【正文】 1 一、 緒 論 課程設(shè)計(jì)的意義 電氣控制技術(shù)是電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課，該課程不但有較高的理論基礎(chǔ)要求，而且工程實(shí)踐性很強(qiáng)，因此除安排上完理論課時(shí)外， 還安排了三周的課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的目的 (1)綜合運(yùn)用 PLC 課程和其它選修課程的理論和知識(shí)，掌握 PLC設(shè)計(jì)的一般方法，樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力； (2)學(xué)會(huì)從控制系統(tǒng)功能的要求出發(fā)，合理的選擇外圍設(shè)備，制定設(shè)計(jì)方案，編寫(xiě)控制程序。 (3)學(xué)習(xí)使用技術(shù)手冊(cè)，掌握查閱專(zhuān)業(yè)資料的相關(guān)方法 。 PLC 可編程邏輯控制器 的 定義 PLC 是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC種類(lèi)繁多，但其組成結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。用可編程序控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn) ，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 PLC 專(zhuān)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它主要是由 CPU、電源、存儲(chǔ)器和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 2 圖 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 如圖 ， PLC的基本結(jié)構(gòu)有電源、中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路 ，此外還有功能模塊、通信模塊。 a、 電源 PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此 PLC 的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在 +10%(+15%)范圍內(nèi) 。 b、 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 c、 存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部 分 。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接更改，它使 PLC 具有基本的功能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了 PLC 的性能，其內(nèi)容主要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主要控制 PLC 的運(yùn)行，使整個(gè) PLC按部就班地工作。第二部分為用戶指令解釋程序，通過(guò)用戶指令解釋程序，將 PLC 的編程語(yǔ)言變?yōu)闄C(jī)器語(yǔ)言指令，再由 CPU 執(zhí)行這些指令。第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。 PLC 的具體工作都是由這部分程序來(lái)完成的， 3 這部分程序的多少也 決定了 PLC 性能的高低。用戶存儲(chǔ)器容量的大小，關(guān)系到用戶程序容量的大小，是反映 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。 d、 輸入輸出接口電路 (1)現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC 與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 (2)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用 PLC 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 PLC 的編程語(yǔ)言 在可編程控制器中有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ,它們是梯形圖語(yǔ)言、布爾助記符語(yǔ)言、功能表圖語(yǔ)言、功能模塊圖語(yǔ)言及結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句描述 語(yǔ)言等。梯形圖語(yǔ)言和布爾助記符語(yǔ)言是基本程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡(jiǎn)單的控制功能。功能表圖語(yǔ)言和語(yǔ)句描述語(yǔ)言是高級(jí)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作。功能模塊圖語(yǔ)言采用功能模塊圖的形式，通過(guò)軟連接的方式完成所要求的控制功能，它不僅在可編程序控制器中得到了廣泛的應(yīng)用，在集散控制系統(tǒng)的編程和組態(tài)時(shí)也常常被采用，由于它具有連接方便、操作簡(jiǎn)單、易于掌握等特點(diǎn)，為廣大工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員所喜愛(ài)。 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是最常用的一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ， 梯形圖程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的特點(diǎn)是： (1)與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性； (2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，易于撐握和學(xué)習(xí)； (3)與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（ Power FLow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待； (4)與布爾助記符程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。 