2022年霓虹灯灯控制系统的课程设计 .pdf

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1、常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页前言根据在常熟理工这半年对于自动化专业的学习，尤其是电工学、 自动控制原理以及电力电子技术等专业课程的学习，让我对于PLC 课程设计打下了基础。对于我们自动化专业来讲，这个专业对于现实生活是非常有用的。而我们在这半年进行的大都是理论知识， 虽有实验课程， 但那也是基于对于理论知识的进一步分析，故而我们也非常需要一种把我们理论应用到实际的实习锻炼。我们的老师，根据我们自动化专业的特点， 以及学生日常学习的反应给与了我们四个课题去进行实习：进行PLC 编程的语言设计。PLC 可以说是我们来到常熟理工学院时学习最苛刻也是以后工作时实用的一门课程

2、。和学别的科学一样，在学完PLC 理论课程后我们做了课程设计，此次设计一分组的方式进行， 老师进行抽挑课题， 可以说每人的程序都不一样。 我抽到的就是霓虹灯灯控制系统的设计。虽然说平时理论的学习成绩还可以，但是真要自己去设计这个程序， 还真是束手无策。 还好有我小组的其他成员， 他们帮组我解决了不少难题，合作是成功的基础。通过这次的课程设计，我学会了PLC 的基本编程方法，以及对PLC 的工作原理和操作步骤有了深刻的理解。在对理论的运用中， 提高了我们的工程素质， 在没有做课程设计以前， 我对其的掌握都停留在思想上， 许多次出现了问题总是卡在那里，却很难知道问题出在哪里，实践检验成果，理论只是

3、基础。本设计中详细讲解了霓虹灯等控制系统中三个不同的表现方式，如依次点亮，全亮全灭等等，我组的其他成员还有更多显示方式，在此不一一介绍。本设计程序得到了常熟理工学院老师的大力辅导，在此深表谢意。由于编者水平有限，错误与不妥之处，敬请原谅名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页目 录目 录.2一课程设计任务书.31.1 课程设计任务.错误！未定义书签。1.2 课程设

4、计目的.错误！未定义书签。1.3 课程设计要求.错误！未定义书签。1.4 课程设计内容.错误！未定义书签。二 PLC 的简介 .52.1 PLC基本概念 .52.2 PLC的基本结构 .52.3 PLC的工作原理 .6三. 组态王简介 .73.1 组态王基本特性 .73.2 组态王与西门子 S7-200 的几种通信方式 . 8四总体设计方案.104.1 控制要求 .104.2 设计思路 .104.3 PLC外部接线图 .114.4 I/O 分配表.114.5 PLC梯形图.134.6组态王监控画面显示. 16五个人小结 .17参考文献 .18名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

5、 - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页电气与 PLC控制技术课程设计任务书（三）题目：霓虹灯灯控制系统的设计一、课程设计任务本课题要求设计一个霓虹灯控制系统，具体指标是：使用实验台上的输出接口单元模块（如下图1 所示） ，自行设计3 种醒目有趣的霓虹灯显示方式，各种显示方式由转换开关进行切换。显示方式切换时，所有灯全部熄灭，按动启动按钮，就开始按照设计的方式显示，按动停止按钮则全部熄灭。二、课程设计目的通过本次课

6、程设计使学生掌握：1）GX Developer 编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。从而提高学生对PLC 控制系统的设计和调试能力。三、课程设计要求1、采用状态转移图SFC图或经验设计法设计PLC控制程序。2、设计的三种显示方式为：方式一：方式二：方式三：图 1输出接口单元模块四、课程设计内容1、通过基本简单实验熟悉与本设计相关的实验台模块；2、霓虹灯控制系统设计；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

7、第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页3、硬件接线图、程序清单。五、课程设计报告要求报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献。报告中提供如下内容：1、目录2、正文（1）课程设计任务书；（2）总体设计方案（3） I/O 分配表， PLC 外部接线图，程序中使用的元件及功能表；（4）程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单，注释说明；（5）组态王监控画面及其设置；（6）调试、运行及其结果。3、收获、体会4、参考文献六、课程设计进度安排周次工作日工作内容第一周1布置课程设计任务，查找相关资

