plc舞臺(tái)藝術(shù)彩燈課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目： 基于PLC的舞臺(tái)藝術(shù)燈飾的設(shè)計(jì) </p><p>　　院 (系)： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　姓

2、 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　二〇一 年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>&l

3、t;b>　　序言</b></p><p>　　本次PLC課程設(shè)計(jì)題目為舞臺(tái)藝術(shù)彩燈的PLC控制，控制要求主要圍繞七盞燈（Q0.0-Q0.6）進(jìn)行的，顏色分別為紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色、粉色、紫色。花樣1中的要求首先紅色彩燈點(diǎn)亮；經(jīng)過2秒后自動(dòng)熄滅，同時(shí)橙色彩燈點(diǎn)亮；經(jīng)過2秒后自動(dòng)熄滅，黃色彩燈點(diǎn)亮……；紫色彩燈熄滅之后，紅色彩燈又繼續(xù)點(diǎn)亮，如此循環(huán)；花樣2中要求七盞彩燈同時(shí)閃（亮0.5s、滅

4、0.5s）；花樣3中要求七盞彩燈依次都亮，間隔時(shí)間為1秒；然后反方向依次全滅；如此循環(huán)。按下啟動(dòng)按鈕SB1后，七盞彩燈首先按花樣1點(diǎn)亮，循環(huán)3次后按花樣2點(diǎn)亮，5秒后再按花樣3點(diǎn)亮，循環(huán)3次后按花樣4點(diǎn)亮，循環(huán)3次后按花樣1點(diǎn)亮，完成一個(gè)大循環(huán)。按下停止按鈕SB2，彩燈停止工作。</p><p>　　仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)要求發(fā)現(xiàn)四種花樣顯示是循環(huán)完本身的次數(shù)后依次進(jìn)行來完成一個(gè)大循環(huán)且控制對(duì)象為七盞彩燈的亮滅。綜合考慮，

5、可采用傳送指令和比較指令完成本次設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)要求雖然復(fù)雜但是卻是按照時(shí)間順序的方法走下去，每一步對(duì)應(yīng)著彩燈花樣的變化，采用傳送指令可滿足對(duì)彩燈變化要求。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)宜采用主程序調(diào)用子程序的方法。主程序?yàn)槠弑K彩燈4種花樣的得電回路，利用定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和比較指令的組合讓四種花樣限制分別在其對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)得電，各個(gè)子程序編寫對(duì)應(yīng)花樣網(wǎng)絡(luò)，這樣編寫的目的是調(diào)試程序方便且便于修改。</p>&l

6、t;p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 S7-200系列PLC基本知識(shí)</p><p>　　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(gè)不同的基本型號(hào)，常見的有CPU221，CPU222，CPU2

7、24和CPU226四種基本型號(hào)，其主要技術(shù)規(guī)范如表1-1所示。</p><p>　　表1-1 S7-200CN CPU主要技術(shù)規(guī)范</p><p><b>　　1.2 擴(kuò)展模塊</b></p><p>　　擴(kuò)展單元沒有CPU，作為基本單元輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)充，只能與基本單元連接使用，不能單獨(dú)使用。連接時(shí)CPU模塊放在最左側(cè)，擴(kuò)展模塊用扁平

8、電纜與左側(cè)的模塊相連。</p><p>　　S7-200的擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量擴(kuò)展模塊，模擬量擴(kuò)展模塊，熱電偶、熱電阻擴(kuò)展模塊，通信模塊，稱重模塊，位置控制模塊等。模擬量、數(shù)字量擴(kuò)展模塊分別如表1-2、表1-3所示。</p><p>　　表1-2 模擬量擴(kuò)展模塊</p><p>　　表1-3 數(shù)字量擴(kuò)展模塊</p><p>　　1.

