基于PLC的霓虹灯控制系统设计--毕业设计.docx
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盐城纺织职业技术学院毕业设计论文 基于 PLC的霓虹灯控制系统设计 班 专 级 业 电气 912 电气自动化 机电工程系 所 在 系 指导老师 完成时间 年 月 日至 年 月 日 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 摘 要 随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进 行亮化工程。企业为展现自己的形象和产品,一般都会采用通过霓虹灯广告屏来 这种广告手法�所以当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告随 处可见。这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等诸多控制 问题�如何去快捷、可靠、简单的去控制�成为人们考虑的重点�在这我认为 PLC最适合去解决这些问题�因为 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可 靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。并且 PLC在工业自动化控制特别是顺 序控制中的方面具有比较突出的优势�在现实中人们也是多通过 PLC去控制霓虹 灯的。 关键词�西门子 S7-200�霓虹灯; 发展潜力 1 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� Abstract Ceaselessness reforming subsequently is thorough , the socialist market economy ceaselessness prosperous and develops, big middle-sized and small cities spend a project all in the light being in progress. Enterprise is to display self image and the product , the general city is adopt to do this advertisement by neon sign screen therefore gimmick, thinking that we walk in night on the main street, the miscellaneous neon sign of both sides of the street can be seen everywhere. This deals with a lot of control problems such as go out , evasive bright time and the direction being on the move how to go to control a neon right away , how to go and go and controlling rapid , reliable , simple , become the priority that people considers, I think that PLC is be fit to go and resolve these problems , strong , use face to go to the lavatory , adapt to because of PLC has General Availability most broad , the high , anti-interference ability of reliability is strong , the programming waits for a characteristic simplely in this. And PLC controls aspect in controlling especially in proper order in the industrial automation having comparatively outstanding advantage, in real go-betweens are also to go to control a neon much by PLC. Keywords� siemens S7-200; Neon;developing potential 2 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 目 录 摘要���������������������������������������������������������������1 目录��������������������������������������������������������������� 3 第一章、引言�������������������������������������������������������4 1.1 选题意义��������������������������������������������������������4 1.2 霓虹灯的起源����������������������������������������������������4 1.3 