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1、PLC原理及应用课程设计彩灯广告屏的PLC控制张键201821010128江润鹏201821010109指导教师漆海霞学院名称工程学院专业名称自动化论文提交日期2021年05月20日论文答辩日期2021年05月20日1前言.1.1 设计题目.1.2 设计内容1. 3设计要求.2方案比较及系统框图.1.1 方案一.2. 2*62.372. 4)Ij1卜,月83硬件接线图及流程图93. 2系统控制总流程图104软件编写，系统模拟运行仿真调试及结果124. 1软继电器注释124.2七彩灯广告屏梯形图程序介绍124. 3*fv165. 4ji176. 21.22.23.246小组分工.参考文献附录1前
2、百1.1设计题目任务描述彩灯在我们日常生活中随处可见的，无论是美化，亮化工程，还是企业的广告宣传，都借助与彩灯的形势，使得各个城市的夜晚光彩夺目，缤彩纷呈。这些彩灯可以是用霓虹灯管制成各种形状和各种颜色的灯管，也可以是用白炽灯或者日光灯做光源，照亮大幅或巨幅的宣传画彩灯控制可以达到宣染效果，是通过控制全部或者部分彩灯的亮和灭，闪烁的频率，灯的亮度及灯光流的方向来实现。在不太复杂的彩灯控制中，一般可以采用单片机或者各种专用的彩灯控制器来实现，本设计是采用PLC来完成课题设计的。控制任务和要求彩灯广告屏，其示意图如图1所示：图1彩灯广告屏示意图彩灯和流水灯的时序图如图2所示:E卦mII9sIO三I
3、9s222sI22s厂M3I20sl-245I119三5三Gs119三5Il三9sI28与lXIGI14sI9sI30sI-5IXT7I12三I七I32三I七IIo三I345名动IIIIIIIVVVI1S三ISs图2彩灯和流水灯的时序图1.2 设计内容对彩灯控制器的要求如下：广告屏中间部分有8根彩灯管，从左到右排列，编号l-80系统启动以后,灯管点亮的顺序依次为：1-2-3-4-5-6-7-8号，时间间隔为1秒，8根彩灯管全亮后，持续10秒，然后按照8-7-6-5-4-3-2-1号的顺序依次熄灭，时间间隔为1秒。灯管全熄灭后等待2秒，在从8号灯管开始，按照8-7-6-5-4-3-2-1号的顺序
4、依次点亮，时间间隔为1秒，灯管全亮后，持续20秒，再按照1-2-3-4-5-6-7-8号的顺序熄灭，时间间隔仍为1秒，灯管全熄灭后等待2秒，再重新开始上述的过程的循环。广告屏四周安装有24只流水灯，4只一组，共分成6组即(ITlTIlTV-V-VI)o系统启动以后，按照从I-VI顺序，间隔为1秒点亮并循环。18秒后，按照VI-I的顺序，依次点亮并进行循环。再按照I-VI的顺序循环往复，直到系统停止工作。系统用启动按钮和停止按钮操作，并有单步/连续控制。各个彩灯的工作电压均为220VACo1.3 设计要求(1)根据系统控制要求设计控制系统的整体方案；确定控制系统的IO测控点表。(实验室提供的是西
5、门子PLC:CPU224,14输入/10输出共24个数字量I/O点)。(2)选用参数检测元件及变送器；并画出系统硬件接线框图；(3)分析控制系统的控制要求，确定控制系统程序的主流程图；(4)编写梯形图程序；(5)模拟仿真调试，联机调试。2方案比较及系统框图实现彩灯广告屏的控制有多种方法可以实现，本实验分别采用了三种方法对灯管及流水灯进行控制，分别是：方案一：利用多个定时器进行定时，定时时间到时各定时器执行对应的开关量控制；方案二：利用比较指令并配合定时器实现彩灯广告屏的时序控制。下面就以上两种控制方式进行详解并进行对比。2.1方案一利用多个定时器进行定时，定时时间到时各定时器执行对应的开关控制
6、。具体操作是利用S7-200型号PLC内部提供的100mS定时器对各输出端口进行定时控制，以达到灯管及流水灯按照预先要求的时序图进行发亮。对于灯管而言，除了第一条灯管上电直接发亮外，其余的七条灯管都要顺序间隔IS再发亮，故在一个周期内有五个状态，即灭一亮一灭一亮一灭，故每条灯管对应的输出需要由系统提供5个定时器来进行控制，而第一条灯管需要4个定时器，具体控制如图3所示。图3第一条灯管的定时器使用情况10.0T图4第二条灯管的定时器使用情况（其余灯管与之类似）由于灯管数量共有8条，除了第一条灯管使用少1个定时器外，系统控制灯管按照时序图进行发亮的程序共需要39个定时器。此外，对于流水灯的发亮程序
