基于任务驱动模式PLC控制系统设计论文

1、引言十一届三中全会后，由于改革开放冲破了僵化的经济体制，使社会主义商品经济以不可阻挡之势蓬勃发展。沿海地区， 从南到北，形成了广阔的前沿开放地带，高新技术产业的发展，不仅促进了三大产业的 协调发展，而且带动了整个国民经济的增长。截止到目前为止我国的经济总量已跃居世界第二，GDP继续以10%的速率增长，在未来的时间里国家更加富强，人民更加富有。人民的生活水平进一步提高。随着人们生活水平的提高，生活的质量也在不断的增强。人们已不满足物质上的需求，精神消费越来越受到人民的关注，而且比重也在不断的增加。其中娱乐消费更受人们的青睐，因此歌厅和舞厅成了人们经常光顾的场所。舞池中绚丽多变的灯光(见附录二彩图

2、)、劲爆的音乐一次又一次把人们的兴奋推上高潮。这些灯光是什么控制的呢？或者说应该怎样才能让有限的吊灯发出绚丽多变的色彩呢？ PLC控制器就能解决问题。PLC控制器是什么呢？它又怎样控制灯光变化的呢？需要什么样的环境呢？下面我将一一解答。正文一、PLC的概述1、PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手

3、段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编

4、程序控制器及其有关设备，都应按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设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2、PLC的构造从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/

5、O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC控制系统的硬件是由微处理器（CPU）、存储器（ROM和RAM）、输入/输出（I/O）单元、电源单元及外围设备等组成硬件结构如图1（PLC机图见附录一）所示。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。图1 PLC硬件结构3、可编程控制器的特点20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC作为用于

6、工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）接口模块功能强、品种多；（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；（4）编程方法简单、直观；（5）系统的设计/安装、调试工作量少；（6）维修工作量小、维护方便；（7）体积小、耗能低、重量轻。4、PLC的应用领域目前，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，使用情况主要分为如下几类：（1）开关量逻辑控制（2）运动控制（3）闭环过程控制（4）数据处理（5

7、）通信联网5、PLC的核心部件CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不

8、必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。6、I/O模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输

9、出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受C

10、PU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。7、电源模块 PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 8、底版机架 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。9、PLC系统的其它设备 （1）编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但

11、它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。(2)人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。(3) 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。10、PLC的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信联网的功

12、能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用

13、的网络标准。二、设计的原因和目的1、设计的原因 时间过得真快，转眼间三年过去了，我在滨海学院生活了三年。我已不是那个整天无所事事的，什么也不懂的少年，而变成了一个怀着梦想拥有满腹的激情和知识的青年。我无时无刻不在想着去社会上闯荡，创出自己的天地。三年来，我在大学接触到了很多以前我不曾见过的东西，增长了见识。同时也学到了学到许多实用性的知识和技术，这为我以后在社会上生存和发展奠定了坚实的基础。三年的大学生活即将结束，在这即将告别学校生活的日子里，为了检验自己的学习成果，提高理论联系实际的能力以及给自己的大学时代一个满意的答复特做此毕业设计2、设计的目的检验一下大学三年的成果，加深对专业核心课的深

14、刻理解和提高实际应用专业知识的能力，为以后的从事这方面的工作打基础。三、舞池灯光设计的实现1、舞池灯光设计的要求舞池中有红、黄、蓝三种颜色的灯各三盏其设计要求如下： （1）按下启动按钮，红色灯每隔1秒依次亮起且每隔0.2秒闪动一次直到红色灯全部亮起，10秒钟后黄色灯开始每隔2秒依次亮起，当01005黄色色灯亮起时红灯熄灭（2）黄色灯全部亮起后开始每隔一秒熄灭一盏灯，当黄色灯01004熄灭时，蓝色灯01007亮起，黄色灯全部熄灭蓝色灯全部亮起每隔0.1秒闪动一次;（3）五秒钟后，红色灯01003亮起，继而熄灭，三秒钟后蓝色灯全部熄灭，同时红色灯依次亮起并每隔0.2秒闪动一次。（4）依次循环。按下

15、停止按钮所有灯全部熄灭。（5）其中红色灯分别为 0100101003、 0100401006、 0100701009、25500为0.1秒脉冲、25501为0.2秒脉冲 、 00000为启动按钮、00001为停止按钮 2、舞池灯光设计程序（1）分析设计要求的步骤<1>分析控制要求，将控制要求分成若干个工作步，明确每个工作步的功能，明确步的转换是单向进行（单序列）还是多向进行（平行序列），确定步的转换条件，必要时可画一个工作流程图，对理顺整个控制过程的进程以及分析各个步的互相联系有很大作用。<2>为每步设定控制位。控制位最好使用同一个通道的若干连续位。若用定时器或计数器的

16、输出作为转换条件，则应确定各个定时器或计数器的编号和设定值。<3>确定所需输入和输出点的个数，选择PLC机型，作出I/O分配.<4>在前两步的基础上，画出顺序功能图。<5>根据顺功能图画梯形图。<6>添加某些特殊要求的程序。(2)舞池灯的I/O分配输入启动按钮00000停止按钮00001输出红色灯010010100201003黄色灯010040100501006蓝色灯010070100801009表1 舞池灯的I/O分配（3）舞池灯工作的时序图分析PLC的输入和输出信号，以作为选择PLC机型的依据之一。在满足控制要求的前提下，应该尽量减少占用PL

17、C的I/O点，由控制要求可见，由控制开关输入的启、停信号是输入信号；由PLC控制的舞池灯的明、灭为输出信号。为了明确各灯之间明灭的关系，根据控制要求，可以先画出各灯工作的时序图，其图如下图2 舞池灯工作的时序图（4）各步编写程序的方法 <1>步10000 该步为初始步，是下一步成为活动步的基础。使10000步成为活动步的条件是00000为ON，当00000为ON10000步成为活动步且保持，当按下停止按钮后10000成为不活动步。其图如下图3 起始步梯形图<2>步0100101003 步20001是下几步的开始，其活动的条件是10000步为ON或10000步活动的同时T