9、3 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(hào)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(hào)。</p><p>　　2. 輸出映像寄存器（輸出繼電器）Q</p><p>　　編號(hào)范圍：Q0.0--Q15.7&

10、lt;/p><p>　　功能：專門用來將輸出信號(hào)傳送給外部負(fù)載。</p><p><b>　　3. 定時(shí)器T</b></p><p><b>　　定時(shí)器的分類</b></p><p>　　按分辨率來分，有1ms、10ms、100ms三種定時(shí)器。按工作方式來分，有通電延時(shí)定時(shí)器（TON）、斷電延時(shí)型定時(shí)器

11、（TOF）和保持型通電延時(shí)定時(shí)器（TONR）三種。</p><p>　　定時(shí)時(shí)間： 定時(shí)時(shí)間=預(yù)置值×時(shí)基</p><p>　　4. 位存儲(chǔ)器（中間繼電器）M</p><p>　　位存儲(chǔ)器用來保存中間操作狀態(tài)和控制信息，其作用相當(dāng)于繼電器控制電路中的中間繼電器。地址編號(hào)范圍為M0.0--M31.7共256點(diǎn)。</p>

12、<p><b>　　5. 計(jì)數(shù)器C</b></p><p>　　計(jì)數(shù)器的功能：用于累計(jì)計(jì)數(shù)輸入端接收到的由斷開到接通的脈沖個(gè)數(shù)。</p><p>　　計(jì)數(shù)器的編號(hào)：C0--C255。</p><p>　　計(jì)數(shù)器的分類：①加計(jì)數(shù)器 ②減計(jì)數(shù)器 ③加/減計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　6．累加

13、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(yùn)算數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果。CPU提供了4個(gè) 32位的累加器，其地址編號(hào)為AC0--AC3。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(gè)常用的特殊存儲(chǔ)器SM</p>

14、<p>　　SM0.0：運(yùn)行監(jiān)視繼電器</p><p>　　當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，SM0.0自動(dòng)處于接通狀態(tài)，當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，SM0.0處于斷開狀態(tài)。</p><p>　　SM0.1:初始化脈沖（開機(jī)脈沖）。</p><p>　　SM0.4:周期為1分鐘占空比為50%的時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　SM0.5:周期為1秒鐘占空比為

15、50%的時(shí)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一起使用以實(shí)現(xiàn)順序功能圖的編程。順序控制繼電器的地址編號(hào)范圍為S0.0--S31.7。</p><p>　　1.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式</p><p>　　1. S7-200的數(shù)

16、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(gè)二進(jìn)制數(shù)為1位，8個(gè)相連的二進(jìn)制位為1個(gè)字節(jié)（B），2個(gè)字節(jié)組成1個(gè)字（W），2個(gè)字組成1個(gè)雙字（D）。</p><p>　　2. S7-200的編址方式</p><p>　　位編址：區(qū)域標(biāo)志符+字節(jié)號(hào).位號(hào)，如I0.0、Q2.0、M1.2等。</p><p>

17、;　　字節(jié)編址：區(qū)域標(biāo)志符+B+字節(jié)號(hào)，如IB0、QB2、VB20等。</p><p>　　字編址：區(qū)域標(biāo)志符+W+起始字節(jié)號(hào)，如VW0表示由VB0和VB1這2字節(jié)組成的字。</p><p>　　雙字編址：區(qū)域標(biāo)志符+D+起始字節(jié)號(hào)，如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。</p><p>　　1.5 編程注意事項(xiàng)</p><p>

18、　　1．觸點(diǎn)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

19、址編號(hào)中不可以出現(xiàn)XX.8和XX.9。</p><p>　　7．定時(shí)器和計(jì)數(shù)器必須有設(shè)定值。</p><p>　　8．立即輸出和立即置位指令只能用于輸出量，立即觸點(diǎn)指令只能用于輸入量。</p><p>　　9．跳轉(zhuǎn)指令和標(biāo)號(hào)指令必須成對(duì)使用。</p><p>　　1.6 梯形圖設(shè)計(jì)方法</p><p>　　1.6.1

