC執(zhí)行特定的動作。例如：M8033：若使其線圈得電，則PLC停止時保持輸出映象存儲器和數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容。M8034：若使其線圈得電，則將PLC的輸出全部禁止。M8039：若使其線圈得電，則PLC按D8039中指定的掃描時間工作。2.5三菱FX系列PLC輸出繼電器（Y）輸出繼電器是用來將PLC內(nèi)部信號輸出傳送給外部負載（用戶輸出設(shè)備）。輸出繼電器線圈是由PLC內(nèi)部程序的指令驅(qū)動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應(yīng)的硬觸點來驅(qū)動外部負載。每個輸出繼電器在輸出單元中都對應(yīng)有維一一個常開硬觸點，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點，都可以無數(shù)次使用。

FX系列PLC的輸出繼電器也是八進制編號其中FX2N編號范圍為Y000~Y267（184點）與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。2.6三菱FX系列PLC輸入繼電器（X）輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受PLC外部開關(guān)信號的元件。PLC通過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)（接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲在輸入映象寄存器中。FX系列PLC的輸入繼電器以八進制進行編號，F(xiàn)X2N輸入繼電器的編號范圍為X000~X267（184點）。注意，基本單元輸入繼電器的編號是固定的，擴展單元和擴展模塊是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。例如：基本單元FX2N-64M的輸入繼電器編號為X000~X037（32點），如果接有擴展單元或擴展模塊，則擴展的輸入繼電器從X040開始編號。第三部分設(shè)計成果3.1控制系統(tǒng)I/O點及地址分配輸入(I)輸出(O)元件功能信號地址元件功能信號地址按鈕SB1程序啟動X0燈L1~L7組成流水燈效果Y0~Y7按鈕SB2程序停止X13.2電氣控制系統(tǒng)原理圖3.3時序圖3.4梯形圖3.5指令表0LDX0001ORM02ANIX0013ANIX0024OUTM05LDM06ANIT67OUTT0K3010LDT011OUTT1K3014LDT115OUTT2K3018LDT219OUTT3K3022LDT323OUTT4K3026LDT427OUTT5K3030LDT531OUTT6K3034LDM035ANIT036OUTY00037LDT038ANIT139OUTY00140LDT141ANIT242OUTY00243LDT244ANIT345OUTY00346LDT347ANIT448OUTY00449LDT450ANIT551OUTY00552LDT553ANIT654OUTY00655END（1）將梯形圖程序輸入到計算機，檢查電源正確無誤。(2）對程序進行調(diào)試運行。(3）將L0，L1，L2，L3，L4，L5，L6一一對應(yīng)的輸出端口Y0--Y6,接入PLC的輸出端口。（4）接通PLC電源后，將PLC置RUN狀態(tài)，觀察流水燈的變化情況（如下圖）。Y0輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y1輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y2輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y3輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y4輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y5輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y6輸出時的系統(tǒng)仿真圖

第四部分結(jié)束語經(jīng)過一個星期的努力我終于順利完成了plc課程設(shè)計。為我一學(xué)期來的plc學(xué)習(xí)做了一次考核?，F(xiàn)在回想起來，一路走來，有太多的感想，有快樂，有痛苦，像是打翻了五味瓶，酸，甜，苦，辣交織在一起。這一切都已成為過去，他們讓我感到充實非常。我的設(shè)計題目是基于PLC控制建筑燈飾控制電氣系統(tǒng)。做課程設(shè)計對我來說真是一個巨大的工程，中間很多環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，任何一個環(huán)節(jié)出問題都會止步不前的，橫在你面前的是一個一個的難題需要你去不斷攻克。以前課堂上學(xué)到的知識，還沒有完全消化，吃透，甚至都沒有印象。這就需要去查資料，求教老師和同學(xué)，自己不斷的論證、推翻、再論證，如此反復(fù)，畢業(yè)設(shè)計總算有了個皺形。但是在很多細節(jié)方面還存在很多不足之處。一分耕耘，一分收獲，在老師和同學(xué)的幫助下，我順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。通過