安徽电子信息职业技术学院
课程设计报告册
课程名称： 节日彩灯PLC控制 系 别： 信息工程系 专 业： 应用电子 班 级： 091班 * 名： * * 学 号： *********
2010年 12 月 10 日
目录
引言······························································1 1、概述
1.1 PLC 课程设计任务············································3 1.2 PLC 课程设计要求············································3 2、PLC的相关知识
2.1 PLC 的历史和发展············································4 2.2 PLC 的定义和特点············································5 2.3 PLC 的应用领域··············································5 2.4 PLC 的工作原理··············································6 3、控制系统的硬件设计
3.1 PLC硬件配置··················································6 3.2 PLC的外部接线图··············································7 4、控制系统的软件设计
4.1 I/O分配表····················································8 4.2 梯形图程序····················································9 4.3 控制系统测试与分析············································13 5、电气设备及其元件明细表·········································13 6、设计思路与总结·················································13 7、参考文献·······················································14
引 言
随着科学技术的发展以及人们生活水平的提高，在现代生活中。彩灯作为一种装饰，既可增加人们的感观，起到广告宣传的作用，又可以增添们节日气氛，为人们的生活增添亮丽，用在舞台上增强晚会灯光效果。随着电子技术的发展，应用系统想着小型化、快速化、大容量、重量轻、功能全的方向发展，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。在这个阶段，人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化，可以从复杂的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，提高了设计质量，减小了出错机会。
1、概述
1.1 PLC 课程设计任务
根据控制要求，设计节日彩灯的控制系统。8路彩灯组成上面威圆环形，下面为一字型的造型，上下同时运行，形成交相辉映的效果，每次变化间隔1.5秒。 控制规律：
A—B—C—D—E—F—G—H—ABCDEFGH( 闪烁3
次)—BCDEFGH—CDEFGH—DEFGH—EFGH—FGH—GH—H—循环执行。
系统每天晚上六点自动开始工作，到晚上十点半停止工作，如果时间不准确，系统有校时功能。
1.2 PLC 课程设计要求
(1)、给出设计思路、PLC梯形图、I/O分配、PLC选型、PLC接线端子图、程序运行功能介绍、设计总结、参考文献。 (2)、用A4只打印。
2、PLC的相关知识
2.1 PLC 的历史和发展
最初的工厂自动化控制主要是以继电器回路控制占据主导地位，电气控制人员常常抱怨这种控制系统体积大、耗电多、寿命短、可靠性差以及运行速度慢等缺点，急需要一种新的控制装置来取代，所以PLC的出现是顺应时代、趋势的发展。它的出现，在技术角度大大方便了电控设计人员，软硬件设计简便，维护方便，在体积、可靠性、耗电量有很大程度的提高，从而带动成本的节约，而且可以通过计算机进行数据的传输和监控，一系列的优点使PLC很快被接受并代替继电器控制回路广泛应用于工厂自动控制中。
伴随时代发展，进入21世纪崭新工业控制领域，PLC仍然能够引导自动化行业的发展，主要是由于在最初其采用计算机的设计思想和适应各种现场应用，随着电子事业的飞速发展，PLC已经可以在各个领域去适应不同的客户要求。这就是PLC的生命力，具有一个非常灵活的大脑，和可以随时变化和更新的身体部件。
目前，在全球PLC制造商中，根据美国Automation Research Corp(ARC)调查，世界PLC领导厂家的五霸分别为Siemens(西门子)公司、Allen-Bradley(A-B)公司、Schneider(施耐德)公司、Mitsubishi(三菱)公司、Omrom(欧姆龙)公司，他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。
PLC已在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计，当今世界PLC生产厂家约150家，生产300多个品种。2000年销售额约为86亿美元，占工控机市场份额的50%，PLC将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。
新一代的PLC具有PID调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。但PLC也面临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面： 1.微型、小型PLC功能明显增强
很多有名的PLC厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的PLC。三菱的FXOS14点(8个24VDC输入，6个继电器输出)，其尺寸仅为58mm×89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使PLC的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。
2.集成化发展趋势增强
由于控制内容的复杂化和高难度化，使PLC向集成化方向发展，PLC与PC集成、PLC与DCS集成、PLC与PID集成等，并强化了通讯能力和网络化，尤其是以PC为基的控制产品增长率最快。PLC与PC集成，即将计算机、PLC及操作人员的人?机接口结合在一起，使PLC能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和PLC的模块交互存取数据。以PC机为基的控制容易编程和维护用户的利益，开放的体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产率。 3.向开放性转变
PLC曾存在严重的缺点，主要是PLC的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，绝大多数的PLC是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种PLC互不兼容。国际电工协会(IEC)在1992年颁布了IEC1131-3《可编程序控制器的编程软件标准》，为各PLC厂家编程的标准化铺平了道路。现在开发以PC为基、在WINDOWS平台下，符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC正在规划中。