18、IMOO6动作。当10000为ON后，数据传送指令把1传入20通道，数据移位指令收到信号后进行分配，使红色灯依次每隔1秒亮起一盏，蓝色灯01009亮起五秒后红色灯01003亮起，继而熄灭。循环一周之后TIM006动作数据移位指令复位对红色灯进行信号分配，使红色灯依次每隔1秒亮起一盏，下一个循环也是如此。其梯形图如下图4 红色灯工作梯形图<3>步0100401006步01004为起始步，其成为活动步的条件是TIM001动作，数据传送指令把2传入21通道，数据移位指令收到信号后进行分配，使黄色灯依次每隔2秒亮起一盏，黄色灯01006亮起后，信号输入时间继电器TIM002,1秒钟后，时间

19、继电器动作常开闭合常闭断开，则信号传给TIM003，且黄色灯01004熄灭；同理1秒钟后，时间继电器动作常开闭合常闭断开，则信号传给TIM004，且黄色灯01005熄灭；1秒钟后，时间继电器动作，常闭断开黄色灯01004熄灭。其梯形图如下图5 黄色灯工作梯形图<4>步2000720009步01007、01008、01009为并列的三步，步01007成为活动步的条件为TIM002动作，TIM002动作后蓝色灯01007亮起，且自锁；步01008、步01009活动的条件为TIM004动作，TIM002动作后蓝色灯01008、01009亮起。使01001成为不活动步的条件为TIM006动

20、作或按下停止按钮；使01008、01009成为不活动步的条件也是TIM006动作或按下停止按钮。其梯形图如下图6 蓝色灯工作梯形图(5)程序编写的思路<1>按下启动按钮00000,10000通电并保持。<2>10000为ON后，数据传送指令把1传入20通道，数据移位指令收到信号后进行分配，使红色灯依次每隔1秒亮起一盏，且每隔0.2秒闪动一次，红色灯01003亮起之后，01003的常开触点闭合，时间继电器TIM001通电，10秒钟后时间继电器TIM001动作；<3>时间继电器TIM001动作后，数据传送指令把2传入21通道，数据移位指令收到信号后进行分配，使黄

21、色灯依次每隔2秒亮起一盏。黄色灯01005的常开触点闭合，常闭触点断开，因此红灯全部熄灭。01006通电后常开触点闭合，信号输入时间继电器TIM002,1秒钟后，时间继电器TIM002动作，常闭触点断开黄色灯01004熄灭，同理01005、01006熄灭；<4>时间继电器TIM002动作后，常开触点闭合，蓝色灯01007亮起。同样，时间继电器TIM004动作后，常开触点闭合，蓝色灯01008、01009亮起，由于蓝色灯串入25500每隔0.1秒闪动一次的继电器，其亮起的同时每隔0.1秒闪动一次；<5>01009亮起之后其常开触点闭合，时间继电器TIM005通电，时间继电

22、器TIM005通电后五秒后动作，其常开触点闭合红色灯01003通电，由于没有保持功能01003通电后又立即断电；<6>01003通电时，此时01009处于通电状态，其常开处于闭合状态，信号传入时间继电器TIM006，三秒钟后TIM006动作，TIM006的常开闭合常闭断开，因此蓝色灯全部断电，蓝色灯01007常闭触点闭合，数据传送指令把1秒时间传入20通道，数据移位指令收到信号后进行分配，使红色灯依次每隔1秒亮起一盏，且每隔0.2秒闪动一次。依次循环下去。<7>按下停止按钮00001，程序结束，所有灯全部熄灭。其整体的梯形图如下 图7 舞台灯光设计整体梯形图(6)程序调

23、试调试步骤<1>检查设备是否有故障<2>将计算机和PLC串口连接<3>打开电源、计算机以及PLC<4>检查PLC串口通信和MCGS串口通信<5>将系统连接成串级控制系统<6>由响应曲线修改编程软件中的设定值(7)调试结果与常见故障分析<1>.调试调试结果：软件与PLC无法建立通信连接。原因分析：由于在对“通信串口”进行设置时，没有正确设置PLC的实际地址，以至于软件与PLC无法建立连接。<2>常见故障分析1无法建立通信连接检查PLC是否上电。485扩展模块连接是否正常，电源指示灯是否点亮，RD数据接

24、收灯是否点亮，若电源指示灯不亮或数据接收也不亮，则是模块本身有问题。若电源指示灯亮且数据接收灯也亮，但SD灯不亮，则原因是通信参数设置与设备的格式不对。确认PLC的实际地址是否和串口基本属性的地址一致，若不知道PLC的实际地址，则用编程软件查看D8121的值。2通讯不可靠通信不可靠（不稳定）若通信状态时而为0，时而为1，表示通信不可靠，原因可能有：a、通信距离太远，一般不超过50米。b、现场干扰太大，尽量使用屏蔽线。c、采样周期太短，试着改变采样周期。结论本论文介绍PLC控制系统在生活中的普通应用,PLC控制系统设计的关键是系统总体设计,核心则是控制程序设计。重要点掌握PLC系统设计的基本原则和设计的一般流程,要有一个整体的概念。在满足控制要求、环境要求和性价比等条件下，合理选择PLC的机型和硬件配置，正确地进行内存估算，合理选择输入/输出模块，完成PLC的硬件与软件的设计。另外，本次写毕业设计运用到了许多PLC特有的语言，如特殊继电器的符号语言、梯形图编程语