天塔之光模擬控制PLC課程設(shè)計(jì)

1、PLC技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目說明書 天塔之光模擬控制 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 班 級 2012級機(jī)電1班 學(xué)生姓名 溫偉杰 指導(dǎo)老師 王苗苗 2015 年 10 月 30 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書茲發(fā)給 2012級機(jī)電1 班學(xué)生 溫偉杰 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，內(nèi)容如下：1 設(shè)計(jì)題目： 天塔之光模擬控制 2 應(yīng)完成的項(xiàng)目：（1）選題的背景和意義； （2）明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定總體設(shè)計(jì)方案（有機(jī)械結(jié)構(gòu)的要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三維軟件建模）； （3）硬件設(shè)計(jì)，傳感器、PLC（和電機(jī)）選型，設(shè)計(jì)信號采集、轉(zhuǎn)換電路，畫出PLC端口分配圖、接線控制端子連接圖； （4）軟件設(shè)計(jì)，編寫控制程序流程圖（或重要程序

2、），設(shè)計(jì)人機(jī)界面； （5）課程設(shè)計(jì)說明書1份。 3 參考資料以及說明：（1） 王國海 可編程序控制器及其應(yīng)用M 北京：中國勞動社會保障出版社，2007 （2）鐘肇新 可編程控制器原理及應(yīng)用M. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003 （3）常曉玲 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 （4）蓋超會 陽勝峰.三菱PLC與變頻器、觸摸屏綜合培訓(xùn)教程M. 北京：中國電力出版社，2011 （5）廖常初 FX2N系列PLC編程及其應(yīng)用M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2005 4 本設(shè)計(jì)任務(wù)書于2015年10月12日發(fā)出，應(yīng)于2015年10月30日前完成，然后進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師 簽發(fā) 20

3、15 年 10 月 30 日課程設(shè)計(jì)評語：課程設(shè)計(jì)總評成績：指導(dǎo)教師簽字：年 月 日目錄摘 要I第一章 緒論11.1論文選題背景及意義11.2現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1第二章 天塔之光系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案22.1 設(shè)計(jì)方案2第三章 硬件設(shè)計(jì)33.1 PLC的選型33.1.1日本三菱FX2n33.1.2德國西門子S733.1.3美國通用43.2 I/O接口分配表53.3 天塔之光系統(tǒng)電氣原理圖6第四章 軟件設(shè)計(jì)74.1 流程圖74.2天塔之光重要梯形圖84.3人機(jī)界面94.3.1 觸摸屏設(shè)計(jì)界面94.3.2 觸摸屏仿真界面9第五章 總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附 件14摘 要本文介紹了利用三菱FX2N系列PLC對天塔

4、之光的控制，闡述了控制方案。實(shí)現(xiàn)天塔之光功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或數(shù)?；旌想娐?。今年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用不斷走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)的不斷更新。本文采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-64MR型PLC作為核心控制器進(jìn)行天塔之光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。關(guān)鍵詞： PLC 控制 天塔之光I第一章 緒論1.1論文選題背景及意義隨著時代的發(fā)展與科學(xué)水平的進(jìn)步，加強(qiáng)對PLC技術(shù)的研究具有重要意義。原來的藝術(shù)燈飾控制系統(tǒng)常采用繼電器邏輯控制或電子邏輯控制裝置，這種控制方式存在著硬件布線復(fù)雜.安裝和

5、維護(hù)不方便，靈活性差，可靠性不高的缺點(diǎn)，尤其是在實(shí)現(xiàn)多層次的大中型藝術(shù)燈飾的控制上工作量很大。本設(shè)計(jì)采用PLC來實(shí)現(xiàn)藝術(shù)照明燈的自動控制，具有工作量少，接線簡單，工作可靠，易于修改閃動次數(shù)和亮.滅持續(xù)時間的優(yōu)點(diǎn)，減少掃描時間，這是PLC編程必須遵循的原則，這種設(shè)計(jì)可以滿足各種造型要求，受到良好的視覺效果。1.2現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢PLC是目前工業(yè)控制中使用最為普遍的一種。PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)自動化裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性.靈活通用，易于編程和使用方便等特點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動控制.機(jī)電一體化以及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)生

