機電傳動課程設(shè)計報告書(霓虹燈飾的控制系統(tǒng))

1、課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 報報 告告 書書 所屬課程名稱所屬課程名稱 機電傳動控制（含機電傳動控制（含 plcplc） 題題 目目 霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組）霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組） 分分 院院 機電學(xué)院機電學(xué)院 專專 業(yè)、班業(yè)、班 級級 學(xué)學(xué) 號號 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 2012 年年 07 月月 25 日日 成績：成績： 目目 錄錄 一、課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計任務(wù)書.1 1 二、總體設(shè)計二、總體設(shè)計.2 2 （一）設(shè)計方案的比較和論證.2 （二）總體設(shè)計方案.4 三、硬件系統(tǒng)設(shè)計三、硬件系統(tǒng)設(shè)計.5 5 （一）plc 的介紹 .5 （二）s7-200 可編程控

2、制器部分指令 .6 （三）可編程控制器 i/o 端口分配.7 （四）外部接線圖.8 四、程序設(shè)計四、程序設(shè)計.9 9 （一）程序設(shè)計框圖.9 （二）梯形圖.10 （三）語句表.13 五、程序調(diào)試及問題處理五、程序調(diào)試及問題處理.1717 （一）程序調(diào)試.17 （二）設(shè)計實物圖.17 （三）問題處理.19 六、總結(jié)六、總結(jié).2020 七、參考文獻七、參考文獻.2121 一、課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計任務(wù)書 課程設(shè)計題目：課程設(shè)計題目： 霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組）霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組） 課程設(shè)計時間：課程設(shè)計時間：自 2012 年 7 月 16 日起至 2012 年 7 月 27 日 課程設(shè)計

3、要求：課程設(shè)計要求： 合上啟動按鈕，按以下規(guī)律顯示： 12、83、74、654、63、72、811、21、2、3、41、2、 3、4、5、61、2、3、4、5、6、7、83、4、5、6、7、85、6、7、87、 81、54、83、72、61、3、5、72、4、6、81、3、5、72、4、 6、8全部閃爍 3 次9101 學(xué)生簽名：學(xué)生簽名： 年年 月月 日日 課程設(shè)計評閱意見課程設(shè)計評閱意見 項項 目目 課程設(shè)課程設(shè) 計態(tài)度計態(tài)度 評價評價 10%10% 出勤出勤 情況情況 評價評價 10%10% 任務(wù)難任務(wù)難 度度 、量評、量評 價價 10%10% 創(chuàng)新性評價創(chuàng)新性評價 10%10% 綜合設(shè)

4、計綜合設(shè)計 能力評價能力評價 20%20% 報告書寫報告書寫 規(guī)范評價規(guī)范評價 20%20% 口試口試 20%20% 成成 績績 綜合評定等級綜合評定等級 評閱教師：評閱教師： 20122012 年年 月月 日日 二、總體設(shè)計二、總體設(shè)計 （一）（一）設(shè)計方案的比較和論證設(shè)計方案的比較和論證 此次設(shè)計根據(jù)設(shè)計需要，我們設(shè)計的題目的實質(zhì)就是控制燈的循環(huán)閃爍， 然后通過燈的布局來達到美化的目的。選用 s7-200 可編程控制器作為編程工具。 選用定時器 優(yōu)點：首先，在平時的plc 學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常使用該指令進行一些程序的 編寫，對它的實際應(yīng)用也有比較深刻的理解。其次，選用定時器，使編寫的程 序更加

5、容易理解，也便于修改，從而，根據(jù)實際情況更好的調(diào)試程序。 缺點：該指令也存在很大的問題，通過該指令編寫的程序一般都比較冗長， 稍有不細心，就會在時間的控制上出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致整個程序不能按實際的設(shè)計 要求達到目的。而我們此次設(shè)計的題目要控制燈閃爍的組別特別多，需要29 組 不同的情況，同時，還要達到循環(huán)閃爍。 所以，如果單純的使用該指令將會使程序過于復(fù)雜，不適合實驗的調(diào)試和 以后的修改。 選用移位寄存器 優(yōu)點：聽過老師的介紹和自己在網(wǎng)上查閱的資料，這條指令對于我們此次 設(shè)計的要求十分滿足，特別是在控制燈的循環(huán)閃爍方面。 能更好的優(yōu)化程序，使 設(shè)計的程序更加簡潔。 缺點：該指令平時的學(xué)習(xí)接觸的比較少

