1、 PAGE20 / NUMPAGES20目 錄TOC o 1-2 h z uHYPERLINK l _Toc338437663第一章課程設計任務書HYPERLINK l _Toc3384376641 課程設計任務HYPERLINK l _Toc3384376652 課程設計目的HYPERLINK l _Toc3384376663 課程設計要求HYPERLINK l _Toc3384376674 課程設計容HYPERLINK l _Toc3384376675 課程設計報告要求.6 課程設計進度安排.7 課程設計考核辦法.HYPERLINK l _Toc338437668第二章PLC的簡介HYPE

2、RLINK l _Toc3384376692.1 PLC基本概念HYPERLINK l _Toc3384376702.2 PLC的基本結構HYPERLINK l _Toc3384376712.3 PLC編程語言HYPERLINK l _Toc3384376732.4 PLC的工作原理HYPERLINK l _Toc338437675HYPERLINK l _Toc338437676第三章總體設計方案HYPERLINK l _Toc3384376774.1控制要求HYPERLINK l _Toc3384376784.2設計思路HYPERLINK l _Toc3384376794.3 PLC外部接

3、線圖HYPERLINK l _Toc3384376804.4 I/O分配表HYPERLINK l _Toc3384376814.5 PLC梯形圖HYPERLINK l _Toc338437688第四章個人小結第五章HYPERLINK l _Toc338437689參考文獻第一章課程設計任務書題目：霓虹燈控制系統的設計一、課程設計任務本課題要求設計一個霓虹燈控制系統，具體指標是：使用實驗臺上的輸出接口單元模塊（如下圖1所示），自行設計3種醒目有趣的霓虹燈顯示方式，各種顯示方式由轉換開關進行切換。顯示方式切換時，所有燈全部熄滅，按動啟動按鈕，就開始按照設計的方式顯示，按動停止按鈕則全部熄滅。二、課

4、程設計目的通過本次課程設計使學生掌握：1）Step7Micro/Win32編程軟件的使用方法和梯形圖、SFC圖編程語言的運用；2）實際程序的設計與實現方法；3）程序的調試和運行操作技術。從而提高學生對PLC控制系統的設計和調試能力。 三、課程設計要求1、采用狀態轉移圖SFC圖或經驗設計法設計PLC控制程序。2、設計的三種顯示方式為：（請自行設計）方式一：方式二： 方式三： 圖1 輸出接口單元模塊四、課程設計容1、通過基本簡單實驗熟悉與本設計相關的實驗臺模塊；2、霓虹燈控制系統設計；3、硬件接線圖、程序清單。五、課程設計報告要求報告應采用統一的報告紙書寫，應包括評分表、封面、目錄、正文、收獲、參

5、考文獻。報告中提供如下容：1、目錄2、正文（1）課程設計任務書；（2）總體設計方案；（3）I/O分配表，PLC外部接線圖，程序中使用的元件與功能表；（4）程序控制的SFC圖、梯形圖或指令表清單，注釋說明；（5）調試、運行與其結果；3、收獲、體會4、參考文獻六、課程設計進度安排周次工作日工作容第一周1布置課程設計任務，熟悉實驗臺，查找相關資料2根據設計任務，完成總體設計方案（硬件選型、分配IO點等）3完成硬件接線，編寫程序并調試4編寫程序并調試5答辯，完成課程設計報告本課題共需一周時間七、課程設計考核辦法本課程設計滿分為100分，從課程設計平時表現、課程設計報告與課程設計答辯三個方面進行評分，其

6、所占比例分別為20%、20%、60%。第二章PLC的簡介2.1 PLC基本概念早期的可編程控制器乘坐可編程邏輯控制器（programmable Logic controller PLC）,主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種采用微型計算機技術的工業控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PLC。但是為了避免與個人計算機（personal computer）的簡稱混淆，所以講可編程控制器簡稱PLC，PLC自1969年美國數據設備公司(DEC)研制出現，現行美國，日本，德國的可編程程序控制器質量優良，功能強大。2.2 PLC的結構組成PLC

7、結構多種多樣。但其組成的般原理基本相向，都是以微處理器為核心的結構，其功能的實現不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支持實際上可編程控制器就是一種新型的工業控制計算機。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)、電源和編程器等幾部分組成，其結構框圖如圖2-1所示（一）、中央處理單元(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。通用微處理器如8080、8086、80286、80385等、單片機如8031、8096等、位片式微處理器(如AM2900、AM 2901、AM2093等)?？删幊炭刂破鞯臋n次越高

