畢業(yè)設(shè)計(基于PLC的數(shù)字電子鐘設(shè)計

1、德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院高職專業(yè)畢業(yè)論文論文題目：基于PLC的數(shù)字電子鐘設(shè)計系 部： 電 氣 電 子 工 程 系 專 業(yè)： 08 高 職 機(jī) 電 一 班 姓 名： 戚 萬 超 學(xué) 號： 4 指導(dǎo)教師： 劉 洪 波 二O一O年十二月二十二日前 言數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學(xué)習(xí)、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展和采用了先進(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域?？删幊炭刂破鳎≒LC）是以微處理為核心的通用工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器

2、-接觸器控制系統(tǒng)與計算機(jī)控制技術(shù)緊密結(jié)合，集計算機(jī)、控制、通信于一體，為工業(yè)自動化提供了幾乎完美的現(xiàn)代化自動控制裝置。近幾年，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛普及。為此，各高校的電器自動化、電氣工程、供用電技術(shù)、機(jī)電一體化等相關(guān)專業(yè)相繼開設(shè)了有關(guān)可編程控制器原理及應(yīng)用的課程。本設(shè)計以西門子公司的S7200CN為基礎(chǔ)，設(shè)計了PLC電子時鐘的梯形圖。本設(shè)計共分四大章：第一章是基礎(chǔ)部分，介紹了PLC的概述說明了PLC的發(fā)展史。第二章主要是數(shù)字電子鐘設(shè)計的軟件介紹及應(yīng)用。第三章是數(shù)字電子鐘的設(shè)計程序，進(jìn)一步清楚的了解其內(nèi)部結(jié)果和工作原理。第四章是針對本設(shè)計在制

3、作過程所參考文獻(xiàn)及資料的統(tǒng)一說明及介紹。最后是對指導(dǎo)老師及在本設(shè)計過程當(dāng)中給予我們幫助的老師及領(lǐng)導(dǎo)的感謝。由于我們的水平有限，難免存在錯誤和疏漏，懇請領(lǐng)導(dǎo)、老師、讀者批評指正。目錄前言1摘要3第一章PLC的概要41.1 課程設(shè)計準(zhǔn)備知識451.11 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則41.12 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容41.13 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟51.2 軟件介紹61.21 軟件介紹6第二章PLC控制電子鐘設(shè)計82.1七段共陰數(shù)碼管電子鐘PLC程序設(shè)計原理82.11 控制要求：82.12 總體設(shè)計思想82.13 具體設(shè)計過程82.2 編程元件地址分配102.3 輸入/輸出繼電器的地址

4、分配132.31 輸入/輸出繼電器的地址分配132.4 數(shù)字電子鐘控制系統(tǒng)的方案142.41 方案論證142.42 控制要求142.43 數(shù)碼管顯示原理152.44 數(shù)字電子鐘的程序15第三章 數(shù)字電子鐘梯形圖程序16第四章 結(jié)論28附錄（1）參考文獻(xiàn)29附錄（2）謝辭30摘要本系統(tǒng)采用計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。由LED數(shù)碼管來顯示plc所輸出的信號。總體方案設(shè)計由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能,擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度

5、的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為基礎(chǔ)的。因此，研究數(shù)字鐘及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。關(guān)鍵字 PLC 數(shù)碼管 計數(shù)器第一章PLC的概要1.1 課程設(shè)計準(zhǔn)備知識學(xué)習(xí)PLC的最終目的是能把它應(yīng)用到實際控制系統(tǒng)中去，若遇到實際的工業(yè)控制項目，需用PLC進(jìn)行控制，應(yīng)如何著手去設(shè)計一個控制系統(tǒng)。1.11 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本：1. 最大限度地滿足被控對象的控制要求

6、。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。2. 在滿足控制要求的的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維修方便。3. 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。4. 考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有余地。1.12 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容包括如下幾點：1. 選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)和傳感器等、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機(jī)、電磁

7、閥等）。這些設(shè)備屬于一般的電氣元件，自選擇方法請參考其他有關(guān)資料。2. PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要作用。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型、容量、I/O點數(shù)（模塊）、電源模塊以及特殊功能模塊的選擇等。3. 分配I/O點，繪制電氣連接接口圖，并考慮必要的安全保護(hù)措施。4. 設(shè)計控制程序。梯形圖、語句表（可由編程軟件自動轉(zhuǎn)換或直接編寫）、控制系統(tǒng)流程圖等。控制程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全可靠的關(guān)鍵，因此控制程序的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足為止。5. 必要時還需設(shè)計控制臺（柜）。6. 編制系統(tǒng)的技術(shù)文件。包括

