機(jī)電傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書霓虹燈飾的控制系統(tǒng)方案

1、 . . . 課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 報(bào)報(bào) 告告 書書所屬課程名稱所屬課程名稱 機(jī)電傳動(dòng)控制（含機(jī)電傳動(dòng)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(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院 專專 業(yè)、班業(yè)、班 級(jí)級(jí)學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào)學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師20122012 年年 0707 月月 2525 日日成績(jī)：成績(jī)： . . . 1 / 23目目 錄錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 1二、總體設(shè)計(jì)二、總體設(shè)計(jì) 2 2（一）設(shè)計(jì)方案的比較和論證 2（二）總體設(shè)計(jì)方案 4三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 5（一）PLC 的介紹 5（

2、二）S7-200 可編程控制器部分指令 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(jì)四、程序設(shè)計(jì) 9 9（一）程序設(shè)計(jì)框圖 9（二）梯形圖 10（三）語句表 13五、程序調(diào)試與問題處理五、程序調(diào)試與問題處理 1717（一）程序調(diào)試 17（二）設(shè)計(jì)實(shí)物圖 17（三）問題處理 19六、總結(jié)六、總結(jié) 2020七、參考文獻(xiàn)七、參考文獻(xiàn) 2121 . . . 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)題目：課程設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)間：課程設(shè)計(jì)時(shí)間：自 2012 年 7 月 16 日起至 2012 年 7 月 27 日課程

3、設(shè)計(jì)要求：課程設(shè)計(jì)要求：合上啟動(dòng)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(jì)評(píng)閱意見課程設(shè)計(jì)評(píng)閱意見項(xiàng)項(xiàng)目目課程設(shè)課程設(shè)計(jì)態(tài)度計(jì)態(tài)度評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)10%10%出勤出勤情況情況評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)10%10%任務(wù)難任務(wù)難度度、量評(píng)、量評(píng)價(jià)價(jià) 10%10%創(chuàng)新性評(píng)價(jià)創(chuàng)新性評(píng)價(jià)10%10%綜合設(shè)計(jì)綜合設(shè)計(jì)能力評(píng)價(jià)能力評(píng)價(jià)20%20%報(bào)告書

4、寫報(bào)告書寫規(guī)評(píng)價(jià)規(guī)評(píng)價(jià)20%20%口試口試20%20%成成績(jī)績(jī)綜合評(píng)定等級(jí)綜合評(píng)定等級(jí)評(píng)閱教師：評(píng)閱教師：20122012 年年 月月 日日 . . . 2 / 23二、總體設(shè)計(jì)二、總體設(shè)計(jì)（一）（一）設(shè)計(jì)方案的比較和論證設(shè)計(jì)方案的比較和論證此次設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)需要，我們?cè)O(shè)計(jì)的題目的實(shí)質(zhì)就是控制燈的循環(huán)閃爍，然后通過燈的布局來達(dá)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(shí)器優(yōu)點(diