基于PLC彩灯控制系统设计10001

1、1引言在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观，起到广告宣传的作用， 又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果。随着 科学技术的发展以及人民生活水平的提高，人们对于彩灯的要求越来越高，另一方面， 随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展， PLC技术的应用引起电子产品及系统开发的巨大变革。梯形图语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强，在实际应用中越来越广泛。于是， 人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来， 把精力集中在创造性的方案与概念构思上， 从而可以提高设计效

2、率，缩短产品的研制 周期。整个过程通过PLC自动完成，大大减轻了设计人员的工作强度， 减少了出错的 机会，并且提高了设计质量。1.1 PLC课程设计任务按下启动按钮，黄色灯 L1、L2亮2s后灭，接着绿灯L3、L4、L5亮，3s后灭， 再接着红色灯L6、L7、L8、L9亮2s后灭，L1又亮，如此循环下去。1.2 PLC课程设计要求1、设计系统的PLC外部电气接线图2、系统的T形图3、指令表2 PLC的相关知识2.1 PLC的历史和发展世界上公认的第一台PLC是 1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。20世纪70 年代初出现了微处理器，人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据

3、 传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。20世纪70年代中期， 可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术己全面引入可编程控制器中，使其 功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得了广泛的应用。20世纪末期，可编程控制器的特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温 度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了

4、各种人机界 面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带 CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了 PLC 功能，又使用灵活方便，扩大了 PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是 PLC 技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂 家都有自己的专有联网手段；另一类是 PLC与计算机之间的联网通信，一般 PLC都有 专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，

5、PLC已成为集散控制系统（DCS不可缺少的重要组成部分。在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提 高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序 控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC进步的一种趋势。2.2 PLC的特点与应用PLC是一种专门为了在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置。它采用一可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算 术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类

6、型的机械或 生产过程。PLC及有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于 扩展其功能的原则而设计。PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。（1）可靠性高，抗干扰能力强。（2）通用性强，使用方便。（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便。(4) 编程语言简单、易学，便于掌握。(5) 系统设计周期短。(6) 对生产工艺改变适应性强。(7) 安装简单、调试方便、维护工作量小目前，PLC在国内己广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可

7、归纳为如下几类： 1开关量的逻辑控制这是PLC最基本最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、 顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线2、数据处理PLC可以用于对直线运动或圆周运动的位置速度和加速度的控制。3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用开 关量I/O模块连接位置传感器和执行机构， 现在一般使用专用的运动模块。如可驱动 步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。4、过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算 PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制，PID调节是一

8、般闭环控制系统中用得较多的调节方法。5、控制网络(通信)随着计算机控制系统的发展，近年来工厂自动化通信联网发展得很快，各个著 名的PLC生产厂商推出了自己网络系统。2.3 PLC的工作原理PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。它是一种存储程序的控制器， 用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。PLC扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。(1) 输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有PLC输入信号，读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样 在运行程序时，所需的输入信

9、号不是现时取输入端子上的信息， 而是取输入映像寄存 器中的信息。在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变， 只有到下一个扫描周期 输入采样阶段才被刷新。（2）程序执行PLC完成了采样工作后，按顺序从 0000号地址开始的程序进 行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需 的数据进行运算处理。再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保 存。但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。（3） 输出刷新 在执行到END勺命令时，即执行完用户所有的程序后，PLC将 输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备。3控制系统的硬件设计

10、3.1 PLC硬件配置本控制系统采用日本三菱公司生产的 FX2N-24MRPLC FX2N系列是一种超小型叠 装式PLC它由基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊功能模块组成。基本单元：内置电源（输入模块不需外接电源，它由内置电源供电）、I/O模块及CP与存贮器，是PLC勺核心部分。既可单独使用，又可与扩展单元、扩展模块组合 使用。可以增加基本单元的I/O点数，内置电源。扩展模块：扩展I/O点数，但电源由基本单元或扩展单元供电。每台基本单元或 扩展单元最多可联接2台扩展模块。特殊功能模块：FX2N-16NT用于通信；FX2N-3A可提供2路模拟量输入，1路模 拟量输出，来选用。3.2系统动作流程图

11、L1 、 L2 亮3.1系统动作流程图3.3 PLC的外部接线图根据系统总方框图和设计要求，基于PLC彩灯循环控制系统的外部接线图如图3-2 o SB1是点动开关。彩灯控制系统用 SB1开启。其中，输入采用的是汇点式，共 接一个COM端子，电源由PLC内部电源提供。丫1-丫9表示9个LED彩灯。通电时其常 开触点闭合，常闭触点断开。丫0-Y3共用一个COM端子，丫4 Y10共用另一个COM 端子，而输出共用一个电源，所以将两个 COM端子连在一起，实现电源的共用。3.2 PLC的外部接线图3.4 I/O 分配表本设计中，共有六个输入开关，9个LED俞出，根据PLC外部接线图，我们能得出I/O分

12、配表如表4-1所示序号PLC地 址电气符号功能说明1X0SB1启动2X1SB2停止3Y0L1黄灯14Y1L2黄灯25Y2L3绿灯36Y3L4绿灯47Y4L5绿灯58Y5L6红灯69Y6L7红灯710Y7L8红灯811Y10L9红灯9表3.3 PLC的I/O分配4控制系统的软件设计由图可知控制系统步序共分 7步。彩灯工作一个周期后自动停止，若运行过程中按停止按钮,所有灯全部熄灭。彩灯工作一个周期后，不停止，而是开始下一个周期，若运行过程中按停止按钮，彩灯运行状态不变，而是要等到本周期结束后。4.1梯形图程序V00I J_|CTO11I LpF£1 F昂1fTlI?_HCVBB! JVB

13、03 JVB(n jl.lNVl d 卜卄卄洼卜冲一亠4.1梯形图程序4.2指令表II叵回須圄亟團固嗣硒國亚回團国X000LDOR5ANI12OUTTO他19OtfTIIKEO12OIH12KM苛LDbOAHITO1?IMY000nOUTmiLDTO刑1121otnvaoj22晰YQ09?3OUT24LD1125AHIT2料财vmVCUTY00629OUTYfl07OUTmo：ii;ENDAN IoinhoLDW)4.2指令表4.3控制系统测试与分析控制系统必须进行调试后才投入实际生产之中，在这之前，以便发现问题及时解 决。本系统的调试主要是利用电气工程系的实验设备进行模拟。根据前面的分析，限

14、位开关采用点动开关模拟，输出都采用指示灯表示不同的状态，以模拟系统的工作的 正确性。接线图与前面的外部接线类似，可以采用那种接法进行调试。从分析结果来 看，系统基本是按设计要求进行工作，误差在课程设计容许的范围之内。5、结论随着现代科学技术的迅猛发展，PLC技术几乎完全融入了我们的日常生活之中， 所以学习PLC对我们今后的发展也是非常重要的。 对于初学者的我们，此次课程设计 无疑是一个很好的培养锻炼我们的机会，运用平时所学和图书馆以及网上资源来设计 自己的程序，发现和解决问题弥补知识的欠缺以及锻炼实践的能力。在此次实训中，我们四人一组，大家同心协力，一同泡图书馆查资料，一起研究 梯形图，遇到问

15、题都是自己先讨论尝试着解决，如果确实无法解决才向老师寻求帮助， 让我深深感受到团队协作的力量，也拿出了好的成果。回顾此次PLC课程设计，时间虽比较短暂，但是在此次实习中学到很多有用的东 西。当我们刚刚拿到这个课题的时候，有点茫然，不知道该从何下手，切入点在哪<经过在图书馆、网上搜索相关的资料，逐步了解自己要设计个什么东西， 该东西的工 作原理，工作设计是什么，各环节的线索是什么？理清线索后，就确定整体设计方案， 按方案的步骤着手设计各单元电路，庆幸的是各单元电路的设计比较简单， 但是实际 按图连线就有些困难，及运行当中出现的问题有点让我们止步， 不过最后我们团结互 助，不断向老师请教，把一个个难关予以解决。现在，整个设计虽基本完成，也许结果并不是很令人满意，过程中出现的一些问 题，例如延迟时间不是很精