霓虹灯现状与发展�������������������������������������������������5 第二章、霓虹灯变压器的设计������������������������������������������6 2.1 霓虹灯的工作原理������������������������������������������������6 2.2 霓虹灯的结构与部件����������������������������������������������6 2.3 高可靠性霓虹灯的设计��������������������������������������������9 第三章、可编程序控制器简介�����������������������������������������13 3.1 PLC 简介��������������������������������������������������������13 3.2 PLC 的结构������������������������������������������������������13 3.3 PLC 的工作原理��������������������������������������������������14 3.4 PLC 应用特点����������������������������������������������������17 第四章、霓虹灯控制系统设计�����������������������������������������19 4.1 需求分析�������������������������������������������������������19 4.2 PLC 接线图������������������������������������������������������20 4.3 I\O 分配表及 PLC 型号选择�����������������������������������������21 4.4 控制流程的设计��������������������������������������������������22 4.5 梯形图的设计����������������������������������������������������23 第五章、系统测试���������������������������������������������������25 5.1 调试仿真��������������������������������������������������������25 5.2 程序运行原理说明������������������������������������������������26 总结���������������������������������������������������������������27 致谢��������������������������������������������������������������28 参考文献���������������������������������������������������������������������29 3 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 第一章 、引言 1.1选题意义 随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都 在进行亮化工程。企业为展现自己的形象和产品,一般都会采用通过霓虹灯广告 屏来这种广告手法�所以当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广 告随处可见,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管,另一种为 日光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果�大 部分是采用霓虹灯。这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向 等诸多控制问题�如何去快捷、可靠、简单的去控制�成为人们考虑的重点�在 这我认为 PLC最适合去解决这些问题�因为 PLC具有通用性强、使用方便、适应 面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。并且 PLC在工业自动化控制 特别是顺序控制中的方面具有比较突出的优势�在现实中人们也是多通过 PLC 去控制霓虹灯的。以上就是我选择此题目作为毕业设计的重要意义。 1.2霓虹灯的起源 霓虹灯是由英文“氖灯”�即“NEON SIGN”得来的�“霓虹”两字实际上是 “NEON”的译音�而现在人们已经把“霓虹灯”当作专用词运用了。 霓虹灯始源于法国。当时所用的灯体玻管的直径为45毫米�先将玻璃管弯制 成所需的文字或图案�然后再用1只电压为1万多伏的变压器供电�使之发光。 当时�灯管两端电极采用石墨制成�内部充入氮气或二氧化碳气体�前者会发红 光�后者发白光。由于这两种气体较活泼�很容易和石墨电极起化学反应�阴极 溅散出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层�并大量吸收充入灯管内的气 体�使灯管的充气压力很快下降�致使霓虹灯的寿命很短。当时为了解决这个问 题�特在霓虹灯管上加1个特殊的电磁阀门�并在霓虹灯使用一段时间以后再往 灯内重新补充一定量的气体�但这样做并未能在根本上克服上述缺陷。