毕业设计（论文）PLC控制的广告牌灯饰设计.doc

继续教育学院毕业设计（论文）题目：PLC控制的广告牌灯饰设计院、系（站）：渭南工业学校函授站学 科 专 业： 机电一体化技术 学 生： * * * 学 号： * 指 导 老 师： * * * 2012年12月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。,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管,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。这些灯的亮灭,闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求.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。可编程控制器PLC可编程序控制器：英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.作为自动控制装置的核心,它具有功能强,可靠性高等诸多优点,PLC实验装置采用的是模块化结构，主要模块有可编程序控制器、编程器模块，九种实验模块，按钮、开关输入模块和继电器输出模块。该装置可以完成各种指令系统训练以及多种控制对象的程序设计训练。关键字： 霓虹灯;广告屏;PLC控制目录第一章 绪论11.1 可编程控制器的产生和发展11.2 plc的现状21.3 PLC的主要特点31.4 PLC的应用领域4第2章 PLC概述72.1 PLC的结构72.2 PLC的工作过程8第三章 广告牌霓虹灯控制系统及硬件设计103.1 控制系统的设计要求103.2 PLC控制系统设计的基本原则113.3可编程序控制器PLC的选型123.4 I/O模块的外部接线183.5 广告牌霓虹灯控制系统的I/O分配表及PLC型号选择193.6 广告牌霓虹灯控制系统的PLC端子接线图203.7 PLC外部器件的选型20第四章 软件设计224.1 常见的编程语言224.2 广告牌霓虹灯控制系统的梯形图程序设计254.3 指令表274.4 程序说明29结束语30参考文献31一、绪论1.1 可编程控制器的产生和发展传统的的继电器-接触器控制系统，由继电器、接触器和各种开关按一定的逻辑关系用线连接而成。要改变控制逻辑，需要重新布线、连接，甚至要增减元器件，由于接线多，非常费时费力。因此只适用于工作模式固定、控制逻辑简单、大批量生产的制造设备和一些自动化程度较低的制造设备。20世纪30年代出现了电子管顺序逻辑控制器，解决了因继电器等开关触点通断延时太长而引起的不稳定问题；20世纪50年代半导体二极管、三极管逻辑控制电路取代了电子管控制器，解决了电子管热丝大功率耗能问题；20世纪60年代中小规模集成电路的出现大大减少了逻辑控制器连接点数量，降低了故障率。20世纪60年代末，随着大规模集成电路技术、计算机技术、自动控制理论的发展，以及汽车制造业日益激烈的竞争对生产线具有柔性的要求，美国通用汽车公司首先提出了将继电器接触器控制的简单易懂、使用方便、价格低廉的优点，与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电器接触器控制的硬件连线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。1969年美国数字设备公司（DEC）根据上述设想，研制开发出世界上第一台可编程逻辑控制器。20世纪80年代超大规模集成电路的出现，产生了CPU、单板计算机、单片计算机，可编程逻辑控制器具有了通用性、易用性和易学性，PLC得到进一步发展，不仅具有继电逻辑控制特性，也具有了连续控制的特性，PLC也因此更名为可编程控制器。1985年1月国际电工委员会（IEC）对可编程控制器定义如下：“可编程控制器是一种数字运算电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充的原则设计”。1.2 plc的现状随着个人计算(PC机)和通讯技术的发展,现在PLC和DCS的设计结构越来越接近.基本构架都是操作站通过以太网接主站，主站通过现场总线接从站。出于安全性的考虑，冗余技术也不断发展，双冗余（如：GTCON2000）、三冗余(如：TRICON)、七冗余（航空领域）。从PLC主站CPU的运行方式上又分为冷备、热备和同步热备。冗余技术的发展使得PLC可以冲破低级芯片的限制，而大量应用尖端的电子技术，与PC机发展同步。由于个人计算机的飞速发展，PC机变得稳定而可靠。其接口的开放性，通讯和cpu的速度都使得它比原始设计思想下的PLC更适用于工控的要求。因此出现了软PLC的概念，又称为软逻辑。其构架是：在PC机上安装如Linux、WinCE等操作系统，而在操作系统中运行IEC1131的逻辑执行程序，作为PLC系统的主站（如：GTCON2000就是如此）。这种嵌入式的PLC使得工业控制可以应用各个领域的先进技术，突破了禁锢瓶颈，典型的软逻辑PLC结构为 ARM嵌入Linux然后安装PLC解释程序（www.LinuxPLC.cn）。软PLC的另外一个发展分支是，直接在微软的个人计算机操作系统上运行类似PLC的软件，而用计算机取代PLC系统中的主站。运行软件PLC的计算机可以充分应用计算机的开放性接口和通讯速度，兼容性好。可以挂接板卡、USB设备、以太网设备、串行通讯设备。比较典型的应用方案是：组态王软逻辑通过串行通讯（现在也可用以太网）挂接研华的亚当模块。随着电子技术、通讯技术和软件技术的不断发展。这种构架将完全取代PLC 和 DCS 成为主流形式。但目前PC机技术、操作系统和以太网还不能满足可靠性要求。1.3 PLC的主要特点1使用灵活、通用性强PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。2可靠性高、抗干扰能力强微机功能强大但抗干扰能力差，工业现场的电磁干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能导致一般通用微机不能正常工作；传统的继电器接触器控制系统抗干扰能力强，但由于存在大量的机械触点（易磨损、烧蚀）而寿命短，系统可靠性差。