8、CPU的位數也越多、運算進度也越快，功能指今越強。FX2系列可編程控制器使用的微處理器是l 6位的8096單片機。（二）、存儲器可編程控制器配有兩種存儲器：系統存儲器和用戶存儲器。系統存儲器存放系統管理程序，用戶存儲器存放用戶編制的控制程序。小型可編程控制器的存儲器容量般在8K字節以下。常用的存儲器有CMOS RAM 和EPROM、EEPROM。CMOS RAM是種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序生成用戶數據區，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。CMOS RAM存儲器是種高密度、低功耗、價格便宜的半導體存儲器，可用鋰電池作備用電源。掉電時，可以有效地保持存儲的信息。鋰電他的壽命一般為

9、(530)年，若經常帶負載可維持(25)年。EPROM、EEPROM都是只讀存儲器。往往用這些類型存儲器固化系統管理程序和用戶程序，EEPROM存儲器又可寫成E2PROM，它是一種電可擦除可編程的只讀存儲器既可按字節進行擦除。又有可整片擦除的功能。（三）、輸入輸出單元(I/O單元)實際生產過程中的信號電平是多種多樣的，外部執行機構所需的電平也是干差萬別的，而可編程控制器的CPU所處理的信號只能是標準電平。正是通過輸入輸出單元實現了這些信號電平的轉換。I/O單元實際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC上輸入接口的輸人器件是各種開關、按鈕

10、、傳感器等。PLC的各種輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流型和直流型，高電壓型和低電壓型、電壓型和電流型之分。 (1)、輸入接口電路各種PLC的輸入電路大都一樣，通常有三種類型：一種是直流(12-24)v輸入。另一種是交流(100-120)v、(200-240)V輸入，第三種是交直流12一24V輸入。外界輸入器件可以是無源觸點或者有源傳感器的集電極開路的晶體管，這些外部輸入器件是通道PLC輸人端子與PLC相連的。PLC輸人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。當輸入開關閉合時，一次電路中流過電流，輸入指示燈亮光耦合器被激勵三極管從截

11、止狀態變為飽和導通狀態，這是一個數據輸入過程。 (2)、輸出接口電路PLC的輸出有三種形式：繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸比。 通常，PLC的制造廠商為用戶提供多種用途的I/O單元。從數據類型上看有開關量和模擬量；從電壓等級上看有直流和交流；從速度上看有低速和高速，從點數上看有多種類型；從距離上看可分為本地I/O和遠程I/O。遠程I/O單元通過電纜與CPU單元連接、可放在距CPU單元數百米遠的地力。（四）、電源單元PLC的供電電源是一般市電、也有用直流24v供電的。PLC對電源穩定度要求不高，一般允許電源電壓額定值在+10%-15%的圍波動。PLC有一個穩壓電源用于對PLC的CPU單元和I/

12、O單元供電小型PLC電源往往和CPU單元合為體，型PLC都有專門電源單元，有些PLC電源部分還有以24v DC輸出，用于對外部傳感器供電，但電流往往是毫安級。（五）、編程器編程器是PLC的最重要外圍設備，利用編程器將用戶程序送入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視PLC的工作狀態。編程器般分簡易型編程器和智能型編程器，小型PLC常用簡易型編程器大中型PLC多用智能型CRT編程器，除此以外，在個人計算機上添加適當的硬件接口和軟件包。即可用個人計算機為PLC編程。利用微機作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。2.3、PLC的編程語言PLC是一種工業控制計算機。不光

13、有硬件，軟件也必不可少，一提到軟件就必然和編程語言相聯系。不同廠家、甚至不同型號的PLC的編程語言只能適應自己的產品。目前PLC常用的編程語言有四種，梯形圖編程語言、指令語句表編程語言、功能圖編程語音、高級編程功能語言。梯形圖編程語形象直觀，類似電氣控制系統中繼電器控制電路圖，邏輯關系明顯；指令語句表編程語言雖然不如梯形圖編程語言直觀，但有鍵入方便的優點；功能圖編程語言和高級編程語言需要比較多的硬件設備。（一）梯形圖編程語言該語言習慣上叫梯形圖。梯形圖沿襲了繼電器控制電路的形式，也可以說，梯形圖編程語言是在電氣控制系統中常用的繼電器接觸器邏輯控制基礎下簡化了符號演變而來的。形象、直觀、實用，電