因此�这 种灯不仅寿命短、制作工艺复杂�而且造价昂贵�很难普及。 4 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 在1907年至1910年期间�科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用 这一发明�在霓虹灯内充入一定的惰性气体�这样就明显减缓了气体在灯管内部 的消耗速度�颜色也丰富了�可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前 夕�光致发光的材料被研制出来了。这种材料不仅能发出各种颜色的光�而且发 光效率也高�我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后�霓虹灯的亮 度不仅有了明显提高�而且灯管的颜色也更加鲜艳夺目�变化多端�同时也简化 了制灯的工艺。故在第二世界大战结束后�霓虹灯得到了迅猛的发展。 1.3 霓虹灯的现状与发展 目前�霓虹灯市场上鱼龙混杂�有营业执照承接工程的单位只占市场的 30%�这类单位有独自的设计、制作、安装能力�信誉好、产品质量过关�后期 维护到位�是用户的首选单位。 第二类�没有营业执照挂靠其它单位�这类“单位”专业性不强�产品质量无 保证�后期维护不到位。 第三类�皮包公司�无任何证件、信誉和能力�打一枪换一地�产品质量和 后期维护根本谈不上。 霓虹灯是一个专业性比较强的行业�正规单位的产品质量好�寿命长。可正 是第二类和第三类公司扰乱霓虹灯市场�给用户的感觉霓虹灯容易坏。其实霓虹 灯的寿命比日光灯还长�为了您的利益�请选择有执照�有能力�有信誉的单位。 以前霓虹灯制造企业几乎全部用普通玻璃管、普通电极�随着人们对产品要 求的提高�高铅玻璃管、陶瓷环电极、三基色粉管�渐变彩虹霓虹灯正越来越广 泛的走向人们的生活�使人们的生活更加精彩、亮丽。霓虹灯以它斑斓夺目的色 彩、生动逼真的形态、耀眼夺目的照明为夜间城市的购物中心招徕顾客、文化娱 乐中心吸引游客营造气氛�给夜间城市的购物活动带来方便�给文化娱乐活动增 添情趣。霓虹灯营造了夜间城市的绚丽多姿和繁华�它已成为现代城市商业繁荣 的标志之一。 5 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 第二章、霓虹灯变压器的设计 2.1霓虹灯的工作原理 霓虹灯采用正常辉光放电形式工作�具有辉光放电的基本特征�正离子轰击 阴极使阴极发射二次电子来维持放电�阴极电流主要由正离子所贡献。由于是正 常辉光放电�所以在一定的电流范围内� 阴极的电流密度不变�阴极位降不变。 阴极位降大约为100一20伏�为正离子加速提供能量。当外电源电路接通后�变 压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。能激发产生大量的电子。这些激 发出来的电子�在高电压电场中被加速�并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这 些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时�就能使气体原子发生电离而成为正离 子和电子�这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞�多余的能 量就以光子的形式发射出来�这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。霓虹灯 的开关次数不影响使用寿命�适合制作广告背景扫描。 2.2霓虹灯的结构与部件 一般的商品用霓虹灯多采用冷阴极辉光放电形式工作。典型的冷阴极霓虹灯 结构如图2-2所示。由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。 图2-2 霓虹灯的结构 6 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 玻璃灯管根据要求弯制加工成直线状或异形曲线状的文字或图案。玻璃管主 要用来填充工作气体�限制放电区域�保持真空和透射光线。玻璃灯管以直径规 格分为:Ф6、Ф7、Ф8、Ф9、Ф10、Ф12、Ф15、Ф18、Ф20mm等;以玻璃材质分: 钠玻璃管(俗称石灰料玻璃管)及铅玻璃管<又称红丹料玻璃管)。钠玻璃管稳定性 差�受潮后极易变质、泛碱(风化)�牢度差易爆裂。目前国内大部分采用的是石 灰料即钠钙玻璃�与国外采用的红丹料玻璃即铅错玻璃质量相差较大�存在问题 为:采用的钠钙玻璃内氧化锰杂质含量过大;钠钙玻璃的化学稳定性差�玻璃表面 长期使用后的透明度降低�使灯的光衰加剧:玻璃中的纳原子向玻管的内表扩散� 溶入荧光粉晶体中�使荧光粉劣化;如果在弯制过程中加温过甚� 玻璃中的纳原 子析出与汞化合形成黑色的吸光纳汞齐膜�使荧光粉的光效率大为下降。铅玻璃 管其热性能、机械性能、电性能、化学稳定性能、真空性能和光学性能优于钠玻 璃�其耐候性、使用寿命大大超过钠玻璃。 玻璃管可以是透明的(俗称明管)�也可以是涂有荧光粉的(俗称粉管)�依据 所需获得光色而定。明管所充的工作气体通常为惰性气体�不同的惰性气体有其 不一样的发光光谱特性。以氖气最为常见�发红色光�此时氖气不仅参与放电� 而且也参与发光。粉管内涂各种规格荧光粉�内充氢气及少量金属汞�汞蒸激发 辐射2537埃紫外线�被荧光粉吸收而产生荧光�氛气作用提高光效降低着火电压。 在玻璃管两端各置一个金属电极�作为发射电子和收集电荷之用。常用电解铜或 镀镍铁制成圆锥形�有足够的发射面积�保证散热和降低阴极电位。电极要能经 受质量相当大的正离子轰击而不致升温过高�不熔化和减少阴极溅射。