1、机电技术应用论文扬州工业职业技术学院机电技术毕业设计课题名称： PLC控制天塔之光系统的设计 系 部： 电子信息工程系 班 级： 0603机电技术 PLC控制天塔之光系统的设计金玲玲0603机电技术摘 要 本次毕业设计是应用S7-300 PLC天塔之光设计的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。通过控制S7300 PLC的定时继电器的功能来实现各彩灯按一定的规律点亮和熄灭。接通延迟定时器SD的特点（如果RLO有正跳沿，则接通延迟定时器启动指令，以设定的时间值启动指令的定时器）。这种控制电路结构简单，可靠性高，应用性强；软件程序适应范围广，对各彩灯按一定的规律点亮和熄灭的控制，只需要改变相
2、应的定时器的时间接通即可。关键词 PLC 彩灯 梯形图；前 言随着科技的飞速发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中，PLC具有广泛的应用。PLC的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。本次毕业设计是应用S7-300 PLC天塔之光设计的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。通过控制S7300 PLC的定时继电器的功能来实现各彩灯按一定的规律点亮和熄灭。接通延迟定时器SD的特点（如果RLO有正跳沿，则接通延迟定时器启动指令，
3、以设定的时间值启动指令的定时器）。这种控制电路结构简单，可靠性高，应用性强；软件程序适应范围广，对各彩灯按一定的规律点亮和熄灭的控制，只需要改变相应的定时器的时间接通即可。第1章 概 论本篇概述天塔之光系统有关的一些基本知识，为对该彩灯系统的了解做一个基础。首先要说明彩灯系统的意义、要求及本设计的任务，然后介绍天塔之光系统的基本组成单元及功能原理；接着讲述元器件的选择与参数设置要求，最后讲述软件的调试和硬件的调试。1.1 天塔之光系统的意义、现状及要求1.1.1 课题背景及目的随着科学技术的的不断提高，社会经济的不断发展，人们对城市的装束有了很大的变化。在城市的夜晚，大街小巷都布满了五颜六色的
4、彩灯，给原来萧条的城市带来了气息和活力，给人们的视觉很大的冲击，有的地方将彩灯很好的配置安装在城市主要建筑物上，使之绚丽多彩，更加吸引人的眼球，有的则利用彩灯装扮城市，给当地的城市带来了丰富的旅游资源。1.1.2 技术现状本课题与同类相比，优越性更大，不过各有各的特点，市场上大部分是单片机做的，而本设计是用S7300 PLC做的，是用S7-300 PLC的硬件和软件结合起来。这样的设计可以控制和设定不同的彩灯变化方式，相比之下，实用性和操作性更高一些，易学易懂，深受工程技术人员的欢迎。1.2 彩灯的发展1.2.1 彩灯的最初来源1879年，美国著名的科学家爱迪生发明了白炽灯，结束了人类“黑暗”
5、的历史。然而白炽灯只是给人类为以后各种各样彩灯的发展埋下了伏笔。1902年，黑维特发明了水银灯。这种水银灯是在真空的灯管中充入水银和少量氩气。通电后，水银蒸发，受电子激发而发光。水银灯会辐射出大量紫外线，而紫外线是对人体有害的，且水银灯光线太亮，太刺眼，因此它不能得到广泛应用。又经过了很长一段时间的发展，最值得一提的就是美国通用电子公司的研究员伊曼，与其他科学家一样，从霓虹灯的亮光中，看到了光明的前途。他加快了研究的步伐。终于在1938年，突破了启动装置的设计与制作大关，制作了与水银等性能截然不同的荧光灯。这种荧光灯是在一根玻璃管内，充进一定量的水银，管的内壁涂有荧光粉，管的两端各有一个灯丝做
6、电极。它的工作原理是：通电后，水银蒸气放电，同时产生紫外线，紫外线激发管内壁的荧光物质而发出可见光。显然，荧光灯没有水银灯的弊端，它比白炽灯更亮，且电能利用率高，省电。因此，它一诞生，便很快进入了一般家庭和公司。 1.2.2 彩灯给城市带来的五彩缤纷随着社会经济的发展，越来越多的城市大街小巷都布满了彩灯，这给原来并不怎么好看很单调的城市带来了朝气，随着城市里彩灯的不断增加，光效的不同，给了人们视觉很大的享受和冲击，给原本萧条的城市带来了繁荣的景象。1.3 PLC的发展虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC也迅速发展
7、，其发展过程大致分为三大阶段：（1）早期的PLC（20世纪60年代末到70年代中期）。早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时控制等。（2）中期的PLC发展（20世纪70年代中期到80年代中、后期）。在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）（3）近期的PLC（20世纪80年代中、后期至今）。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微
8、处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。1.4 PLC的定义及特点（1）可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置”。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。（2） PLC的特点：a.可靠性高，抗干扰能力强；b.
