plc舞臺藝術(shù)彩燈課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 總體設(shè)計(jì)思路- 2 -</p><p>　　2 S7-200系列PLC基本知識- 3 -</p><p>　　2.1 S7-200系列PLC概述- 3 -</p><p>　　2.2 擴(kuò)展模塊- 3 -</p>&l

2、t;p>　　2.3 S7-200的編程元件- 4 -</p><p>　　2.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式- 5 -</p><p>　　2.5 編程注意事項(xiàng)- 6 -</p><p>　　2.6 梯形圖設(shè)計(jì)方法- 6 -</p><p>　　3 硬件設(shè)計(jì)- 10 -</p><p>

3、　　3.1 PLC選型- 10 -</p><p>　　3.2 I/O分配及接線圖- 10 -</p><p>　　4 軟件設(shè)計(jì)- 12 -</p><p>　　4.1 順序功能圖- 12 -</p><p>　　4.2 梯形圖- 13 -</p><p>　　5 工作原理- 20 -</p&

4、gt;<p>　　6 心得體會- 21 -</p><p>　　7 參考資料- 22 -</p><p><b>　　1 總體設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本次PLC課程設(shè)計(jì)題目為舞臺藝術(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?；?/p>

5、1中的要求首先紅色彩燈點(diǎn)亮；經(jīng)過2秒后自動熄滅，同時橙色彩燈點(diǎn)亮；經(jīng)過2秒后自動熄滅，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閃（亮0.5s、滅0.5s）；花樣3中要求七盞彩燈依次都亮，間隔時間為1秒；然后反方向依次全滅；如此循環(huán)。按下啟動按鈕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，完成一個大循環(huán)。

6、按下停止按鈕SB2，彩燈停止工作。</p><p>　　乍一看設(shè)計(jì)題目如此復(fù)雜、繁瑣。采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法將會為本次設(shè)計(jì)帶來不必要的麻煩，應(yīng)采用順序控制法。程序較復(fù)雜毫無章法可循。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)行來完成一個大循環(huán)且控制對象為七盞彩燈的亮滅。綜合考慮，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)雜但是卻是按照時間順序的方法走下去，每一步對應(yīng)著彩燈花樣的變化，采用傳送

7、指令可滿足對彩燈變化要求。</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應(yīng)的時間內(nèi)得電，各個子程序編寫對應(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><p>　　2 S7-200系列PLC基本知識</p><p>　　2.1 S7-200系

8、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個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號，其主要技術(shù)規(guī)范如表2-1所示。</p><p>　　表2-1 S7-200CN CPU主要技術(shù)規(guī)范</p><p><b

9、>　　2.2 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CPU模塊放在最左側(cè)，擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(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

10、別如表2-2、表2-3所示。</p><p>　　表2-2 模擬量擴(kuò)展模塊</p><p>　　表2-3 數(shù)字量擴(kuò)展模塊</p><p>　　2.3 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>　　編號范圍：I0.0--I15.7</p>

11、;<p>　　功能：專門用來接收從外部開關(guān)發(fā)來的信號。</p><p>　　2. 輸出映像寄存器（輸出繼電器）Q</p><p>　　編號范圍：Q0.0--Q15.7</p><p>　　功能：專門用來將輸出信號傳送給外部負(fù)載。</p><p><b>　　3. 定時器T</b></p>&l

12、t;p><b>　　定時器的分類</b></p><p>　　按分辨率來分，有1ms、10ms、100ms三種定時器。按工作方式來分，有通電延時定時器（TON）、斷電延時型定時器（TOF）和保持型通電延時定時器（TONR）三種。</p><p>　　定時時間： 定時時間=預(yù)置值×時基</p><p>　　

13、4. 位存儲器（中間繼電器）M</p><p>　　位存儲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。地址編號范圍為M0.0--M31.7共256點(diǎn)。</p><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數(shù)。</p>&

14、lt;p>　　計(jì)數(shù)器的編號：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 32位的累加器，其地址編號為AC0--AC3。累加

15、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. 幾個常用的特殊存儲器SM</p><p>　　SM0.0：運(yùn)行監(jiān)視繼電器</p><p>　　當(dāng)PLC運(yùn)行時，SM0.0自動處于接通狀態(tài)，當(dāng)PLC停止運(yùn)行時，SM0.0處于斷開狀態(tài)。</p>&

16、lt;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%的時鐘脈沖。</p><p>　　SM0.5:周期為1秒鐘占空比為50%的時鐘脈沖。</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)

17、現(xiàn)順序功能圖的編程。順序控制繼電器的地址編號范圍為S0.0--S31.7。</p><p>　　2.4 S7-200的數(shù)據(jù)長度和編址方式</p><p>　　1. S7-200的數(shù)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個二進(jìn)制數(shù)為1位，8個相連的二進(jìn)制位為1個字節(jié)（B），2個字節(jié)組成1個字（W），2個字組成1個雙字（D）

18、。</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.位號，如I0.0、Q2.0、M1.2等。</p><p>　　字節(jié)編址：區(qū)域標(biāo)志符+B+字節(jié)號，如IB0、QB2、VB20等。</p><p>　　字編址：區(qū)域標(biāo)志符+W+起始字節(jié)號，如VW0表示由VB0和VB1這2字節(jié)組成的字。</p

19、><p>　　雙字編址：區(qū)域標(biāo)志符+D+起始字節(jié)號，如VD0表示由VB0到VB3這4字節(jié)組成的雙字。</p><p>　　2.5 編程注意事項(xiàng)</p><p>　　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&

20、gt;<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．地址編號中不可以出現(xiàn)XX.8和XX.9。</p><p>　　7．定時器和計(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

