畢業(yè)設(shè)計論文“天塔之光”彩燈的plc控制

1、<p><b>　　機電工程系</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　題 目天塔之光</p><p>　　目 錄</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務書4</b></p><

2、p>　　前 言5</p><p>　　1 總體設(shè)計思路6</p><p>　　2 PLC的基礎(chǔ)知識7</p><p>　　2.1 PLC概述7</p><p>　　2.1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展7</p><p>　　2.1.2 PLC的特點9&l

3、t;/p><p>　　2.1.3 PLC的應用領(lǐng)域10</p><p>　　2.1.4 PLC的常用編程語言10</p><p>　　2.2 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理12</p><p>　　2.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)12</p><p>　　2.2.2 PLC的工作原理14<

4、;/p><p>　　2.2.3 PLC的分類15</p><p>　　2.2.4 PLC的主要技術(shù)指標15</p><p>　　3 硬件設(shè)計17</p><p>　　3.1 S7-200系列PLC基本知識17</p><p>　　3.1.1 S7-200系列PLC概述17<

5、;/p><p>　　3.1.2 擴展模塊17</p><p>　　3.1.3 S7-200的編程元件18</p><p>　　3.1.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式20</p><p>　　3.1.5 注意事項20</p><p>　　3.2 梯形圖設(shè)計方法22</p>

6、<p>　　3.2.1 經(jīng)驗設(shè)計法22</p><p>　　3.2.2 繼電器電路移植法23</p><p>　　3.2.3 順序控制設(shè)計法23</p><p>　　3.2.4 I/O分配及接線圖26</p><p><b>　　4軟件設(shè)計27</b></p><p&

7、gt;　　4.1順序功能圖27</p><p><b>　　4.2梯形圖27</b></p><p><b>　　5.工作原理36</b></p><p><b>　　6.心得體會37</b></p><p><b>　　7.參考資料38</b>

8、</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務書</b></p><p>　　一、設(shè)計題目：“天塔之光”彩燈的PLC控制</p><p><b>　　二、控制要求</b></p><p>　　1．“天塔之光”彩燈示意圖如下圖所示。</p><p>　　2．設(shè)計四種不同的彩燈花樣。

9、</p><p>　　3．當啟動開關(guān)I0.0閉合后，彩燈首先按花樣1閃亮，循環(huán)3次后自動轉(zhuǎn)至花樣2，循環(huán)3次后自動轉(zhuǎn)至花樣3，循環(huán)3次后自動轉(zhuǎn)至花樣4，循環(huán)3次后再自動轉(zhuǎn)至花樣1，如此循環(huán)。</p><p>　　4．啟動開關(guān)斷開，彩燈熄滅。</p><p><b>　　三、設(shè)計任務</b></p><p>　　1．畫出四

10、種彩燈花樣示意圖</p><p>　　2．畫出PLC的I/O接線圖。</p><p><b>　　3．畫出梯形圖</b></p><p><b>　　4．說明工作原理。</b></p><p>　　5．編寫30000字左右的設(shè)計說明書。</p><p><b>　　

11、四、參考資料</b></p><p>　　1．黃凈主編，《電器及PLC控制技術(shù)》，機械工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　2．廖常初主編，《PLC編程及應用》第3版，機械工業(yè)出版社，2008。</p><p>　　3．楊長能、林小峰主編，《可編程序控制器例題習題及實驗指導》，重慶大學出版社，2001。</p><p>&l

12、t;b>　　前 言</b></p><p>　　天塔之光控制系統(tǒng)主要應用在閃光燈或花樣燈飾中，目前我國燈具市場的發(fā)展空間十分廣闊。近年來，伴隨我國人民生活水平逐年提高，城鎮(zhèn)住宅建設(shè)以及室內(nèi)裝飾裝修熱度不減，人均住房面積的擴大，在促使一室一燈為一室多燈、增加局部照明的同時，所用燈具正逐步由低檔產(chǎn)品向中高檔產(chǎn)品發(fā)展，民用照明需求旺盛。按照城市小康家庭的消費標準，客廳、飯廳、臥室、廚房、浴室

13、都應安裝不同類別的燈飾，如臺燈、落地燈、壁燈、天花燈、吊燈、壁柜燈、油煙機照明燈、鏡前燈、夜間照明燈等等。從發(fā)展趨勢上看，今后燈具 除了其外觀及內(nèi)在質(zhì)量要求越來越優(yōu)秀、時尚、體現(xiàn)個性等，對其功能細化、科技含量、節(jié)能環(huán)保等方面的要求也越來越高。作為與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的燈飾市場需求，更是以每年15％左右的幅度增長。今年我國燈飾市場的需求量已經(jīng)預期達到6000萬臺左右，在國際上已經(jīng)名列前茅。</p><p><

14、;b>　　1 總體設(shè)計思路</b></p><p>　　本程序主要采用了S、R指令，調(diào)用子程序指令以及比較指令對彩燈進行控制。閉合啟動開關(guān)I0.0后，T37開始定時，在0—12.秒內(nèi)進行花開變換(L1-L2/L3/L4/L5-L6/L7/L8/L9-全滅)并循環(huán)三次，即線圈M0.5得電，子程序1接通，執(zhí)行花開程序；在12-24秒內(nèi)進行花落變換（L6/L7/L8/L9-L2/L3/L4/L5-

