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(共30张PPT)
项目三
应用PLC实现各种简易的灯光控制
项目分析
在现代都市中，形形色色的彩灯处处可见。它以斑斓夺目的色彩、生动逼真的形态和耀眼亮丽的照明效果体现了夜间城市的绚丽多彩和繁华，已成为现代都市商业繁华的标志之一，形成了一道亮丽的风景线（见图3-1）。灯光系统的PLC控制在日常应用中比较广泛，也属于基本电路，如脉冲发生器、振荡电路、分频电路及电子钟等。
图3-1城市霓虹灯
（1）掌握三菱FX系列PLC的常用编程技术。
（2）掌握三菱FX系列PLC的程序设计步骤和方法。
（3）能正确识读、绘制PLC电气原理图、PLC接线图、PLC梯形图和时序图。
项目学习目标
（4）能识读PLC灯光控制运行的控制要求。
（5）掌握PLC灯光控制电路的典型程序。
（6）能安装、调试运行PLC实现各种典型灯光控制线路。
项目评定
任 务 一
1
目 录
任 务 二
2
3
任 务 三
任 务 四
4
任务一
PART ONE
彩灯循环点亮的PLC控制
（1）能正确使用PLC设备，能熟练应用GX软件编程。
（2）会识读PLC控制系统电气图。
（3）会根据彩灯循环点亮的PLC控制要求进行程序设计。
（4）能安装、调试运行彩灯循环点亮的PLC控制线路。
任务目标
（1）课前自行学习PLC控制系统电气图基本知识和绘制方法。
（2）数码管循环点亮的PLC控制分析。
（3）按要求画出I/O分配表。
（4）进行PLC硬件连接。
（5）按要求编制PLC程序。
（6）经指导教师初检后，通电检验并调试。
任务清单分析
彩灯循环控制系统的示意图如图3-2所示。该控制装置从圆心至外围共有9盏灯，圆心由L1指示灯组成，中间层由L2、L3、L4、L5这4盏灯组成，最外层由L6、L7、L8、L9这4盏灯组成。通过内、中、外三层指示灯的组合，初步形成了简单的“灯塔之光”的灯光效果。
任务提出
图3-2彩灯循环控制系统示意图
各种彩灯循环点亮的PLC控制要求如下。
题1：按下按钮SB1，灯L1、L2同时亮，按下按钮SB2，两灯同时灭。
题2：按下按钮SB1，灯L1亮，2 s后L2亮，按下按钮SB2，灯L1、L2灭。
题4：按下按钮SB1，灯L1、L2亮，2 s后灯L1、L2灭。
题5：按下按钮SB1，2 s后灯L1亮，2 s后灯L1灭。
题6：按下按钮SB1，灯L1亮，2 s后灯L2亮，按下按钮SB2，2 s后灯L1、L2灭。
题7：按下按钮SB1，灯L1亮，2 s后灯L1灭，灯L2亮，2 s后灯L2灭，灯L3亮，2 s后灯L3灭，灯L1亮……如此循环。按下按钮SB2，灯灭。
题8：按下按钮SB1，灯L1亮，2 s后灯L1灭，循环4次后停止。
任务提出
一、PLC控制系统电气图
（一）PLC控制系统电气图的类型
PLC控制系统电气图的类型主要包括概略图、顺序表图、时序图、程序图、电路图、接线图等。概略图是表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件中各项目之间的主要关系和连接的相对简单的简图。顺序表图是表示系统各个单元工作次序或状态的图，各单元的工作或状态按一个方向排列，并在图上成直角绘出过程步骤或时间。顺序表图在可编程序步进顺序控制中应用最为广泛，如各加工自动线。时序图是按比例绘出时间轴的顺序表图。程序图是详细表示程序单元、模块及其互连关系的简图。电路图是表示系统、分系统、装置、部件、设备、软件等实际电路的简图，采用按功能排列的图形符号来表示各元件和连接关系。接线图是表示或列出一个装置或设备的连接关系的简图。
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（二）PLC控制系统常用电气图的绘制
1.程序图绘制
根据国际电工委员会IEC1131可编程序控制器标准规定，PLC的编程语言可采用文本式语言和图解式语言。文本式语言有清单式、结构正文式，图解式语言有梯形图和流程图。对文本式编程语言，各个PLC生产厂家有具体规定，此处不再赘述。图解式语言则有其自身的特点，在绘制时须引起注意。
（1）梯形图绘制。梯形图是PLC特有的一种编程语言，它仍然用继电器逻辑控制中的继电器符号，如常开触点、常闭触点、线圈等，排列方法也近似于继电器控制电路图。虽然不同的生产厂家的指令助记符不尽相同，但继电器的图形符号是相同的，如常开触点用符号?‖?，常闭触点用符号?∣/∣?，线圈用符号—（ ）—。