8、料2熟悉实验台，完成一些相关基本实验3根据设计任务，完成总体设计方案（硬件选型、分配IO 点等）4完成硬件接线，编写程序并调试5编写程序并调试第二周1编写程序并调试2编写程序并调试3编写程序并调试及准备课程设计报告4答辩5完成课程设计报告本课题共需两周时间七、课程设计考核办法本课程设计满分为100 分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20% 、20% 、60%名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 19 页 - -

9、- - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页二 PLC 的简介2.1 PLC基本概念早 期 的 可 编 程 控 制 器 乘 坐 可 编 程 逻 辑 控 制 器 （ programmable LogiccontrollerPLC ）, 主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC 。但是为了避免与个人计算机（personal computer）的简称混淆， 所以讲可编程控制器简称PLC ，PLC自 1969年美国数据设备公司 (DEC)

10、研制出现，现行美国，日本，德国的可编程程序控制器质量优良，功能强大。2.2 PLC的基本结构PLC的实质是一种专用于工业控制的计算机，硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成位：a. 电源PLC的电源在整个系统中起十分重要的作用，如果没有一个良好的，可靠地电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造十分重视，一般交流电压波动在 +10% （+15% ）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。b. 中央处理器（ CPU ）中央处理器（ CPU ）是控制中枢，它按照PLC系统程序的功能接收并储存从编程器键入的用户程序和数据， 检查电源，存储器，I/O 以及警戒

11、定时器的状态，并能诊断该用户程序中的语法错误。当 PLC投入运行时， 首先它们以扫描的方式接收现场各输入装置的数据和状态，并分别存入 I/O 映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序， 经过命令解释后，最后将 I/O 映像区或数据寄存器内，等所有执行完毕后， 最后将 I/O 映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高 PLC的可靠性，近年来对大型的 PLC还采用双 CPU 构成冗余名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

12、 - 第 5 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页系统或采用三 CPU的表决式系统，即使某个CPU 出现故障，整个系统仍能运行。c. 存储器存放系统软件的存储器称为程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户存储器。d. 输入输出接口电路1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口的电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2. 现场输出接口电路由输出数据寄存器，选通电路电路和中断请求电路集成作用，PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的e. 功能模块如计数定位等功能模块。f. 通讯模块如以太网， ps

13、485,ph:bus-DP 通讯模块等。2.3 PLC的工作原理a. 扫描技术当 PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段乘坐一个扫描周期，在整个运行期间，PLC 的 CPU 按一定扫描速度重复上述三个阶段。(一)输入采样阶段在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映像区中的相应单元内， 输入采样结束后， 转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映像区相应单元的状态和数据，也不会发生改变，因此，如果是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在

14、任何情况下，该输入均能被读入。(二)用户程序执行阶段在用户程序执行阶段中， PLC总是由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图） 。在扫描一条梯形图是， 又总是先扫描梯形图左边的由各出点构成控制线路，并接名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页先左后右先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算结果刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中相应的状

15、态， 或者刷新该输出线圈的 I/O 映像区中对应位的状态， 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令，即在用户程序执行中， 只有输入点在 I/O 映像区内的状态和数据不会发生变化， 而且其它输出点和软设备在I/O 映像区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化， 而且排在上的梯形图， 其程序执行结果会对排在下的凡是用到这些线圈或数据梯形图起作用，相反，排在下面的梯形图， 其被刷新的逻辑线圈状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(三)输出刷新阶段当扫描用户程序结束后， PLC就进入输出刷新阶段，在这期间，CPU按照 I/O映像区内应的装他和数据刷新所有的输

16、出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设，这时，才是 PLC的真正输出。三. 组态王简介3.1 组态王基本特性1. 定义组态王开发监控系统软件， 是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。2. 特点它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计

17、。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等， 可便利的生成各种报表。 它还具有丰富的设备驱动名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页程序和灵活的组态方式、数据链接功能。3. 实践1. 使用组态王实现控制系统实验仿