金属电极 外有云母片�其作用一是支撑电极�二是隔热�防止在真空除气过程中�电极升 温过高导致外玻璃管炸裂。电极作为霓虹灯管的核心部件�其质量与性能的优劣 将直接影响灯管的寿命。质量好的灯管除了对真空度有较高的技术要求外�更重 要的是必须有一对发射性能良好的电极�因为电极壳的表层通过轰击加热的过程 中�能形成一层非常有利于电子发射激活层。若在轰击中�完全丧失了这一激活 层�那么真空度再高�其寿命也不会超过1000小时的。实验也证明了灯管寿命不 是跟真空度成正比关系。霓虹灯的电极发射电子是由正子轰击阴极表面而产生二 次电子发射的。它取决于阴极的材质及阴极的表面状态。实验证明�当阴极表面 被其它单层低逸出功金属原子覆盖时�其二次电子发射系数变大�逸出功降低� 7 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 发射性能好�溅射少。霓虹灯电极材料大都使用铜、铁、镀镍铁等金属制作的� 这些金属的逸出功较高�电子发射性能相对较差。如果灯管使用这些纯金属发射 电子势必造成其阴极压降大�阴极溅射得快�从而使灯管很快因溅射失效�特别 是铜电极溅射得更快。实验证明�纯金属容易溅散�但在金属表面氧化一层有益 的氧化膜或涂一层其它逸出功较低的金属或其氧化物�这样做可以大大降低其逸 出功的�提高了电子发射性能�从而减缓了阴极溅散�起到了延长灯管寿命的作 用。于是人们在制造电极时�大都把电极进行预处理。 常见的霓虹灯变压器有两种�漏磁变压器和电子变压器。漏磁变压器既是变 压器�与普通变压器有同样的结构�在铁芯上绕上初级和次级线圈�同样在铁芯 窗口的中间部位增加了一个普通变压器所没有的磁分路�这个磁分路用小的硅钢 片叠合而成�且与铁芯之间有空气隙�有意让铁芯中的磁通能通过这一分路漏出 铁芯。其作用相当于在变压器上安装了一个安全阀�当次级电流增加时�铁芯中 的磁通就会被这磁分路所旁路�只有少数磁通与次级线圈相联系�使次级的感应 电动势减小�从而使漏磁变压器获得了霓虹灯变压器所需的保持灯管电流不变的 特性。实际上�灯管的寿命与电极的性能和结构有着紧密的联系着的。漏磁变压 器通过长期的使用和改进�设计及制作工艺都已达到完善和成熟。它的性能可靠� 工作稳定�被广泛使用。漏磁式霓虹灯变压器功率高450vA �重量大于10公斤� 虽然具有工作稳定可靠�负载能力强(可带1米到12米霓虹管)�但是漏磁变压器 需耗费大量的铜和钢�笨重且价高�安装困难�而且功率因数仅为0.5左右。在 电力资源日益紧张的今大�传统的漏磁式霓虹灯变压器正被能低、体积小、重量 轻的电子式霓虹灯变压器所取代。 电子式霓虹灯变压器一般6米的功耗不大于80W�12米的功耗不大于105W�大 型霓虹灯工程中能大幅度节约电力资源�且方便安装维护�但也有缺点�主要是 可靠性差、亮度低、恒流性能弱�其中以可靠性问题最为突出。电子变压器原理 并不复杂�所用之电经过整流滤波后得到 3OOV左右的直流电压�然后通过逆变 电路�将直流电转变为高频交流电�再经升压变压器升压到很高的电压供霓虹灯 启辉工作电路通常设置有保护电路�以保证霓虹灯管开路或短路等异常情况时电 路的安全。用电子技术制成的霓虹灯电子变压器�在霓虹灯工程中得到广泛应用� 8 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 相当大范围内取代了传统的漏磁变压器。变压器通过霓虹灯专用高压绝缘线、杜 美丝与玻璃管内电极相连。常见的高压线有两种�一是普通高压线即塑料高压线� 这种高压线价格便宜�但塑料容易老化�室外使用不久塑料就要老化易引起拉火 等�安全性较差。另一种是硅橡胶绝缘高压线�是目前较理想的霓虹灯连接线� 安全性强�可靠性好。 2.3高可靠性霓虹灯的设计 针对霓虹灯电子变压器可靠性差的问题�本文从性价比及可靠性两方面研究 市场上逐渐成为主流的6到8米电子式霓虹灯变压器�主要考虑关键部件设计、器 件优选和易损器件的保护�以期提高可靠性和性价比。 电子变压器的线路及工作原理霓虹灯电子变压器电子线路见图2-3。 图2-3 霓虹灯电子变压器线路图 9 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 工作原理为:220V交流电经Dl-D4整流、C2和C3滤波后变成直流电�供给后面 的振荡线路�C2和C3联接点的电压在15V左右�R1、R2稳定155V电压。 A1是按的 保险丝�起短路及大电流保护作用。R1、C1消除交流电高频干扰。振荡起振线路 由R5、R6、C4、D6和D7构成�220V直流电经R5、R6对C4充电�当C4电压上升到某 一个值时�触发二极管D7导通�使得三极管T2基极与发射极得到正向偏置电压而 导通�注意R5的功率要有2W。振荡主线路由T1、T2、L1、L2、L3、R8和R9组成� 由于起振线路的触发使得T2导通�一旦T2导通�C3通过B初级、L3 和T2放电。L1、 L2和L3绕在同一个高频铁氧体磁芯上�且同名端如图1所示�由于有电流流过L3� L1和L2上感应电压使得T2由导通变为截止�而T1由截止变为导通。一旦T1导通� C2通过T1、L3和B的初级放电�此时通过L3和B的初级的放电电流的方向与先前正 好相反�导致T1由导通变为截止�而T2由截止变为导通�如此周而复始�使电路 产生振荡。R8、R9分别是三极管T1、T2基极限流保护电阻�D6的作用是把触发起 振后C4上依旧存在的充电电压释放掉�R10和C6有保护T1、 T2三极管和改善波形 的作用。R4、C1、D5、R7、C5、R11及SCR构成过流及开路保护线路�R4是过流电 压取样电阻�C1的作用是使得保护电路工作可靠�C5可消除干扰信号及开机保护� 一旦出现过流�保护线路工作� 单向可控硅SCR导通�振荡线路停振不工作�保 护T1T2。