参考毕业设计模板13

1、毕 业 设 计（说 明 书）题 目：基于PLC和触摸屏控制的LED数码显示仿真设计姓 名： 学 号： 年月日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 任 务 书姓名 专业班级 任务下达日期 年 月 日设计开始日期 年 月 1 日设计完成日期 年 月 日设计题目： 基于PLC和触摸屏控制的LED数码显示仿真设计 指 导 教 师 院（部） 主 任 年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计答辩委员会记录 学院 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 基于PLC和触摸屏控制的LED数码显示仿真设计 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评

2、定，给予学生 毕业设计成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， , 。平顶山工业职业技术学院毕业设计评语第 页共 页学生姓名： 专业班级 年级 毕业设计题目： 基于PLC和触摸屏控制的LED数码显示仿真设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 成 绩： 系 主 任： （签字） 毕业设计及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书摘要可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础的，综合了计算机技术，自动控制技术和 通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。由于其具有抗干扰能力强，可靠性 高，灵活性好，系统安

3、装简单，维修方便等特点，随着工业自动化的发展，可编程控制 器在工业中的应用越来越广泛。三菱 PLC 作为占国内市场份额较高的 PLC 之一，在工业 自动化控制中起着重要的作用。PLC和触摸屏控制的LED显示，在交通安全、工业制造等领域有着重要的作用。关键字：PLC、数码管、三菱触摸屏 第页平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书第一章 可编程控制器（plc）的概况1.1 认识可编程控制器1 定义 ：可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系 统它采用一种可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计 数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控

4、制各种类型的机械设 备或生产过程 2 产品主要厂家和产品 德国的西门子 S7 系列、日本三菱的 FX 系列、欧 姆龙的 C 系列，美国 AB 公司的 PLC-5 系列。 本门课主要介绍西门子 S7 系列中的低端产 品 S7-200 的原理、 使用方法和程序设计， 简单介绍高端产品 S7-300、 S7-400。 S7-200 系 列具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，因此可以满足小规模 的控制要求。1.2 PLC的历史1 、产生背景： 60 年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了适应生产工艺不断更新的需 要，在 1968 年美国通用汽车公司 GM 首先公开招标，对控制系统

5、提出的具体要求基 本为 a它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低；b它能把 计算 机的功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学、操作方便； c系统 通用性强。 1969 年美国数字设备公司 DEC 根据上述要求， 研制出世界上第一台可编程序 控 制器，并在 GM 公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动控制，但当时只 能进行逻辑运算，故称为可编逻辑控制器，简称 PLCProgrammablc logic Controller。 2、 发展历程 70 年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程逻辑控制器 更多地具有计算机功能，不仅用逻辑编程取代硬接线

6、逻辑，还增加了运算、数据传送和 处理等功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置，而且做到了小型化和超小型化。 这种采用微电脑技术的工业控制装置的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程序控制器，简称 PCProgrammableController。但由于 PC 容易和个人计算机 PersonalComputer 混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写。 70 年代 末和 80 年代初 PLC 已成为工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。 目前在世界先 进工业国家 PLC 已成为工业控制的标准设备，它的应用几乎覆盖了所有工业企业，作为 工业自动化的三大支柱 PL

7、C 技术、机器人、计算机辅助设计和制造之一的 PLC 技术，将 会跃居主导地位。3、 未来发展趋势 近年来，国外 PLC 发展的明显特征是产品的集成度越 来越高，工作速度越来越快，功能越来越强，使用越来越方便，工作越来越可靠。 方向 一 微型化取代传统继电器 方向二 大型化作为主控制器 方向三 多功能化扩展使用领 域 方向四 网络化实现远程监控1.3PLC的结构组成1 CPU运算和控制中心起“心脏”作用。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。横：输入状态和输入信息从输入接口

8、输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。2 存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成

9、。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。3 输入/输出接口（1）输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号

10、。（2）输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型：继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载4 编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过N

11、STP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。1.4PLC 的用途目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、 石油、 化工、 电力、 建材、 机械制造、 汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1、开关量的逻辑控制 2、模拟量控制 3、运动控制 4、过程控制 5、数据处理 6、通信及联网1.5 PLC的分类现在比较习惯的 PLC 分类是按 I/O 点数分，一般分为三类： 小型 PLC ：小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑， 整个硬件融为一体，除了开关量 I/O 以外，还可以连接模拟量 I/O

12、以及其他各种特殊功 能模块。 中型 PLC ：中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 2561024 点之间。 大型 PLC ：一般 I/O 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。大型 PLC 的软、硬件功能 极强。具有极强的自诊断功能1.6 PLC的工作原理PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变

13、化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。6由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。1.7 PLC的编程语言PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。1、梯形图语言（LD）  &

14、#160; 梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。    梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。    梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。2、指令表语言（IL）    指令表编程语言是

15、与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。  3、功能模块图语言（FBD）功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。功能模块

16、图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。4、 顺序功能流程图语言（SFC）    顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功

17、能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。    5、结构化文本语言（ST）    结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言

18、。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。    结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。    结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定的计算机高级语言的知识和编程技巧，对工程设计人员要求较高