15、L1-全滅）并循環(huán)3次 即線圈M0.6得電，子程序2接通；在24-36秒內(nèi)進行順時針變換（L1/L2/L9-L1/L5/L8-L1/L4/L7-L1/L3/L6 –L1/01 ）</p><p>　　2 PLC的基礎(chǔ)知識</p><p>　　2.1 PLC概述</p><p>　　2.1.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展</p><p>

16、　　1．可編程控制器的名稱演變</p><p>　　PLC是可編程控制器（Programmable Controller）的簡稱，是一種在繼電接觸器控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等基本功能，主要用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制，因此，通常將其稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）。隨著微電子技

17、術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，微處理器技術(shù)應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。但是，為了不與個人計算機（Personal Computer）的簡稱PC相混淆，常常還將可編程控制器簡稱為PLC。</p><p>　　2．PLC產(chǎn)生的背景</p><p>　?、倮^電器控制系統(tǒng)的特點</p><p>　　優(yōu)點：簡單易懂，操作方便，價

18、格便宜，容易掌握。</p><p>　　缺點：設(shè)備體積大，耗電多，開關(guān)動作慢，功能較少，接線復雜，觸點易損壞，壽命短，改接麻煩，可靠性差，靈活性差。</p><p>　?、谟嬎銠C控制系統(tǒng)的特點</p><p>　　優(yōu)點：功能完善，靈活性強，通用性好。</p><p>　　缺點：計算機技術(shù)復雜，編程很不方便，價格十分昂貴，抗干擾能力差。<

19、/p><p><b>　　3．GM10條</b></p><p>　　1968年，美國通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線，以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，而提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標要求，即10項招標技術(shù)指標。其主要內(nèi)容如下：</p><p>　?、倬幊毯唵危?/p>

20、在現(xiàn)場修改程序；</p><p>　?、诰S護方便，最好是插件式；</p><p>　?、劭煽啃愿哂诶^電器控制柜；</p><p>　?、荏w積小于繼電器控制柜；</p><p>　?、菘蓪?shù)據(jù)直接送入管理計算機；</p><p>　?、拊诔杀旧峡膳c繼電器控制柜競爭；</p><p>　?、咻斎肟?/p>

21、以是交流115V；</p><p>　　⑧輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥；</p><p>　?、嵩跀U展時，原系統(tǒng)只需很小變更；</p><p>　?、庥脩舫绦蛑辽倌軘U展到4K。</p><p><b>　　4．PLC的誕生</b></p><p>　　1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司

22、（DEC）研制出世界上第一臺可編程控制器，型號為PDP-14，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應用成功。 </p><p><b>　　5．PLC的發(fā)展</b></p><p>　　第一代：從第一臺可編程控制器誕生到70年代初期。其特點是：CPU由中小規(guī)模集成電路組成，存儲器為磁芯存儲器； </p><p>　　第二代：70年代初期到70年代末期。

23、其特點是：CPU采用微處理器，存儲器采用EPROM ；</p><p>　　第三代：70年代末期到80年代中期。其特點是：CPU采用8位和16位微處理器，有些還采用多微處理器結(jié)構(gòu)，存儲器采用EPROM、EAROM、CMOSRAM等 ；</p><p>　　第四代：80年代中期到90年代中期。PC全面使用8位、16位微處理芯片的位片式芯片，處理速度也達到1us/步 ；</p>

24、<p>　　第五代：90年代中期至今。PC使用16位和32位的微處理器芯片，有的已使用RISC芯片。</p><p><b>　　6．PLC的地位</b></p><p>　　現(xiàn)代的PLC已成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC，機器人和CAD／CAM）之一。</p><p>　　7．我國PLC的發(fā)展</p><p&g

25、t;　　1974年我國開始仿制美國的第二代PLC產(chǎn)品，但因元器件質(zhì)量和技術(shù)問題等原因未能推廣。直到1977年，我國才研制出第一臺具有實用價值的PLC，并開始批量生產(chǎn)和應用于工業(yè)過程的控制。由于使用單片1位處理器，因此，應用的規(guī)模較小，主要的控制方式是開關(guān)量控制。</p><p>　　隨著我國改革開放政策的貫徹和落實，從1982年開始，先后有天津、廈門、無錫、大連、上海、北京等地的儀表廠、無線電廠和研究所等單位與美

26、國、德國、日本等PLC的制造企業(yè)進行了合資或引進技術(shù)、生產(chǎn)流水線等，使我國PLC的應用有了較大的發(fā)展。</p><p>　　2.1.2 PLC的特點</p><p>　　1．編程方法簡單易學</p><p>　　考慮到企業(yè)中一般電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人的傳統(tǒng)讀圖習慣和應用微機的實際水平，PLC配備有他們最容易接受和掌握的梯形圖語言。梯形圖語言的電路符號和表達方式

27、與繼電器電路原理圖非常接近。而且某些僅有開關(guān)量邏輯控制功能的PLC只有十幾條指令。通過閱讀PLC的使用手冊或短期培訓，電氣技術(shù)人員或技術(shù)工人只要幾天的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。</p><p>　　2．硬件配套齊全，用戶使用方便</p><p>　　PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶不必自己設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設(shè)計工作只是確定PLC的硬件