14、氣技術人員容易接受，是目前用得最多的一種PLC編程語言。繼電器接觸器電氣控制電路圖和PLC梯形圖示于圖2-4中，由圖可見兩種控制電路圖邏輯含義是樣的，但具體表達方法卻有本質區別。PLC梯形圖中的繼電器、定時器、計數器不是物理繼電器、物理定時器、物理計數器，這些器件實際上是存儲器中的存儲器，因此稱為軟器件。相應位為“1”狀態，表示繼電器線圈通電或常開接點閉合或常閉接點斷開。PLC的梯形圖是形象化的編程語言，梯形圖左右兩端的母線是不接任何電源的。梯形圖中并沒有真實的物理電流流動而僅僅是概念電流虛電流或稱為假想電流。把PLC梯形圖左邊路線假想為電源相線而把右邊母線假想為電源地線：假想電流只能從左向右

15、流動層次改變只能先上后下。假想電流是執行用戶程序時滿足輸出執行條件的形象理解。PLC梯形圖中每個網絡由多個梯級組成。每個梯級輸出一個或多個支路組成并出個輸出入件構成，但右邊的元件必須是輸出元件。例如圖2-4b中梯形圖由兩個梯級組成，梯級1）中有4個編程元件(X1、X2、Y1和Y2)，最右邊的Y1是輸出元件。梯形圖中每個編程元件應按一定的規則加標字母數字串，不同編程元件常用不同的字母符號和定的數字串來表示，不同廠家的PLC使用的符號和數字串往往是不一樣的。（二）指令語句表編程語言這種編程語言是一種與計算機匯編語言相類似的助匯符編程方式，用一系列操作指令組成的語句表將控制流程描述出來，并通過編程器

16、送到PLC中去。需要指出的是，不同廠家的PLC指令語句表使用的助記符并不一樣因此，一個一樣功能的梯形圖。書寫的語句表并不一樣。表2-1是三菱電機公司FX型PLC指令語句完成圖24b功能編寫的程序。指令語句表是由若干條語句組成的程序。語句是程序的最小獨立單元。每個操作功能由條或幾條語句來執行。PLC的語句表達形式與微機的語句表達式相類似也是由操作碼和操作數兩部分組成。操作碼用助記符表不(如L1表示取、OR表示或等)，用來執行要執行的功能，告訴PLC該進行什么操作，例如邏輯運算的與、或、非；算術運算的加、減、乘、除；時間或條件控制中的計時、計數、移位等功能。操作數一般由標識符和參數組成。標識符表示

17、操作數的類別，例如表明是輸入繼電器、輸出繼電器、定時器、計數器、數據寄存器等。參數表明操作數的地址或一個預先設定值。（三）、功能圖編程語言這是一種較新的編程方法。它是用像控制系統流程圖一樣的功能圖表達一個控制過程，目前國際電工協會(IEC)正在實施發展這種新式的編程標準。不同廠家的PLC對這種編程語言所用的符號和名稱也不一樣。三菱PLC叫功能圖編程語言，而西門子PLC叫控制系統流程圖編程語言。圖2-5是一個先”與”后“或”操作的功能圖編程語言圖。（四）高級語言編程近幾年推出的PLC，尤其是大型PLC，已開始用高級語言進行編程，有的PLC采用類似PASCAL語言的專用語言，系統軟件具有這種專用語

18、言的自動編譯程序。采用高級語言編程后，用戶可以象使用普通微型計算機一樣操作PLC。除了完成邏輯功能外，還可以進行PID調節、數據采集和處理以與與上位機通信等。2.4、PLC的工作原理（一）、 PLC的編程器件概述PLC部有多具有不同功能的插件，實際上這些器件是由電子電路和存儲器組成的。例如輸入繼電器X是由輸人電路和映象輸入接點的存儲器組成；輸出繼電器Y是由輸出電路和映象輸出接點的存儲器組成；定時器T，計數器C、輔助繼電器M、狀態器S、數據寄存器D、變址寄存器VZ等都是由存儲器組成的。為了把它們與通常的硬器件區分開，我們通常把上面的器件稱為軟器件，是等效概念抽象模擬的器件。并非實際的物理器件。從