4 三菱 PLC FX2N系列的特點(diǎn) 三菱 FXPLC 是小形化，高速度，高性能和所 有方面都是相當(dāng) FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出 16～ 25 點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 PLC。 特點(diǎn) ： 系統(tǒng)配置即固定又靈活； 編程簡(jiǎn)單；備有可自由選擇，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運(yùn)算；使用于多種特殊用途；外部機(jī)器通訊簡(jiǎn)單化；共同的外部設(shè)備。 三菱 PLC FX2N 二、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及確定 打地鼠游戲 成品中有一個(gè) 44 的發(fā)光二極管陣列和開(kāi)關(guān)陣列，并且開(kāi)關(guān)和對(duì)應(yīng)位置的 發(fā)光二極管在邏輯上對(duì)應(yīng)。游戲時(shí)，發(fā)光二極管陣列中的一個(gè)會(huì)閃爍一下，然后給出一定時(shí)間（根據(jù)級(jí)別不同時(shí)間也不同）讓游戲者將對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)按下，如果按對(duì)則加分，按錯(cuò)或沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按下按鍵均不加分但也不扣分；如果前 10次按對(duì)的次數(shù)不超過(guò) 7 次，那么游戲?qū)⒆詣?dòng)返回到開(kāi)始狀態(tài)，重新開(kāi)始；如果得分超過(guò)了 20 分，游戲?qū)⒆詣?dòng)升級(jí)，燈閃爍的間隔會(huì)減小，意為難度增大。七段數(shù)碼管用以顯示所得分?jǐn)?shù)。此游戲與傳統(tǒng)的打地鼠游戲不同：傳統(tǒng)的打地鼠游戲每次出現(xiàn)不止一個(gè)地鼠，規(guī)定 5 在地鼠出現(xiàn)的時(shí)間內(nèi)（并且在這段時(shí)間內(nèi)地鼠會(huì)一直顯示）如果游戲者按對(duì)按鍵才會(huì)得分。而我們的就不一樣，我們?cè)O(shè)計(jì)的游戲一次只有一個(gè)地鼠出現(xiàn)，并且只是閃爍一下而已，需要游戲者憑記憶記住那個(gè)地鼠的位置，然后給出一定的時(shí)間讓游戲者按開(kāi)關(guān)按鍵，如果按對(duì)才能得分。所以說(shuō)，傳統(tǒng)的打地鼠游戲只是鍛煉了反應(yīng)時(shí)間，而我們的打地鼠游戲既鍛煉了反應(yīng)時(shí)間，又鍛煉了短期記憶能力。 功能要求 游戲時(shí)，發(fā)光二極管陣列中的 燈 會(huì) 亮 ，然后給出一定時(shí)間（根據(jù)級(jí)別不同時(shí)間也不同）讓游戲者將對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)按下，如果按對(duì)則加分，按錯(cuò)或沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按下按鍵均不加分但也不扣分；如果得分超過(guò)了 10 分，游戲?qū)⒆詣?dòng) 升級(jí)，燈閃的間隔會(huì)減小，意為難度增大。七段數(shù)碼管用以顯示所得分?jǐn)?shù) 。（燈的出現(xiàn)可以是一個(gè)或者是多個(gè)，可以是按一定次序出現(xiàn)或隨機(jī)出現(xiàn)，燈亮的時(shí)間自己定，根據(jù)作者熟練程度選擇方案） 系統(tǒng)方案說(shuō)明 本次設(shè)計(jì)基于 PLC 的打地鼠游戲，本文的課題源于風(fēng)靡的打地鼠游戲。 PLC控制具有 實(shí)時(shí)性 、 信號(hào)處理時(shí)間短 、 速度快 、 更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目 ， 可靠性高 ， 豐富的 I/O 卡件 ， 質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高 ， 安裝簡(jiǎn)單，維修方便 ， PLC 控制能在高粉塵、高噪聲、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。因?yàn)樗钦w模塊，集 中了驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和保護(hù)電路以及通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以在使用中，硬件相對(duì)簡(jiǎn)單，編程語(yǔ)言也相對(duì)簡(jiǎn)單，并且測(cè)試容易，維修方便，更可以提高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性及控制系統(tǒng)的可靠性。本設(shè)計(jì)以操作簡(jiǎn)單、使用可靠、維護(hù)修理方便作為主要設(shè)計(jì)方向。 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)輸入為按鈕，輸出包括發(fā)光二極管、七段數(shù)碼管。由于此次實(shí)習(xí)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，所以沒(méi)有實(shí)物，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的硬件：模擬實(shí)驗(yàn)板，再合理分配輸入輸出端子，連接按鈕。 6 四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)流程圖 PLC進(jìn)入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好啟動(dòng)。 