中文题目：LED循环显示控制电路的研制 英文题目：Development LEDCycle Show Control Circuit 080705134专业班级 08 电气信息工程（1）班 指导老师 提交日期惠州学院 HUIZHOU UNIVERSITY 惠州学院2012 届毕业论文（设计） 要：本设计是基于三菱PLC LED数码管显示控制系统。利用 PLC 对数码 管进行控制，结合触摸屏的远程操作和监视功能，使得系统的可靠性高，编程方便，调试 和运作维护简单，尤其对于复杂的控制系统，优势更为明显。以三菱PLC 对数码管显示进 行控制，触摸屏与PLC 进行通信，把数码管的状态显示在触摸屏上乃至在触摸屏上对数码 管进行控制。 本文首先介绍PLC 的历史与发展，接着对PLC 的选型进行了分析,并对FX 系列的PLC 做了概述。 接着对三菱 PLC 编程软件(GX Developer)，三菱触摸屏编程软件（GT Designer2）乃至三菱触摸屏A960GOT 进行一些介绍。 关键词：PLC 三菱触摸屏A960GOT 八段LED 数码管 GX Developer GT designer2 LED 循环显示控制电路的研制 MitsubishiPLC, LED digital display control system. Using controldigital control combined touchscreen remote operation monitoringfunctions, highreliability system,programming, commissioning maintenancesimple, especially complexcontrol system, moreobvious. Mitsubishi PLC controlled digital display, touch screen PLCcommunications, digital control statusdisplay touchscreen evencontrol touchscreen digital control. paperfirst introduces wereanalyzed PLCselection FXseries PLC overview. MitsubishiPLC programming software (GX Developer), Mitsubishi touch screen programming software (GT Designer2) Mitsubishitouch screen A960GOT. Keywords: PLC, Mitsubishi touch screen A960GOT ，eight out LED digital tube,GX Developer GT designer2 惠州学院2012 届毕业论文（设计） 前言 第一章绪论 1.1PLC 的介绍 1.1.1PLC 的发展过程 1.1.2PLC 的发展趋势 1.1.3PLC 的主要特点 1.1.4PLC 的组成 1.2PLC 和触摸屏在LED 数码管控制中的应用的意义 第二章PLC 控制LED 数码管显示设计 2.1PLC 编程软件选择 2.2确定显示时各段的电平情况 2.3确定PLC 102.4 程序梯形图 .....................................................................................................................................11 第三章 触摸屏界面设计 233.1 触摸屏简介 233.2 触摸屏编程、仿线 操作界面的建立 26第四章 PLC 与触摸屏的通信 314.1 PLC 与触摸屏通信介绍 314.2 GT Simulator2 与PLC 之间的连接 31结束语 34参考文献 35致谢 36惠州学院2012 届毕业论文（设计） 前言可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。可以看作是一种经过特殊设计的工业计 算机，整个的设计原则就是简单与实用。1968 年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的 继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。该设计规格需要固态系统和电脑技术，并 要求能够在工业环境中生存，也能够方便地编程，并且可以重复使用。该控制系统将大大减少机器的 停机时间，并为未来提供了可扩展性。该招标由DEC 公司中标，这套系统于1969 年研制出来，这是第 一台可编程控制器，型号为PDP-14，应用取得成功。其后，美国的MODICON 公司也推出了同名的084 控制器，1971 年日本推出了DSC-80 控制器，1973 年西欧国家的各种可编程控制器也研制成功。这些 早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门。 本文在组织结构上做了如下的安排 本文在绪论部分着重论述PLC 第二章为PLC 程序编写 第三章为触摸屏编程 第四章为触摸屏与PLC 通信实现对LED 数码管显示的监控 最后为结论和总结自己的心得体会 LED 循环显示控制电路的研制 第一章绪论 1.1 PLC 的介绍 1.1.1 PLC 的发展过程 虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展 和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： 早期的PLC（60 年代末—70 年代中期） PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要 功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大 电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器 控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。 早期的PLC（60 年代末—70 年代中期） 在70 年代，微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采 用微处理器作为PLC 的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其 原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功 能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O 模块、各种特殊 功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器， 使PLC 得应用范围得以扩大。 