19、工作過程看，我們只注重器件的功能按器件的功能給名稱，例如輸入繼電器x、輸出繼電器Y等、而且每個器件都有確定的地址編號這對編程十分重要；需要特別指出的是，不同廠家、甚至同廠家的不同型號的PLC編程器件的數量和種類都不一樣，下面我們以FX小型PLC為藍本，介紹編程器件。（二）、FX 2系列PLC編程器件1、輸入繼電器(X0一X177 輸入繼電器與PLC的輸入端相連、是PLC接收外部開關信號的接口。與輸人端子連接的輸入繼電器是光電隔離的電子繼電器，其線圈、常開接點、常間接點與傳統硬繼電器表示方法一樣，如圖2-6左邊所示。這里常開接點、常閉接點的使用次數不限，這些接點在PLC可以自由使用，FX2型PL

20、C輸入繼電器采用八進制地址編號，X0X177最多可達128點。輸入繼電器必須有外部信號來驅動不能用程序驅動。2、輸出繼電器Y0Y177輸出繼電器的外部輸出接點連接到PLC的輸出端子上，輸出繼電器是PLC是用來傳送信號到外部負載的元件，如圖2-6右邊所示。每一個輸出繼電器有一個外部輸出的常開接點。而部的軟接點，不管是常開還是常閉都可以無限次的自由使用。輸出繼電器的地址編號也是八進制。Y0Y177，最多可達128點。3、輔助繼電器M PLC部有很多輔助繼電器，它的常開常閉接點在PLC部編程時可以無限次的自由使用。但是這些接點不能直接驅動外部負載外部負載必須由輸出繼電器的外部接點來驅動。在邏輯運算中

21、經常需要些利用繼電器作為輔助運算用，這些器件持往用作狀態暫存、移位等運算。另外，輔助繼電器還具有一些特殊功能。下面是幾種常見的輔助繼電器。（1）通用輔助繼電器M0M499通用輔助繼電器按十進制地址編號M0M499共的500點(在FX型PLC中除輸入輸出繼電器外，其它所有器件都是十進制編號)。（2）斷電保持輔助繼電器M500M1023(524點)PLC在運行中若發生停電輸出繼電器相通用輔助繼電器全部成為斷開狀態。上電后，除了PLC運行時被外部輸入信號接通的以外，其它仍斷開。不少控制系統要求保持斷電瞬間狀態。斷電保持輔助繼電器就是用于此場合，斷電保持是由PLC裝鋰電池支持的。（3）特殊輔助繼電器M

22、80008255(256點)PLC有256個特殊輔助繼電器，這些特殊輔助繼電器各自具有特定的功能；下面可分兩大類： 1）只能利用其接點的持殊輔助繼電器。線圈由PLC自動驅動，用戶只可以利用其接口。例如：M8000為運行監控用PLC運行時M8000接通。 M8002為僅在運行開始瞬間接通的初始脈沖特殊輔助繼電器。 M8012為產生100ms時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。 2）可驅動線圈型特殊輔助繼電器，用戶激勵線圈后，FLC作特定動，例如： M8030為鋰電池電壓指示燈特殊輔助繼電器，當鋰電池電壓跌落時，燈亮，提醒PLC維修人員，需要趕快調換鋰電池了。 M8033為PLC停止時輸出保持特殊輔助繼電器

23、。 M8034為禁止全部輸出特殊輔助繼電器。 M8039為定時掃描特殊輔助繼電器。需要說明的是未定義的特殊輔助繼電器不可在用戶程序中使用。輔助繼電器的常開常閉接點在PLC部可無限次的自由使用。4、狀態器S狀態器S是構成狀態轉移圖的重要軟器件它與后述的步進順控指令配合使用.通常狀態器軟器件有下面五種類型：1）初始狀態器S0S9共10點。2）回零狀態器Sl0S19共10點。3）通用狀態器S20S499共480點。4）保持狀態器S500S899共400點。5）報警用狀態器S900S999共l00點。這100個狀態器器件可用作外部故障診斷輸出。狀態器的常開和常閉接點在PLC可以自由使用，且使用次數不限

24、。不用步進順控指令時，狀態器S可以作為輔助繼電器M在程序中使用。5、定時器T0T255定時器在PLC中的作用相當于一個時間繼電器，它有一個設定值寄存器(個字長)，一個當前值寄存器(個字長)以與無限個接點(一個位)。對于每個定時器，這三個量使用同地址編號名稱但使用場合不一樣，其所指也不樣。通常在一個PLC中有幾十至數百個定時器T。（1）定時器的動作與地址編號在PLC定時器是根據時鐘脈沖累積計時的時鐘脈沖有1ms，、10ms、l00ms三檔當所計時間到達設定位時，輸出接點動作。定時器可以用用戶程序存儲器的常數K作為設定值，也可以用后述的數據臺存器D的存作為設定值。這里使用的數據寄存器應有斷電功能。

