1、 I 机电工程系 毕业设计论文 题 目 天塔之光 专业名称 机电一体化 学生姓名 指导教师 起止时间 2 目 录 毕业设计任务书 . 4 前 言 . 5 1 总体设计思路 . 6 2 PLC 的基础知识 . 7 2.1 PLC 概 述 . 7 2.1.1 PLC 的产生与发展 . 7 2.1.2 PLC 的特点 . 9 2.1.3 PLC 的应用领域 . 10 2.1.4 PLC 的常用编程语言 . 10 2.2 PLC 的结构和工作原理 . 12 2.2.1 PLC 的基本结构 . 12 2.2.2 PLC 的工作原理 . 14 2.2.3 PLC 的分类 . 15 2.2.4 PLC 的主
2、要技术指标 . 15 3 硬件设计 . 17 3.1 S7-200 系列 PLC 基本知识 . 17 3.1.1 S7-200 系列 PLC 概述 . 17 3.1.2 扩展模块 . 17 3.1.3 S7-200 的编程元件 . 18 3.1.4 S7-200 的数据长度和编址方式 . 20 3.1.5 注意事项 . 20 3.2 梯形图设计方法 . 22 3.2.1 经验设计法 . 22 3.2.2 继电器电路移植法 . 23 3.2.3 顺序控制设计法 . 23 3.2.4 I/O 分配及接线图 . 26 3 4 软件设计 . 27 4.1 顺序功能图 . 27 4.2 梯形图 . 27
3、 5.工作原理 . 36 6.心得体会 . 37 7.参考资料 . 38 4 毕业设计任务书 一、设计题目：“天塔之光” 彩灯 的 PLC 控制 二、控制要求 1“天塔之光”彩 灯示意图如下图所示。 2设计四种不同的彩灯花样。 3当启动开关 I0.0 闭合后，彩灯首先按花样 1 闪亮，循环 3 次后自动转至花样 2，循环 3 次后自动转至花样 3，循环 3 次后自动转至花样 4，循环 3 次后再自动转至花样 1，如此循环。 4启动开关断开，彩灯熄灭。 三、设计任务 1画出四种彩灯花样示意图 2画出 PLC 的 I/O 接线图。 3画出梯形图 4说明工作原理。 5编写 30000 字左右的设计说
4、明书。 四、参考资料 1黄净主编，电器及 PLC 控制技术，机械工业出版社， 2002。 2廖常初主编， PLC 编 程及应用第 3 版，机械工业出版社， 2008。 3杨长能、林小峰主编，可编程序控制器例题习题及实验指导，重庆大学出版社，2001。 天塔之光彩灯示意图 5 前 言 天 塔 之光控制系统主要应用在闪光灯或花样灯饰中，目前我国灯具市场的发展空间十分广阔。近年来，伴随我国人民生活水平逐年提高，城镇住宅建设以及室内装饰装修热度不减，人均住房面积的扩大，在促使一室一灯为一室多灯、增加局部照明的同时，所用灯具正逐步由低档产品向中高档产品发展，民用照明需求旺盛。按照城市小康家庭的消费标准，
5、客厅、饭厅、卧室、厨房、浴室都应安装不同类 别的灯饰，如台灯、落地灯、壁灯、天花灯、吊灯、壁柜灯、油烟机照明灯、镜前灯、夜间照明灯等等。从发展趋势上看，今后灯具 除了其外观及内在质量要求越来越优秀、时尚、体现个性等，对其功能细化、科技含量、节能环保等方面的要求也越来越高。作为与人们日常生活密切相关的灯饰市场需求，更是以每年 15左右的幅度增长。今年我国灯饰市场的需求量已经预期达到 6000 万台左右，在国际上已经名列前茅。 6 1 总体设计思路 本程序主要采用了 S、 R 指令，调用子程序指令以及比较指令对彩灯进行控制。闭合启动开 关 I0.0 后， T37 开始定时，在 0 12.秒内进行花
6、开变换 (L1-L2/L3/L4/L5-L6/L7/L8/L9-全灭 )并循环三次，即线圈 M0.5 得电，子程序 1 接通，执行花开程序；在 12-24 秒内进行花落变换（ L6/L7/L8/L9-L2/L3/L4/L5- L1-全灭）并循环 3 次 即线圈 M0.6 得电，子程序 2接通；在 24-36 秒内进行顺时针变换（ L1/L2/L9-L1/L5/L8-L1/L4/L7-L1/L3/L6 L1/01 ） 7 2 PLC 的基础知识 2.1 PLC概述 2.1.1 PLC 的产生与发展 1可编程控制器的名称演变 PLC 是可编程控制器（ Programmable Controller
7、）的简称，是一种在继电接触器控制技术和计算机控制技术的基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等基本功能，主要用来取代传统的继电器控制，因此，通常将其称为可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller）。随着微电子技术和计算机技术的发展，微处理器技术应用到 PLC 中，使 PLC 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、通 信联网等功能。但是，为了不与个人计算机（ Personal Computer）的简称 PC 相混淆，常常还将可编程控制器简称为 PLC。 2 PLC 产生的背景 继电器控制系统的特点 优点：简单易懂
8、，操作方便，价格便宜，容易掌握。 缺点：设备体积大，耗电多，开关动作慢，功能较少，接线复杂，触点易损坏，寿命短，改接麻烦，可靠性差，灵活性差。 计算机控制系统的特点 优点：功能完善，灵活性强，通用性好。 缺点：计算机技术复杂，编程很不方便，价格十分昂贵，抗干扰能力差。 3 GM10 条 1968 年，美国通用汽车公司 (GM 公司 )为了在每次汽车改型或改变工艺流程时不改动原有继电器柜内的接线，以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，而提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即 10 项招标技术指标。其主要内容如下： 编程简单，可在现场修改程序 ； 维护方便，最好是插件式