8、說明書、電氣圖及電氣元件明細(xì)表等。傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電氣安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這些圖可統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)的電氣圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，所以，還應(yīng)增加PLC的I/O輸入、輸出電氣連接圖（即I/O硬件接線圖）。此外，在PLC 控制系統(tǒng)中，電氣圖還應(yīng)包括程序圖（梯形圖），可以稱之為“軟件圖”，便于用戶在生產(chǎn)發(fā)展過程或工藝改進(jìn)時修改程序，或維修時分析和排除故障。1.13 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟（1） 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求：需要完成的動作（動作順序、動作條件及必須的保護(hù)和聯(lián)鎖等）、操作方式（手動、自動；連續(xù)、單周期、單步等）。（2） 根據(jù)控制

9、要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)（3） 選擇PLC（考慮性價比等）（4） 分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O電氣接口連接圖（也可結(jié)合第2步進(jìn)行）（5） 進(jìn)行PLC的程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制臺（柜）的設(shè)計和現(xiàn)場施工在設(shè)計傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)時，必須在控制線路（接線等）設(shè)計完成后，才能進(jìn)行控制臺（柜）的設(shè)計和現(xiàn)場施工。由此可見，可減少整個工程的施工量并大大縮短施工周期。（6） 對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)流程圖，明確給出動作的順序和條件。（7） 設(shè)計梯形圖（并程序清單）。這是比較困難的但也是關(guān)鍵的一步。要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的

10、基礎(chǔ)及實踐經(jīng)驗。（8） 程序輸入PLC并檢查輸入是否正確。（9） 調(diào)試和修改直至滿足要求。（10） 控制臺（柜）及現(xiàn)場施工完成后，即可進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，直至滿足生產(chǎn)要求。（11） 編制技術(shù)文件。（12） 交付使用。1.2 軟件介紹1.21軟件介紹PLC英文全稱Programmable Logic Controller中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器是六十年代末在

11、美國首先出現(xiàn)的，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能，由此日本稱它為順序控制器。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。當(dāng)時，根據(jù)汽車制造業(yè)生產(chǎn)線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制盤，以減少汽車改型時，重新設(shè)計制造繼電器控制盤的成本和時間。隨著半導(dǎo)體技術(shù)尤其是微處理器和微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到七十年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件和外圍電路也都采用了中大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的“PLC”已不再是僅有邏輯判斷功能了，同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通訊功能。 美國電氣制造商協(xié)會NEMA從1976年開始，經(jīng)過四年的調(diào)查

12、，于1980年把它正式命名為可編程序控制器，簡稱“PLC”。 可編程序控制器硬件由六部分構(gòu)成:中央處理器：它是可編程序控制器的心臟部分。CPU由微處理器存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數(shù)據(jù)、變量的數(shù)據(jù)儲器構(gòu)成。電源：給中央處理器提供必需的工作電源。 輸入組件：輸入組件的功能是將操作開關(guān)和現(xiàn)場信號送給中央處理器?，F(xiàn)場信號可能是開關(guān)量、模擬量或針對某一特定目的使用的特殊變量。 輸出組件：輸出組件接收CPU的控制信號，并把它轉(zhuǎn)換成電壓或電流等現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)所能接收的信號后，傳送控制命令給現(xiàn)場設(shè)備的執(zhí)行器。輸入輸出（簡稱I/O）是可編程序控制器的“手”和“腳”或者叫作系統(tǒng)的“眼睛”和“視覺”。輸入信號

13、包括按扭開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關(guān)和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機(jī)啟動等直流和交流設(shè)備。編程器：在正常情況下，編程器用于系統(tǒng)初始狀態(tài)的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對系統(tǒng)操作。編程器也可用于控制程序的調(diào)試和控制系統(tǒng)故障時作為檢查故障的有效工具。第二章PLC控制電子鐘設(shè)計2.1 七段共陰數(shù)碼管電子鐘PLC程序設(shè)計原理2.11控制要求：1. 用四個七段數(shù)碼管分別顯示“時十位”、“時個位”、“分十位”和“分個位”。2. 用特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖3. 有“預(yù)置”和“校對”時間功能。I/O分配：X0運(yùn)行開關(guān)，X1預(yù)置按鈕；Y0A，Y