按下啟動(dòng)按扭， 選擇難度（初級(jí)和中級(jí)），燈隨機(jī)點(diǎn)亮，結(jié)合相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)按鈕，在自動(dòng)（系統(tǒng)設(shè)置時(shí)間）燈熄滅前，按下對(duì)應(yīng)的按鈕進(jìn)行熄滅，在一輪游戲結(jié)束時(shí)數(shù)碼管顯示當(dāng)前所得分?jǐn)?shù)。 工藝流程分析 初始狀態(tài) 啟動(dòng) 選擇難度 二極管亮 按下對(duì)應(yīng)按鈕熄滅燈 計(jì)分 數(shù)碼管 顯示分 數(shù) 是否繼續(xù) 回合結(jié)束 停 機(jī) 7 輸入輸出地址及接線 五、 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 硬件線路連的好不好，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的成敗。仔細(xì)看電源極性有沒(méi)有接反，是否接地，看有沒(méi)有邏輯性錯(cuò)誤，主要包括錯(cuò)線、開(kāi)路、短路。檢查接線是否牢固。 軟件調(diào)試 在 FX2N 環(huán)境里實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件調(diào)試，首先在端口選擇上選擇 FX2N/，然后畫(huà)好梯形圖。仔細(xì)檢查梯形圖后方可進(jìn)行軟件調(diào)試。 (1)在線工作 :該軟件與 PLC 連接在一起，稱(chēng)為在線工作，否則稱(chēng)為離線工作。 (2)傳送：將程序、擴(kuò)展指令等下載到 PLC。 (3)操作模式： PLC 工作模式為編程、調(diào)試、監(jiān)視和運(yùn)行四種。程序傳送成功后選擇運(yùn)行，這樣 PLC 就能按程序工作了，調(diào)節(jié) PLC 輸入，觀察對(duì)應(yīng)的輸出是不是想要的結(jié)果。 8 調(diào)試結(jié)果（部分） 初級(jí)挑戰(zhàn) 中級(jí)挑戰(zhàn) 9 六、總結(jié) 通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，學(xué)會(huì)了 PLC 的基本編程方法，對(duì) PLC 的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在對(duì)理論的 運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒(méi)有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來(lái)的程序與到 PLC 中的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì) PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。了解了 PLC 梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于 PLC 設(shè)計(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來(lái)源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們還得到了老師的幫助與意見(jiàn)。在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不是每一個(gè)問(wèn)題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論 是一個(gè)很好的方法，不是有句話叫做思而不學(xué)者殆。做事要學(xué)思結(jié)合。 七、參考文獻(xiàn) [1]韓順杰 ,蔡長(zhǎng)青 .電氣控制 技術(shù) [M].北京 :北京大學(xué)出版社 ,2020 [2]楊亞萍 ,陳北莉 .電氣控制與 PLC[M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020 [3]史國(guó)生 .電氣控制與可編程控制器技術(shù) [M].第 二 版 .北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2020 [4]鐘肇新 ,范建東 .可編程控制器原理及應(yīng)用 .[M].廣州 :華南理工大學(xué)出版社 ,2020 [5]史宜巧 .PLC 技術(shù)及應(yīng)用項(xiàng)目教程 . 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 , 10 八、附錄 梯形圖 11 12 13 14 15 附件 專(zhuān)業(yè) 本科畢業(yè)論文管理制度 與相關(guān)文件 匯編 大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院 系 16 二零一三年七月 17 目 錄 專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)論文寫(xiě)作規(guī)范 ............................................................................18 專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)論文參考文獻(xiàn)寫(xiě)作要求 .............................................................24 專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)論文裝訂規(guī)范與要求 .................................................................36 專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)論文指導(dǎo)教師工作要求 .............................................................38