21、點(diǎn)指令只能用于輸入量。</p><p>　　9．跳轉(zhuǎn)指令和標(biāo)號指令必須成對使用。</p><p>　　2.6 梯形圖設(shè)計(jì)方法</p><p>　　2.6.1 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)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復(fù)地調(diào)試和修改梯形圖，增加一些中間編

22、程元件和觸點(diǎn)，最后才能得到一個較為滿意的結(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><p>　　2.6.2 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

23、及有關(guān)資料，深入理解控制要求。</p><p>　　2．對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、信號燈等執(zhí)行機(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，它們的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，一

24、般使用常開觸點(diǎn)。</p><p>　　繼電器電路中的中間繼電器和時間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時器來完成，它們與PLC的外部接線無關(guān)。</p><p>　　熱繼電器的常閉觸點(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PL

25、C的軟繼電器符號和I／O編號取代原繼電器控制電路中的電氣符號，畫出草圖。</p><p><b>　　5．整理梯形圖。</b></p><p>　　2.6.3 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

26、個輸入信號作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，使生產(chǎn)過程中的每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動有步驟地進(jìn)行操作。</p><p>　　2．順序控制設(shè)計(jì)法的步驟</p><p>　　①分析理解系統(tǒng)的控制要求</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>&l

27、t;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>　　順序功能圖有五個組成要素，即步、動作、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和有向連線，如圖2-1所示。</p><p><b>　　4．步的相關(guān)概念</b></p><p>　　將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階

28、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器或順序控制繼電器的地址來表示該步的編號。與系統(tǒng)的初始狀態(tài)相對應(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，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。</p><p><b>　　

29、5．動作的畫法</b></p><p>　　如果某一步有兩個或多個動作，其畫法如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 動作的畫法</p><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

30、圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 轉(zhuǎn)換條件的表示方法</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的條件</p><p>　　①該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。</p><p>　　②相應(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>&l

31、t;p>　?、偈顾械暮罄m(xù)步變?yōu)榛顒硬健?lt;/p><p>　?、谑顾械那凹壊阶?yōu)椴换顒硬健?lt;/p><p>　　7．順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　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

32、列</p><p>　　圖2-4 順序功能圖的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　8．繪制順序功能圖時的注意事項(xiàng)</p><p>　?、賰蓚€步絕對不能直接相連，必須用一個轉(zhuǎn)換將它們分隔開。 </p><p>　?、趦蓚€轉(zhuǎn)換也不能直接相連，必須用一個步將它們分隔開。</p><p><b>　?、鄄灰┑舫跏疾?/p>

33、。</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><p><b>　?、倮闷鸨Ｍ７椒?lt;/b></p><p>　　模板如圖2-54所示。</p><p>　　圖2-5 起保停模板

34、</p><p>　?、诶弥梦缓蛷?fù)位指令</p><p>　　模板如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 置位—復(fù)位模板</p><p>　?、劾庙樞蚩刂评^電器指令</p><p>　　模板如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7 順序控制繼電器指令模板</p

35、><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 PLC選型</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個不同的基本型號，常見的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四種基本型號。本次設(shè)計(jì)選用了CPU224型，其主要技

36、術(shù)規(guī)范如表2-1所示。</p><p>　　表3-1 CPU224特性</p><p>　　3.2 I/O分配及接線圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，共有2個輸入按鈕，7個LED輸出，根據(jù)PLC外部接線圖，我們能得出I/O 分配表如表4-1 所示</p><p><b>　　I/O分配</b></p>

37、<p>　　本次課程設(shè)計(jì)共2個輸入，7個輸出，硬件電路如下圖所示：</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 順序功能圖</b></p><p><b>　　4.2 梯形圖</b></p><p><b>　　5

38、 工作原理</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)共四個花樣顯示組成一個大循環(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遍。設(shè)置定時器、計(jì)數(shù)器和比較指令，讓其在規(guī)定的時間內(nèi)得電。工作原理如下；</p><p>　　1.主程序：主程序目的是讓4個花樣顯示子程序得電，按下啟動按鈕I0.0，中間繼電器M0.0、M0.1得電 ，然后T37開始計(jì)時，

39、計(jì)數(shù)器C0開始計(jì)數(shù)，此時運(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。當(dāng)T38計(jì)時時間到后，T38常開觸點(diǎn)閉合，中間繼電器M0.2得電，接通花樣3的子程序，T39計(jì)時，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，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、時間繼電器都復(fù)位。然后T37

40、重新開始計(jì)時，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，彩燈要求為一個一個的點(diǎn)亮，時間間隔為2秒，完成本次循環(huán)共需14秒，然后再循環(huán)3次。</p><p>　　3.花樣2：要求七盞燈同時閃（亮0.5S滅0.5S），時間共為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)七盞燈同時閃（亮0.5S滅0.5S）。&

41、lt;/p><p>　　4.花樣3：要求七盞彩燈依次都亮，間隔時間為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><p>　　5.花樣4：紅色彩燈閃（亮0.5s、滅0.5s）2次；然后紅色、橙色彩燈同時閃（亮0.5s、滅0.5s）2次；紅色、橙色、黃色彩燈同時閃（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)。&l

42、t;/p><p><b>　　6 心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我意識到了課堂與實(shí)際的差距，知道了只學(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，提高了我的動手和動腦能力，更讓我們體會到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，使我得到了一次用專業(yè)知識、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

43、邁了一大步。我相信這會對我的設(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，每時每刻都有值得要學(xué)的東西。</p><p><b>　　7 參考資料</b></p><p>　　1．廖常初主編，《S7-200 PLC 編程及應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社，2007。</p><p>　　2．韓金玲主編，《PLC應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)與課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，河