2.2 PLC 的定义和特点
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。工业可编程序控制器(PLC)则在工控领域中占有主要的地位。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。
2.3 PLC 的应用领域
自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化进程，被人们称为现代工业控制三大支柱之一。为什么PLC会有如此的生命力？首先由于历史的原因，经过长时间的发展和完善。PLC的编程概念和控制思想已为广大的自动化行业人员所熟悉，这是一个目前任何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知识资源；其次，PLC系统硬件技术成熟，性能价格比较高，运行稳定可靠，开发过程也简单方便，运行维护成本很低。而且PLC是从取代工厂内继电器线路、进行顺序控制发展开来的工业控制产品。从诞生之日起，PLC在工业环境适应性（包括现场安装环境以
及电磁干扰的防护性）、连续生产以及人机接口等方面都有充分的考虑，具有稳定可靠、简单易用、操作维护方便等优点，这是它能持久占有市场的根本原因。所有这些特点造就了PLC的旺盛生命力。例如其可靠性。也就是说和一般家庭、办公室相比，在恶劣的工业环境中，能够24小时连续运行365天，且10年不停止的除了可编程序控制器――PLC以外别无他物。
2.4 PLC 的工作原理
PLC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，编程号控制程序后，用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。
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。PLC在运行程序时，所需的输入信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取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的命令时，即指行完用户所有程序后，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
3.1 PLC硬件配置
根据控制系统的需要，本控制系统采用日本三菱公司生产的FX1N—40MRPLC,
该系列PLC有13种本单元，可组成14—128个I/O点系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板，用户存储容量为8000步，有内置的实时时钟。并有7条特殊的定位指令，有两个内置的设置参数用的小电位器。并可实现多种通信和数据链接。
3.2 PLC的外部接线图
SB1 SB2 X0 X1 com Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 com 24V A路 B路 C路 D路 E路 F路 G路 FX1N---40MR--D H路
注： 此接线图是在实验室进行接线，故电源为24V。若在实际情况下，则应接
220V交流电。
4、控制系统的软件设计
4.1 I/O分配表
输入 分钟校时按钮SB1 小时校时按钮SB2 输出 X0 X1 A路彩灯 B路彩灯 C路彩灯 D路彩灯 E路彩灯 F路彩灯 G路彩灯 H路彩灯 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 注：
该系统的I/O分配如上表所示。整个系统有两个输入开关，八路十六盏彩灯输出。输入开关分别用于分钟、小时校时开关。Y0----Y7八个输出分别控制八路十六盏彩灯。
4.2 梯形图程序
4.3 控制系统测试与分析
控制系统最终需要投入实际生产之中，在这之前必须进行调试，以便发现问题及时解决。本系统的模拟调试可以在实验室的实验设备上进行，经过一系列调试，从结果分析来看，本彩灯控制系统是按设计要求进行工作的，误差也在课程设计允许范围之内。
5、电气设备及其元件明细表 ` 序号 1 2 3 3
文字符号 SB1 SB2 LED PLC 名称 分钟校时 小时校时 LED彩灯 可编程序控制器 数量 1 1 16 1 规格型号 LAY-37 LAY-37 40W FX1N-40MR 备注 黑色 绿色 彩色 继电器输出 6、设计思路与总结
设计思路：
根据课程设计任务的控制规律及要求，现将我的设计思路总结如下：首先控制系统要有校时功能并在每天晚上六点自动开始工作，到晚上十点半停止工作。所以在梯形图开始加入时间控制。即：
（1） 产生一个实时时钟，即一个周期24h循环的时钟信号。利用内部的
时钟脉冲信号与计数器相结合使用即可构成，在此设计中我用M8013作为秒时钟脉冲信号，以15分钟为一设定单位，则可设96个这样的时间单元。
（2） 用计数器产生的实时时间与设定时间进行比较，利用比较结果进行
相关控制。
（3） 为了能进行校时，设置X0为15min快速调整开关，X1为格数设定
的快速调整开关。时间设定值为钟点数乘4。
当实时时间到设定时间范围时辅助继电器M11接通，常开触点闭合，并取上升沿脉冲微分指令PLS（在脉冲信号的上升沿时，其操作元件的线圈得电1个扫描周期，产生1个扫描周期的脉冲输出），即M0接通一次，M0闭合。并把S0至为活动步并相继输出Y0，T0。当时间继电器T0为当前设定值1.5秒时，则常开触点闭合，并相应的把S20至为活动步。并以此直到输出Y7，T7。当时间继
电器T7为当前值1.5秒时，则常闭触点T7闭合并把S27置为活动步。因为设计要求ABCDEFGH八路彩灯全亮并闪烁三次，所以我用一秒的时间间隔作为实现闪烁功能。当闪烁三次后，通过时间继电器T12把S32置为活动步。并相继按设计要求每步少一个输出。当程序执行到S39步时，全部输出，1.5秒后把S0置为活动步，即实现循环功能。当计数器的当前值不再其比较的范围内就将S0—S39复位，即可实现以后的工作。
设计总结：
经过这次的课程设计，使我对PLC的掌握进一步的增强，并加深了对PLC的理解，也对PLC产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对功能指令运用的不熟练，这大大加深了我的程序复杂程度。在设计过程中不能想通的问题，在PLC调试过程中，得以解决。可以看出它对理论教学起到一个很好的辅助和扩展作用。
在这次对彩灯循环点亮的PLC控制，让我了解了plc梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。
虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体
的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己更好地解决问题 。
经过这次课程设计培养了我的设计能力及全面思考问题，解决问题的能
力。学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是激动的。相信通过这次课程设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。
7、参考文献
[1] 杨亚萍，陈北莉.电气控制与PLC. 北京：化学工业出版社，2009.7. [2] 王阿根. PLC控制程序精编108例。 北京：电子工业出版社，2009.12. [3] www.baidu.com 基于PLC彩灯控制系统设计—docin.com.
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容