6、產(chǎn)自動化的三大支柱之首。屬于電類專業(yè)，電氣工程實(shí)際上是其母體。電氣工程及其自動化的研究對象是電能，而電信息的檢測、處理、控制等技術(shù)在電能從產(chǎn)生到利用的各個環(huán)節(jié)中都起著越來越重要的作用。因此，有關(guān)電信息的研究也成了電氣工程及其自動迄今為止，通信和計(jì)算機(jī)都主要以電作為信息的載體。因此，這些專業(yè)也都化專業(yè)的重要組成部分，專業(yè)名稱中也就有了的“及其自動化”。近年來，PLC的功能不斷完善，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù).信號處理技術(shù).控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在運(yùn)動控制.過程控制的領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。隨著中國經(jīng)濟(jì)的

7、高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)，PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。第二章 天塔之光系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案PLC控制天塔之光，天塔之光由9盞燈按照一定的規(guī)律點(diǎn)亮及熄滅，不斷循環(huán)發(fā)光。（1）控制流程為： 環(huán)繞型閃爍。具體流程為： L8亮2s后L9亮2s后L6亮2s后L7亮2s后L4亮2s后L5亮2s后L2亮2s后L3亮2s后L1亮2s后全部熄滅2s后L1亮2s后L3亮2s后L2亮2s后L5亮2s后L4亮2s后L7亮2s后L6亮2s后L9亮2s后L8亮2s后全部熄滅如此循環(huán)。（2） 控制流程為： 發(fā)射型閃爍。具體流程為： L1亮2s后熄滅L2、L3、L4、L5亮2s后熄

8、滅L6、L7、L8、L9亮2s后熄滅接著L1亮2s后熄滅；如此循環(huán)。本次設(shè)計(jì)選用第二種方案。圖 2-1 天塔示意圖第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的選型3.1.1日本三菱FX2nFX2n系列PLC的主機(jī)成為基本單元，包括CPU、存儲器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。為主機(jī)備有的擴(kuò)展其輸入輸出的擴(kuò)展單元，擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊單元擴(kuò)展單元是用于增加I/O點(diǎn)數(shù)的裝置，內(nèi)部設(shè)有電源。擴(kuò)展模塊用于增加I/O四諳熟及改變I/O比例，內(nèi)部無電源，由基本單元一起使用。FX2n系列PLC輸入繼電器及輸出繼電器的序號為8進(jìn)制，其余器件的序號為十進(jìn)制。從元件的最大序號可以了解可編程序控制器可能 具有某類器件

9、的 最大數(shù)量。例如輸入繼電器的編號范圍為X0X177,為8進(jìn)制編號，可計(jì)算出FX2n系列PLC可能接入的最大輸入信號數(shù)為18點(diǎn)，這是以CPU所能介入的最大輸入信號數(shù)量標(biāo)示的，并不是一臺具體的基本單元或擴(kuò)展安裝的輸入口的數(shù)量。FX2n系列PLC有基本指令27條；步進(jìn)梯形指令2條；應(yīng)用指令 128種，298條。FX2n系列PLC的步進(jìn)梯形指令是采用步進(jìn)梯形圖編制順序控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序的指令，它包括STL和 RET兩條指令。其中步進(jìn)梯形指令STL是利用內(nèi)部狀態(tài)軟元件，在順序控制程序上進(jìn)行工序步進(jìn)控制的指令；返回RET指令是表示狀態(tài)流程結(jié)束用于返回主程序的指令。3.1.2德國西門子S7S7-200系列