近期的PLC（80 年代中、后期至今） 进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌， 使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各 制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 1.1.2 PLC 的发展趋势 随着计算机科学的发展和工业自动化的愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展。仅仅 将PLC 理解为开关量控制的话，那就是一个错误的概念了。综合国外特别是欧洲及国内的发展动态， 其发展趋势主要有以下几个方面: 可编程控制技术的标准化惠州学院2012 届毕业论文（设计） 可靠性与冗余1.1.3 PLC 的主要特点 1、可靠性高 所有的I/O接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离 各输入端均采用R-C滤波器其滤波时间常数一般为10~20ms. 良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大 大型PLC还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高 2、丰富的I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号如 强电或弱电等有相应的I/O 模块与工业现场的器件或设备如 控制阀直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络它还 有多种通讯联网的接口模块等等。 采用模块化结构LED 循环显示控制电路的研制 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC 均采用模块化结构，PLC 的各个部件包括CPU 电源I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和 功能可根据用户的需要自行组合。 编程简单易学PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专 门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 安装简单维修方便PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢 复运行。 1.1.4 PLC 的组成 PLC 的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等 部分组成。其中，CPU 是PLC 的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU 之间的接 口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。 对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图2-5 所示；对于模块式PLC，各 部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图2-6 所示。无论 是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。 尽管整体式与模块式PLC 的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面对PLC 主要组成各 部分进行简单介绍。 1．中央处理单元（CPU） 同一般的微机一样，CPU 是PLC 的核心。PLC 中所配置的CPU 随机型不同而不同，常用有三类： 通用微处理器（如Z80、8086、80286 等）、单片微处理器（如8031、8096 等）和位片式微处理器(如 AMD29W等)。小型PLC 大多采用8 位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC 大多采用16 位通用 微处理器或单片微处理器；大型PLC 大多采用高速位片式微处理器。 目前，小型PLC 为单CPU 系统，而中、大型PLC 则大多为双CPU 系统，甚至有些PLC 中多达 个CPU。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8 位或16 位处理器；另一个为位处理 器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部 定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。位处理器为从处理器， 主要用于处理位操作指令和实现PLC 编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了PLC 度，使PLC更好地满足实时控制要求。 惠州学院2012 届毕业论文（设计） 在PLC中CPU 按系统程序赋予的功能，指挥PLC 有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方 接收从编程器输入的用户程序和数据。诊断电源、PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。 通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。 从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。 根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。 有些PLC 还具有制表打印或数据通信等功能。 2．存储器 存储器主要有两种：一种是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器ROM、PROM、 EPROM和EEPROM。在PLC 中，存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。 系统程序是由PLC 的制造厂家编写的，和PLC 的硬件组成有关，完成系统诊断、命令解释、功 能子程序调用管理、逻辑运算、通信及各种参数设定等功能，提供PLC 运行的平台。系统程序关系到 PLC的性能，而且在PLC使用过程中不会变动，所以是由制造厂家直接固化在只读存储器ROM、PROM 或EPROM中，用户不能访问和修改。 用户程序是随PLC 的控制对象而定的，由用户根据对象生产工艺的控制要求而编制的应用程序。 为了便于读出、检查和修改，用户程序一般存于CMOS 静态RAM中，用锂电池作为后备电源，以保 证掉电时不会丢失信息。