9、 ； 8 可靠性高于继电器控制柜 ； 体积小于继电器控制柜 ； 可将数据直接送入管理计算机 ； 在成本上可与继电器控制柜竞争 ； 输入可以是交流 115V； 输出为交流 115V、 2A 以上，能直接驱动电磁阀 ； 在扩展时，原系统只需很小变更 ； 用户程序至少能扩展到 4K。 4 PLC 的诞生 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，型号为 PDP-14，并在 GM 公司汽车生产线上首次应用成功。 5 PLC 的发展 第一代：从第一台可编程控制器诞生到 70 年代初期。其特点是： CPU 由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器； 第二代： 70 年代初
10、期到 70 年代末期。其特点是： CPU 采用微处理器，存储器采用 EPROM ； 第三代： 70 年代末期到 80 年代中期。其特点是： CPU 采用 8 位和 16 位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器 采用 EPROM、 EAROM、 CMOSRAM 等 ； 第四代： 80 年代中期到 90 年代中期。 PC 全面使用 8 位、 16 位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到 1us/步 ； 第五代： 90 年代中期至今。 PC 使用 16 位和 32 位的微处理器芯片，有的已使用 RISC芯片。 6 PLC 的地位 现代的 PLC 已成为现代工业控制的三大支柱（ PLC，机器人
11、和 CAD CAM）之一。 7我国 PLC 的发展 1974 年我国开始仿制美国的第二代 PLC 产品，但因元器件质量和技术问题等原因未能推广。直到 1977 年，我国才研制出第一台具有实用价值的 PLC，并开始批量生产和应用于工业过程的控制。由于使用单片 1 位处理器，因此，应用的规模较小，主要的控制方式是开关量控制。 9 随着我国改革开放政策的贯彻和落实，从 1982 年开始，先后有天津、厦门、无锡、大连、上海、北京等地的仪表厂、无线电厂和研究所等单位与美国、德国、日本等 PLC 的制造企业进行了合资或引进技术、生产流水线等，使我国 PLC 的应用有了较大的发展。 2.1.2 PLC 的特
12、点 1编程方法简单易学 考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯和应用微机的实际水平，PLC 配备有他们最容易接受和 掌握的梯形图语言。梯形图语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图非常接近。而且某些仅有开关量逻辑控制功能的 PLC 只有十几条指令。通过阅读 PLC 的使用手册或短期培训，电气技术人员或技术工人只要几天的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 2硬件配套齐全，用户使用方便 PLC 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定 PLC的硬件配置和外部接线。 PLC的安装接线也很方便。 3通用性强，适
13、应性强 PLC 的生产具有系列化和模块化特点，硬件配置 相当灵活，可以很方便地组成能满足各种控制要求的控制系统。组成系统后，如果工艺变化，可以通过修改用户程序，方便快速地适应变化。 4可靠性高，抗干扰能力强 绝大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。 PLC 采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。 PLC 的平均无故障间隔时间高，如日本三菱公司的 F1、 F2 系列 PLC 的平均无故障间隔时间长达 30 万小时，这是一般微机所不能比拟的。 5系统的设计、安装、调试工作量少 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电 器、计数器
14、等器件，控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。 PLC 的梯形图程序很容易掌握，设计和调试梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图花的时间要少得多。 6维修工作量小，维修方便 10 PLC 的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能。 PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据 PLC 上的指示灯或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因。用更换模块的方法可以迅速地排除 PLC 的故障。 7体积小，能耗低 以 F1-40M 型 PLC 为例，其外形尺寸为 305 ll0 110mm，功耗小于 25VA。由于体积小，PLC 很 容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。 2.
15、1.3 PLC 的应用领域 1开关量逻辑控制 2运动控制 3闭环过程控制 4数据处理 5通信联网 2.1.4 PLC 的常用编程语言 1梯形图 梯形图是一种图形语言，是目前 PLC 应用最广、最受电气技术人员欢迎的一种编程语言。在梯形图中仍沿用了继电器、线圈、常闭触点、常开触点、串并联等术语和图形符号，并增加了一些继电接触器控制中没有的符号，因此梯形图与继电接触器控制原理图相似，具有形象、直观、易懂等特点，如图 2-1 所示。 图 2-1 梯形图与语句表 图 2-2 功能块图 2语句表 语句表语言，就是用表示 PLC 各种功能的助记符和相应的器件编号组成的程序表达方式。例如 LD I0.1 。像这样的每句助记符编程语言就是一条指令或程序。助记符语言比微机中使用的汇编语言直观易懂，编程简单。但不同厂家制造的 PLC 所使用的助记符和器件编