18、真的基本方法：(1) 图形界面的设计(2) 构造数据库(3) 建立动画连接(4) 运行和调试2. 使用组态王软件开发具有以下几个特点:(1) 实验全部用软件来实现 , 只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验 , 从而大大减少购置仪器的经费。(2) 该系统是中文界面 , 具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言, 操作简单易学且编程简单 , 参数输入与修改灵活 , 具有多次或重复仿真运行的控制能力 , 可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线, 能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线, 这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。3. 在采用组态王开发系统编制

19、应用程序过程中要考虑以下三个方面:(1) 图形, 是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。(2) 数据, 就是创建一个具体的数据库, 并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性 , 比如水位、流量等。(3) 连接, 就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行, 以及怎样让操作者输入控制设备的指令。3.2 组态王与西门子S7-200 的几种通信方式1. 组态王的通讯机制组态王把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现和外部设备的通讯，组态王内置有大量的设备驱动作为外部设备的通讯接口。在开发过程中，只需根据工程浏览器提供的 “设备配置向导”，一步步完成连接过程， 即可实现组

20、态王和相应外部设备驱动的连接。在运行期间，组态王可以通过驱动接名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据或指令。组态王的驱动程序采用 ActiveX 技术，每一驱动都是一个COM 对象，这种方式使驱动和组态王构成一个完整的系统，从而保证运行系统的高效率，如图1 所示。因此，组态王可以与一些常用I/O 设备直接进行通讯， 如

21、可编程控制器 (PLC)、智能模块、板卡、智能仪表等。 组态王与 I/O 设备之间的数据交换采用五种方式:串行通讯方式、 DDE 方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式。2. 组态王与 S7-200 的 PPI 通信方式PPI(Point-to-Point)是西门子专为 S7-200 系列开发的一个通讯协议，为主/ 从协议，PC机为主站， S7-200 为从站。该方式下有两种硬件连接方法，一种是使用 PPI 电缆将 PC机串口和 S7-200 的通讯口相连，采用串行通讯方式。另一种是 PC机通过 CP5611通讯卡与 S7-200 相连。在第一种方式下， 使用 PLC编 程 软 件 ST

22、EP 7-Micro/WIN32 安 装 通 讯 硬 件 ， 在 “SET PG/PCInterface” 对 话 框 中 配 置 PC/PPI cable, 选 择 InterfaceParameterAssignment 为 PPI， 并设置 PPI 参数默认值 , 双击通讯框中得刷新图标后建立与 S7-200 的通信连接。在第二种方式下，将CP5611卡安装在 PC机的插槽中，用连接带缆将CP5611 卡与 S7-200 的 PORT 口相连， 安装 STEP7-Micro/WIN32 和 STEP 7 V5.0+ServicePack5( 或 STEP7V5.1+ServicePack

23、2)，运行 PG/PC-interface，将用户界面配置为CP5611(PPI) 方式。这两种方式的上位机组态王的设置基本相同，首先使用“设备配置向导”定义外部设备， 分别选择西门子S7-200系列 PPI 通信和西门子 S7-200 系列通讯卡通信，并设定如下通信参数: 波特率 9600bps,数据位 8 位，停止位 1 位，偶校验。在设定 PLC地址时，两种方式有所不同， 前者将 PLC地址设为默认地址2。后者采用“PLC地址.2 ”地址格式，小数点前的数字为有效地址PLC的地址(即站号)，小数点后为数字2，所设定的地址范围为2.2126.2，其中PLC的地址可通过编程软件STEP7-M

24、icro/WIN 设置来实现。在组态王的“数据字典”中定义相关变量，选择变量类型为I/O 型，并选择连接设备，指定所访问的寄存器名及寄存器类型。注意，组态王只支持V寄存器，如果要监控Q 、M寄存器，可以先在PLC程序中将 Q 、M名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页寄存器传至 V寄存器，组态王通过对 V寄存器的操作来实现对Q 、M寄存器的监控。另外，组态王不支