28、配置和外部接線。PLC的安裝接線也很方便。</p><p>　　3．通用性強，適應性強</p><p>　　PLC的生產(chǎn)具有系列化和模塊化特點，硬件配置相當靈活，可以很方便地組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)。組成系統(tǒng)后，如果工藝變化，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應變化。</p><p>　　4．可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　

29、　絕大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。PLC的平均無故障間隔時間高，如日本三菱公司的F1、F2系列PLC的平均無故障間隔時間長達30萬小時，這是一般微機所不能比擬的。</p><p>　　5．系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少</p><p>　　PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、

30、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序很容易掌握，設(shè)計和調(diào)試梯形圖所花的時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖花的時間要少得多。</p><p>　　6．維修工作量小，維修方便</p><p>　　PLC的故障率很低，并且有完善的診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的指示燈或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因。用更

31、換模塊的方法可以迅速地排除PLC的故障。</p><p><b>　　7．體積小，能耗低</b></p><p>　　以F1-40M型PLC為例，其外形尺寸為305×ll0×110mm，功耗小于25VA。由于體積小，PLC很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想的控制設(shè)備。</p><p>　　2.1.3 PLC

32、的應用領(lǐng)域</p><p><b>　　1．開關(guān)量邏輯控制</b></p><p><b>　　2．運動控制</b></p><p><b>　　3．閉環(huán)過程控制</b></p><p><b>　　4．數(shù)據(jù)處理</b></p><p&

33、gt;<b>　　5．通信聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　2.1.4 PLC的常用編程語言</p><p><b>　　1．梯形圖</b></p><p>　　梯形圖是一種圖形語言，是目前PLC應用最廣、最受電氣技術(shù)人員歡迎的一種編程語言。在梯形圖中仍沿用了繼電器、線圈、常閉觸點、常開觸點、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，

34、并增加了一些繼電接觸器控制中沒有的符號，因此梯形圖與繼電接觸器控制原理圖相似，具有形象、直觀、易懂等特點，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 梯形圖與語句表 圖2-2 功能塊圖</p><p><b>　　2．語句表</b></p><p>　　語句表語言，就是用表示PLC各種功能

35、的助記符和相應的器件編號組成的程序表達方式。例如 LD I0.1 。像這樣的每句助記符編程語言就是一條指令或程序。助記符語言比微機中使用的匯編語言直觀易懂，編程簡單。但不同廠家制造的PLC所使用的助記符和器件編號不盡相同，所以對于同一個梯形圖來說，寫成對應的語句表也不盡相同。</p><p><b>　　3．功能塊圖</b></p><p>　　這種編程方法基本上沿

36、用了半導體邏輯電路的邏輯圖來表達，常用“與”門、“或”門、“非”門等符號，圖的左邊畫輸入，右邊畫輸出，如圖2-2所示。</p><p>　　4．順序功能圖（又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）</p><p>　　它將一個完整的控制過程分成若干步，各步具有不同動作，各步之間的轉(zhuǎn)換有一定的條件，條件滿足則上一步結(jié)束而下一步開始。它的作用是表達一個完整的順序控制過程。</p><p>　　

37、5．結(jié)構(gòu)文本（高級編程語言）</p><p>　　隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，近年來為了增加PLC的運算功能和數(shù)據(jù)處理能力，完成比較復雜的控制，在許多大型PLC中已采用高級語言來編程，如BASIC語言、C語言等。</p><p>　　2.1.5 PLC的流派</p><p><b>　　1．美國流派</b></p><p>

38、;　　據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)在世界上生產(chǎn)PLC及其網(wǎng)絡(luò)的廠家有200多家，生產(chǎn)大約有400多個品種的PLC產(chǎn)品。其中美國是PLC生產(chǎn)大國，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣（GE）公司、莫迪康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。</p><p><b>　　2．日本流派</b></p><p>　　日本有60~70家PLC廠商，也生產(chǎn)

39、200多個品種的PLC產(chǎn)品；日本的小型PLC最具特色，在小型機領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機或大型機才能實現(xiàn)的控制，日本的小型機就可以解決。在開發(fā)較復雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機，所以格外受用戶歡迎。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小型PLC市場上，日本產(chǎn)品約占有70％的份額。</p><p><b>　　3．歐洲流派</b></p&

40、gt;<p>　　德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG公司、法國的TE公司是歐洲著名的PLC制造商。德國的西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負盛名。在中、大型PLC產(chǎn)品領(lǐng)域與美國的A-B公司齊名。西門子PLC主要產(chǎn)品是S5、S7系列。S7系列是在S5系列PLC基礎(chǔ)上近年推出的新產(chǎn)品，其性能價格比高，其中S7-200系列屬于微型PLC、S7-300系列屬于于中小型PLC、S7-400系列屬于于中高性能的大型PLC。<

41、/p><p>　　2.2 PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　2.2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC實際上是一種工業(yè)控制計算機。它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機相似，主要由主機、I/O擴展機、外圍設(shè)備三部分組成，如圖2-3所示。</p><p><b>　　1．主機</b></p>