19、。直观性和操作性较差。    不同型号的PLC编程软件对以上五种编程语言的支持种类是不同的，早期的PLC仅仅支持梯形图编程语言和指令表编程语言。目前的PLC对梯形图（LD）、指令表（STL）、功能模块图（FBD）编程语言都以支持。比如，SIMATIC STEP7 MicroWIN V3.2。第2章 三菱触摸屏的介绍2.1三菱触摸屏的定义三菱触摸屏又称为“三菱人机界面”，是由三菱电机株式会社研发、生产、销售的知名触摸屏品牌之一。是一种可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以

20、取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。目前，已广泛应用于机械、纺织、电气、包装、化工等行业。2.2三菱触摸屏的类型三菱触摸屏来到中国有20多年的历史，现在市场上主要使用的有：GT1150系列、GT1155系列、GT1175系列、GT1575系列、GT1585系列、GT1595系列、A970GOT系列、A975GOT系列、A985GT1055系列1、更加轻巧，使用更加便捷5.7英寸型；2、高亮度背光灯，STN彩色256色；3、分辨率320×240，标准内存3M；4、内置标准接口USB，RS-422，RS-232；5、防护等级IP67f。GT1155-QTBD1、

21、实现了显示，运算，通讯全方位的高速化；2、高亮度（400cd/ m2）显示，提供免受外部光线干扰的完美图像；3、分辨率320×240，256色TFT液晶显示；4、显示尺寸：5.7英寸；5、可视角度：左右70度，上下70/50度；6、内置3MB标准内存；7、内置CF卡接口。GOT系列、F930GOT系列、F940GOT系列。2.3三菱触摸屏的工作原理：三菱触摸屏利用压力感应进行控制。三菱触摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦

22、的塑料层、它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层导电层隔开绝缘。当手指触摸屏幕时，两层导电层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置，再根据模拟鼠标的方式运作。输入方式：2. 4三菱触摸屏输入字母方式：三菱触摸屏在使用触摸屏数值输入时会有自动的键盘弹出，但词键盘只能用于输入数字，如果要输入字母必须要进行一系列的设置。首先用户要自己定义一个可以输入字母的键盘，这可通过触摸屏的窗口画面设置，在此画面中用户可以通过使用键代码开关设置要输入的字母。其次用户要在软

23、件选择使用用户自制窗口，按键的窗口设置为自制键盘的画面窗口。以上设置好后用户在触摸屏中选择ASCII输入元件放在画面中再下载到触摸屏中，连接好plc正常通讯后，只要按下ASCII输入的位置，就会弹出用户自定义的键盘。2.5三菱触摸屏使用的注意事项：1、三菱触摸屏膜面为触摸面，即产品正面；玻璃面为非触摸面，即产品背面。2、三菱触摸屏部分为玻璃制品，玻璃边角较锋利，装配时请带手套/指套作业。3、三菱触摸屏部分为玻璃易碎品，装配时不要对触摸屏施加大力冲击。4、避免直接取引线拿起触摸屏，避免对引出线部位有拉扯动作。5、引出线加强板部位不能进行弯折动作。6、引出线任何部位不允许有对折现象。7、引出线在装

24、配时，须水平插入，不可在加强板根部对折插入。8、取放产品时需单片操作，轻拿轻放，避免产品互相碰撞而划伤产品表面。9、清洁产品表面时，请用柔软性布料（鹿皮）蘸石油醚擦拭。10、不可使用带腐蚀性的有机溶剂擦拭触摸屏膜表面。如工业酒精等。11、勿堆叠放置触摸屏，使用tray 盘。12、在装配设计和边框设计时，请注意以下事项：1）固定三菱触摸屏的边框的支柱须在触摸屏的可视区以外；2）框边须在三菱触摸屏的操作区以外，框边在可视区到操作区间不能有压力动作；3）建议固定三菱触摸屏的材料为塑胶材料，接触触摸屏正面部分垫有软性材料；4）不要用带腐蚀性的胶粘贴在触摸屏的表面。2.6三菱触摸屏编程软件GT Desi

25、gner2采用的触摸屏为三菱公司的GT11系列，它可以同时显示256种不同的色彩，灯管寿命较高。如今，人机界面已经成为高级设备控制终端的流行装置，它可以方便地将CPU的内部寄存器和继电器展示出来，并且加以编辑及控制。它使工控设备的操作和控制更加容易，更能体现出现代高科技的便利。 人机界面触摸屏（以下简称触摸屏）可以将对外设的CPU内部的参数进行监控。使编制的程序更加直观和方便。 打开触摸屏电源，如果没有安装工程画面则就会出现“未安装引导对象工程数据。请从绘图软件进行安装。未找到工程数据。按下确认按钮，请打开工程数据。”点击“OK”进入相关设置，如下图所示。 如果在电源开启后，没有显示任何中文，