9、配套齐全，功能完善，适用性强；c.易学易用，深受工程技术人员欢迎；d.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；e.体积小，重量轻，能耗低。第2章 硬件电路的设计2.1 天塔之光电路的设计PLC工作的时间基准是由天塔之光电路提供的。在PLC的输出的端部，接一只电阻和一个发光二极管或接一只电阻并联两个发光二极管就构成了PLC的天塔之光电路，如图2-1所示。图2-1 天塔之光硬件电路的设计图电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电路中，电阻有分压作用，电阻值大概在13K，一个及两个并联发光二极管所承受的电压在3V左右，PLC的工作电压在+24V，这样可以使天塔之
10、光正常工作。2.2 开关电路的设计开关是PLC的信号输入端口。输入端的开关是来控制输出端的运行和关闭交通灯的运行，启动开关sd1,I0.0 得电（“1”状态），交通灯按照设计好的程序运行，sd2闭合，I0.1断电（“0”状态）系统停止工作，如图2-2所示。图2-2 天塔之光开关电路的设计图说明：Sd1闭合系统得电运行，Sd2闭合系统停止运行。第3章 软件设计3.1 软件设计的方案进行应用软件设计时可采用模块化程序设计方法，其优点是：天塔之光控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据需要控制城市里的各个景点的灯光配置和各
11、道路的路灯控制，有效的减轻了人类的体力活动。3.2 PLC结构从可编程控制器的定义可知，PLC也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编程控制器也是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的工业过程相连的接口能力和更直接的适应控制要求的编程语言。PLC的基本结构如图3-1所示。 图 3-1 PLC的基本机构用可编程控制器作为控制器的自动控制系统，就是工业计算机系统，它即可进行开关量的控制，也可实现模拟量的控制。3.3 工作原理可编程控制器是一种专业的工业控制计算机，因此，其工作原理建立在计算机控制系统工作原理的基础上。
12、但为了可靠地应用在工业环境下，便于电气技术人员的使用和维护，它有着大量的接口器件、特定的监控软件、专用的编辑器件。所以，不但其外观不像计算机，它的操作使用方法、编程语言及工作过程与计算机控制系统也是有区别的。PLC的控制系统的等效工作电路分为3个部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。内部控制电路是通过编程方法实现的控制逻辑，用软件编程代替继电器电路的功能。（1）输入部分输入部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。每个输入端子与其相同编号
13、的输入继电器有着唯一确定的对应关系，当外部的输入元件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈“得电”。（2）内部控制电路所谓内部控制电路是由用户程序形成的用“软继电器”来代替硬继电器的控制逻辑。它的作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应的输出。（3）输出部分输出部分是由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。PLC的内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制提供编程用的任意多个常开、常闭接点外，还为外部输出电路提供了一个实际的常开接点与输出接线端子相连。综上所
14、述，可对PLC的等效电路作进一步简化而深刻的理解，即将输入等效为一个继电器的线圈，将输出等效为继电器的一个常开接点。3.4 编程语言可编程控制器的应用软件是指用户根据自己的控制要求编写的用户程序。由于可编程控制器的应用场合是工业现场，它的主要用户是电气技术人员，所以其编程语言与通用的计算机编程语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，又不同于汇编语言，它要满足易于编写和易于调试的要求，还要考虑现场电气技术人员的接受水平和应用习惯。因此，可编程控制器通常使用梯形图语言，又称继电器语言，更有人称之为电工语言。另外，为满足各种不同形式的编程需要，根据不同的编程器和支持软件，还可以采用指令语句表、