42、<p>　　主機由CPU（微處理器）、存儲器、輸入／輸出單元、電源等部分組成。</p><p>　　CPU是PLC的核心，其作用類似于人的大腦。它能夠識別用戶按特定格式輸入的指令，并按照指令完成預定的控制任務。另外，它還能識別用戶所輸入的指令序列的格式和語法錯誤，還具有系統(tǒng)測試與診斷功能。</p><p>　　PLC的存儲器有兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器主

43、要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序，如系統(tǒng)診斷程序、鍵盤輸入處理程序、指令解釋程序、監(jiān)控程序等。這些程序與用戶無直接關(guān)系，已由廠家直接固化進EPROM中，不能由用戶直接存取、修改。用戶程序存儲器主要存放用戶程序（用戶利用PLC的編程語言按不同控制要求所編制的控制程序或數(shù)據(jù)，這相當于設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)硬接線的控制電路圖），可修改。</p><p>　　輸入輸出（I／O）單元是PLC與輸入控制信號和被控制設(shè)備連接起來

44、的部件，輸入單元接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU能接收和處理的數(shù)字信號。輸出單元接收經(jīng)過CPU處理過的輸出數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接收的電壓或電流信號，以驅(qū)動接觸器、電磁閥和指示器件等。根據(jù)輸入信號形式的不同，可分為模擬量I/O單元、數(shù)字量I/O單元兩大類。</p><p>　　電源單元的作用是把外部電源（220V的交流電源）轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電

45、壓。外部連接的電源，通過PLC內(nèi)部配有的一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電路需要的工作電源（直流5伏、±12伏、24伏），并為外部輸入元件（如接近開關(guān)、）提供24V直流電源（僅供輸入端點使用），而驅(qū)動PLC負載的電源由用戶提供。電源組件內(nèi)還裝有備用鋰電池，以保證在斷電時保存必要的信息。</p><p>　　PLC還有各種外設(shè)接口電路，用于連接編程器或其他圖形編程器、文本顯示器

46、、觸摸屏、變頻器等并能通過外設(shè)接口組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、連網(wǎng)等功能。</p><p><b>　　2．I/O擴展機</b></p><p>　　每種PLC都有與主機相配的擴展模塊，用來擴展輸入、輸出點數(shù)，以便根據(jù)控制要求靈活組合系統(tǒng)。PLC擴展模塊內(nèi)不設(shè)CPU，僅對I/O通道

47、進行擴展，不能脫離主機獨立實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。</p><p><b>　　3．外部設(shè)備</b></p><p>　　外部設(shè)備包括編程器、盒式磁帶機、打印機、EPROM寫入器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等。其中編程器是PLC必不可少的重要外圍設(shè)備，由鍵盤、顯示器、工作方式選擇開關(guān)和外存儲器接插口等部件組成，主要用于對用戶程序進行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。&

48、lt;/p><p>　　編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機編程，且需將梯形圖轉(zhuǎn)化為助記符后才能送入。智能型編程器又稱圖形編程器，它既可聯(lián)機編程，又可脫機編程，具有圖形顯示功能，可直接輸入梯形圖和通過屏幕對話，但價格較貴?，F(xiàn)在也可在計算機上填加適當?shù)挠布涌?，利用生產(chǎn)廠家提供的編程軟件包就可將計算機作為編程器使用，而且還可以在計算機上模擬調(diào)試。</p><p>　　PLC與打印機相

49、連可將過程信息，系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。當與監(jiān)視器相連時可將控制過程圖象顯示出來。當PLC與PLC相連時，可組成多機系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大規(guī)?？刂?。當PLC與計算機相連時，可組成多級控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.2 PLC的工作原理</p><p>　　1．PLC的等效電路</p><p>　　PLC的工作酷似一個繼電器

50、系統(tǒng)，其等效電路可分為三部分：輸入部分、內(nèi)部控制電路和輸出部分，如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 PLC的等效電路</p><p>　?、佥斎氩糠?---這部分的作用是收集被控設(shè)備的信息或操作命令。輸入端子外接行程開關(guān)、按鈕等的觸頭，內(nèi)連輸入繼電器線圈。輸入繼電器由外部信號通過輸入端子驅(qū)動，可提供無限多對常開、常閉的軟觸點供內(nèi)部使用。</p><p>

51、;　　②內(nèi)部控制電路----由用戶根據(jù)控制要求編制的程序所組成，其作用是按用戶程序的控制要求對輸入信號進行運算處理，判斷哪些信號需要輸出，并將得到的結(jié)果輸出給負載。</p><p>　　③輸出部分----這部分的作用是驅(qū)動外部負載，所以輸出端子是PLC向外部負載輸出信號的端子，其內(nèi)連輸出繼電器（Q）的一對常開觸點。輸出繼電器除提供一對常開觸點驅(qū)動負載以外，還可以提供無數(shù)對常開、常閉觸點供內(nèi)部使用。</p&g

52、t;<p>　　2．PLC的周期工作方式</p><p>　　PLC是通過一種周期工作方式來完成控制的，每個周期包括輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。</p><p>　?、佥斎氩蓸与A段----PLC以掃描方式按順序?qū)⑺休斎攵说臓顟B(tài)讀入到輸入狀態(tài)寄存器中存儲，這一過程稱為采樣。在本工作周期內(nèi)這個采樣結(jié)果的內(nèi)容不會改變，而且將在PLC執(zhí)行程序時被使用。</p>