20、 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法</p><p>　　經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法就是在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時(shí)需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編程元件和觸點(diǎn)，最后才能得到一個(gè)較為滿意的結(jié)果。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(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，所以把這種方法叫做經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。</p>

21、<p>　　1.6.2 繼電器電路移植法</p><p>　　繼電器電路移植法的一般步驟如下：</p><p>　　1．認(rèn)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(duì)繼電器控制電路中用到的低壓電器進(jìn)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(hào)燈等執(zhí)行

22、機(jī)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(hào)，它們的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，一般使用常開觸點(diǎn)。</p><p>　　繼電器電路中的中間繼電器和時(shí)間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時(shí)器來完成，它們與PLC的外部接線無關(guān)。</p><p>　　熱繼電器的常

23、閉觸點(diǎn)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。</p><p>　　4．用PLC的軟繼電器符號(hào)和I／O編號(hào)取代原繼電器控制電路中的電氣符號(hào)，畫出草圖。</p><p><b>　　5．整理梯形圖。</b></p><p>　　1.6.3

24、 順序控制設(shè)計(jì)法</p><p><b>　　1．順序控制的定義</b></p><p>　　順序控制是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個(gè)輸入信號(hào)作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間的順序，使生產(chǎn)過程中的每個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有步驟地進(jìn)行操作。</p><p>　　2．順序控制設(shè)計(jì)法的步驟</p><p>　?、俜治隼斫庀到y(tǒng)的控制要

25、求</p><p>　?、诖_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(gè)組成要素，即步、動(dòng)作、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖2

26、-1所示。</p><p><b>　　4．步的相關(guān)概念</b></p><p>　　將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)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(jìn)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(chǔ)器或順序控制繼電

27、器的地址來表示該步的編號(hào)。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的步稱為初始步，用雙線框表示。系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時(shí)，該步處于活動(dòng)狀態(tài)，稱該步為“活動(dòng)步”。</p><p><b>　　5．動(dòng)作的畫法</b></p><p>　　如果某一步有兩個(gè)或多個(gè)動(dòng)作，其畫法如圖1-5所示。</p><p>　　圖1-5 動(dòng)作的畫法</p>&l

28、t;p><b>　　6．轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換條件</b></p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換條件的表示方法</p><p>　　轉(zhuǎn)換條件的表示方法如圖1-6所示。</p><p>　　圖1-6 轉(zhuǎn)換條件的表示方法</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件</p><p>　?、僭撧D(zhuǎn)換所有的前級(jí)步都是

29、活動(dòng)步。</p><p>　?、谙鄳?yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。 </p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)應(yīng)完成的操作</p><p>　　①使所有的后續(xù)步變?yōu)榛顒?dòng)步。</p><p>　?、谑顾械那凹?jí)步變?yōu)椴换顒?dòng)步。</p><p>　　7．順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)</p><p&g

30、t;　　順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)有單序列、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1-7 順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　8．繪制順序功能圖時(shí)的注意事項(xiàng)</p><p>　?、賰蓚€(gè)步絕對(duì)不能直接相連

31、，必須用一個(gè)轉(zhuǎn)換將它們分隔開。 </p><p>　?、趦蓚€(gè)轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個(gè)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(yīng)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><

32、;p><b>　?、倮闷鸨Ｍ７椒?lt;/b></p><p>　　模板如圖1-8所示。</p><p>　　圖1-8 起保停模板</p><p>　?、诶弥梦缓蛷?fù)位指令</p><p><b>　　模板如1-9所示。</b></p><p>　　圖1-9 置位

33、—復(fù)位模板</p><p>　?、劾庙樞蚩刂评^電器指令</p><p>　　模板如圖1-10所示。</p><p>　　圖1-10 順序控制繼電器指令模板</p><p><b>　　1 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 PLC選型</p><p>

34、　　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(gè)不同的基本型號(hào)，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號(hào)。本次設(shè)計(jì)選用了CPU224型，其主要技術(shù)規(guī)范如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 CPU224特性</p><p>　　2.2 I/O分配及接線圖</p>