10、屬于整體式小型PLC，用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。整體式PLC將CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個箱型機(jī)殼內(nèi)。S7-200系列PLC提供多種具有不同I/O點(diǎn)數(shù)的CPU模塊和數(shù)字量、模擬量I/O擴(kuò)展模塊供用戶選用，CPU模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接。3.1.3美國通用 GE Fanuc PLC 系列90-70 GE Fanuc系列90家族中高性能，大規(guī)模的系列 系統(tǒng)機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)的VME 總線結(jié)構(gòu) 可構(gòu)成完全同步的CPU熱備冗余配置 ESD雙重化和三重化GMR系統(tǒng)配置 具有梯形圖邏輯，C，SFC，STATE LOGIC等多種編程能力 系列90-30 成本低，性能

11、高,易于組態(tài)，便于安裝可構(gòu)成同步的CPU熱備冗余配置 VersaMax "Six Sigma"品質(zhì)控制原則 多種診斷功能 活的通訊端口 功能強(qiáng)大的處理器 網(wǎng)絡(luò)接口和特殊模塊 系列90-Micro一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 極強(qiáng)的通訊功能 適合低成本的小規(guī)?？刂茍龊?，最具競爭力系列90-30PLC是GE Fanuc系列90 可編程序控制器家族的一員，提供最先進(jìn)的編程特性，易于組態(tài)，便于安裝，獨(dú)有的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)開辟了一條最經(jīng)濟(jì)的工業(yè)控制途徑。領(lǐng)先的技術(shù) 系列90-30PLC成本低，性能高，能方便地取代從簡便的繼電器到復(fù)雜的中型自動化應(yīng)用系統(tǒng)場合。幾年前需由高檔PLC完成的任務(wù)現(xiàn)在則由系列90

12、-30來代替。GE Fanuc不斷地推出新產(chǎn)品，擴(kuò)大使用范圍，顯示了其技術(shù)的領(lǐng)先地位，它的CPU具有強(qiáng)大的功能，如內(nèi)裝PID，結(jié)構(gòu)化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊，能完成復(fù)雜的操作。另外系列90-30PLC有功能很強(qiáng)的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊，高速計(jì)數(shù)器模塊，BASIC和C語言協(xié)處理器模塊及Genius通訊模塊。GE Fanuc豐富的開關(guān)量I/O和模擬量I/O、簡化啟動和故障自診以及容易與其他PLC、計(jì)算機(jī)集成一體的特性，使您確信，系列90-30是現(xiàn)在與未來PLC的明智選擇。 促進(jìn)與第三方的合作 促進(jìn)與第三方的合作 為了及時解決用戶的需求，GE Fanuc提供第三家工業(yè)設(shè)備和軟

13、件包，合作的結(jié)果進(jìn)一步擴(kuò)大了系列90-30的能力，通用的產(chǎn)品包括：熱電偶、熱電阻、步進(jìn)電機(jī)模塊、大電流繼電器模塊。 NATURAL LANGUAGE STATE LOGIC CONTROL為那些在系列90-30編程方面沒有經(jīng)驗(yàn)的用戶提供了新的編程方式。有些廠家具有數(shù)據(jù)采集和控制軟件產(chǎn)品，將用系列90-30與個人計(jì)算機(jī)連機(jī)。 這些軟件包提供的軟件和系列90-30之間的結(jié)合天衣無縫，許多操作接口使用SNP通訊協(xié)議與具有內(nèi)裝接口的系列90-30進(jìn)行通訊。由于各類PLC的 工作原理、控制方法及編程程序語言的差別不太大，并且在校期間學(xué)過三菱公司的PLC ，所以選用FX2N32MR型號PLC。3.2 I/

