基于PLC控制建筑燈飾電氣控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計

目錄第一部分設計任務與調研…………3第二部分設計說明……………………6第三部分設計成果……………………13第四部分結束語………………………21第五部分致謝………………………23第六部分參考文獻………………………24第一部分設計任務與調研1.1本課題的研究背景和目的隨著人們生活品質的提高，在日常生活中,我們都廣泛的運用著各種燈飾、LED廣告牌，特別是晚上，然而現(xiàn)代化程度越來越高的背景下是我們的人性設計越來越受到關注，做什么事都講究帶點人情味兒，所以，針對目前大多是用時控單調的建筑燈飾，我發(fā)起了聲控、PLC控、光控的建筑燈飾設計的思路。對于各種燈飾,我們大多會采用單片機。而PLC的優(yōu)點是它構造簡便,功能強大,而且實用價值高,效率高,適應環(huán)境能力強。而PLC控制是實現(xiàn)建筑燈飾的最佳的一種調速方式。它低速時,相對穩(wěn)定性好;調速時,平滑性好,效率高;而且它的調速范圍較大,精度高,起動電流低,節(jié)能明顯。所以綜合考慮，我選擇了用PLC控制，實現(xiàn)聲控、光控，而達成建筑燈飾人性化的要求。1.2國內外研究狀況及已有成果隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市美化問題越來越引起人們的關注。由于流水燈所具有的特有流動感而廣泛應用于廣告控制及人們生活中，給人們一種美感，為人們生活帶來樂趣?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的應用更加突出。城市交通燈控制采用的可編程制器具有可靠性高、維護方便，用法簡單、通用性強等特點，本文用三菱FX2N的可編程控制器控制流水燈閃爍來說明可編程控制器硬件、軟件的設計。解決好流水燈控制問題將是保障城市美麗、時尚、快節(jié)奏生活的重要環(huán)節(jié)。三菱系列的可編程序控制器技術來實現(xiàn)對流水燈的信號控制。1.3PLC概述1.3.1PLC的定義與產(chǎn)生國際電工委員會（IEC）在其標準中將PLC定義為：可編程邏輯控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程邏輯控制器及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。可編程邏輯控制器的誕生與現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)發(fā)展的要求密不可分的。在可編程邏輯控制器出現(xiàn)之前，組成一個工業(yè)控制系統(tǒng)往往需要數(shù)量驚人的繼電器、接觸器和定時器。它們體積巨大、產(chǎn)生讓人難以忍受的噪音，不但每年的維護工作要耗費大量的人力物力，而且繼電器-接觸器系統(tǒng)的排線檢修等工作對維護人員的熟練度也有著很高的要求。為了解決這些工業(yè)控制系統(tǒng)中的問題，美國數(shù)字設備公司（DEC）于1969年研制成功了第一臺PDP-14控制器，并在汽車自動裝配線上使用并獲得成功。當時系統(tǒng)主要用于順序控制、只能進行邏輯運算，PLC只具有簡易之邏輯開/關（on/off）功能，但比起傳統(tǒng)繼電器之控制方式，已具有容易修改、安裝、診斷與占用空間小等優(yōu)點。1970年代初期，PLC引進微處理機技術，使得PLC具有算術運算功能與多比特之數(shù)字信號輸出/輸入功能，并且能直接以階梯圖符號進行程序之編寫。這項新技術的使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大的反響。如今，在工業(yè)控制領域中，PLC控制技術的應用已成為工業(yè)界不可或缺的一員。目前，PLC已被廣泛應用于機械制造、機床、冶金、采礦、建材、石油、化工、汽車、電力、造紙、裝卸、環(huán)保等需要自動控制系統(tǒng)的行業(yè)。1.3.2PLC的硬件結構PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的。PLC一般都包含電源模塊、中央處理器、RAM、輸入/輸出接口模塊以及通信模塊。對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架。無論哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。1.3.3PLC的特點PLC編程簡易，靈活性好。體積遠小于由繼電器-接觸器構成的控制系統(tǒng)，卻擁有更快的開關速度、更高的穩(wěn)定性和可靠性，同時，系統(tǒng)的采購和維護成本更低。PLC的數(shù)據(jù)可以直接送入計算機，也適用于較為復雜的控制系統(tǒng)。輸出為功率較大，能直接驅動部分電磁閥和接觸器。同時，梯形圖的設計與修改都非常簡便，基于PLC的大型控制系統(tǒng)設計周期較短，便于進行調試，修改和升級。這些優(yōu)秀的特性讓PLC在工業(yè)控制領域得到廣泛的應用，并向其他民用領域延伸?？梢灶A見的是，隨著PLC的功能越來越強大，實用范圍也越來越廣，將來將在更多自動化相關領域看到PLC的應用。