35、<p>　　本設(shè)計(jì)中，共有2個(gè)輸入按鈕，7個(gè)LED輸出，根據(jù)PLC外部接線圖，我們能得出I/O 分配表如表2-2 所示</p><p><b>　　I/O分配</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)共2個(gè)輸入，7個(gè)輸出，硬件電路如下圖所示：</p><p><b>　　3 軟件設(shè)計(jì)</b></p>

36、<p><b>　　3.1 順序功能圖</b></p><p><b>　　3.2 梯形圖</b></p><p><b>　　4 工作原理</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)共四個(gè)花樣顯示組成一個(gè)大循環(huán)。其中花樣1需要循環(huán)3遍；花樣2需5秒；花樣3需要循環(huán)3遍；花樣4需要循環(huán)3

37、遍。設(shè)置定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和比較指令，讓其在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得電。工作原理如下；</p><p>　　1.主程序：主程序目的是讓4個(gè)花樣顯示子程序得電，按下啟動(dòng)按鈕I0.0，中間繼電器M0.0、M0.1得電 ，然后T37開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)器C0開始計(jì)數(shù)，此時(shí)運(yùn)行子程序1。子程序1運(yùn)行結(jié)束后，計(jì)數(shù)器C0常開觸點(diǎn)閉合中間繼電器M0.2得電,接通花樣2的子程序，T38開始計(jì)時(shí)。當(dāng)T38計(jì)時(shí)時(shí)間到后，T38常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器M

38、0.2得電，接通花樣3的子程序，T39計(jì)時(shí)，C1開始計(jì)數(shù)。子程序3運(yùn)行結(jié)束，計(jì)數(shù)器C1常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器M0.3得電，接通花樣4子程序，T40計(jì)時(shí)，C2開始計(jì)數(shù)。子程序4運(yùn)行結(jié)束，計(jì)數(shù)器C2常開觸點(diǎn)閉合，計(jì)數(shù)器、時(shí)間繼電器都復(fù)位。然后T37重新開始計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)器C0重新開始計(jì)數(shù)，又開始運(yùn)行子程序1。</p><p>　　2.花樣1：題目要求花樣1共循環(huán)3次，彩燈要求為一個(gè)一個(gè)的點(diǎn)亮，時(shí)間間隔為2秒，完成本次循

39、環(huán)共需14秒，然后再循環(huán)3次。</p><p>　　3.花樣2：要求七盞燈同時(shí)閃（亮0.5S滅0.5S），時(shí)間共為5S，利用T38即可實(shí)現(xiàn)，閃和滅可采用SM0.5，這樣在5S內(nèi)可實(shí)現(xiàn)七盞燈同時(shí)閃（亮0.5S滅0.5S）。</p><p>　　4.花樣3：要求七盞彩燈依次都亮，間隔時(shí)間為1秒；然后反方向依次全滅；每次140秒，共循環(huán)3次; 利用T39和C1即可實(shí)現(xiàn)。</p>&

40、lt;p>　　5.花樣4：紅色彩燈閃（亮0.5s、滅0.5s）2次；然后紅色、橙色彩燈同時(shí)閃（亮0.5s、滅0.5s）2次；紅色、橙色、黃色彩燈同時(shí)閃（亮0.5s、滅0.5s）2次，每次140秒，共循環(huán)3次; 利用T40和C2即可實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　5 心得體會(huì)</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我意識(shí)到了課堂與實(shí)際的差距，知道了只

41、學(xué)課本是不行的，要想真正的學(xué)到東西還是需要學(xué)以致用的，提高了我的動(dòng)手和動(dòng)腦能力，更讓我們體會(huì)到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在PLC的基本原理以及編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步。我相信這會(huì)對(duì)我的設(shè)計(jì)上起到很大的幫助作用。我想要是記住一樣?xùn)|西，在學(xué)習(xí)上，每時(shí)每刻都有值得要學(xué)的東西。</p><p><b>　　6 參考資料&