14、O接口分配表以下是FX2N32MR型號PLC在本次天塔之光模擬控制中的I/O接口分配:：表 3-2 I/O接口分配表輸入輸出元件代號功能輸入點(diǎn)元件代號功能輸出點(diǎn)SB1啟動X0L1 產(chǎn)生天塔之光Y0SB2停止X1L2Y1L3Y2L4Y3L5Y4L6Y5L7Y6L8Y7L9Y103.3 天塔之光系統(tǒng)電氣原理圖圖 3-3天塔之光系統(tǒng)電氣原理圖當(dāng)啟動開關(guān)SB1閉合，塔燈按照設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行；當(dāng)SB2閉合，系統(tǒng)停止運(yùn)行。在PLC的輸出端，接一只電阻和一個發(fā)光二極管就夠成了PLC的天塔之光電路，電路中的器件選擇可以通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，也可以參考一些典型的電路參數(shù)，電路中電阻有分壓作用，阻值大概在1.3K左

15、右，發(fā)光二極管的工作電壓在3V左右，PLC的工作電壓是24V，這樣可以使天塔之光正常工作。第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 流程圖天塔之光模擬控制系統(tǒng)的PLC流程圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制流程圖如圖4-1所示：開始判斷是否按下啟動按鈕X0L1亮2秒后熄滅L2L5亮2秒后熄滅L6L9亮2秒后熄滅判斷是否按下停止按鈕X1結(jié)束圖 4-1 天塔之光程序流程圖4.2天塔之光重要梯形圖第一個延時程序如圖4-2-1所示：圖 4-2 第一個延時程序圖第二個延時程序如圖4-2-2所示：圖4-3 第二個延時程序圖第三個延時程序如圖4-2-4所示：圖4-4 第三個延時程序圖4.3人機(jī)界面4.3.1 觸摸屏設(shè)計(jì)界面本次課程設(shè)計(jì)需要

16、9個指示燈、2個按鈕，如圖4-3-1所示：圖4-5人機(jī)觸摸屏界面設(shè)計(jì)圖4.3.2 觸摸屏仿真界面按下啟動按鈕后，Y0燈亮，如圖4-3-3-1所示。2秒后，Y0燈熄滅，同時Y1、Y2、Y3、Y4燈亮，如圖4-3-3-2所示。2秒后，Y1、Y2、Y3、Y4燈熄滅，同時Y5、Y6、Y7、Y10燈亮，如圖4-3-3-3所示。2秒后，Y5、Y6、Y7、Y10燈熄滅，同時Y0燈亮，如圖4-3-3-1所示.如此一直循環(huán)，直到按下停止按鈕，在完成當(dāng)次循環(huán)后，所有燈熄滅，如圖4-3-3-4所示。 圖 4-6 觸摸屏仿真圖1圖4-7 觸摸屏仿真圖2圖4-8 觸摸屏仿真圖3圖4-9 觸摸屏仿真圖4第五章 總結(jié)本次課

17、程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個簡單的天塔之光模擬控制系統(tǒng)，雖然這次課程設(shè)計(jì)相對簡單 ，卻也是一次復(fù)習(xí)之前學(xué)PLC的相關(guān)知識的絕好機(jī)會。硬件部分比較容易建設(shè)，只要注意好電阻阻值的選用，基本就沒啥大問題。程序上也不難。能寫好延時程序，其他部分程序就水到渠成了。通過這次設(shè)計(jì)使我學(xué)會如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新，是要我們學(xué)會將理論很好地聯(lián)系實(shí)際，并不斷地去開動自己的大腦，從為人類造福的意愿出發(fā)，做自己力所能及的，別人卻沒想到的事。使之不斷地戰(zhàn)勝別人，超越前人。同時，更重要的是，我在這一設(shè)計(jì)過程中，學(xué)會了堅(jiān)持不懈，不輕易言棄。設(shè)計(jì)過程，也好比是我們?nèi)祟惓砷L的歷程，常有一些不如意，也許這就是在對我們提出了挑戰(zhàn)，勇敢過，也戰(zhàn)勝了，勝利的鐘聲也就一定會為我們而敲響。參考文獻(xiàn)1 王國?？删幊绦蚩刂破骷捌鋺?yīng)用M北京: 中國勞動社會保障出版社.20072 廖常初FX2N系列PLC編程及其應(yīng)用M北京: 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.20053 俞國亮PLC應(yīng)用技術(shù)M北京：清