×16点阵LED广告屏的设计毕业设计.doc

扬州市职业大学电气与汽车工程学院毕业设计说明书(论文)作 者:张政协 学 号：130202229 教研室: 专 业:电气自动化 题 目: 指导者： 评阅者： 2016 年 5 月扬州市职业大学电气与汽车工程学院毕业设计（论文）评语学生姓名： 张政协 班级、学号： 130202229 题 目： 816点阵LED广告屏的设计 综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 2013年5月15日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语：答辩委员会负责人(签字)： 2013年5月20日毕业设计说明书（论文）中文摘要 摘要本设计是把温度传感器在室内采集到的温度转化为电阻的变化，再经过变送器将其转化为模拟的输入电流或电压，然后通过温度模块把采集到的模拟量转化为数字量传输到PLC主模块，经过CPU处理后输出控制信号，控制两台压缩机和报警灯。本设计的控制要求：在温度低于20时，压缩机不工作，空调不启动；当温度高于25，启动一台压缩机Y0，空调开始制冷；当温度高于30时启动压缩机Y1，制冷效果增强，当温度降到25时，压缩机Y0停止，制冷效果下降；当温度下降到21时，另一台压缩机Y1也停止，没有制冷效果；当温度下降到18时，Y2会发出报警，并可以利用上位机实现实时监控，并且能够控制下位机。关键词 温度传感器、PLC、压缩机专科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 II 页目 录绪论.1第一章 PLC基础知识 1.1 PLC的定义及特点 1.2 PLC的功能与选型 1.3 PLC的工作原理第二章 设计器件说明2.1 FX0N-3A说明 2.2 PT-100使用说明 2.2.1 热电阻的工作原理 2.2.2 PT-100温度与阻值对照 2.3 变频器使用简介 2.4 MCGS软件简介第三章 室内温度控制系统的硬件设计3.1 放大电路 3.2 温度采集与监控系统PLC设计3.2.1 系统的组成与工作过程 3.2.2 控制要求 3.2.3 流程图 3.2.4 PLC选型 3.2.5 元器件清单及输入/输出分配表 3.2.6 PLC硬件接线图 3.2.7 系统主电路图第四章 室内温度控制系统的软件设计 4.1 FX0N-3A功能模块设计 4.2启停程序设计 4.3 采集处理程序 4.4 组态监控画面第五章 总结参考文献致谢附录 附录（1）完整梯形图 附录（2）指令表 专科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 xx 页绪论在日常的生产、生活中，空调机的应用已经很广泛了，为了能够使空调的温度更加的适中，避免不间断制冷和不稳定等问题，本课题进行了“室内空调温度控制”的研究与设计。当今时代，PLC已经应用于各个行业，始终是工业自动化的控制领域的核心部分，PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。它能够为自动化控制应用提供安全可靠的解决方式，迎合了当前工业企业的需求。本设计是把温度传感器在室内采集到的温度转化为电阻的变化，再经过变送器将其转化为模拟的输入电流或电压，然后通过温度模块把采集到的模拟量转化为数字量传输到PLC主模块，经过CPU处理后输出控制信号，控制两台压缩机和报警灯。本设计的控制要求：在温度低于20时，压缩机不工作，空调不启动；当温度高于25，启动一台压缩机Y0，空调开始制冷；当温度高于30时启动压缩机Y1，制冷效果增强，当温度降到25时，压缩机Y0停止，制冷效果下降；当温度下降到21时，另一台压缩机Y1也停止，没有制冷效果；当温度下降到18时，Y2会发出报警，并可以利用上位机实现实时监控，并且能够控制下位机。第一章 PLC基础知识1.1 PLC的定义及特点（一）PLC的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它是用来代替继电器实现逻辑控制。随着科学技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以仍将可编程控制器简称为PLC，从功能上讲，现在的PLC己经不是原来意义上的“PLC”了。总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口及较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。（二）PLC的特点1、高可靠性。2、编程简单，使用方便。3、控制程序可变，通用性强。4、功能完善，适应面广。5、扩充方便，组合灵活。6、体积小，重量轻，是“机电一体化”特有的产品。7、安装简单，维修方便。1.2 PLC的功能与选型（一）功能1、逻辑控制2、定时控制3、计数控制4、步进(顺序)控制5、PID控制6、数据控制：PLC具有数据处理能力。7、通信和联网8、其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。（二）选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1、 输入/输出（I/O）点数的估算在进行I/O点数估算时要考虑适当的余量，一般根据统计的输入输出点数，再增加10%-20%可扩展的余量来作为输入输出点数的估算依据。在实际订货的时候，还要根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。2、 存储器容量的估算存储器容量是PLC本身能提供硬件存储单元的大小，程序容量是存储器中实际项目所使用的存储单元的大小，所以，程序容量要小于存储器容量。在设计选型时为了能够对程序容量有一定的估算，通常采用估算存储器的容量来代替。存储器容量的估算没有固定的计算方法，很多资料书籍中给出了不同的公式，大多都是根据数字量I/O点数的10-15倍，加上模拟量I/O点数的100倍，以得到的数据来作为内存的总字数（16位为一个字），另外还要按照此数的25%考虑余量。