天塔之光plc控制系统设计大学论文

湖南网络工程职业学院HUNAN NETWORK ENGINEERING COLLEGE

第一部分毕业设计开题报告

题目天塔之光PLC控制系统设计

专业机电一体化

班级12级机电一体化班

学生姓名

指导教师

二0一四年十一月

湖南网络工程职业学院毕业设计开题报告书机电工程系机电一体化专业

第二部分毕业论文

天塔之光PLC控制系统设计二0一四年十一月

摘要

随着计算机技术在工业控制方面的迅速发展，以可编程序控制器（PLC）为主体的新型电气控制系统已基本取代了传动的继电器控制系统。本次设计天塔之光采用的是西门子S7-200系列可编程序控制器，需要2个输入点，9个输出点，经过比较选用CPU224型PLC主机。其输出可满足本次设计的需求。程序梯形图主要使用移位寄存器指令（SHRB）实现。

关键字：CPU224型、移位寄存器指令

目录

摘要 (5)

第一章设计任务 (7)

1.1 课题背景 (7)

1.2 控制要求 (7)

第二章主要设备资源介绍 (9)

2.1 可编程序控制器技术 (9)

2.2 西门子S7-200系列可编程序控制器介绍 (9)

2.3 CPU224型PLC (10)

2.3.1 CPU224型PLC的外形及端子介绍 (10)

2.3.2 CPU224型PLC的结构及性能指标 (14)

2.3.3 PLC的CPU工作方式 (14)

第三章程序及硬件设计 (15)

3.1 控制要求分析 (15)

3.2 I/O地址分配表 (16)

3.3 PLC的I/O口的连线 (17)

3.4 移位寄存器的位与输出对应关系 (18)

3.5 程序指令 (19)

第四章设备选型和采购 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

第一章设计任务

1.1 课题背景

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。

1.2 控制要求

如图1所示的天塔的灯光，可以用PLC控制灯光的闪耀移位及时序变化等。控制要求如下：按启动按钮，L12→L11→L10→L8→L1→L1、L2、L9→L1、L5、L8→L1、L4、L7→L1、L3、L6→L1→L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L1、L2、L6→L1、L3、L7→L1、L4、L8→L1、L5、L9→L1、L2、L3、L4、L5→L6、L7、L8、L9→L12、L11、L10→......循环下去，直至按下停止按钮。

图1 天塔之光控制示意图

第二章主要设备资源介绍

2.1 可编程序控制器技术

本次设计的主要是利用可编程序控制器技术实现天塔之光的控制系统。可编程序控制器（简称PLC）是综合应用计算机技术、自动控制技术和通信技术的工业自动化控制装置，目前广泛应用于各类工业控制设备。PLC的控制功能是通过用户程序实现的，用来编写用户程序的指令可分为基本指令、顺序指令和功能指令三大类，其中基本指令构成的程序梯形图类似于继电器控制系统的电原理图、熟悉电气控制线路的人员比较容易理解和掌握程序梯形图。基本指令通常包括取指令、触点串联/并联指令、线圈输出指令、置位/复位指令、定时器、计算器应用指令等。

由PLC组成的控制系统与继电器控制系统相比较，具有以下特点：

1.PLC控制系统硬件结构简单

继电器控制逻辑是由大量的物理继电器连线组成，结构复杂。而PLC控制逻辑是由程序（软继电器）组成，取消了大量的中间继电器和时间继电器等控制器件，同时也大大简化了硬件接线。

2.PLC的控制逻辑更改方便

要改变继电器控制逻辑必须重新接线，工作量很大，因此有的用户宁愿拆除旧的控制柜而另外新作一个电气控制柜；而修改PLC的控制逻辑只需要重新编写和下载程序即可。

3.系统稳定维护方便

PLC性能指标高，抗干扰性强，能在工业生产环境下长期稳定的工作，据统计，PLC控制系统的电气故障仅为相应功能的继电器控制系统的5%。当电路发生故障时，可根据PLC输入/输出端口的LED显示来判断产生故障的部位，以便迅速的排除故障。

2.2 西门子S7-200系列可编程序控制器介绍

西门子S7系列可编程序控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程序控制器系统。S7-200系列可编程序控制器有CPU21X系列和CPUC22X系列，其中CPU22X型可编程序控制器提供了4

个不同的基本型号，分别为CPU221、CPU222、CPU224和CPU226。

小型PLC中，CPU221价格低廉，能满足多种集成功能的需要。CPU222是S7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU224具有更多的输入输出点及更大的储存器。CPU226和226M是功能最强的单元，可以完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。4种型号的PLC具有下列特点：

（1）集成的24V电源。可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU221和CPU222具有180mA输出。CPU224输出280mA，CPU226、CPU22XM输出400mA 可用负载电源。

（2）高脉冲输出。具有2路高脉冲输出端，输出脉冲频率可达20kHz，用于控制步进电机或伺服电动机，实现定位任务。

（3）通信口。CPU221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU226、CPU226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。

（4）模拟电位器。CPU221/CPU222有一个模拟电位器，CPU224/226/226XM 有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预制值，过程量的控制参数。

（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。

（6）EEPROM存储器模块（选件）。可作为修改个和复制程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。

（7）电池模块。用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块可延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。

（8）不同的设备类型。CPU221~226各有2中类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。

（9）数字量输入/输出点。CPU221具有6个输入点和4个输出点：CPU222具有8个输出点和6个输出点；CPU224具有14个输入点和10个输出点；CPU226/226XM具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V 直流双向光耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。

（10）高速计数器。CPU221/222有4个30kHz高速计数器，

CPU224/226/226/226XM有6个30kHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。

2.3 CPU224型PLC

2.3.1 CPU224型PLC的外形及端子介绍

1. CPU224型PLC的外形

CPU224型PLC外型如图2-1所示，其输入、输出、CPUC、电源模块均装设在一个基本单元的机壳内，是典型的整体式结构。当系统需要扩展时，选用需要扩展的模块与基本单元连接。