14、1B，Y2C，Y3D，Y4E，Y5F，Y6G；Y7“秒閃爍”指示；Y13“時十位”顯示，Y12“時個位”顯示，Y11“分十位”顯示，Y10“分個位”顯示。COM端接線：COM1和COM2（Y0Y7所對應(yīng)的公共端）接24V直流電源“+”極，COM3（Y10Y13所對應(yīng)的公共端）和COM接24V電源“-”極。2.12總體設(shè)計思想為了減少輸出點數(shù)和接線，可以將四個共陰數(shù)碼管的陽極都用Y0Y6來驅(qū)動，但讓其依次輪班接通；四個數(shù)碼管的陰極分別用Y10Y13來同步控制其接通“-”極的時間，以期達(dá)到四個數(shù)碼管輪番顯示的目的。2.13具體設(shè)計過程1. 由特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖，用Y7輸出。2. 用計數(shù)

15、器C0將秒脈沖變成分脈沖。3. 用左移位指令SHL-W形成分個位左移碼。4. 用左移位指令SHL-B形成分十位左移碼。5. 用左移位指令SHL-W形成時個位左移碼。6. 用左移位指令SHL-B形成時十位左移碼。7. 用左移位指令SHL-B安排四個數(shù)碼管輪番接通。8. 將四個左移位碼分別譯成七段數(shù)碼管的字顯示碼，并考慮四個數(shù)碼管輪番接通問題。9. 將數(shù)字顯示碼用Y0Y6輸出。 AF G BE CD七段共陰數(shù)碼管2.2 編程元件地址分配編程元件地址分配編程元件編程地址符 號作 用輔助繼電器M0.1M1C0復(fù)位及分鐘個位顯示脈沖M0.2M2分鐘十位顯示移位脈沖M0.3M3小時個位顯示移位脈沖M0.4

16、M4小時十位顯示移位脈沖M1.0M10分鐘個位顯示“0”M1.1M11分鐘個位顯示“1”M1.2M12分鐘個位顯示“2”M1.3M13分鐘個位顯示“3”M1.4M14分鐘個位顯示“4”M1.5M15分鐘個位顯示“5”M1.6M16分鐘個位顯示“6”M1.7M17分鐘個位顯示“7”M2.0M20分鐘個位顯示“8”M2.1M21分鐘個位顯示“9”M2.2M2210分鐘到信號M3.0M30分鐘十位顯示“0”M3.1M31分鐘十位顯示“1”M3.2M32分鐘十位顯示“2”M3.3M33分鐘十位顯示“3”M3.4M34分鐘十位顯示“4”M3.5M35分鐘十位顯示“5”M3.6M361小時到信號M3.7M

17、3724小時到信號M4.0M40小時個位顯示“0”M4.1M41小時個位顯示“1”M4.2M42小時個位顯示“2”M4.3M43小時個位顯示“3”M4.4M44小時個位顯示“4”M4.5M45小時個位顯示“5”M4.6M46小時個位顯示“6”M4.7M47小時個位顯示“7”M5.0M50小時個位顯示“8”M5.1M51小時個位顯示“9”M5.2M5210小時到信號M6.0M60小時十位顯示“0”M6.1M61小時十位顯示“1” 續(xù)表編程元件編程地址符 號作 用輔助繼電器M6.2M62小時十位顯示“2”M8.0M80分鐘個位調(diào)整脈沖M8.1M81分鐘十位調(diào)整脈沖M8.2M82小時個位調(diào)整脈沖M8

18、.3M83小時十位調(diào)整脈沖M9.0M90選擇分鐘個位顯示M9.1M91選擇分鐘十位顯示M9.2M92選擇小時個位顯示M9.3M93選擇小時十位顯示M10.0M100分鐘個位a段M10.1M101分鐘個位b段M10.2M102分鐘個位c段M10.3M103分鐘個位d段M10.4M104分鐘個位e段M10.5M105分鐘個位f段M10.6M106分鐘個位g段M11.0M110分鐘十位a段M11.1M111分鐘十位b段M11.2M112分鐘十位c段M11.3M113分鐘十位d段M11.4M114分鐘十位e段M11.5M115分鐘十位f段M11.6M116分鐘十位g段M12.0M120小時個位a段M1