保护线路一旦起作用�待故障排除后�重新开机才能恢复正常工作。 ⑴功率管的选择 霓虹灯电子变压器出现故障大多数原因是功率管损坏�功率管的选择直接关 系到霓虹灯电子变压器的可靠性�用图2-2线路不同T1T2功率管带不同长度霓灯 管做比较试验�结果见表2.1。表中负载是Ф 12霓虹灯管�全亮电压/电流是指霓 虹灯电子变压器刚好使整个负载长度都点亮时的输入交流电压/电流�而正常亮 度电压/电流指霓虹灯电子变压器是整个负载长度都达到正常你正常亮度时的输 入交流电压/电流。 10 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 表2-3(1)不同功率管点亮不同长度霓虹灯灯管比较试验 T1T2型号 负载长度 全亮电压/电流 正常亮度电压/ 电流 240V电流 BUT11A 6M 7M 8M 6M 7M 8M 7M 8M 120V/230mA 150V/315mA 180V/354mA 105V/230mA 140V/308mA 180V/346mA 150V/284mA 190V/338mA 150V/270mA 170V/325mA 200V/387mA 150V/276mA 180V/326mA 190V/375mA 381mA 422mA 430mA D1403 BU508 BU508 从表2-3(1)可以得到如下结论:不同的功率管带负载的能力是不一样的�随 着负载长度的增加霓虹灯电子变压器的全亮电压/电流及正常亮度电压/电流均 增加�D1403、BU508、BUT11A都具有带6到8米负载的能力�即使D1403与BU508 混合使用�其全亮及正常亮度电压/电流也没有多大改变� 输入电压高达220V 时电子变压器也能正常工作。 ⑵保护线路的设计 保护线路的设计直接影响霓虹灯电子变压器可靠性。霓虹灯在使用过程中难 免会出现灯管破裂、灯头线脱落、潮湿天气高压对地打火等异常现象�导致电子 变压器电流剧增�功率管发热烧毁。所以保护线路必须在电流大于某阀值时及时 工作�保护功率管。试验中用增加工作电压的方法模拟增加的异常电流。依然用 图2.2线路�输出变压器匝数为100/2875�选择L1L2匝数均为5匝�L3匝数为8匝� R8R9阻值均为3.3Ω/W�8米负载�改变R7的阻值�在确定的R7阻值情况下�输入 交流电电压逐渐增加�观察记录起始保护线路工作时的电流�结果见表2.4。 当 R7阻值确定后�起始保护动作仅与工作电流有关�与工作电压及负载管长没有关 系。R7阻值越大�起始保护线路电流越大。R7阻值取6.5K�此时8米负载输入 电 压大于240V�起始保护电流500MA�5分钟后起保。试验中发现不同功率管对R7 取值很不相同�表2.2是BU508 的结果�改用BUT11A�R7有大的改变。即使同 11 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 一型号功率管�不同厂家生产的R7也不同。 表2-3�2� R7阻值与起始保护电流的关系 R7阻值�KΩ� 3 4 5 6 6.5 8 起始保护电流�MA� 430 450 465 490 500 515 ⑶使用情况 根据以上讨论设计的霓虹灯电子变压器使用后发现可靠性明显增加�即使全 天候使用的情况下返修率已达到能接受的程度�特别是下雨使用时电子变压器能 可靠动作�第二天不下雨又能正常工作�客户对此也能接收。同时发现气温升高 和电子变压器使用环境散热差使得电子变压器损坏率明显增加。仔细分析原因是 工作电流长时间超过正常值�但又没有达到起始保护电流�使得功率管温升过高 烧毁。R7阻值的下降调整可以降低起始保护电流�但会使电子变压器保护线路过 于敏感�影响正常使用。所以在保护线路增加正温度系数开关型热感电阻�当功 率管温升达到居里点时触发保护线路工作�从而达到保护功率管的目的。 当然 还可以进一步保护功率管�在功率管CE间反向并联FR107二极管�防止CE反向 击穿。C2C3耐压要到275V�防止C2C3击穿损坏。 12 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 第三章、可编程序控制器简介�PLC� 3.1 PLC简介 可编程序控制器PC�Programmable Controller�又称可编程序控制器PLC �Programmable LogicController��是微机技术与继电器常规控制技术相接合 的产物�是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器�是一种 以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。它不仅充分利用微处理器的优点 来满足各种工业领域的实时控制要求�同时也照顾到现场电器操作维护人员的技 能和习惯�摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式�独具风格地形成一套 以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构�使用户程序的编制 清晰直观、方便易学�调试和查错都很容易。PLC现已成为现代工业控制三大支 柱�PLC、CAD/CAM、ROBOT�之一�以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线 修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控 制、具备告诉计数与位控等高性能模块等优异性能�日益取代由大量中间继电器、 时间继电器、计数继电器等组成的传统继电�接触控制系统在机械、化工、石油、 冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、等行业得到广泛应用。