25、持直接以I/O 离散变量的定义， 需以字节 (BYTE)形式存取，每一 BYTE类型(8 个 BIT 位)对应 8 个开关量的输入或输出状态，即 BYTE的 07位分别对应输入或输出的07开关量通道，如果要显示或控制某一开关量通道的状态，可以使用组态王提供的BIT() 或 BITSET()函数进行取位或置位。在制作好的监控画面中，将画面的图素与定义的变量建立“动画连接” ，在 TouchVew中运行，即可建立实时通信，得到一个反映工业现场的监控画面。四总体设计方案4.1 控制要求使用实验台上的输出接口单元模块（LO-L7，L10-L17,L20-L27 ）, 自行设计3 种醒目有趣的霓虹灯显示

26、方式， 各种显示方式由转换开关进行切换。显示方式切换时，所有灯全部熄灭，按启动按钮就开始按照设计的方式贤惠，按停止annie则全部熄灭。4.2 设计思路显示方式一：转换开关“ 0”档L0-L7L10-17L20-L27全亮延时 3S全亮延时 3S3S后全灭3S 后全灭全亮延时 3S3S后全灭显示方式二：转换开关“ 1”档显示未跑马灯形式，依次点亮，再依次熄灭即：从 L0 开始依次亮，每过一秒点亮下一盏灯，直到L27 灯点亮后，又依次熄灭前一盏等，等到L0 熄灭后又重复上述循环。显示方式三：转换开关“ 2”档名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

27、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页L0 L10 L20 同时点亮，并依次移动点亮下一盏，直到L7 L17 L27 点亮时，所有灯进行 0.5 秒的全亮全灭的闪烁。4.3 PLC外部接线图4.4 I/O 分配表(1) 转换开关控制功能SA0SA1SA2工作方式100显示方式一010显示方式二001显示方式三名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

28、- - - - 第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页输入设备序号名称元件文字符号输出地址1启动按钮SB1X0002停止按钮SB2X0063显示方式一SA0X0024显示方式二SA1X0035显示方式二SA2X004输出设备6霓虹灯显示灯L0Y0007L1Y0018L2Y0029L3Y00310L4Y00411L5Y00512L6Y00613L7Y00714L10Y01015L11Y01116L12Y01217L13Y01318L14Y01419L15Y01520L16Y01621L17Y01722L20Y020

29、23L21Y02124L22Y02225L23Y02326L24Y02427L25Y025名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页28L26Y02629L27Y027（2）I/O 地址分配及控制功能4.5 PLC梯形图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

30、 - - 第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 19 页 - - -

31、 - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页4.6 组态王监控画面显示组态王显示， 可实现在组态王软件与PLC实验台上双向控制， 即在组态王上可操作实验台上的按钮，使之达到显示同样的效果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页五个人小结经使得过这次的课程设计，使得我对PLC 的掌握进一步增强，加深了对PLC 程序设计的理解

32、，并对PLC 产生了浓厚的兴趣，但是我也深深地知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不熟悉。大大加深了我德尔程序复杂程度。许多在学校过程中不能想通的问题，在PLC 调试过程中，终于得到解决。可以看出课程设计对理论教学起到了必要的补充和扩展作用，对培养既有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才必不可少。在这次的课程设计中，我了解了PLC 的控制系统在以后工作的很多用醋，它可以方便我们的生活，也可以很大提高生产效率。在此过程中我还发现修改完善程序的重要性，当时编完一个程序后感觉是正确的，就是这样还要仔细检查自己的程序，考虑到各种可能发生的问题， 不要程序相互打架。此次课程设计培养了我们的设计能力以及

33、全面考虑问题的能力，学习过程是枯燥但却收到了成功的喜悦， 相信通过这次课程设计它对我的学习及工作都会产生积极的影响。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 19 页 - - - - - - - - - 常熟理工学院电气与自动化工程学院课程设计用纸共页， 第页参考文献1、张培志电气控制与可编程序控制器北京化学工业出版社2、苏北刚工厂电气控制电路北京化学工业出版社3、张运刚三菱 Fx2N PLC 技术与应用北京人民邮电出版社4、周军电气控制及 PLC北京机械工业出版社名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 19 页 - - - - - - - - - 共页， 第页名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 19 页 - - - - - - - - -