6、，不能更好的在實際情況中應(yīng)用。 同時，該條指令在控制燈的閃爍時間上不能滿足，但這也是我們此次設(shè)計要面 對的問題。 所以，單純的選用移位寄存器也難以達到設(shè)計要求。 綜上所述，應(yīng)該將兩者結(jié)合在一起，用定時器控制燈的閃爍時間，移位寄 存器控制燈的循環(huán)閃爍。根據(jù)設(shè)計要求我們將各個燈的閃爍情況做成如表2-1 表 2-1 燈閃爍分布圖 q0.0q0.1q0.2q0.3q0.4q0.5q0.6q0.7q1.0q1.1 輸出 步 12345678910 結(jié)果 1+ +1 2+ + + 2、8 3+ + + 3、7 4+ + + 4、6 5+ +5 6+ + + 4、6 7+ + + 3、7 8+ + + 2、

7、8 9+ +1 10+ + + 1、2 11+ + + + + 1、2、3、4 12+ + + + + + +1-6 13+ + + + + + + + +1-8 14+ + + + + + +3-8 15+ + + + + 5、6、7、8 16+ + + 7、8 17+ + + 1、5 18+ + + 4、8 19+ + + 3、7 20+ + + 2、6 21+ + + + + 1、3、5、7 22+ + + + + 2、4、6、8 23+ + + + + 1、3、5、7 24+ + + + + 2、4、6、8 25+ + + + + + + + + + + 閃爍 3 次 26+ +9 2

8、7+ +10 （二）總體設(shè)計方案（二）總體設(shè)計方案 s7-200(cpu224)可編程控制器 10 組燈 復(fù)位按鍵 圖 2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 據(jù)此，本設(shè)計系統(tǒng)以 s7-200 為控制核心，可編程控制器作為控制端，10 組燈狀態(tài)模塊。系統(tǒng)的總體框圖 2-1 所示。s7-200 上電后，系統(tǒng)進入正常工作 狀態(tài)，執(zhí)行 10 組燈的閃爍控制，在此過程中隨時調(diào)用復(fù)位按鍵。 三、硬件系統(tǒng)設(shè)計三、硬件系統(tǒng)設(shè)計 （一）（一）plcplc 的介紹的介紹 根據(jù)我們學(xué)校現(xiàn)有設(shè)備的基本情況，我們這次課程設(shè)計主要使用的 plc 為 西門子的 s7-200。以此為基礎(chǔ)，設(shè)計我們的程序。 西門子 s7-200 系列小型

9、 plc 可應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉 的成本以及功能強大的指令集使得 s7-200 plc 成為各種小型控制任務(wù)理想的 解決方案。另外，西門子 s7-200 產(chǎn)品的多樣化以及基于 windows 的編程工具使 用戶能夠更加靈活地完成自動化任務(wù)。而且有國產(chǎn)的，價格更低廉。 圖 3-1 plc 結(jié)構(gòu)圖 s7-200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集； 易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力； 豐富的擴展模塊 s7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從 替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極

10、為廣泛，覆蓋所有 與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力 設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。 我們此次設(shè)計 plc 的選擇主要從 i/o 端口數(shù)來選擇，系統(tǒng)需要 2 個輸入端 口，10 個輸出端口，所以選擇西門子 s7-200 系列的 cpu224。其輸入端口 14 個， 輸出端口 10 個，共 24 個，還帶有擴展功能，最大可擴展為 168 點數(shù)字量或者 35 點模擬量的輸入和輸出；存儲容量也進一步增加，有內(nèi)置時鐘，還增加了一 些數(shù)學(xué)指令和高速計數(shù)器的數(shù)量，具有較強的控制能力。完全符合我們設(shè)計系 統(tǒng)的需要。 （二）（二）s7-200s7-200 可編程控制器部分

11、指令可編程控制器部分指令 我們此次設(shè)計的程序，主要應(yīng)用移位寄存器和定時器。因此，對兩條指令 的基礎(chǔ)知識要做到充分的了解，為后邊的程序編寫打下基礎(chǔ)。下面，首先要介 紹這兩條指令。 1、移位寄存器 （1）移位寄存器指令功能 shrb 將 data 數(shù)值移入移位寄存器，并可以指定移位寄存器的長度和移位 方向的移位指令。 圖 3-2 指令格式 （2）指令說明 1） en：能輸入端 ，連接移位脈沖信號，每次使能有效時，整個移位寄存器移 動 1 位。 2） 數(shù)據(jù)輸入端：3 個 data:數(shù)據(jù)輸入端:連接移入移位寄存器的二進制數(shù)值，執(zhí)行指令時將該位 的值移入寄存器。 s_bit:指定移位寄存器的最低位 n:

12、指定移位寄存器的長度和移位方向，移位寄存器的最大長度為 64 位，n 為正值表示左移位，輸入數(shù)據(jù)（data）移入移位寄存器的最低位（s_bit） ， 并移出移位寄存器的最高位。移出的數(shù)據(jù)被放置在溢出內(nèi)存位（sm1.1）中。 n 為負值表示右移位，輸入數(shù)據(jù)移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位 （s_bit） 。移出的數(shù)據(jù)被放置在溢出內(nèi)存位（sm1.1）中。 2、定時器 定時器實質(zhì)就是對時間間隔計數(shù)。定時器的分辨率（時基）決定了每個時 間間隔的時間長短。在 s7200 系列 plc 的定時器中，定時器的分辨率有 1ms、10ms、100ms 三種，這三種定時器的刷新方式是不同的，從而在使用方法