第二部分設計說明1.PLC的硬件結構可編程控制器主要由中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出單元(I/O)、電源和編程器等幾個部分組成。PLC硬件結構如圖2-1所示。2.中央控制處理單元(CPU)可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機和雙極型位片式微處理器三種類型。通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機有8031、8096等；位片式微處理器有AM2900、AM2903等。FX2N可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機。3.存儲器可編程控制器配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器：存放系統(tǒng)管理程序。用戶存儲器：存放用戶編制的控制程序。4.輸入接口電路PLC通過輸入單元可實現(xiàn)將不同輸入電路的電平進行轉換，轉換成PLC所需的標準電平供PLC進行處理。接到PLC輸入接口的輸入器件是：各種開關、按鈕、傳感器等。PLC的輸入電路大都相同，PLC輸入電路中有光耦合器隔離，并設有RC濾波器，用以消除輸入觸點的抖動和外部噪聲干擾。PLC輸入電路通常有三種類型：直流(12∽24)V輸入、交流(100∽120)V輸入和交直流(12∽24)V輸入。5.輸出接口電路PLC的輸出有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。輸出端子有兩種接法：一種是輸出各自獨立，無公共點：各輸出端子各自形成獨立回路。一種為每4∽8個輸出點構成一組，共有一個公共點：在輸出共用一個公共端子時，必須用同一電壓類型和同一電壓等級，但不同的公共點組可使用不同電壓類型和等級的負載，且各輸出公共點之間是相互隔離的。用戶程序用戶程序系統(tǒng)程序存儲器外設接口擴展接口擴展單元其他外設微處理器CPU電源部件輸出部件輸入部件I/OI/O編程器驅動受控軟件件圖2-1PLC硬件結構接收現(xiàn)場信號6電源PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。7.編程器利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器一般分簡易型和智能型。8.PLC工作原理（1）PLC的工作方式：采用循環(huán)掃描方式。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。注意：由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。循環(huán)掃描過程如下：運行）內部處理通信操作運行）內部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理停止停止圖2-圖2-2PLC循環(huán)掃描（2）工作過程：主要分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。1）內部處理階段在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它內部工作。2）通信服務階段在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等，當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內容處理和通信操作等內容。3）輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段順序讀入所有輸入端子的通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新，接著進入程序的執(zhí)行階段。4）程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右，先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。但遇到程序跳轉指令，則根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。若用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器的當前狀態(tài)。根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，運算結果再存入有關器件寄存器中。5）輸出處理程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即元件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。2.2三菱FX系列PLC計數(shù)器（C）FX2N系列計數(shù)器分為內部計數(shù)器和高速計數(shù)器兩類。2.2.1內部計數(shù)器內部計數(shù)器是在執(zhí)行掃描操作時對內部信號（如X、Y、M、S、T等）進行計數(shù)。內部輸入信號的接通和斷開時間應比PLC的掃描周期稍長。（1）16位增計數(shù)器（C0～C199）共200點，其中C0～C99為通用型，C100～C199共100點為斷電保持型（斷電保持型即斷電后能保持當前值待通電后繼續(xù)計數(shù)）。（2）32位增/減計數(shù)器（C200～C234）共有35點32位加/減計數(shù)器，其中C200～C219（共20點）為通用型，C220～C234（共15點）為斷電保持型。這類計數(shù)器與16位增計數(shù)器除位數(shù)不同外，還在于它能通過控制實現(xiàn)加/減雙向計數(shù)。設定值范圍均為-214783648～-+214783647（32位）。2.2.2高速計數(shù)器（C235～C255）高速計數(shù)器與內部計數(shù)器相比除允許輸入頻率高之外，應用也更為靈活，高速計數(shù)器均有斷電保持功能，通過參數(shù)設定也可變成非斷電保持。FX2N有C235～C255共21點高速計數(shù)器。適合用來做為高速計數(shù)器輸入的PLC輸入端口有X0～X7。X0～X7不能重復使用，即某一個輸入端已被某個高速計數(shù)器占用，它就不能再用于其它高速計數(shù)器，也不能用做它用。各高速計數(shù)器對應的輸入端如表1所示。高速計數(shù)器可分為四類：（1）單相單計數(shù)輸入高速計數(shù)器（C235～C245）

