PLC课程设计报告
⽬录
⼀、摘要 (3)
⼆、概述 (4)
2.1、PLC发展历史
2.2、PLC的前景及未来
三、课程设计的主要内容和要求 (5)
3.1、课程设计的⽬的
3.2、课程设计课题任务的内容和要求
3.3、课程设计⼯作任务及⼯作量的要求
四、PLC的选⽤及相关知识 (6)
4.1、三菱PLC与西门⼦PLC的对⽐
4.1、FX2N系列PLC的结构特点
4.2、FX2N系列PLC⼯作原理
4.3、FX2N系列PLC的功能与应⽤
五、PLC礼花灯控制系统的设计 (10)
5.1、PLC礼花灯控制系统设计思路和硬元件的选择
5.2、PLC礼花灯控制系统IO分配表
5.3、PLC礼花灯控制系统外部接线
5.4、PLC礼花灯控制系统程序流程框图
5.5、PLC礼花灯控制系统梯形图
5.6、PLC礼花灯控制系统软件指令表
5.7、PLC礼花灯控制系统仿真结果
六、课程设计⼼得 (16)
本课题是基于FX2N系列PLC为控制核⼼，通过对PLC控制系统的设计和编程，并与少量的外部开关电路相结合⽽实现的⼀种礼花灯控制系统，是⼀种较为新颖的基于PLC的礼花灯控制系统设计⽅案。在本次课程设计中，我们利⽤了定时器（T）实现对礼花灯上各个LED灯的通断控制，让LED灯能够以特定的规律循环点亮。该控制系统具有硬件使⽤率少，外部操作电路简单及易操作等特点。
关键词：FX2N可编程控制器，LED灯控制器，操作简单⽅便，循环控制
2.1、PLC发展历史
起源：1968年美国通⽤汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第⼀台可编程控制器PDP—14 ，在美国通⽤汽车公司的⽣产线上试⽤成功，⾸次采⽤程序化的⼿段应⽤于电⽓控制，这是第⼀代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第⼀台PLC。
发展：20世纪70年代初出现了微处理器。⼈们很快将其引⼊可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的⼯业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进⼊实⽤化发展阶段，计算机技术已全⾯引
⼊可编程控制器中，使其功能发⽣了飞跃。更⾼的运算速度、超⼩型体积、更可靠的⼯业抗⼲扰设计、模拟量运算、PID功能及极⾼的性价⽐奠定了它在现代⼯业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进⼯业国家中已获得⼴泛应⽤。世界上⽣产可编程控制器的国家⽇益增多，产量⽇益上升。这标志着可编程控制器已步⼊成熟阶段。 20世纪80年代⾄90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率⼀直保持为30~40%。在这时
期，PLC在处理模拟量能⼒、数字运算能⼒、⼈机接⼝能⼒和⽹络能⼒得到⼤幅度提⾼，PLC逐渐进⼊过程控制领域，在某些应⽤上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代⼯业的需要。这个时期发展了⼤型机和超⼩型机、诞⽣了各种各样的特殊功能单元、⽣产了各种⼈机界⾯单元、通信单元，使应⽤可编程控制器的⼯业控制设备的配套更加容易。
2.2、PLC的前景及未来
展望未来，PLC 会有更⼤的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应⽤于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快，存储容量更⼤，智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进⼀步向超⼩型及超⼤型⽅向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的⼈机界⾯，完备的通信设备会更好地适应各种⼯业控制场合的需求；从市场上看，各国各⾃⽣产多品种产品的
情况会随着国际竞争的加剧⽽打破，会出现少数⼏个品牌垄断国际市场的局⾯，会出现国际通⽤的编程语⾔；从⽹络的发展情况来看，可编程控制器和其它⼯业控制计算机组⽹构成⼤型的控制系统是可编程控制器技术的发展⽅向。⽬前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有⼤量的可编程控制器应⽤。伴随着计算机⽹络的发展，可编程控制器作为⾃动化控制⽹络和国际通⽤⽹络的重要组成部分，将在⼯业及⼯业以外的众多领域发挥越来越⼤的作⽤。
三、课程设计的主要内容和要求
3.1、课程设计应达到的⽬的
本次课程设计要求学⽣在学习完电⽓控制与PLC这门课程的基础上，在对电⽓控制及PLC编程语⾔有⼀定基础的前提下进⾏的⼀个⾮常体现学⽣综合能⼒的⼀个设计。
通过该课程设计，可以使学⽣对电⽓控制及PLC这门课有更深刻的了解和认识，同时在做课程设计的过程中也锻炼了学⽣将书本上的知识应⽤到具体实践上的能⼒，同时也培养了⾃主设计能⼒和动⼿能⼒。
3.2、课程设计课题任务的内容和要求
合上启动按钮后，灯光⾸先从L1 ～L9顺序闪烁，然后分组点亮：先点亮L1、L3、L6、L8、L9，再点亮L2、L5、L7，最后点亮L4，点亮后顺序熄灭。如此循环，周⽽复始.