为了防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序经过运行正常，不需要改 变，可将其固化在只读存储器EPROM中。现在有许多PLC 直接采用EEPROM作为用户存储器。 工作数据是PLC 运行过程中经常变化、经常存取的一些数据。存放在RAM中，以适应随机存取 的要求。在PLC 的工作数据存储器中，设有存放输入输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等逻 辑器件的存储区，这些器件的状态都是由用户程序的初始设置和运行情况而确定的。根据需要，部分 数据在掉电时用后备电池维持其现有的状态，这部分在掉电时可保存数据的存储区域称为保持数据区。 由于系统程序及工作数据与用户无直接联系，所以在PLC 产品样本或使用手册中所列存储器的形式及 容量是指用户程序存储器。当PLC 提供的用户存储器容量不够用，许多PLC 还提供有存储器扩展功 3．输入/输出单元输入/输出单元通常也称I/O 单元或I/O 模块，是PLC 与工业生产现场之间的连接部件。 PLC 过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时 PLC 又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。 由于外部输入设备和输出设备所需的信号电平是多种多样的，而PLC 内部CPU 的处理的信息只 LED 循环显示控制电路的研制 能是标准电平，所以I/O接口要实现这种转换。I/O 接口一般都具有光电隔离和滤波功能，以提高PLC 的抗干扰能力。另外，I/O 接口上通常还有状态指示，工作状况直观，便于维护。 PLC 提供了多种操作电平和驱动能力的I/O 接口，有各种各样功能的I/O 接口供用户选用。I/O 口的主要类型有：数字量（开关量）输入、数字量（开关量）输出、模拟量输入、模拟量输出等。常用的开关量输入接口按其使用的电源不同有三种类型：直流输入接口、交流输入接口和交/直流 输入接口，其基本原理电路如图2-7 所示。 常用的开关量输出接口按输出开关器件不同有三种类型：是继电器输出、晶体管输出和双向晶闸 管输出，其基本原理电路如图2-8 所示。继电器输出接口可驱动交流或直流负载，但其响应时间长， 动作频率低；而晶体管输出和双向晶闸管输出接口的响应速度快，动作频率高，但前者只能用于驱动 直流负载，后者只能用于交流负载。 PLC 接口所能接受的输入信号个数和输出信号个数称为PLC输入/输出（I/O）点数。I/O 数是选择PLC的重要依据之一。当系统的I/O 点数不够时，可通过PLC 4．通信接口PLC 配有各种通信接口，这些通信接口一般都带有通信处理器。PLC 通过这些通信接口可与监视 器、打印机、其它PLC、计算机等设备实现通信。PLC 与打印机连接，可将过程信息、系统参数等输 出打印；与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其它PLC 连接，可组成多机系统或连成网络， 实现更大规模控制。与计算机连接，可组成多级分布式控制系统，实现控制与管理相结合。 远程I/O 系统也必须配备相应的通信接口模块。 5．智能接口模块 智能接口模块是一独立的计算机系统，它有自己的CPU、系统程序、存储器以及与PLC 系统总 线相连的接口。它作为PLC 系统的一个模块，通过总线与PLC 相连，进行数据交换，并在PLC 调管理下独立地进行工作。PLC 的智能接口模块种类很多，如：高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块、中断控制模块等。 6．编程装置 编程装置的作用是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC 内部状态和参数，与PLC 行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具。编程装置可以是专用编程器，也可以是配 有专用编程软件包的通用计算机系统。专用编程器是由PLC 厂家生产，专供该厂家生产的某些PLC 产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。专用编程器有简易编程器和智能编 程器两类。 简易型编程器只能联机编程，而且不能直接输入和编辑梯形图程序，需将梯形图程序转化为指令 惠州学院2012 届毕业论文（设计） 表程序才能输入。简易编程器体积小、价格便宜，它可以直接插在PLC的编程插座上，或者用专用电 缆与PLC 相连，以方便编程和调试。有些简易编程器带有存储盒，可用来储存用户程序，如三菱的 FX-20P-E 简易编程器。 智能编程器又称图形编程器，本质上它是一台专用便携式计算机，如三菱的GP-80FX-E 智能型编 程器。它既可联机编程，又可脱机编程。可直接输入和编辑梯形图程序，使用更加直观、方便，但价 格较高，操作也比较复杂。大多数智能编程器带有磁盘驱动器，提供录音机接口和打印机接口。 专用编程器只能对指定厂家的几种PLC 进行编程，使用范围有限，价格较高。同时，由于PLC 产品 不断更新换代，所以专用编程器的生命周期也十分有限。因此，现在的趋势是使用以个人计算机为基 础的编程装置，用户只要购买PLC 厂家提供的编程软件和相应的硬件接口装置。这样，用户只用较少 的投资即可得到高性能的PLC 程序开发系统。 基于个人计算机的程序开发系统功能强大。它既可以编制、修改PLC 的梯形图程序，又可以监视 系统运行、打印文件、系统仿真等。配上相应的软件还可实现数据采集和分析等许多功能。 7.电源 PLC 配有开关电源，以供内部电路使用。与普通电源相比，PLC 电源的稳定性好、抗干扰能力强。 对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值15%的范围内波动。许多PLC 向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。 8.其它外部设备 除了以上所述的部件和设备外，PLC 还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接 口装置等。 EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC 外部设备。为了使调试好用户 程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC 内RAM保存到EPROM中。 PLC 内部的半导体存储器称为内存储器。有时可用外部的磁带、磁盘和用半导体存储器作成的存 储盒等来存储PLC 的用户程序，这些存储器件称为外存储器。外存储器一般是通过编程器或其它智能 模块提供的接口，实现与内存储器之间相互传送用户程序。 人/机接口装置是用来实现操作人员与PLC 控制系统的对话。最简单、最普遍的人/机接口装置由 安装在控制台上的按钮、转换开关、拨码开关、指示灯、LED 显示器、声光报警器等器件构成。对于 PLC 系统，还可采用半智能型CRT 人/机接口装置和智能型终端人/机接口装置。半智能型CRT 接口装置可长期安装在控制台上，通过通信接口接收来自PLC的信息并在CRT 上显示出来；而智能 型终端人/机接口装置有自己的微处理器和存储器，能够与操作人员快速交换信息，并通过通信接口与 PLC 相连，也可作为独立的节点接入PLC 网络。 LED 循环显示控制电路的研制 1.2PLC 和触摸屏在LED 数码管控制中的应用的意义 触摸屏作为一种最新的电脑输入设备,它是目前最简单、方便、自然的而且又适用于中国多媒体 信息查询国情的输入设备触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。它的 简单易用强大的功能及优异的稳定性使它非常适合于工业环境甚至可以用于日常生活之中应用非常广 泛比如自动化停车设备、自动洗衣机、天车升降控制、生产线监控等甚至可以用于智能大厦管理、会 议室声光控制、温度调整„„ 利用这种技术我们用户只要用手指轻轻地指碰计算机显示器上的图符或 文字就能实现对主机操作从而使人机交互更为直截了当这种技术极大方便了那些不懂电脑操作的用 户。这种人机交互方式。它赋予了多媒体以崭新的面貌是极富吸引力的全新多媒体交互设备。触摸屏 在我国的应用范围非常广阔,主要有公共信息的查询如电信局、税务局、银行、电力等部门的业务查询 城市街头的信息查询此外还可以广泛应用于领导办公、工业控制、军事指挥、电子游戏、点歌点菜、 多媒体教学、房地产预售等将来触摸屏还要走入家庭。随着城市向信息化方向发展和电脑网络在日常 生活中的渗透信息查询都会以触摸屏屏--显示内容可触摸的形式出现。 而可编程控制器(PLC)是采用微机技术的通用工业自动化装置,与 CAD/CAM 和工业机器人一起 被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一,PLC可靠性高,抗干扰能力强,编程方便,具有很高的性价比, 近几年来,在国内已得到迅速推广普及,对传统的技术改造、发展新型工业具有重要的实际意。利用PLC 对LED 数码管进行控制，结合触摸屏的远程操作和运行维护简单，尤其对于复杂的控制系统，优势更 为显著。利用PLC 和触摸屏控制和监控的LED 数码管显示系统工作稳定，程序易读易改，控制要求 的更换非常方便，系统可靠性高因此，综合应用PLC 和触摸屏技术在实现自动控制化控制领域具有重 要的实际意义。 惠州学院2012 届毕业论文（设计） 第二章PLC 控制LED 数码管显示设计 2.1 PLC 编程软件选择 本次设计我选择了三菱PLC 的编程软件 GX Developer，适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX 系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、ST 及FB、Label 语言程序设计，网络参数设定，可 进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC 程序功能。 GX Developer 的特点： 软件的共通化 GX Developer 能够制作Q 系列，QnA 系列，A 系列（包括运动控制（SCPU））,FX 系列的 数据, 能够转换成 GPPQ,GPPA 格式的文档。 此外，选择 FX 系列的情况下，还能变换成 FXGP(DOS),FXGP(WIN)格式的文档。 利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word 等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。 标号编程用标号编程制作 可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。 用标号编程做 成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。 功能块（以下，略称作FB）FB 是以提高顺 序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化， 使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。 能够简单设定和其他站点的链接 由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。 能够用各种方法和可编程控制器CPU 连接 经由CC-Link计算机插板 经由Ethernet计算 经由CPU计算机插板 经由AF计算机插板 由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。 没有必要制作条使用的顺序程序。 在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于 在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便 数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。 2.2 确定显示时各段的电平情况 利用PLC 控制LED 数码管的显示，首先要准确地分析出0-9、A-F 等数字字符显示时各段的高低电 LED 循环显示控制电路的研制 平情况。确定对八段LED 数码管各段显示的控制： 表2-1 LED 数码管各显示高低电平表 2.3确定PLC 点的分配本设计采用三菱FX-2N 系列，根据设计要求，需要一个总开关按钮X0，一个模式切换按钮X1，然 后在单一模式下，需要0-F 每一个显示一个按钮，全部18 个输入按钮。输出端需要八点输出继电器， 其中Y0-Y7 分别接到数码管A-H 段。这样对数码管的各段高低电平控制就转换成对PLC 低电平控制，问题就变得简单，只要通过对PLC的正确编程就可以实现对Y0-Y7 的控制。 表2-2 点分配表继电器 作用 继电器 作用 X0 控制总开关 X13 单字模式8 X1 模式选择 X14 单字模式9 惠州学院2012 届毕业论文（设计） X3单字模式0 X15 单字模式A X4 单字模式1 X16 单字模式B X5 单字模式2 X17 单字模式C X6 单字模式3 X20 单字模式D X7 单字模式4 X21 单字模式E X10 单字模式5 X22 单字模式F X11 单字模式6 X12 单字模式7 2.4 程序梯形图 图2.3 系统梯形图 图2.3 两段梯形图是控制系统总开关和模式选择。X0 接通，进入系统。当 X1 通电，选择循环模式，反之，选择单字模式。 LED 循环显示控制电路的研制 惠州学院2012届毕业论文（设计） LED循环显示控制电路的研制 图2-4系统梯形图 图2.4 的梯形图是循环模式下的LED 显示，随时间推移，分别接通M20-M27，再到输出程序控制Y0-Y7 的输出。 惠州学院2012 届毕业论文（设计） LED循环显示控制电路的研制