PLC的应 用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。 3.2 PLC的结构 PLC 和一般的微型计算机基本相同�也是由硬件系统和软件系统两大部分组 成的。PLC 的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM�ROM)、输入输出 (I/O)部件、电源部件、编程器、I/O 扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过 总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图如下� 13 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 电源 输 入 信 号 输 入 部 件 微处理器 运算器 输 出 部 件 受 控 元 件 控制器 外 设 I/O 接 口 I/O 扩 展 接 口 I/O 扩 展 单 元 外 部 设 备 存储器 EPROM 图 3-2 PLC硬件结构图 PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合�通常可分为系统程序和用户程序 两大部分。系统程序是每一个 PLC 成品必须包括的部分�由 PLC 厂家提供�用于控制 PLC 本身的运行�系统程序固化在 EPROM 中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。 硬件系统和软件系统组成了一个完整的 PLC 系统�他们是相辅相成�缺一不可的。 3.3 PLC的工作原理 PLC是采用“顺序扫描�不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC运行时� CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序�按指令步序号�或 地址号�作周期性循环扫描�如无跳转指令�则从第一条指令开始逐条顺序执行 用户程序�直至程序结束。然后重新返回第一条指令�开始下一轮新的扫描。在 每次扫描过程中�还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 14 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� PLC在输入采样阶段�首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的 输入端子的通断状态或输入数据读入�并将其写入各对应的输入状态寄存器中� 即刷新输入。随即关闭输入端口�进入程序执行阶段。 PLC在程序执行阶段�按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令� 经相应的运算和处理后�其结果再写入输出状态寄存器中�输出状态寄存器中所 有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段�当所有指令执行完毕�输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶 段送至输出锁存器中�并通过一定的方式�继电器、晶体管或晶闸管�输出�驱 动相应输出设备工作 S7-200系列 PLC: S7-200 是一种小型的可编程序控制器�适用于各行各业�各种场合中 的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运 行中或相连成网络皆能实现复杂控制功能因此。S7-200系列具有极高的性 能/价格比。S7-200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范 围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 应用领域极为 广泛�覆盖所有与自动检测�自动化控制有关的工业及民用领域� 包括各 种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。 目前 S7-200 系列 PLC主要有 CPU221、CPU222、CPU224和 CPU226 四种 CPU。档次最低的是 CPU221�其数字量输入点有 6点�数字量输出点书有 4 点�是控制规模最小的。PLC档次最高的应属 CPU226�CPU226集成了 24点 输入 16点输出�共有 40点数字量 I/O�可连接 7个扩展模块�最大扩展数 字量 I/O 248点或模拟量 I/O35路。 S7-200 系列 PLC四种 CPU的外部结构大体相同�见图 3-3。 15 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 图 3-3 S7-200 PLC结构 ⑴CPU221 本机集成 6输入/4输出共 10个数字量 I/O 点。无 I/O 扩展能力。6K 字 节程序和数据存储空间。4 个独立的 30kHz 高速计数器�2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出。1 个 RS485 通讯/编程口�具有 PPI 通讯协议、MPI通讯协议 和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 ⑵CPU222 本机集成 8输入/6输出共 14个数字量 I/O 点。