53、<p>　　②程序執(zhí)行階段----PLC按順序?qū)Τ绦蜻M行掃描，即從上到下、從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入狀態(tài)寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中獲得所需的數(shù)據(jù)進行運算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出狀態(tài)寄存器中保存。但這個結(jié)果在全部程序未執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口上。</p><p>　?、圯敵鏊⑿码A段----在所有用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC將輸出映像寄存器中的內(nèi)容送入輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出

54、，驅(qū)動外部負載。</p><p>　　PLC重復執(zhí)行輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段，每重復一次的時間稱為一個掃描周期。PLC的一個掃描周期一般為40～100ms之間。</p><p>　　2.2.3 PLC的分類</p><p><b>　　1．按結(jié)構(gòu)形式分：</b></p><p>　　整體式：將電源、CP

55、U、I/O部件都集中在一個機箱內(nèi)。</p><p>　　模塊式：將PLC各部分分成若干個單獨的模塊。</p><p>　　2．按I/O點數(shù)分：</p><p>　　小型PLC：I/O點數(shù)在256點以下，其中小于64為超小型或微型PLC。</p><p>　　中型PLC：I/O點數(shù)在256~2048點之間。</p><p&g

56、t;　　大型PLC：I/O點數(shù)在2048點以上，其中超過8192點為超大型PLC。</p><p><b>　　3．按功能分：</b></p><p>　　低檔機：具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能。</p><p>　　中檔機：比低檔機多了模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送比較等功能。</p><p

57、>　　高檔機：比中檔機多了矩陣運算等特殊功能函數(shù)運算、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。</p><p>　　2.2.4 PLC的主要技術(shù)指標</p><p><b>　　1．I/O點數(shù)</b></p><p>　　可編程控制器的I/O點數(shù)指外部輸入、輸出端子數(shù)量的總和。它是描述的PLC大小的重要參數(shù)。</p><p><

58、;b>　　2．存儲容量</b></p><p>　　在PLC中，用戶程序的存儲容量有的是用編程的步數(shù)來表示，每編一條語句為一步；有的是以字為單位來計算，8位二進制數(shù)為一個字節(jié)，每1024個字節(jié)為1KB。目前大型PLC的存儲容量是幾百KB，最高可達幾MB。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。 </p><p><b>　　3．掃描速度</b&

59、gt;</p><p>　　PLC采用循環(huán)掃描方式工作，完成1次掃描所需的時間叫做掃描周期。影響掃描速度的主要因素有用戶程序的長度和PLC產(chǎn)品的類型。目前大中型PLC的掃描速度可達0．2ms／KB左右。 </p><p><b>　　4. 指令系統(tǒng)</b></p><p>　　指令系統(tǒng)是指PLC所有指令的總和。一般來講，指令的種類和數(shù)量越多，功

60、能就越強，因而指令多少是衡量PLC能力強弱的指標，決定了PLC的處理能力和控制能力。</p><p><b>　　5. 通信功能</b></p><p>　　通信有PLC之間的通信和PLC與其他設(shè)備之間的通信。通信主要涉及通信模塊，通信接口，通信協(xié)議和通信指令等內(nèi)容。PLC的組網(wǎng)和通信能力也已成為PLC產(chǎn)品水平的重要衡量指標之一。</p><p&g

61、t;<b>　　3 硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 S7-200系列PLC基本知識</p><p>　　3.1.1 S7-200系列PLC概述</p><p>　　西門子S7-200系列可編程控制器有CPU21X系列和CPU22X系列，其中CPU22X型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有CPU221，C

62、PU222，CPU224和CPU226四種基本型號，其主要技術(shù)規(guī)范如表2-1所示。</p><p>　　3.1.2 擴展模塊</p><p>　　擴展單元沒有CPU，作為基本單元輸入/輸出點數(shù)的擴充，只能與基本單元連接使用，不能單獨使用。連接時CPU模塊放在最左側(cè)，擴展模塊用扁平電纜與左側(cè)的模塊相連</p><p>　　S7-200的擴展模塊包括數(shù)字量擴展模塊，

63、模擬量擴展模塊，熱電偶、熱電阻擴展模塊，通信模塊，稱重模塊，位置控制模塊等。數(shù)字量、模擬量擴展模塊分別如表2-2、表2-3所示。</p><p>　　表3-1 S7-200 CPU主要技術(shù)規(guī)范</p><p>　　表3-2 數(shù)字量擴展模塊</p><p>　　表3-3 模擬量擴展模塊</p><p>　　3.1.3

64、 S7-200的編程元件</p><p>　　1. 輸入過程映像寄存器（輸入繼電器）I</p><p>　　編號范圍：I0.0--I15.7</p><p>　　功能：專門用來接收從外部開關(guān)發(fā)來的信號。</p><p><b>　　幾點說明：</b></p><p>　?、僦荒苡赏獠啃盘査?qū)動，不