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PLC中的继电器是编程用的形象化术语，它用存储器内相应位的状态表示，并不是实际存在的电气元件。国标中不存在此类图形符号，如采用Protel绘制梯形图，Protel元件库中也不存在此类符号，必须另外单独建库。对复杂的算术运算、计时计数、PID调节器等功能，一般用方框图表示，注上不同符号，留有输入输出参数口。图3-3所示为一个含有计时计数功能的三菱F1系列PLC梯形图。
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图3-3含有计时计数功能的三菱F1系列PLC梯形图
（2）流程图绘制。PLC控制流程图普遍采用逻辑图，逻辑图即逻辑功能图，是主要使用二进制逻辑元件符号的功能图。用逻辑图编程，逻辑关系非常明了。它主要用于大中型PLC中，如西门子S5系列PLC。采用这种编程语言，逻辑图虽然表示的是程序中各量之间的逻辑关系，是软件实现方法，并不存在实际的二进制逻辑元件，但在进行逻辑图设计时，应选用国标GB/T 4728.12—2008《电气简图用图形符号 第12部分：二进制逻辑件》中的逻辑符号，如图3-4所示。
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图3-4二进制逻辑元件符号
采用Protel绘制逻辑图，如果电路图元件库采用的是国标符号，则可直接调用库中的符号；如果与国标不符，则需根据国标另外建库。此外，绘制逻辑图时，必须符合国标GB/T 6988.1—2008《电气技术用文件的编制 第1部分：规则》的规定。图3-5所示为西门子S5系列PLC的逻辑图。
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图3-5西门子S5系列PLC的逻辑图
2.电路图绘制
PLC控制系统电路图通常包括输入输出部分及PLC本身。输入部分通常指各类按钮或开关及被控对象上的各种开关信息，如限位开关、光电管信号。输出部分包括各种电磁阀线圈、接通电动机的各种接触器、信号指示灯等执行电器。对于上述电气元件，国标规定了它们的图形符号，绘制电路时必须选用国标符号。而PLC的图形符号国标没有规定，所以在绘制电路图时须根据图形符号的设计规则设计PLC的图形符号。电气图形符号的设计原则如下。
（1）图形符号的内容为功能、特定的信息。
（2）图形符号的构形应简单、易理解、易复制、易与含义相联系，便于记忆。
（3）图形符号的含义应能通过前后内容正常识别，如果不能，应提供附加信息。
（4）图形符号线宽与模数比为1∶10，不同线宽时，两种线宽比应为1∶2。
（5）平行线最小间距至少应为最宽线宽的2倍。若平行线间写文字，则线间距离至少应为2 m。
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（6）文字说明。字体按国标B型直体。文字为水平和竖直方向书写。文字作为图形符号一部分时，则文字优先放上部或中间。当文字表示输入/输出继电器时，文字要放在其相应的输入/输出继电器处。文字与符号的距离不少于最粗线线宽的2倍。
（7）图形符号尺寸无特别要求。
根据上述设计规则及PLC的输入输出端子分布情况，把PLC符号的外形设计成长方形，输入端子放在上部，输出端子放在下部，并在相应位置标上输入输出端子的文字编号。考虑到不同生产厂家PLC的输入输出编号不一样，所以上述设计符号不能作为PLC的通用符号，不同生产厂家的PLC应根据上述原则独立设计图形符号。图3-6所示为三菱F1-40MR PLC控制系统电路图。
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图3-6 三菱F1-40MR PLC控制系统电路图
3.接线图绘制
国标GB/T 6988.1—2008《电气技术用文件的编制 第1部分：规则》规定接线图中元件应用简单的轮廓，如正方形、矩形或圆形来表示，或用简化图形表示， 也可采用GB/T 4728《电气简图用图形符号》中规定的图形符号。端子应表示清楚，但端子符号无须示出。为此在绘制PLC控制系统接线图时，PLC元件的表示直接采用电路图中的图形符号，其他绘制规则同一般的电气控制系统。另外，值得注意的是，当PLC所用的模块或单元较多时，必须考虑它们的实际放置位置。各单元之间可采用横向放置或垂直放置，单元横向放置时，CPU单元与I/O单元间不要有线槽或配电线通过。