7、需要利用振荡电路（如图5）控制每路小灯的亮灭时间间隔。除第一路小灯外，其余5路小灯相继间隔IS后发亮，故需要比第一路小灯多使用一个定时器来进行延时控制。由于每路小灯前18s与后18s的发亮顺序是对称的，因此需要多一个定时器用于组成时间间隔为18s的振荡电路，并且对应的振荡输出要使用跳转指令转移到对应的执行区域上去，分别控制小灯前18s和后18s的发亮情况。可见采用定时器控制PLC端口的输出，需要使用的定时器个数较多，内部资源占用很大，利用率较低。图5第一路流水灯的振荡输出梯形图2.2方案二利用比较指令并配合定时器实现彩灯广告屏的时序控制。具体是利用一个定时器不断地进行Is的计时振荡，具体梯形图
8、如图6：图6定时器IS振荡梯形图当定时器计时数值满时，对应的常闭触点断开，此时定时器被复位清零，故下一扫描周期到来时会再次进行计数，若图6的常闭触点后接输出线圈，则其对应的输出如图7：10.0HUITIS1个扫描周期K力KIII图7定时器IS振荡输出利用以上定时器的输出上升沿触发INC字递增指令，即可使字寄存器每间隔Is就执行一次加1的操作。此时利用比较指令对字寄存器中的数值进行比较，比较结果相等或者是字寄存器值刚好在比较数值范围内，则使对应的灯管或者是流水灯发亮。若比较指令的比较范围以及比较数值恰当的话，灯管以及流水灯便会按照要求的时序图进行发亮。由于本方案只采用了一个定时器进行定时振荡，各
9、灯管及流水灯控制基本同步,故输出结果与时序图要求基本符合,且内部资源占用较少,相比方案一来说，其资源利用率更高。下文的程序介绍以及仿真调试均采用此方案。2. 3系统框图七彩广告屏的梯形图采用的软继电器及内部资源如下图系统框图所示。其中输入继电器K)OK).1,10.2,10.3所接的开关器件对应的操作分别是连续模式控制启动开关、单步模式控制触发开关，保持当前发亮状态开关和全灯熄灭开关。输出继电器Q0.0到Q0.7对应的是第1号到第8号灯管，QLo到Q1.5对应的是第一到到第六号流水灯。图8方案系统框图2.4元件清单实验使用元器件清单如表1所示。彩灯广告屏的流水灯及灯管显示采用了两个音乐喷泉模块
10、来代替，输入开关用自动洗衣模块里的五个开关代替。此外利用两台PLC控制输出灯管及流水灯的输出。表1元器件清单元件名称数量S7-200PXCN2PLC-YYPQ音乐喷泉2上位机2导线若干PLC-ZDXYj自动洗衣机模块1220V交流电源224V直流电源13硬件接线图及流程图3.1硬件接线图系统硬件接线图如图9。其中24V直流电源同时对所有的输出负载供电，故将所有L端口并接在一起后接24V直流电源的0电位端即可。220VI0.2I0.3I0.41MSB1SB2SB3SB4SB5图9硬件接线图硬件接线图中各开关器件及负载的标号对应情况如表2。表2开关器件及负载标号对应注释标号注释SBl连续控制开关S
11、B2单步调试开关SB3保持当前发亮状态SB4全灯熄灭开关SB5复位停止开关Ll1号流水灯L22号流水灯L33号流水灯L44号流水灯L55号流水灯L66号流水灯Dl1号灯管D22号灯管D33号灯管D44号灯管D55号灯管D66号灯管D77号灯管D88号灯管3. 2系统控制总流程图彩灯广告屏的控制有连续控制以及单步控制，具体的控制流程如图10所示。图10系统控制流程图4软件编写，系统模拟运行仿真调试及结果4.1软继电器注释七彩广告屏的I/O分配表如图8所示。表3I端口分配表PLCl和PLC2共用的输入继电器I地址注释10.0连续控制开关10.1单步调试开关10.2保持当前发亮状态10.3全灯熄灭开
12、关10.4复位停止开关表4Q端口分配表PLClPLC2Q地址注释0地址注释Q0.0流水灯1Q0.0灯管1Q0.1流水灯2Q0.1灯管2Q0.2流水灯3Q0.2灯管3Q0.3流水灯4Q0.3灯管4Q0.4流水灯5Q0.4灯管5Q0.5流水灯6Q0.5灯管6Q0.6灯管7Q0.7灯管84. 2七彩灯广告屏梯形图程序介绍七彩广告屏程序中最重要的是字寄存器VW98和VWlOO的上电初始化、IS定时器计时、流水灯输出控制、灯管输出控制、程序复位停止五大部分，以下附上各部分对应的梯形图程序。VW98和VWlOo的上电初始化：当PLC由SToP模式变为RUN模式时，SMO.1在第一个扫描周期里将VW98、V
13、WlOO字寄存器的值清零。初始化梯形图如下图11所示。图11VW98、VWlOO上电初始化梯形图IS定时器计时：定时器Tl16每计时IS后自动清零，之后再次计时1s,如此往复。利用以上定时器T116的输出上升沿触发INC字递增指令，即可使字寄存器每间隔Is就执行一次加1的操作，利用VW98和VWlOO字寄存器的值并配合比较指令即可控制灯管及流水灯在特定时间内发亮。梯形图如下图12o图12定时器Is计时梯形图灯管输出控制：对于1号灯管，在程序上电时先亮24s,熄灭9s,再亮20s,熄灭9s,即在一个周期内的第0s24s和第34s53sl号灯管是发亮的。将程序运行时间与字寄存器VW98的值相对应后