65、能在內(nèi)部由程序指令來驅(qū)動。</p><p>　?、谔菪螆D中只能出現(xiàn)輸入繼電器的觸點，而不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。</p><p>　?、劭商峁o數(shù)對常開、常閉觸點供內(nèi)部使用。</p><p>　　2. 輸出映像寄存器（輸出繼電器）Q</p><p>　　編號范圍：Q0.0--Q15.7</p><p>　　功能：專門用

66、來將輸出信號傳送給外部負載。</p><p><b>　　幾點說明：</b></p><p>　　①一個輸出繼電器僅有一對常開觸點供外部使用。</p><p>　　②可提供無數(shù)對常開、常閉觸點供內(nèi)部使用。</p><p>　?、圯敵隼^電器線圈的通斷狀態(tài)只能在程序內(nèi)部用指令驅(qū)動。</p><p>&

67、lt;b>　　3. 定時器T</b></p><p><b>　　定時器的分類</b></p><p>　　按分辨率來分，有1ms、10ms、100ms三種定時器。</p><p>　　按工作方式來分，有通電延時定時器（TON）、斷電延時型定時器（TOF）和保持型通電延時定時器（TONR）三種。</p><

68、p>　　定時時間： 定時時間=預置值×時基</p><p>　　4. 位存儲器（中間繼電器）M</p><p>　　位存儲器用來保存中間操作狀態(tài)和控制信息，其作用相當于繼電器控制電路中的中間繼電器。地址編號范圍為M0.0--M31.7共256點。</p><p>　　位存儲器在PLC中沒有輸入/輸出端與之對應，其線圈的通斷狀態(tài)

69、只能在程序內(nèi)部用指令驅(qū)動，其觸點不能直接驅(qū)動外部負載，只能在程序內(nèi)部驅(qū)動輸出繼電器的線圈，再用輸出繼電器的觸點去驅(qū)動外部負載。</p><p><b>　　5. 計數(shù)器C</b></p><p>　　計數(shù)器的功能：用于累計計數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個數(shù)。</p><p>　　計數(shù)器的編號：C0--C255。</p>&l

70、t;p>　　計數(shù)器的分類：①加計數(shù)器 ②減計數(shù)器 ③加/減計數(shù)器</p><p><b>　　6．累加器AC</b></p><p>　　累加器是用來暫存數(shù)據(jù)的寄存器，它可以用來存放運算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。</p><p>　　CPU提供了4個 32位的累加器，其地址編號為AC0--AC3。</p><p&g

71、t;　　累加器的可用長度為32位，可采用字節(jié)、字、雙字的存取方式，按字節(jié)、字只能存取累加器的低8位或低16位，雙字可以存取累加器全部的32 位。</p><p>　　7. 幾個常用的特殊存儲器SM</p><p>　　SM0.0：運行監(jiān)視繼電器</p><p>　　當PLC運行時，SM0.0自動處于接通狀態(tài)，當PLC停止運行時，SM0.0處于斷開狀態(tài)。</p&

72、gt;<p>　　SM0.1:初始化脈沖（開機脈沖）。</p><p>　　SM0.4:周期為1分鐘占空比為50%的時鐘脈沖。</p><p>　　SM0.5:周期為1秒鐘占空比為50%的時鐘脈沖。</p><p>　　8．順序控制繼電器S</p><p>　　順序控制繼電器是專門用于編制順序控制程序的，通常與順序控制繼電器指令

73、一起使用以實現(xiàn)順序功能圖的編程。順序控制繼電器的地址編號范圍為S0.0--S31.7。</p><p>　　3.1.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式</p><p>　　1. S7-200的數(shù)據(jù)長度</p><p>　　S7-200的數(shù)據(jù)可以按位、字節(jié)、字和雙字存取。其中1個二進制數(shù)為1位，8個相連的二進制位為1個字節(jié)（B），2個字節(jié)組成1個字（W），2個字組

74、成1個雙字（D）。</p><p>　　2. S7-200的編址方式</p><p>　　位編址格式：區(qū)域標志符+字節(jié)號.位號，如I0.0、Q2.0、M1.2等。</p><p>　　字節(jié)編址格式：區(qū)域標志符+B+字節(jié)號，如IB0、QB2、VB20等。</p><p>　　字編址格式：區(qū)域標志符+W+起始字節(jié)號，如VW0表示由VB0和VB1這

75、2字節(jié)組成的字。</p><p>　　雙字編址格式：區(qū)域標志符+D+起始字節(jié)號，如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。</p><p>　　3.1.5 注意事項</p><p>　　1．觸點不能放在線圈的右邊。</p><p>　　2．梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈。</p><p>　　3．輸出線

76、圈不能串聯(lián)，但可以并聯(lián)。</p><p>　　4．除含跳轉(zhuǎn)和子程序調(diào)用指令的程序以外，同一操作數(shù)的線圈只能使用一次。</p><p>　　5．線圈不能直接與左母線相連。</p><p>　　6．地址編號中不可以出現(xiàn)XX.8和XX.9。</p><p>　　7．定時器和計數(shù)器必須有設(shè)定值。</p><p>　　8．立即輸

77、出和立即置位指令只能用于輸出量，立即觸點指令只能用于輸入量。</p><p>　　9．跳轉(zhuǎn)指令和標號指令必須成對使用。</p><p><b>　　3.1.6編程技巧</b></p><p>　　1．串聯(lián)觸點多的支路應盡量放在上部，即“上重下輕”，如圖3-2（b）所示</p><p>　　a）電路安排不當