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二、PLC编程的一般步骤
PLC编程的一般步骤如下。
（1）通过分析控制要求，明确控制任务和控制内容。
（2）确定PLC的软元件（输入信号、输出信号、辅助继电器M和定时器T），画出PLC的外部接线图。
（3）根据控制任务、要求绘制PLC梯形图。
（4）优化梯形图。
三、PLC典型控制程序
1.自锁电路
自锁电路梯形图如图3-7所示，时序图如图3-8所示。
（1）用GX编程软件输入程序并检验。
（2）将X0钮子开关闭合，Y0指示灯应点亮。
（3）将X0开关断开，Y0指示灯仍保持点亮。
（4）将X1开关接通，Y0指示灯灭。
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图3-7自锁电路梯形图
图3-8自锁电路时序图
2.S/R置位复位指令
S/R置位复位指令梯形图如图3-9所示，时序图如图3-10所示。
（1）用编程器或编程软件输入程序并检验。
（2）闭合X1开关，观察Y0指示灯。
（3）断开X1开关，观察Y0指示灯。
（4）闭合X2开关，观察Y0指示灯。
（5）断开X2开关，观察Y0指示灯。
图3-9 S/R置位复位指令梯形图
图3-10 S/R置位复位指令时序图
3.PLS脉冲指令
PLS脉冲指令梯形图如图3-11所示，时序图如图3-12所示。
（1）用编程器或编程软件输入程序并检验。
（2）运行程序。
（3）闭合X0开关，观察Y0指示灯。
（4）断开X0开关，观察Y0指示灯。
（5）闭合X1开关，观察Y0指示灯。
（6）断开X1开关，观察Y0指示灯。
图3-11PLS脉冲指令梯形图
图3-12PLS脉冲指令时序图
4.定时器
定时器指令梯形图如图3-13所示，时序图如图3-14所示。
（1）用编程器或编程软件输入程序并检验。
（2）闭合X0开关，观察Y0、Y1输出的变化。
图3-13定时器指令梯形图
图3-14定时器指令时序图
5.振荡器
振荡器梯形图如图3-15所示，时序图如图3-16所示。
（1）输入程序并检验，然后运行程序。
（2）观察Y0的变化。
（3）闭合X0开关，观察Y0的变化，并监控T0、T1的工作情况。
图3-15振荡器梯形图
图3-16振荡器时序图
6.计数器
计数器指令梯形图如图3-17所示，时序图如图3-18所示。
（1）编程输入程序并检验，然后运行程序。
（2）当X0开关断开/接通1次时，计数器现行值加1。
（3）当X0开关断开/接通5次时，计数器的值为5，Y0接通。
（4）当X1开关接通/断开时，C0复位，Y0灯灭。
图3-17计数器指令梯形图
图3-18计数器指令时序图
任务实施
（1）绘制I/O分配表。在教师指导下，逐一根据以上各种彩灯循环点亮的PLC控制要求正确分配PLC的输入输出端口，并填入表3-1中。
（2）根据I/O分配表对PLC外部端子进行硬线连接，教师巡回指导学生正确使用GX编程软件上机编程。工艺要求如下。
①元器件布置合理，安装坚固，便于走线。
②连接导线除按钮、PLC端口通过接线端子采用BVR软线并扎成线束外，其余接线桩头均采用BV塑铜线，且要求走线横平竖直，线路改变方向互成直角，接点紧固，无交叉、反圈、压皮、露铜过长等现象。
任务实施
（3）设计PLC梯形图，正确编制程序。教师巡回指导学生编程梯形图，如图3-19~图3-26所示。
图3-19题1梯形图
图3-20题2梯形图
图3-21题3梯形图
图3-22题4梯形图
任务实施
（3）设计PLC梯形图，正确编制程序。教师巡回指导学生编程梯形图，如图3-19~图3-26所示。
图3-23题5梯形图
图3-24题6梯形图
图3-25题7梯形图
图3-26题8梯形图
（4）巡回指导学生对PLC程序进行传送、监控、调试并运行程序。
能力测评
彩灯循环点亮的PLC控制任务测评标准见表3-2。
巩固与练习
按如下要求设计灯光控制系统。
（1）按下按钮SB1，灯L1、L2亮，2 s后灯L1、L2灭。
（2）按下按钮SB1，2 s后灯L1亮,2 s后灯L1灭。
（3）按下按钮SB1，灯L1亮，2 s后L2亮，按下按钮SB2，2 s后灯L1、L2灭。
（4）按下按钮SB1，灯L1亮，2 s后L1灭，L2亮，2 s后灯L2灭，L3亮，2 s后L3灭，L1 亮……循环，按下按钮SB2灯灭。
（5）按下按钮SB1，灯L1亮，2 s后L1灭，循环4次后停止。
谢 谢 聆 听
2020

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