3、控制功能的选择控制功能的选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (1)运算功能简单PLC的运算功能有逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还有数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。设计选型时要从实际出发，合理选用所需的运算功能。大多数情况下，只要用逻辑运算和计时计数功能，有些则需要数据传送和比较，用于模拟量检测和控制时，才用到代数运算、数值转换和PID运算等，用于显示数据时需要用到译码和编码等运算。 (2)控制功能控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，要依据控制要求确定。 (3)通信功能 PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等，通信总线应符合国际标准，通信距离要满足装置的实际要求。 PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易的PLC网络；2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。 为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (4)编程功能 五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应该遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言的编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 (5)诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断来确定硬件的故障位置；软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 (6)处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。4、机型的选择 (1)PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 (2)输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。应该根据实际要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。 (3)电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 (4)存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 (5)冗余功能的选择 A控制单元的冗余 (a)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。 (b)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。 BI/O接口单元的冗余 (a)控制回路的多点I/O卡应冗余配置。 (b)重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。 (6)经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。因此，根据以上所述，应该选用PLC类型为FX2N-48MR：48点I/O接口，电源为220V，存储器为8K。1.3 PLC的工作原理 PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。用户程序执行阶段：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：当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。开始一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。图1.1：自诊断通信处理扫描输入执行程序刷新输出第二章 设计器件说明2.1 FX0N-3A说明FX0N-3A是三菱PLC模拟量输入输出模块，包含两路输入通道和一路输出通道。输入通道将外部输入的模拟信号转换成内部的数字信号（A/D转换），输出信号将内部数字信号转换为外部模拟信号（D/A转换）。根据接线的不同，可以选择电压信号或电流信号的模拟输入或模拟输出，模拟输入通道或模拟输出通道的可接受范围为DC 0-10V、DC 0-5V或DC 4-20mA。表1.1 FX0N-3A概述A/D电压输入电流输入模拟量输入范围DC0-10V, DCO 5V(输入电阻200k Q)绝对最大输入：-0.5V, +15VDC4 20mA(输入电阻250 Q>绝对最大输入：-2mA, +60mA输入特性不可以混合使用电压输入和电流输入 2个通道的输入特性相同有效的数字量输出8位二进制(数字值为255P上时，固定为255)运算执行时间TO指令处理时间x 2 + FROM指令处理时间转换时间100 msD/A电压输出电流输出模拟量输出范围DC010V、DCO 5V (负载电阻1k1MQ)DC4 - 20mA (负载电阻500下）通用部分电压输入输出运算执行时间TO指令处理时间x 3有效的数字量输入8位二进制分辨率40mV(10V/250)、 20mV(5V/250)64mA MIN(20-4)mA/250名合精度±1%(对应满量程）隔离方式采用光耦隔离模拟量输入输出、可编程控制器采用DC/DC转换器隔离电源、模拟量输入输出(各通道间不隔离）电源DC5V 30mA（可编程控制器内部供电）DC24V 90mA(可编程控制 器内部供电）输入输出占用点数占用8点可编程控制器的输入或者输出 (计算在输入或者输出侧都可）适用的PLCFX1n、fx2n、fx3u、FX1nc、fx2nc(需要FX2nc-CNV-IF)、 fx3uc(需要fx2nc-CNV-IF或者fx3uc-1PS-5V)重量0.2kg2.2 PT-100使用说明2.2.1 热电阻电偶的工