13、上也有很大的不同。 定時時間 t=pt（設(shè)定值，最大為 32767）分辨率（時基） 定時器種類： 接通延時定時器 ton(ondelay timer)接通延時定時器用于單一時間間隔 的定時。 記憶接通延時定時器 tonr(retentive ondelay timer)記憶接通延時定時 器對定時器的狀態(tài)具有記憶功能，它用于對許多間隔的累計定時。需要注 意的是，斷開輸入端或斷開電源都不能改變 tonr 定時器的狀態(tài)，只能用復(fù) 位指令 r 對其進行復(fù)位操作。 斷開延時定時器 tof(offdelay timer)斷開延時定時器用來在輸入斷開后 延時一段時間斷開輸出。上電周期或首次掃描，定時器位為

14、off，當(dāng)前值為 0。輸入端接通時，定時器位為 on，當(dāng)前值為 0。當(dāng)輸入端由接通到斷開時， 定時器開始計時。當(dāng)達到設(shè)定值時定時器位為 off，當(dāng)前值等于設(shè)定值，停 止計時。輸入端再次由 offon 時，tof 復(fù)位；如果輸入端再從 onoff， 則 tof 可實現(xiàn)再次啟動。 表 3-1 定時器時區(qū)分配 定時器名稱（功能）定時器類型 時基（分辨率） （ms） 定時器號 1 t0、t64 10 t1-t4、t65-t68記憶接通延時定時器 tonr 100 t5-t31、t69-t95 1 t32、t96 10 t33- t36、t97- t100 接通延時定時器 斷開延時定時器 ton tof

15、 100 t37- t63、t101- t255 （三）可編程控制器（三）可編程控制器 i/oi/o 端口分配端口分配 根據(jù)設(shè)計控制系統(tǒng)的要求，啟動按鈕 sd 采用帶自鎖的按鈕，接主機的輸入 端口 i0.4,該按鍵為撥子開關(guān)，能夠提供給 plc 持續(xù)的電平，進而達到持續(xù)、 循環(huán)的控制燈的閃爍。同時，也控制實驗版上按鈕 sd 的控制。 十組霓虹燈 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 分別接 plc 的輸出點 q0.0、q0.1、q0.2、q0.3、q0.4、q0.5、q0.6、q0.7、q1.0、q1.1。 按下啟動按鈕 i0.4，sd 接通，輸出端 q0.0、q0.1、q0.2、q0.3

16、、q0.4、q0.5、q0.6、q0.7、q1.0、q1.1 便可以控制 霓虹燈 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 的亮滅。如果在顯示過程中，想從新 開始顯示，可以按下 i0.0,即可以達到目的。如果想關(guān)閉燈，按下 i0.4，程序 停止運行，霓虹燈熄滅。 具體 i/o 端口分配參見表 3-2。 表 3-2 i/o 端口分配表 輸入輸出 輸入點 說 明輸出點 說 明 i0.0（sb1）復(fù)位 q0.0 l1 顯示 i0.4（sd）啟動/停止 q0.1 l2 顯示 q0.2 l3 顯示 q0.3 l4 顯示 q0.4 l5 顯示 q0.5 l6 顯示 q0.6 l7 顯示 q0.7 l8 顯

17、示 q1.0 l9 顯示 q1.1 l10 顯示 （四）外部接線圖（四）外部接線圖 圖 3-3 plc 外部接線圖 四、程序設(shè)計四、程序設(shè)計 （一）程序設(shè)計框圖（一）程序設(shè)計框圖 啟動移位寄存器 第一組燈亮 延時 2 秒 是否結(jié)束 依次循環(huán) 第十組燈亮 延時 2 秒 是否結(jié)束 y n 結(jié) 束 y n 上 電 （二）梯形圖（二）梯形圖 （三）語句表（三）語句表 networknetwork 1 1 / m0.0 啟動 ld i0.4 an m0.0 ton t37, +20 networknetwork 2 2 ld t37 = m0.0 networknetwork 3 3 / m1.0 啟動

18、 ld i0.4 ton t38, +30 an t38 = m1.0 networknetwork 4 4 / 循環(huán)啟動 ld m1.0 o m0.2 = m10.0 networknetwork 5 5 / 輔助繼電器 m20.0 啟動 ld m11.7 = m20.0 networknetwork 6 6 / 2s 后重復(fù)循環(huán)啟動 ld m21.6 ton t39, +20 an t39 = m0.2 networknetwork 7 7 / 位移寄存器使輔助繼電器逐一啟動 ld m0.0 shrb m10.0, m10.1, +15 shrb m20.0, m20.1, +14 net