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和繁杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高，从实际使用情况来看，PLC控制系统的平均无故障时间一般可达45万小时。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，能适应有各种强烈干扰的工业现场，并具有故障自诊断能力。如一般PLC能抗1000V、1ms脉冲的干扰，其工作环境温度为060，无需强迫风冷。3接口简单、维护方便PLC的接口按工业控制的要求设计，有较强的带负载能力（输入输出可直接与交流220V，直流24V等强电相连），接口电路一般亦为模块式，便于维修更换。有的PLC甚至可以带电插拔输入输出模块，可不脱机停电而直接更换故障模块，大大缩短了故障修复时间。4体积小、功耗小、性价比高以小型PLC（TSX21）为例，它具有128个I/O接口，可相当于400800个继电器组成的系统的控制功能，其尺寸仅为216×127×110mm，重2.3kg，不带接口的空载功耗为1.2W，其成本仅相当于同功能继电器系统的1020。PLC的输入输出系统能够直观地反应现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通讯状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监视。5编程简单、容易掌握PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑了现场工程技术人员的技能和习惯。大多数PLC的编程均提供了常用的梯形图方式和面向工业控制的简单指令方式。编程语言形象直观，指令少、语法简便，不需要专门的计算机知识和语言，具有一定的电工和工艺知识的人员都可在短时间内掌握。利用专用的编程器，可方便地查看、编 辑、修改用户程序。6设计、施工、调试周期短用继电器接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏（柜）的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用PLC控制，由于其靠软件实现控制，硬件线路非常简洁，并为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量（输入输出点数、内存大小）等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在PLC到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。由于用软件编程取代了硬接线实现控制功能，大大减轻了繁重的安装接线工作，缩短了施工周期。PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。1.4 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 二、PLC概述2.1 PLC的结构PLC主要由中央处理单元(CPU)，存储器（RAM和EPROM），输入、输出模块（简称为I/O），编程器和电源五部分组成。其硬件结构图如下图2.1图2.1 PLC硬件结构图1中央处理单元(CPU)CPU是PLC的控制中枢,它是由控制器和运算器组成.它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：（1）输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入映像寄存器和数据寄存器。（2）程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，组织数据的存取，传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。（3）输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。2存储器PLC的存储器主要用于存放系统程序,用户程序和工作状态数据.现代PLC都采用半导体存储器作为它的存储器.一类是RAM(随机存取存储器),可以随时由CPU对它进行读出和写入;另一类是ROM(只读存储器),CPU只能从中读取而不能写入.RAM用来存放各种暂存的数据、中间结果及用户正在调试的程序,ROM用来存放监控程序及用户已调试好的程序,这些程序事先固化在ROM芯片中,开机后便可运行其程序.3I/O模块I/O模块的主要工作是信息数据的输入与输出，输入信号有两类：一类是从按扭、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。4编程器编程器除了用来输入和编辑用户程序外，还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连接在可编程序控制器上，将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用，一台编程器可供多台可编程序控制器公用。5电源可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置（如接近开关）提供24V直流电源。驱动现场执行机构的直流电源一般由用户提供。2.2 PLC的工作过程PLC的工作过程是一种循环过程，每一次循环所用的时间称为一个扫描周期。每一个扫描周期都包括系统自检及信息交换、输入处理（或称输入采样、输入扫描）、用户程序执行和输出处理（或称输出刷新、输出扫描）这四个阶段。下面分别介绍其中的四个阶段。1系统自检及信息交换在这个阶段，PLC要进行系统自检工作，这包括检查PLC的各种功能是否正常、程序执行是否有错及其他一些内部处理等。然后PLC还要与编程器及其他数据通讯模块进行数据交换。