78、 b）電路安排正確 </p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　2．并聯(lián)觸點多的支路應靠近左母線，即“左重右輕”，如圖所示。</p><p>　　a）電路安排不當 b）電路安排正確</p><p><b>

79、　　圖3-3</b></p><p>　　3．如圖3-4所示，用ALD、OLD等指令難以編程的復雜電路，，可重新編排電路后再編程，如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-4 難以編程的梯形圖</p><p>　　圖3-5 重新編排的梯形圖</p><p>　　4．梯形圖中，不允許一個觸點上有雙向“電流”通過。可以初步處理之后再

80、進行優(yōu)化，如圖3-6所示</p><p>　　圖3-6橋式電路的處理</p><p>　　3.2 梯形圖設(shè)計方法</p><p>　　3.2.1 經(jīng)驗設(shè)計法</p><p>　　經(jīng)驗設(shè)計法就是在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點

81、，最后才能得到一個較為滿意的結(jié)果。</p><p>　　這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循，具有很大的試探性和隨意性，最后的結(jié)果不是唯一的，設(shè)計所用的時間、設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，所以把這種方法叫做經(jīng)驗設(shè)計法。</p><p>　　3.2.2繼電器電路移植法</p><p>　　電路移植法的一般步驟如下：</p><p>　　1．認

82、真研究繼電器控制電路及有關(guān)資料，深入理解控制要求。</p><p>　　2．對繼電器控制電路中用到的低壓電器進行分析、歸納。</p><p>　　繼電器電路圖中的交流接觸器、電磁閥、電磁鐵、信號燈等執(zhí)行機構(gòu)一般用PLC的輸出繼電器來控制，它們的線圈接在PLC的輸出端。</p><p>　　按鈕、限位開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、速度繼電器等用來提供控制命令和反饋信號，它們的觸點接

83、在PLC的輸入端，一般使用常開觸點。</p><p>　　繼電器電路中的中間繼電器和時間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時器來完成，它們與PLC的外部接線無關(guān)。</p><p>　　熱繼電器的常閉觸點接在PLC的輸出端直接通斷電源更為可靠，梯形圖中不再考慮。</p><p>　　3．分配I／O地址，作出PLC的外部接線圖。要特別注意對原繼電器控制電路中作為輸

84、入設(shè)備的常閉觸點的處理。</p><p>　　4．用PLC的軟繼電器符號和I／O編號取代原繼電器控制電路中的電氣符號，畫出梯形圖草圖。</p><p>　　5．整理梯形圖(注意避免因PLC的周期掃描工作方式可能引起的錯誤)。</p><p>　　6．寫出對應的語句表。</p><p>　　3.2.3 順序控制設(shè)計法</p>&l

85、t;p><b>　　順序控制的定義</b></p><p>　　順序控制是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，使生產(chǎn)過程中的每個執(zhí)行機構(gòu)自動有步驟地進行操作。</p><p>　　2．順序控制設(shè)計法的步驟</p><p>　?、俜治隼斫庀到y(tǒng)的控制要求</p><p>　　②確

86、定I/O地址及中間編程元件地址</p><p><b>　?、郛嫵鲰樞蚬δ軋D</b></p><p>　?、軐㈨樞蚬δ軋D轉(zhuǎn)換成梯形圖</p><p>　　3．順序功能圖的組成要素</p><p>　　順序功能圖有五個組成要素，即步、動作、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖3-7所示</p><p>&

87、lt;b>　　4．步的相關(guān)概念</b></p><p>　　將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步。步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進入新的步。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。用矩形方框表示步，方框中一般用位存儲器或順序控制繼電器的地址來表示該步的編號。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應的步稱

88、為初始步，用雙線框表示。系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。</p><p><b>　　5．動作的畫法</b></p><p>　　如果某一步有兩個或多個動作，其畫法如圖2-11所示。</p><p><b>　　圖3-8動作的畫法</b></p><p><

89、b>　　6．轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件</b></p><p>　　（1）轉(zhuǎn)換條件的表示方法</p><p>　　轉(zhuǎn)換條件的表示方法如圖3-9所示</p><p>　　圖3-9 轉(zhuǎn)換條件的表示方法</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件</p><p>　　①該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。</p>

90、<p>　　②相應的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 </p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換實現(xiàn)應完成的操作</p><p>　　①使所有的后續(xù)步變?yōu)榛顒硬健?lt;/p><p>　?、谑顾械那凹壊阶?yōu)椴换顒硬健?lt;/p><p>　　7．順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)有

91、單序列、選擇序列和并行序列。</p><p>　　a)單序列 b)選擇序列 c)并行序列</p><p>　　圖3-10順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　8．繪制順序功能圖時的注意事項</p><p>　?、賰蓚€步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們分隔開。 </p&g

92、t;<p>　　②兩個轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們分隔開。</p><p><b>　?、鄄灰┑舫跏疾?。</b></p><p>　?、茉陧樞蚬δ軋D中一般應有由步和有向連線組成的閉環(huán)。</p><p>　　9. 將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖的方法</p><p><b>　?、倮闷鸨Ｍ７?/p>