14、可知当VW98的值大于等于1并且小于等于24时，或者是VW98的值大于等于34并且小于等于53时，1号灯管发亮。对于其他灯管其控制方式基本一致，以下仅列出1号灯管的控制梯形图如图13o流水灯输出控制：根据设计要求，可知各流水灯的在每个周期内连续发亮的时间均为1s,因此只需要利用字寄存器VWlOO的值并配合比较指令即可实现使流水灯按照时序图的顺序发亮。对于1号流水灯，在一个发亮周期内当运行时间到达第Os,6s,12s,23s,29s,35s时刻时,1号流水灯发亮,其他时间处于熄灭状态，即可得到以下梯形图如图14。对于其它流水灯的控制方法基本类似，此处不再赘述。网络14I当VWIO值等于17132
15、3036时，流水疔废分图14流水灯输出控制梯形图程序复位停止：在运行模式下，拨动开关SB5开关，即输入继电器10.4得电，利用10.4得电接通将字寄存器VW98、VWloo赋值为O并且复位所有输出继电器，即可实现停止和复位操作，具体梯形图如下图15所示。图15程序复位停止梯形图4. 3仿真结果将上述程序进行编译后进入仿真软件进行仿真1,可以得到以下的运行结果：连续控制模式：当开关SBl拨下后，8灯管依次间隔IS点亮，当所有灯被点亮IOS后，从8号灯管开始依次间隔IS熄灭，直至全部灯管熄灭。当所有灯管熄灭2s后，从8号灯管开始依次间隔IS点亮，当所有灯管都被点亮时定时器开始计时20s,20s后从
16、1号灯管开始依次间隔Is熄灭，灯管完全熄灭2s后灯管会再次重复以上的发亮流程。在灯管开始发亮的同时，流水灯也开始按照预定要求依次交替发亮。启动时，1号流水灯先发亮Is后熄灭，同时2号流水灯发亮Is后熄灭直到6号流水灯发亮Is后熄灭，之后的发亮情况同以上一致。在以上循环执行了3次后，即18s之后，此时6号流水灯先发亮IS后熄灭，接着5号流水灯发亮Is后熄灭直到1号流水灯发亮Is后熄灭，之后的发亮情况同以上一致。在以上循环执行了3次后，即36s之后，流水灯会重复以上整个发亮的流程（包括前18s及后18s）。若程序执行过程中，拨动SB3开关时，各灯管以及流水灯保持拨动SB3开关之前的发亮状态。当SB
17、4被拨下后，所有的灯管以及流水灯停止发亮，当SB4开关关闭后，灯管以及流水灯继续按照断电之前的顺序依次发亮。单步控制模式：PLC上电后，只要拨动SB2即可触发单步控制，单步控制时灯管及流水灯的发亮情况同连续控制时一致，唯一区别是灯管以及流水灯交替发亮的时间间隔取决于再次拨动SB2开关的时间间隔。以上的仿真结果同要求的时序图相比较，可知程序执行结构没有错误，满足控制要求。以下是仿真调试时的界面截图。$7MO图16仿真调试界面4.4实物接线图图17采用了两个音乐喷泉模块分别作为灯管以及流水灯的输出显示，左边模块连接PLCl的输出口QO.0到QO.1,右边模块连接PLC2的输出口QO.0到QO.7O
18、图17流水灯及灯管模块接线图对于PLCl和PLC2的输入控制开关，此处利用自动洗衣模块上的五个开关并接后分别接到PLCl和PLC2的输入点上，即可使一个开关控制两台PLC,即使没有PLC互相通信也可以做到同步控制。PLC-ZDXYJ蛭鸣器自动洗衣机模块图18输入开关接线图图19是PLCl的的接线图，其输出端口分别与用作流水灯显示模块的六个小灯相连接。输入端口与洗衣机模块中的五个控制开关相连接。图19PLCl接线图图20是PLC2的的接线图，其输出端口分别与用作灯管显示模块的八个小灯相连接。输入端口与洗衣机模块中的五个控制开关相连接。输出端子PLC模块L模拟量1/。图20 PLC2接线图DOlA
19、NC5收获通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关彩灯广告屏方面的知识，虽然在设计过程中遇到了一些困难，但经过不断努力的思考和检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我们在这方面的知识欠缺和经验不足。通过亲自动手实践,活用我们掌握的知识，不再只是纸上谈兵。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，这次课程设计终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多问题，但是在老师的指导下，终于顺利解决。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上披荆斩棘，而不是知难而