PLC中常用一种称为“看门狗”（watchdog,简称WDT）的监督定时器来监测PLC的实际工作周期是否超出预定时间，以免在执行程序过程中进入死循环或者执行非预定的程序而造成系统故障乃至失控。2输入处理在输入处理阶段，PLC把它所有输入端子上的信号的状态一次读入到PLC内部保存，保存此时输入信号状态的器件称为输入映象寄存器。显然，在每一个扫描周期中，输入映象寄存器中的内容更新一次。也就是说，在把输入信号状态读入输入映象寄存器后，即使输入端子上的信号状态发生了变化，输入映象寄存器中的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才会读入这些变化。3程序执行除了输入映象寄存器外，在PLC内部各软元件都有与其对应的映象寄存器。在执行用户程序阶段，PLC按顺序对用户程序进行扫描，从输入映象寄存器和其他软元件的映象寄存器中将有关的软元件状态读出，从左到右、从上而下地扫描每条指令，即进行处理，并把每步程序执行的结果写入有关映象寄存器。因此，各软元件的映象寄存器的内容随着程序的运行在不断地变化。用户程序执行完毕，与各输出继电器相对应的各输出映象寄存器的内容就确定了。4输出处理在用户程序执行完毕后，PLC就进行输出处理，即把输出映象寄存器中的内容一次送入各输出锁存器，即进行刷新，从而成为输出端子上的状态，即驱动用户装置的状态。PLC输出端子的实际输出状态较输出锁存器的状态也有一个延迟时间。当PLC处于停止运行（STOP）状态时，只完成系统自检及信息交换阶段的工作。当PLC处于运行状态时，除完成该阶段的工作外，还要完成其后面三个阶段的工作。三、广告牌霓虹灯控制系统及硬件设计渭南技术学院3.1 控制系统的设计要求图3.1 霓虹灯本控制系统只是用于控制霓虹灯和边框流水灯的按顺序的闪烁。它能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图3.1六个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时地隔位闪烁。用PLC对大型广告屏实现控制,其具体要求如下:1广告屏有6根灯管，24个流水灯，每4个灯为一组。2该广告屏中间6个霓虹灯字亮灭的时序为第1字亮到第2字亮到第3字亮第6字亮,时间间隔均为1S,6个霓虹灯字全亮后,显示10S,再反过来从第6子到第5字第1字按顺序熄灭.全灭后,保持熄灭状态2S,再从第6字开始亮起,顺序点亮6-51,时间间隔为1S,全亮后显示20S.再从1-26顺序熄灭.全熄灭后,保持熄灭状态2S,再从头开始运行,周而复始。3广告屏四周的流水灯共24只,4个1组,共分6组,每组灯间隔1S向前移动一次,且IVI每隔一组的灯点亮,即从I,III亮后II,IV亮后III,V亮后IV,VI亮,移动一段时间后(如30S),再反过来移动,即从VI,IV亮后V,III亮后IV,II亮后III,I亮,如此循环往复。4系统有单步连续控制,有启动和停止按钮。5系统霓虹灯字,白帜灯的电压及供电电源均为220V。3.2 PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4适应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。3.3可编程序控制器PLC的选型在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。 一、输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 二、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (一)运算功能 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 (三)通信功能 大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式：1）PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络；2）1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络；3）PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网；4）专用PLC网络（各厂商的专用PLC通信网络）。 为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (四)编程功能 离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用，五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。(五)诊断功能PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 (六)处理速度 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。四、机型的选择 (一)PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (二)输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。 (三)电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 (四)存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 (五)冗余功能的选择 1控制单元的冗余 .重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。 .在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3重化冗余容错系统等。 2I/O接口单元的冗余 .控制回路的多点I/O卡应冗余配置。 .重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。 (六)经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 3.4 I/O模块的外部接线开关量输入、输出模块的外部接线分为汇点式、分组汇点式和分离式三种，汇点式的各输入回路有个公共端COM，并共用个电源（直流电源一般是PLC自带）；分组汇点式由几个电源供电，分离式各个输入输出回路由单独电源供电，后5种输入、输出模块的交流或直流电源一般由用户提供。端有电感性元件时，对于直流电路，应在它们两端并联续流二极管；对于交流电路，应在它们两端并联阻容电路，以抑制电路断开时产生的电弧对PLC的影响。电阻可取50120，电容可取0.10.47mf，电容的额定电压应大干电源峰值电压。续流二极管可以选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的3倍。3.5 广告牌霓虹灯控制系统的I/O分配表及PLC型号选择根据控制要求,PLC控制霓虹灯广告显示屏的输入输出(I0)地址编排如下表所示,其中SA1(X0)为启动开关,SA2(X1)为停止开关,SAa(X2)为单步连续选择开关,SB(X3)为步进按钮开关。Y0Y7控制8根霓虹灯字,用发光管LED1LED8模拟显示,Y10Y15控制6组流水灯泡,这里用发光管LEDQLED,模拟显示。如表：输入点分配输出点分配输入接点输入开关名称输出接口驱动设备X000启动SA1Y000 Y005控制8个霓虹灯字LED1-6X001停止SA2Y010Y015控制6组流水灯泡LED10-15X002单步/连续开关SA3X003步进按纽开关SBI/O分配表PLC型号的选择：由于本文程序共有14个端口输出，并且用是用交流电的，所以我选择用FX2N-48MR-001。FX2N-48MR-001的主要的技术参数：输入继电器有24点，输出继电器有24点。电源电压为AC100240V 50/60Hz。3.6 广告牌霓虹灯控制系统的PLC端子接线图3.6端子接线图3.7 PLC外部器件的选型电器产品的种类很多，他们在控制中起着很重要的作用，但目前各种电器的质量不是很理想。常因电器产品发生故障而使系统不能正常工作，从而造成很大的经济损失。所以电器产品的可靠性与正确选型在控制系统中至关重要。下表为本次系统的主要电器元件的选型：名称符号型号数量额定电压万能开关SAH2101013J 10A3个220V霓虹灯管HLLJT-GL13-S038个220V日光灯HLLJT-CC7-S158个220V刀开关QSHD17-40011291个220V按钮SBLA19-A1个220V空气开关QDZ20-4001个220V熔断器FURL1601个220V四、软件设计4.1 常见的编程语言PLC的用户程序是设计人员根据控制系统的工艺控制要求，通过PLC编程语言的编制设计的。根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3）。PLC的编程语言包括以下五种：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。1梯形图语言（LD）梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。2指令表语言（IL）指令表编程语言是与汇编语言类似的一种助记符编程语言，和汇编语言一样由操作码和操作数组成。在无计算机的情况下，适合采用PLC手持编程器对用户程序进行编制。同时，指令表编程语言与梯形图编程语言图一一对应，在PLC编程软件下可以相互转换。指令表表编程语言的特点是：采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于掌握；在手持编程器的键盘上采用助记符表示，便于操作，可在无计算机的场合进行编程设计；与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本一致。3功能模块图语言（FBD）功能模块图语言是与数字逻辑电路类似的一种PLC编程语言。采用功能模块图的形式来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。功能模块图编程语言的特点：功能模块图程序设计语言的特点是：以功能模块为单位，分析理解控制方案简单容易；功能模块是用图形的形式表达功能，直观性强，对于具有数字逻辑电路基础的设计人员很容易掌握的编程；对规模大、控制逻辑关系复杂的控制系统，由于功能模块图能够清楚表达功能关系，使编程调试时间大大减少。4 顺序功能流程图语言（SFC）顺序功能流程图语言是为了满足顺序逻辑控制而设计的编程语言。编程时将顺序流程动作的过程分成步和转换条件，根据转移条件对控制系统的功能流程顺序进行分配，一步一步的按照顺序动作。每一步代表一个控制功能任务，用方框表示。在方框内含有用于完成相应控制功能任务的梯形图逻辑。这种编程语言使程序结构清晰，易于阅读及维护，大大减轻编程的工作量，缩短编程和调试时间。用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合。顺序功能流程图编程语言的特点：以功能为主线，按照功能流程的顺序分配，条理清楚，便于对用户程序理解；避免梯形图或其他语言不能顺序动作的缺陷，同时也避免了用梯形图语言对顺序动作编程时，由于机械互锁造成用户程序结构复杂、难以理解的缺陷；用户程序扫描时间也大大缩短。5结构化文本语言（ST）结构化文本语言是用结构化的描述文本来描述程序的一种编程语言。它是类似于高级语言的一种编程语言。在大中型的PLC系统中，常采用结构化文本来描述控制系统中各个变量的关系。主要用于其他编程语言较难实现的用户程序编制。结构化文本编程语言采用计算机的描述方式来描述系统中各种变量之间的各种运算关系，完成所需的功能或操作。大多数PLC制造商采用的结构化文本编程语言与BASIC语言、PASCAL语言或C语言等高级语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化文本编程语言的特点：采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；需要有一定