93、法</b></p><p>　　模板如圖2-14所示。</p><p>　　圖3-11 起保停模板</p><p>　　②利用置位和復位指令</p><p>　　模板如圖3-12 所示。 </p><p>　　圖3-12 置位—復位模板</p><p>　?、劾庙樞蚩刂评^電器指令

94、</p><p>　　模板如圖 3-13順序控制繼電器指令模板</p><p>　　圖3-13順序控制繼電器指令模板</p><p>　　3.2.4 I/O分配及接線圖</p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1順序功能圖</b><

95、;/p><p><b>　　. </b></p><p><b>　　4.2梯形圖</b></p><p>　　5 工作原理</p><p>　　由于任務規(guī)定彩燈為四種花樣變換，每種花樣循環(huán)三次。因此本程序中 ，花開、花落、順時針、逆時針四種樣式，每種樣式循環(huán)一次，每循環(huán)一次需4秒，循環(huán)三次需

96、12秒，則四種循環(huán)樣式共需48秒因此將主定時器定時在48秒，循環(huán)完以后定時器復位，開始下一次循環(huán)。為了實現(xiàn)四種樣式，本程序采用了四種子程序，代表花開、花落、順時針、逆時針。</p><p><b>　　6 心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過將近一周的可編程控制器的畢業(yè)設(shè)計，很開心終于把天塔之光的設(shè)計給完成了，雖然沒有完全達到設(shè)計要求，但從心底里說，還是高

97、興的，畢竟這次設(shè)計把實物都做了出來，高興之余不得不深思呀！</p><p>　　在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，有關(guān)于可編程控制器方面的，也有關(guān)于人與人之間相互幫助方面的。雖然以前還做過這樣的設(shè)計但這次設(shè)計真的讓我長進了很多，可編程控制器畢業(yè)設(shè)計重點就在于梯形圖的設(shè)計，需要有很巧妙的設(shè)計方法，雖然以前也設(shè)計過類似的梯形圖，但我覺的設(shè)計出一個好的梯形圖并不是一件簡單的事；有好多的東西，只有我們?nèi)ピ囍隽?，才?/p>

98、真正的掌握，只學習理論有些東西是很難理解的，更談不上掌握。</p><p>　　至于排錯，出錯了，多觀察、對錯誤重復n次，估計是由什么原因引起的，從電路整體來看、分析可能是什么錯誤，再縮小范圍。如果實再找不出來，就出去吹吹風吧，不能急于求成，但不要放棄；要保持你的頭腦清醒。</p><p>　　另外，我在程序方面的總結(jié)是1）、寫程序注釋寫得越詳細越好、不要怕麻煩。 2）、畫流程圖絕對有助于

99、寫程序以及日后查錯。3）、隨時備份，最好以版本形式備份，并寫清楚該版本實現(xiàn)了什么，改進了什么，還沒有實現(xiàn)什么。</p><p>　　總之，從這次的畢業(yè)設(shè)計中，我真真正正的意識到，在以后的學習中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，學習可編程控制器更是如此；要嚴格要求自己，樹立嚴肅、嚴密、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，必須按時、按質(zhì)、按量完成畢業(yè)設(shè)計。這就是我在這次畢業(yè)設(shè)計中的最大收獲。</p>&l

100、t;p>　　7 參考資料</p><p>　　1.黃凈 電器及PLC控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2002。</p><p>　　2.常初 PLC編程及應用第3版，機械工業(yè)出版社，2008。</p><p>　　3.楊長能、林小峰，可編程序控制器例題習題及實驗指導2001重慶大學出版社</p><p>　　4.李彥杰

101、 S7-200PLC原理與實用開發(fā)指南2009 機械工業(yè)出版社 </p><p>　　5.劉光啟 PLC技術(shù)及應用2009 機械工業(yè)出版社</p><p>　　6.金仁貴 PLC原理與應用2009 合肥工業(yè)大學出版社</p><p>　　7.廖常初 PLC應用技術(shù)問答2009 機械工業(yè)出版社</p><p>　　8

102、.宋伯生， 陳東旭 編著 PLC應用及實驗教程2009 機械工業(yè)出版社</p><p>　　9.宋伯生 PLC編程理論·算法及技巧 2009 機械工業(yè)出版社</p><p>　　10 THPFSM-1.2型實驗指導書</p><p>　　11林春方. 可編程控制器原理及其應用. 2006上海交通大學出版社. </p><p>

103、;　　12廖常初. 可編程序控制器的編程方法與工程應用. 2007重慶大學出版社. </p><p>　　13廖常初. PLC編程及應用. 2006機械工業(yè)出版社</p><p>　　14 趙金榮. 可編程序控制器原理及應用. 2006 上海應用技術(shù)學院</p><p>　　15 于偉東. 基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng). 2009青島大學學報</p>

104、<p>　　16 王瑞. 用PLC構(gòu)成閃光燈控制系統(tǒng)—天塔之光. ，2008天津大學學報</p><p>　　17 王也仿. 可編程控制器應用技術(shù). ，2006 機械工業(yè)出版社</p><p>　　18 孫永軍. 天塔之光控制. 2008江南大學學報 </p><p>　　19 張進秋, 陳永利. 可編程控制器原理及應用實例. ，2009 機械工業(yè)出