20、退，那样永远不可能收获成功。课程设计让我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我更多的思考空间。同时,课程设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了更加具体的认识。我认为，在这学期的课程设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。回顾起此课程设计，我感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有
21、学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。6小组分工张
22、键：软件设计、调试、资料查阅、论文撰写江润鹏：硬件设计、调试、资料查阅、论文撰写参考文献川.贺莉，石锋杰与罗丹羽，基于S7-200仿真软件的PLC教学探索.无线互联科技,2021.18(03):第133-134页.附录网络3I单步控制下街拨动一次SB2开关W9OW10期值加1单步调试:Ial符号保持发芸单步调试地址102iT-,王祥网络4I当VW9I等于63时同雪，表示一个网W内灯曾发亮阐渊播部VW38TT63MOVJVENENolOUTW98MOV.WEN ENO网络5I当VWlOo的值等于37B寸滔零，表示一个周期内流水灯发亮VWlOoI=Ti37OUTVWI00IW/98的值大于等于1且
23、小于等于24或者大于等于34且小于等于53B物管1爰真l=lNr11,C)322W98Vw98网络9IW9值大于等于4且小于萼于21或春大于算于31且小于算于晒灯管帙亮W98VW98停止发亮103 灯管4Q0.3符号地址注移I灯管3Q02II0.3网络11IW/9的函大于尊于阻小于等于Ig或者大于等于29且小于尊于网寸灯管做真IW/98VW38停止发亮：03灯管6：QQ5网络12IW9值大于等于7且小于等于18或者大于等于28且小于等于5勺灯管炭真W98VW98停止发臭：03灯管7:QO.6I=I1BI|/|()718W98W38符号地址注穿灯灯7Q0.6I停止发亮I0.3网络13IW/9邸I
24、值大于等于8且小于等于1域春大于雪于27且小于等于6CB鼓J宣竣戛VW98-I * I8V98W98l-l17VW98停止发亮0 3灯管8 Q0 7T/lC )2760抱址 Q0.7IO 3江移网络14I当VWIO值等于171323036时，流水疔废分原水灯IQIOY )地址 I Ci 10.3I注惮网络15|当VWIo0&迤等于2/8/14/23/29/划寸，流水灯选真W100-I=TI-2VW100-IEI-8VWlOOI=TI-14VW100-I“I-23VW100ITI29停止发真检3流水灯2QIIT / IC)VW100-II35符号地址注驿|当VWIO谑等于3/9/15/22/28
25、/3阴，流水灯珑京WIOO3 VW00 XI9 VWIOO停止发亮03淙水灯3Q1.2T/1()15VW100-ITI-22VWlooIJI-28VWloOI=TI34符号地址法移Q12Km田一103网络17当Vv/1幽值等于4101N21273,流水灯4发真VW100ITI-4VW100-ITI-10VW100Im1I-16VWIOo-I-lI-21VW100-ITI-27VW100-I-lI33停止发高103流水灯4:Q1.3rHHC)苻号地址江祥Q1.3IO35I当VW100值等于5/11/17/20/28/33小VWWO停止发臭10 3流水灯5:Ql 45VWloo-I-lI-11VWWO-I-lI-17VWWOHI20VWIoOITI26WWO-I三三lI32bfii_rsI.南K灯5LQl.4停止发臭IQ3网络19|当甲确值等于6/12/18/19/25/31时，流水灯旗亮VWloOITI-6VW100HI12VWloO-I-1I-18W100I=TI19VWloOHI25W100ITI31停止发臭103流水灯6Q15-HHC)苻号I地址注移流水灯6Q15僖止斯套II0.3图21七彩灯广告屏梯形图程序及注释声明