15、逻辑功能图、顺序功能图、流程图及高级语言进行编程。梯形图是一种图形编程语言，是面向控制过程的一种“自然语言”，它沿用继电器的触点（触点在梯形图中又常称为接点）、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一些继电器控制系统中所没有的特殊功能符号。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，很容易被接受，且不需要学习专门的计算机知识，因此，在PLC应用中，梯形图是使用得最基本、最普遍的编程语言。但这种编程方式只能用图形编程器直接编程。PLC的梯形图虽然是从继电器控制线路图发展而来的，但与其又有一些本质的区别：（1）PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电
16、器、输出继电器、保持继电器、中间继电器等。但是，这些继电器并不是真实的物理继电器，而是“软继电器”。这些继电器中的每一个，都与PLC用户程序存储器中的数据存储区中的元件映像寄存器的一个具体基本单元相对应。如果某个基本单元为“1”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈得电”。反之，如果某个基本单元为“0”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈断电”。这样，就能根据数据存储区中某个基本单元的状态是“1”还是“0”，判断与之对应的那个继电器的线圈是否“得电”。（2）PLC梯形图中仍然保留了常开接点和常闭接点的名称，这些接点的接通或断开，取决于其线圈是否得电（这对于熟练继电
17、器控制线路的电气技术人员来说，是最基本的概念）。（3）PLC梯形图中的各种继电器接点的串、并联连接，实质上是将对应这些基本单元的状态依次取出来，进行“逻辑与”、“逻辑或”等逻辑运算。而计算机对进行这些逻辑运算的次数是没有限制的，因此，可在编制程序时无限次地使用各种继电器的接点，且可根据需要采用常开（动合）或常闭（动断）的形式。注意，在梯形图程序中，同一个继电器的线圈一般只能使用一次。（4）在继电器控制线路图中，左、右两侧的母线为电源线，在电源线中间的各个支路上都加有电压，当某个或某些支路满足接通条件时，就会有电流流过接点和线圈。（5）在继电器控制线路图中，各个并联电路是同时加电压并行工作的，由
18、于实际元件动作的机械惯性，可能会发生接点竞争现象。（6）PLC梯形图中的输出线圈只对应存储器中的输出映像区的相应位，不能用必须通过指定的输出继电器，经I/O接口上对应的输出单元（或输出端子）才能驱动现场执行机构。3.5 硬件组态（1）S7-300的插槽地址S7-300的各个模板安装在机架的插上，不同的模板在插槽的安装位置是固定的，要求如下：a. 如果选择了电源模板PS307，必须安装在1号槽位上。b. CPU模板的安装位置紧挨着电源模板，安装在2号槽位上。c. 用于连接扩展机架的接口模板IM，安装在3号槽位上。d. 各种信号模板SM，安装在4号11号槽位上。从4号槽位开始，CPU为信号模板分配
19、I/O地址，且根据信号模板的类型递增I/O地址。S7-300的插槽地址如图3-2所示。图图3-2 S7-300的插槽地址3.6 S7-300的指令系统接通延迟定时器SD，如果RLO有正跳沿，则接通延迟定时器启动，以设定的时间值启动指定的定时器。达到设定时间后，定时器的动合触点闭合并保持，直到RLO变为0时，定时器被复位。如果定时器运行时间（RLO为1时）少于定时器时间设定值，则当RLO由1变到0时，定时器也被复位。3.7 天塔之光的工作要求天塔之光的走势如下：L1L2L3L4L5L6L7L1L2、L3、L4L5、L6、L7L1L2、L3、L4L5、L6、L7L1L2、L3、L4L5、L6、L7
20、L1、L2L1、L3L1、L4L1L1、L7L1、L6L1、L5L1、L2、L3、L4L1、L5、L6、L7L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7L1。（1）本设计的系统配置及输入/输出继电器地址分配如下：编程元件I/0端子电路器件作用输入继电器I0.0I0.1SD1SD2启动关闭输出继电器Q4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.5Q4.6L1L2 L3L4L5L6L7定时器T0T1T2T3T4T5T6T7T27定时器T0定时器T1定时器T2定时器T3定时器T4定时器T5定时器T6定时器T7定时器T27控制灯的点亮时间控制灯的点亮时间控制灯的点亮时间控制灯的点亮时间控制灯的点亮时间控制
21、灯的点亮时间控制灯的点亮时间控制灯的点亮时间控制灯的点亮时间（2）本设计的系统硬件组态如下：a. PS 307 5Ab. CPU 314C2 DPc. 空的d. DI16*DC24e. DO16*DC24V/0.5A，如图3-4所示。图3-4 系统硬件组态3.8 梯形图（1）启动按钮闭合，L1点亮0.3S熄灭（8）程序段8 ；T8得电，L1点亮0.3S熄灭（11）程序段11；T11得电，L1点亮0.3S熄灭（14）程序段14；T14得电，L1点亮0.3S熄灭（17）程序段17；T17得电，L1点亮3S熄灭（26）程序段26的T26得电，那么程序段1种T26断开过0.3S自动闭合实现整个系统的循环工作）