19、worknetwork 8 8 / 第 1 組燈亮 ld m10.1 o m11.1 o m11.2 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o m20.2 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.0 networknetwork 9 9 / 第 2 組燈亮 ld m10.2 o m11.0 o m11.2 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o m20.5 o m20.7 o m21.1 o t47 = q0.1 networknetwork 1010 / 第 3 組燈亮 ld m10.3 o m10.7 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o

20、m11.6 o m20.4 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.2 networknetwork 1111 / 第 4 組燈亮 ld m10.4 o m10.6 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o m11.6 o m20.3 o m20.7 o m21.1 o t47 = q0.3 networknetwork 1212 / 第 5 組燈亮 ld m10.5 o m11.4 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.2 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.4 networknetwork 1313 / 第 6 組燈亮 ld

21、m10.4 o m10.6 o m11.4 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.5 o m20.7 o m21.1 o t47 = q0.5 networknetwork 1414 / 第 7 組燈亮 ld m10.3 o m10.7 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.1 o m20.4 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.6 networknetwork 1515 / 第 8 組燈亮 ld m10.2 o m11.0 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.1 o m20.3 o m20.7 o m21.

22、1 o t47 = q0.7 networknetwork 1616 / 全部閃爍三次 ld m21.2 o m21.3 o m21.4 an t48 ton t47, +10 networknetwork 1717 / 全部閃爍三次 ld t47 ton t48, +10 networknetwork 1818 / 第 9 組燈亮 ld m21.5 = q1.0 networknetwork 1919 / 第 10 組燈亮 ld m21.6 = q1.1 networknetwork 2020 / 手動復(fù)位 ld i0.0 ed r m10.0, 16 r m20.0, 15 五、程序調(diào)試及

23、問題處理五、程序調(diào)試及問題處理 （一）程序調(diào)試（一）程序調(diào)試 硬件調(diào)試：接通電源，檢查西門子 s7-200 可編程控制器是否可以正常工作， 接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。 軟件調(diào)試：按要求在編輯軟件中輸入梯形圖，并進行語法的檢查，正確后 設(shè)置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器 rom 中，進行下一步的 調(diào)試。 接線：實驗板上的 18 燈接 plc 面板上的 q0.0q0.7，第二個實驗板的 1、2 燈接 q1.0、q1.1；實驗板上的 v+端口接 l+，com 端口接 1m。 運行調(diào)試：在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，打開西門子可編程控制 器的“run”開關(guān)進行調(diào)試

24、；觀察運行的情況，看是否是隨時按下停止按鈕可以 停止系統(tǒng)運行。 根據(jù)以上的調(diào)試情況，霓虹燈飾的 plc 控制系統(tǒng)設(shè)計符合要求。 （二）設(shè)計實物圖（二）設(shè)計實物圖 圖 5-1 實際接線圖 圖 5-2 顯示部分接線 （說明：提供的設(shè)備只有八組燈，其他的兩組燈用其他模塊的燈代替第九組燈和第十 組燈，從而達到設(shè)計要求。 ） 圖 5-3 霓虹燈的實際顯示情況 （三）問題處理（三）問題處理 在程序的模擬過程中，對移位寄存器的移位次數(shù)沒有了解，將 29 次的移位 全部通過一個移位寄存器控制，這個時候發(fā)現(xiàn)，當(dāng)霓虹燈運行到第十五組燈閃 爍的情況時，程序停止運行。我們猜想是不是移位的次數(shù)有限制，通過詢問老 師和網(wǎng)

25、上查閱資料，我們的猜想得到證實，移位寄存器最多的移位次數(shù)不超過 16 次，于是，我們用兩個移位寄存器來代替一個，用第一個移位寄存器最后一 位的溢出控制第二個移位寄存器的移位啟動。最后，霓虹燈能夠按設(shè)計要求閃 爍并且循環(huán)。 在接線的過程中，由于實驗板只有八個燈，我們將兩個實驗板作為一個使 用，用第二個實驗板的其中兩組燈代替第九組、第十組燈的閃爍情況，進而使 實驗情況能夠完整的實現(xiàn)。 調(diào)試時應(yīng)嚴格按照實驗室的規(guī)章制度進行操作，按步驟先接線后通電。在 電腦中輸入指令程序然后向 plc 中寫入，注意寫入時應(yīng)按照程序的長度有范圍 的寫入，這樣會節(jié)省程序的寫入時間。 在程序的傳送過程中若出現(xiàn)通信錯誤應(yīng)檢查 plc 的電源是否打開或 plc 和 電腦的接口是否已連接上。 程序的設(shè)計應(yīng)和調(diào)試相配合，對于較