其觸點動作與32位增/減計數(shù)器相同，可進行增或減計數(shù)（取決于M8235～M8245的狀態(tài)）。（2）單相雙計數(shù)輸入高速計數(shù)器（C246～C250）

這類高速計數(shù)器具有二個輸入端，一個為增計數(shù)輸入端，另一個為減計數(shù)輸入端。利用M8246～M8250的ON/OFF動作可監(jiān)控C246～C250的增記數(shù)/減計數(shù)動作。（3）雙相高速計數(shù)器（C251～C255）

A相和B相信號決定計數(shù)器是增計數(shù)還是減計數(shù)。當A相為ON時，B相由OFF到ON，則為增計數(shù)；當A相為ON時，若B相由ON到OFF，則為減計數(shù)。2.3三菱FX系列PLC定時器（T）PLC中的定時器（T）相當于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時間繼電器。它可以提供無限對常開常閉延時觸點。定時器中有一個設定值寄存器（一個字長），一個當前值寄存器（一個字長）和一個用來存儲其輸出觸點的映象寄存器（一個二進制位），這三個量使用同一地址編號。但使用場合不一樣，意義也不同。FX2N系列中定時器時可分為通用定時器、積算定時器二種。它們是通過對一定周期的時鐘脈沖的進行累計而實現(xiàn)定時的，時鐘脈沖有周期為1ms、10ms、100ms三種，當所計數(shù)達到設定值時觸點動作。設定值可用常數(shù)K或數(shù)據(jù)寄存器D的內容來設置。2.3.1通用定時器通用定時器的特點是不具備斷電的保持功能，即當輸入電路斷開或停電時定時器復位。通用定時器有100ms和10ms通用定時器兩種。（1）100ms通用定時器（T0～T199）共200點，其中T192～T199為子程序和中斷服務程序專用定時器。這類定時器是對100ms時鐘累積計數(shù)，設定值為1～32767，所以其定時范圍為0.1～3276.7s。2.3.2積算定時器積算定時器具有計數(shù)累積的功能。在定時過程中如果斷電或定時器線圈OFF，積算定時器將保持當前的計數(shù)值（當前值），通電或定時器線圈ON后繼續(xù)累積，即其當前值具有保持功能,只有將積算定時器復位,當前值才變?yōu)?。（1）1ms積算定時器（T246～T249）共4點,是對1ms時鐘脈沖進行累積計數(shù)的，定時的時間范圍為0.001～32.767s。（2）100ms積算定時器（T250～T255）共6點,是對100ms時鐘脈沖進行累積計數(shù)的定時的時間范圍為0.1～3276.7s。2.4三菱FX系列輔助繼電器（M）輔助繼電器是PLC中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在PLC內部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用M與十進制數(shù)共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進制數(shù)）。2.4.1通用輔助繼電器（M0～M499）FX2N系列共有500點通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在PLC運行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均OFF。當電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變?yōu)镺N的以外，其余的仍將保持OFF狀態(tài)，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中作為輔助運算、狀態(tài)暫存、移位等。根據(jù)需要可通過程序設定，將M0～M499變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。2.4.2斷電保持輔助繼電器（M500～M3071）FX2N系列有M500～M3071共2572個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態(tài)，是因為電源中斷時用PLC中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內容。其中M500～M1023可由軟件將其設定為通用輔助繼電器2.4.3特殊輔助繼電器PLC內有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N系列中有256個特殊輔助繼電器，可分成觸點型和線圈型兩大類（1）觸點型