3.3、课程设计⼯作任务及⼯作量的要求
1、选⽤plc和相关元件完成相应的功能。
2、画出详细的硬件连接图；
3、给出程序设计思路、画出软件流程图；
4、给出所有程序梯形图；
5、完成实验仿真；
6、撰写设计报告、调试报告及设计⼼得。
四、FX2N系列PLC相关知识
4.1、三菱PLC与西门⼦PLC的对⽐
⾸先它们的编程⽅式不同，三菱plc是⽇系品牌，编程直观易懂，学习起来会⽐较轻松，⽽西门⼦plc是德国品牌，指令⽐较抽象，学习难度较⼤，三菱的
指令丰富，有专⽤的定位指令，学习起来⽐较简单易懂，三菱的优势在于离散控制和运动控制，控制伺服和步进容易实现，要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项，⽽西门⼦在这块就较弱，没有专⽤的指令，控制精度不⾼。在价格⽅⾯，三菱PLC 价格低廉，西门⼦PLC相对较为昂贵。基于上述两种PLC的对⽐以及本次课程设计的任务和要求，我们选择三菱FX2N系列PLC，实现对礼花灯系统的控制。
4.2、 FX2N系列PLC的结构特点
1．体积极⼩的微型三菱PLC三菱FX2N系列PLC的⾼度为90mm，深度为87mm，相当于⼀张卡⽚⼤⼩，很适合于在机电⼀体化产品中使⽤。内置的24V DC电源可作输⼊回路的电源和传感器的电源。
2．三菱PLC的先进美观的外部结构，三菱公司的FX系列PLC吸收了整体式和模块式PLC的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的⾼度和深度相同，宽度不同。它们之间⽤扁平电缆连接，紧密拼装后组成⼀个整齐的长⽅体。
3．三菱PLC提供多个⼦系列供⽤户选⽤三菱plc-FX1S，FX1N和FX2N的外观、⾼度、深度差不多，但是性能和价格有很⼤的
差别(见表2-1)。三菱plc-FX1S的功能简单实⽤，价格便宜，可⽤于⼩型开关量控制系统，最多30个I/O点，有通信功能，可⽤于⼀般的紧凑型三菱PLC不能应⽤的地⽅；以三菱plc-FX1N最多可配置128个I/O点，可⽤于要求较⾼的中⼩型系统；三菱plc-FX2N的功能最强，可⽤于要求很⾼的系统。三菱plc-FX2NC的结构紧凑，基本单元有16点、32点、64点和96点4种，可扩展到256点，有很强的通信功能。这也是此次我们选⽤三菱FX2N系列PLC的原因之⼀
4．三菱PLC灵活多变的系统配置三菱plc-FX系列的系统配置灵活，⽤户
除了可选不同的⼦系列外，还可以选⽤多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不，同功能的控制系统，各种配置都可以得到很⾼的性能价格⽐。FX系列的硬件配置就像模块式PLC那样灵活，因为它的基本单元采⽤整体式结构，⼜具有⽐模块式三菱PLC更⾼的性能价格⽐。
5．三菱plc功能强，使⽤⽅便三菱plc-FX系列的体积虽⼩，却具有很强的功能。它内置⾼速计数器，有输⼊输出刷新、中断、输⼊滤波时间调整、恒定扫描时间等功能，有⾼速计数器的专⽤⽐较指令。使⽤脉冲列输出功能，可直接控制步进电动机或伺服电动机。脉冲宽度调制功能可⽤于温度控制或照明灯的调光控制。
4.3 、FX2N系列PLC⼯作原理
FX2N系列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。
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、晶体管或晶间管）输出，驱动相应输出设备⼯作。
4.4、 FX2N系列PLC的功能与应⽤
可编程控制器在国内外⼴泛应⽤于钢铁、⽯化、机械制造、汽车装配、电⼒、轻纺、电⼦信息产业等各⾏各业。⽬前典型的PLC功能有下⾯⼏点。顺序控制：这是可编程控制器最⼴泛应⽤的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配⽣产线，包装⽣产线，电镀流⽔线及电梯控制等。
程控：在⼯业⽣产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压⼒、流量、液体、速度、电流和电压等，称为模拟量。可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟控制⽤于程控。
数据处理：⼀般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很⽅便地对⽣产过程中的资料进⾏处理。⽤PLC可以构成监控系统，进⾏数据采集和处理、控制⽣产过程。较⾼档次的可编程控制器都有位置控制模块，⽤于控制步进电动机，实现对各种机械的位置控制。