19、2.1M121小時個位b段續(xù)表 2.3 輸入/輸出繼電器的地址分配2.31 輸入/輸出繼電器的地址分配.2.4 數(shù)字電子鐘控制系統(tǒng)的方案2.41 方案論證目前常用的數(shù)字電子鐘控制方法有單片機(jī)控制PLC控制。兩種方式的控制原理基本相似，都是分別以各自的主控器件來完成門信號的采集、運(yùn)行狀態(tài)控制和設(shè)定，達(dá)到自動調(diào)節(jié)和控制運(yùn)行的功能。本設(shè)計采用PLC控制方式，選用西門子S7-200PLC作控制器，繼電器輸出，時間顯示用4個數(shù)碼管,完成本設(shè)計要求的各項指標(biāo)，實現(xiàn)數(shù)字電子鐘的控制。數(shù)字電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，PLC控制數(shù)字電子鐘采用數(shù)碼管

20、顯示。 2.42.控制要求數(shù)字電子鐘的控制要求如下：（1） 開機(jī)時初始狀態(tài)顯示為00時00分，按下啟動按鈕，控制器開始計時工作。（2） 能將時間顯示調(diào)整到當(dāng)前的時間。（3） 設(shè)置相應(yīng)的手動按鈕，使控制器使用更加方便。2.43數(shù)碼管顯示原理 開機(jī)時顯示為00時00分PLC的輸出點分別接到七段數(shù)碼管的Y0Y6上。要顯示數(shù)字只需要Y0Y6有輸出信號。例如，顯示1只需Y1和Y2有信號輸出，它的十進(jìn)制常數(shù)為K6=1*2+1*4,即K6轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)正好滿足要求。再把常數(shù)值K6由MOV指令傳送到相應(yīng)的數(shù)碼管就可以顯示數(shù)字了。2.44 數(shù)字電子鐘的程序（1）控制任務(wù)設(shè)計一個數(shù)字電子鐘，用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前

21、的時間，根據(jù)控制要求，需要顯示的時間如下：秒：由SM0.5來實現(xiàn)一秒的脈沖發(fā)生器分鐘：顯示范圍為0059，用兩只LED數(shù)碼管顯示小時：顯示范圍為0023，用兩只LED數(shù)碼管顯示（2）LED數(shù)碼管的工作原理一只LED數(shù)碼管可以看成是一組LED，有兩種接線方式，一種是共陰極接法，一種是共陽極接法。當(dāng)發(fā)光二極管為正向偏置時，就會點亮。（3）秒脈沖發(fā)生器所謂秒脈沖發(fā)生器就是每秒生成一個脈沖，這個脈沖是所有計時器的基準(zhǔn)，可以通過編程的方式實現(xiàn)，也可以利用PIC的特殊繼電器，如S7200的周期為1秒的脈沖發(fā)生器SM0.5來實現(xiàn)，編程更簡單。 第三章 數(shù)字電子鐘梯形圖程序第四章 結(jié)論由于數(shù)字電子鐘是采用數(shù)字

22、電路實現(xiàn)對“時”、“分”、“秒”數(shù)字顯示的計時裝置。所以數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。與傳統(tǒng)機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點。在數(shù)字顯示方面，目前以有集成的記數(shù)、譯碼電路，他可以直觀的驅(qū)動數(shù)碼顯示器件。也可直接采用CMOS-LED光電組合器件，構(gòu)成模塊式石英晶體數(shù)字鐘。這些電路裝置十分小巧，安裝使用也方便，如果想實現(xiàn)大型光電顯示，可以加一定的驅(qū)動電路，采用白熾燈顯示系統(tǒng),做起來也不困難。數(shù)字電子鐘是以不同的計數(shù)器為基本單元構(gòu)成的，它的用途十分廣泛，只要有計時、計數(shù)的存在，便要用到數(shù)字鐘的原理及結(jié)構(gòu)；同時在日期中，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費(fèi)的喜愛。采用PLC的定時中斷功能實現(xiàn)定時，不僅定時精度高，編程簡單，顯示效果穩(wěn)定可靠，具有較大的實用價值。高等職業(yè)院校的培養(yǎng)目標(biāo)的首要任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的各類技術(shù)人才，人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)必須有一定的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。我們通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練與鍛煉，才能在實踐中不斷鞏固和加深理論知識，提高獨(dú)立工作的能力和創(chuàng)新能力。通過數(shù)字電子鐘的設(shè)計于制作，我們能夠掌握一定的匯編語言知識并用于編寫程序，掌握了定時與計數(shù)器的使用方法，以及微機(jī)常用