其線圈由PLC自動驅動，用戶只可使用其觸點。例如：M8000：運行監(jiān)視器（在PLC運行中接通），M8001與M8000相反邏輯。M8002：初始脈沖（僅在運行開始時瞬間接通），M8003與M8002相反邏輯。M8011、M8012、M8013和M8014分別是產(chǎn)生10ms、100ms、1s和1min時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。（2）線圈型

由用戶程序驅動線圈后PLC執(zhí)行特定的動作。例如：M8033：若使其線圈得電，則PLC停止時保持輸出映象存儲器和數(shù)據(jù)寄存器內容。M8034：若使其線圈得電，則將PLC的輸出全部禁止。M8039：若使其線圈得電，則PLC按D8039中指定的掃描時間工作。2.5三菱FX系列PLC輸出繼電器（Y）輸出繼電器是用來將PLC內部信號輸出傳送給外部負載（用戶輸出設備）。輸出繼電器線圈是由PLC內部程序的指令驅動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應的硬觸點來驅動外部負載。每個輸出繼電器在輸出單元中都對應有維一一個常開硬觸點，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點，都可以無數(shù)次使用。

FX系列PLC的輸出繼電器也是八進制編號其中FX2N編號范圍為Y000~Y267（184點）與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。2.6三菱FX系列PLC輸入繼電器（X）輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受PLC外部開關信號的元件。PLC通過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)（接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲在輸入映象寄存器中。FX系列PLC的輸入繼電器以八進制進行編號，F(xiàn)X2N輸入繼電器的編號范圍為X000~X267（184點）。注意，基本單元輸入繼電器的編號是固定的，擴展單元和擴展模塊是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。例如：基本單元FX2N-64M的輸入繼電器編號為X000~X037（32點），如果接有擴展單元或擴展模塊，則擴展的輸入繼電器從X040開始編號。第三部分設計成果3.1控制系統(tǒng)I/O點及地址分配輸入(I)輸出(O)元件功能信號地址元件功能信號地址按鈕SB1程序啟動X0燈L1~L7組成流水燈效果Y0~Y7按鈕SB2程序停止X13.2電氣控制系統(tǒng)原理圖3.3時序圖3.4梯形圖3.5指令表0LDX0001ORM02ANIX0013ANIX0024OUTM05LDM06ANIT67OUTT0K3010LDT011OUTT1K3014LDT115OUTT2K3018LDT219OUTT3K3022LDT323OUTT4K3026LDT427OUTT5K3030LDT531OUTT6K3034LDM035ANIT036OUTY00037LDT038ANIT139OUTY00140LDT141ANIT242OUTY00243LDT244ANIT345OUTY00346LDT347ANIT448OUTY00449LDT450ANIT551OUTY00552LDT553ANIT654OUTY00655END（1）將梯形圖程序輸入到計算機，檢查電源正確無誤。(2）對程序進行調試運行。(3）將L0，L1，L2，L3，L4，L5，L6一一對應的輸出端口Y0--Y6,接入PLC的輸出端口。（4）接通PLC電源后，將PLC置RUN狀態(tài)，觀察流水燈的變化情況（如下圖）。Y0輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y1輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y2輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y3輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y4輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y5輸出時的系統(tǒng)仿真圖Y6輸出時的系統(tǒng)仿真圖

第四部分結束語經(jīng)過一個星期的努力我終于順利完成了plc課程設計。為我一學期來的plc學習做了一次考核?，F(xiàn)在回想起來，一路走來，有太多的感想，有快樂，有痛苦，像是打翻了五味瓶，酸，甜，苦，辣交織在一起。這一切都已成為過去，他們讓我感到充實非常。我的設計題目是基于PLC控制建筑燈飾控制電氣系統(tǒng)。做課程設計對我來說真是一個巨大的工程，中間很多環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，任何一個環(huán)節(jié)出問題都會止步不前的，橫在你面前的是一個一個的難題需要你去不斷攻克。以前課堂上學到的知識，還沒有完全消化，吃透，甚至都沒有印象。這就需要去查資料，求教老師和同學，自己不斷的論證、推翻、再論證，如此反復，畢業(yè)設計總算有了個皺形。但是在很多細節(jié)方面還存在很多不足之處。一分耕耘，一分收獲，在老師和同學的幫助下，我順利的完成了畢業(yè)設計。通過