通信联⽹：某些控制系统需要多台PLC连接起来使⽤或者由⼀台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。可编程控制器的通信模块可以满⾜这些通信联⽹要求。
显⽰打印：可编程控制器还可以连接显⽰终端和打印等外围设备，从⽽实现显⽰和打印的功能。
五、FX2N系列PLC控制系统的设计
5.1、PLC礼花灯控制系统设计思路和硬元件的选择
应本次课程设计的任务和要求及三菱FX2N系列PLC的结构特点，我们选⽤2个输⼊继电器X(X0~X1)、17个定时器
T（T1~T17）和9个输出继电器（Y0~Y7与Y10）实现对9个LED灯的通断控制和礼花灯循环显⽰，其中X0作为总启动开
关，X1作为总关断开关；Y0~Y7与Y10⽤来驱动9个LED灯，T1~T17作为9个LED灯的通断控制开关。在控制程序的编程上，由于连续输出线圈不能多于10个，基于本次我们使⽤的17个定时器，我们⼜选⽤了三个辅助继电器（M2~M4），分别接通6个、6个、5个定时器。
5.2、PLC礼花灯控制系统IO分配表
启动
按钮
停⽌
按钮
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 X000 X001 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 5.3、PLC礼花灯控制系统外部接线
5.4、PLC礼花灯控制系统程序流程框图
是
否
5.5、PLC礼花灯控制系统梯形图
T1~T17定时器清零复位开始（打开X000）
T1~T17定时器开始定时
T17定时是否结束
T1~T16接通状态
T1到T16轮流接通，对应的
led灯循环接通
结束
5.6、PLC礼花灯控制系统软件指令表
5.7、PLC礼花灯控制系统仿真结果
我们⾸先利⽤编程软件⾃带的仿真功能进⾏仿真实验，实验结果为：当我们打开X000时，定时器T1~T17同时开始定
时，Y000~Y007及Y010（即L1~L9）先顺序呈输出状态，当定时器T10接通后，Y000~Y007及Y010恢复⽆输出状态，定时器T11接通后，Y000、Y002、Y005、Y007、Y010（即L1、L3、L6、L8、L9）先输出，Y001、Y004、Y006（即L2、L5、
L7）在输出,Y003（即L4）最后输出，然后顺序呈⽆输出状态。定时器T17接通后，新的循环开始，周⽽复始。打开
X001时，所有软元件失电，所有线路呈最初状态。
六、课程设计⼼得plc模拟量怎么编程
为期两个星期的电⽓控制与PLC课程设计临近了尾声，回⾸这两个星期的努⼒和奋⽃，我们获得的不仅仅是成功的喜悦，更多的是更加扎实牢固的知识基础。因为并不是第⼀次做课程设计，所以我们驾轻就熟。最初，我们⾃由分组，到
⾃⼰的队友后，拿到指导⽼师分配下来的课题，我们就开始了各⾃的课程设计。在我看来，课程设计，重⼼在后，关键在于如何设计。在我和队友杨超，接到本次课程设计的课题后，我们⾸先考虑到的是本次课程设计⽤到哪些知识，硬件和软件⽅⾯各有怎样的要求。谋划出⼤的⽅向，我们的课程设计才能够按部就班，有条不紊的完成。
根据本次的课程设计核⼼，再结合本次的课程设计的课题。我们初步计划准备本次课程设计所需的编程软件——GX Develop 并且复习有关plc的基本知识。在我们对编程软件有了深⼊的了解以及判别出本次课程设计所需的软元件后，我们就开始了我们艰苦且愉快的编程之路，说他艰苦，⼀点不假，虽然有了
⼀定的知识基础，但是很难将利⽤已有的编程软件有机的结合在⼀起，更别提实现相关的功能了。后来，我们⼜查阅了之前有关plc实验课的相关资料，从中我们获取了很多珍贵的启⽰！中间，指导⽼师杨婷作了⼀次中期的检查指导，她也给我们提供了⼀些宝贵的建议！就这样，我们⼀步步⾛来，向着成功进发。可以说每次调试都是怀着激动的⼼情，虽然⼀次次的失败，但是每次都会有⼀点点新的收获，想着我们距离成功更近了⼀步，我们疲惫的⼼也得到了最⼤的宽慰。最终，在我们的努⼒下，程序的雏形被我们写了出来，但是我们并没有到此⽌步，⽽是进⼀步的完善它，使程序更加及精简，前提是准确。只有这样，我们在本次的课程设计中才会有更⼤的进步和提⾼！接下来便是准备课程设计的论⽂及答辩。
总的来说，本次课程设计给予了我们锻炼和提升⾃我的机会，让我们对电⽓控制与plc课程有了更加深刻的认识，更加重要的是，我们通过本次的课程实际，独⽴接触了plc编程软件，了解并学会了如何利⽤GX Develop进⾏plc⽅⾯的编程，还学习了许多有关plc的课外知识，真的是受益匪浅。想想在校的时间并
不多了，这样的学习机会更是少之⼜少，但是，⼀旦有，我们定当倍加珍惜，努⼒巩固基础知识，将理论知识加以实践，做⼀个有创新，有理想的⼤学⽣！最后，再次感谢指导⽼师的细⼼知道和队友的全⼒合作！