并且可连接 2个扩展模 块。6K字节程序和数据存储空间。4 个独立的 30kHz 高速计数器�2路独立 的 20kHz 高速脉冲输出。1个 RS485 通讯/编程口�具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。 ⑶CPU224 本机集成 14 输入/10输出共 24 个数字量 I/O点。可连接 7个扩展模块� 最大扩展至 168 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。13K 字节程序和数 据存储空间。6 个独立的 30kHz 高速计数器�2 路独立的 20kHz 高速脉冲输 出�具有 PID 控制器。1个 RS485 通讯/编程口�具有 PPI 通讯协议、MPI 通 讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。是具有较强 控制能力的控制器。 16 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� ⑷CPU226 本机集成 24输入/16 输出共 40个数字量 I/O 点。可以连接 7个扩展模 块�最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。13K 字节程序 和数据存储空间。6 个独立的 30kHz 高速计数器�2 路独立的 20kHz 高速脉 冲输出�并且具有 PID 控制器。2 个 RS485 通讯/编程口�并具有 PPI 通讯 协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力等。I/O 端子排可很容易地整体拆 卸。用于较高要求的控制系统�具有更多的输入/输出点�更强的模块扩展 能力�更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些 复杂的中小型控制系统。 3.4 PLC的应用特点 可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置�其实 质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统�它们的控制形式 大都采用可编程序控制器控制�特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业 机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为PLC具有以下优点� 1�、灵活、通用 在继电器控制系统中�使用的控制器件是大量的继电器�整个系统是根据设 计好的电器控制图�由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的�其过程费时费 力。如果因为工艺上的稍许变化�需要改变电器控制系统的话�那么原先的整个 电器控制系统将被全部拆除�而重新进行布线、焊接、固定等工作�浪费了大量 的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功 能的�如果控制功能需要改变的话�只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。 而且�同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象�只要改变软件就可以实 现不同的控制要求�因此具有很大的灵活性、通用性。 2�、可靠性高、抗干扰能力强 对于机械手系统来说�可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标�如何能在各 17 盐城纺织职业技术学院 毕业设计�论文� 种工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下�平稳可靠的工作� 将故障率降至最低�是研制每一种控制系统必须考虑的问题。现代 PLC采用了集 成度很高的微电子器件�大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成�其可靠 性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证 PLC能在恶劣的工业环 境可靠的工作�在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措 施�使其可以适应恶劣的工业应用环境。 3�、操作方便、维修容易 PLC采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程�使用户十分方便的 读懂程序和编写、修改程序。对于使用者来说�几乎不需要专门的计算机知识。 工程师编好的程序十分清晰直观�只要写好操作说明书�操作人员经短期的学习 就可以使用。 4�、功能强 现代 PLC不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能�而且还能完成 A/D、D/A 转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此� 它既可控制开关量�又可控制模拟量�既可控制一个机械手�又可控制一个机械 手群�既可控制简单系统�又可控制复杂系统�既可现场控制�- 配套讲稿:
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