26、则需要安装OS。(1) 主菜单 显示应用程序中可以设置的菜单项。触摸各菜单项目后，就会显示出该设置画面或者下一个选择项目画面。 (2) 系统信息切换按钮 是用来切换应用程序上的语言和系统报警的语言的按钮。在上述画面的情况下，触摸按钮后，在弹出的画面中选择“中文”，GOT将重新启动，应用程序上的语言将被切换为中文。利用GT Designer2它可以随心所欲地编制触摸屏的控制画面。参考画面的实例是用“GT Designer2”编制。 先从产品配送的光盘里找到“人机界面”的内容，然后安装“GT Designer2”软件。安装完毕后运行该软件 第3章 基于PLC和触摸屏控制的LED数码显示设计3.1数

27、码管的介绍3.1 .1结构及工作原理LED数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字 型的器件，引线已在内部连 接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led 数码管 常用段数一般为 7 段有的另加一个小数点，还有一种是类似于 3 位“+1”型。位数有半 位，1，2，3，4，5，6，8，10 位等等.，LED 数码管根据 LED 的接法不同分为共阴和 共阳两类，了解 LED 的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它 们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。 LED 数码管要正常显示， 就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，

28、从而显示出我们要的数位，因此根据 LED 数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类： A、静态显示驱动： 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的 I/O 埠进行驱动，或者使用如 BCD 码二-十进位*器*进行驱动。静态驱动的优点是编程简 单，显示亮度高，缺点是占用 I/O 埠多。 B、动态显示驱动： 数码管动态显示介面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将 所有数码管的 8 个显示笔划"a，b，c，d，e，f，g，dp "的同名端连在一起，另外为每个数码管 的公共极 COM 增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立

29、的 I/O 线控制，当单片机输 出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形， 取决于单片机对位元选通 COM 端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通 控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。透过分时轮流控制各个 LED 数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。3.1.2 产品特点1.LED 数码管以发光二极管作为发光单元，颜色有单红， 黄，蓝，绿，白，七彩效 果。单色，分段全彩管可用大楼，道路，河堤轮廓亮化，LED 数码管可均匀排布形成大面 积显示区域，可显示图案及文字，并可播放不同格式的视频文件。通过电脑下

30、 flash、动 画、 文字等文件， 或使用动画设计软件设计个性化动画， 播放各种动感变色的图文效果； 2.可放在 PCB 电路板上按红绿兰顺序呈直线排列，以专用驱动芯片控制，构成变化 无穷的色彩和图形。外壳采用阻燃 PC 塑料制作，强度高，抗冲击，抗老化，防紫外线， 防尘，防潮。3.1.3 LED数码管分类1、 从控制方式上分： 分为内控方式 （内部有单片机， 通电自动变色）和外控方式 （需 要外接控制器才能变色） 。2、 从变化方式上分： 分为固定色彩的和七彩、 全彩的； 固定色彩的是用来勾轮廓的， 全彩的可以勾轮廓，也可以组成管屏显示文字、视频等； 3、 从尺寸上分：有 D50 的、D3

31、0 的，这是直径；长度基本上 1 米的（可以定制） 4、 从内部可控性上分：有 1 米 6 段的，有 1 米 8 段的和 1 米 12 段、1 米 16 段、1 米 32 段的。也就是 1 米的管子内有几段可以独立受控； 1 米段数越多，做视频的效果越 好。如果密度低，或者做些追逐效果，做 1 米 6 段也就可以了。5、 从 led 数量上，有 1 米 96 颗灯的，有 1 米 144 颗灯的；灯越多效果越好。一般做全彩的都是用 1 米 144 颗灯的。 6、 从供电上分，分为高压供电(直接 220V 供电)和低压供电(12v 供电，220v 电源需 要加开关电源转换)；一般选择低压供电的，比

32、较可靠稳定，高压供电的容易烧毁。7、 按像素点分 一米 16 段灯管 就是 1 米的灯管有 16 个像素点。 一般有 6 段数码管、8 段数码管、12 段数码管、16 段数码管、32 段数码管等，16 段的比较多。如 6 段数码管一般使用在轮廓项目上。3.2控制要求控制要求：按下按键SD，数码管每隔一秒依次显示数字0-9和字母A、b、C、d、E、F、g、H，循环执行。再按下按键SD，数码管熄灭。 3.3 、I/O地址分配输入SD输出ABCDEFGM99南北Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y63.4系统梯形图图3-1系统梯形图3.5创建新工程图3-2触摸屏类型的选择 图3-3连接PLC的选择图3-4 通讯标准的选择图3-5通讯驱动程序的选择 图3-6工程向导开始3.6图形对象与数据库变量的连接图3-7 A段的软元件连接图3-8 开关的软元件连接 3.7仿真结果总结3.7.1仿真结果图3-9 仿真画面图3-10显示数字0图3-11显示数字2图3-12显示数字5图3-13显示字母b图3-14显示字母c图3-7显示字母E3.8.2总结本系统采用PLC与触摸屏控制的方法，使用三菱触摸屏编程软件GT Designer2，来对数码管进行控制，使系统变得简单可靠。其系统广泛应用于工业生产和商业活动中，对人们的生产和生活起着重要的作用。这次的毕业设计是我收获最大的一次，虽然中途遇到了不少困难，但还是被我逐