25、定時器的地址編號、設定值是這樣規定的：1)常規定時器T0T245100ms定時器T0一T199共200點，每個設定值圍為0.13276.7s； 10ms定時器T200T245共46點，每個設定值圍（0.01327.67）s。圖27是定時器的工作原理圖。當驅動輸入X0接通時，地址編號為T200的當前值計數器對10ms時鐘脈沖進行累積計數，當該值與沒定值K123相等時，定時器的輸出接點就接通，即輸出接點是在驅動線圈后的1230.011.23s時動作。驅動輸入x0斷開或發生斷電時，計數器就復位、輸出接點也復位。2）積算定時器T 246一T2551ms積算定時器T246一T 249共4點每點設定值圍為

26、(0.001一32.767)s；100ms積算定時器T250一T255共6點每點設定值圍(0.13276.7)s。圖2.8是積算定時器工作原理圖。當定時器線圈250的驅動輸入X1接通時，T250的當前值計數器開始累積100ms的時鐘脈沖的個數當該值與設定值K345對相等時，定時器的輸出接點接通。當計數中間驅動輸入Xl斷開或停電時、當前值可保持。輸入X1再接通或復電時計數繼續進行，當累積時間為(0.1345)s34.5s時。輸出接點動作。當復位輸入X 2接通時，計數器就復位，接點也復位。（2）接點的動作時序接點動作次序如圖2-9所示、定時器在其線圈被驅動后開始計時，到達設定值后，在執行第個線圈指

27、令時、其輸出接點動作。從驅動定時器線圈到其接點動作稱為定時器接點動作精度時間t，tT+T0。式中，T為定時器設定時間單位為s；T0為掃描周期。單位為s；a為定時器的時鐘周期，1ms、10ms、l 00ms的定時器對應為0.001，0.01，0.1。單位為s。第三章總體設計方案4.1控制要求使用實驗臺上的輸出接口單元模塊（LO-L7，L10-L17,L20-L27）,自行設計3種醒目有趣的霓虹燈顯示方式，各種顯示方式由轉換開關進行切換。顯示方式切換時，所有燈全部熄滅，按啟動按鈕就開始按照設計的方式賢惠，按停止則全部熄滅。4.2設計思路顯示方式一：轉換開關“0”檔用霓虹燈顯示：“+”；“”；“*”

28、；“=”。如此循環。顯示方式二：轉換開關“1”檔用霓虹燈顯示：從L0開始依次亮，每過0.2秒點亮下一盞燈，直到L27燈點等到L27點亮后又重復上述循環。顯示方式三：轉換開關“2”檔用霓虹燈顯示：最下面三排霓虹燈點亮，再最上面三排霓虹燈點亮，最后所有燈都點亮。如此循環。4.3 PLC外部接線圖4.4 I/O分配表SA0SA1SA2工作方式100顯示方式一010顯示方式二001顯示方式三(1)轉換開關控制功能輸入設備序號名稱元件文字符號輸出地址1啟動按鈕SB1X0032停止按鈕SB2X0043顯示方式一SA0X0004顯示方式二SA1X0015顯示方式二SA2X002輸出設備6霓虹燈顯示燈L0Y0

29、007L1Y0018L2Y0029L3Y00310L4Y00411L5Y00512L6Y00613L7Y00714L10Y01015L11Y01116L12Y01217L13Y01318L14Y01419L15Y01520L16Y01621L17Y01722L20Y02023L21Y02124L22Y02225L23Y02326L24Y02427L25Y02528L26Y02629L27Y027（2）I/O地址分配與控制功能4.5 PLC梯第四章個人小結和學別的學科一樣，在學完PLC理論課程后我們做了課程設計，此次設計以分組的方式進行。我們做的是霓虹燈控制系統的設計。由于平時大家都是學理 論，

30、沒有過實際開發設計的經驗，拿到題目時候都不知道怎么做。但通過各方面的查資料并學習，我們基本學會了PLC 設計的步驟和基本方法。分組工作的方式給了我與同學合作的機會，提高了與人合作的意識與能力。 通過這次設計實踐。我學會了 PLC 的基本編程方法，對 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節不加重視，當我們把自己想出來的程序寫到PLC中的時候，問題出現了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果不相符合。 通過過解決一個個在調試中出現的問題，我們對 PLC 的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。通過合作，我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人負責一定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流家積極發言和提出意見，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現，積極向同學說明自己的想法。能過比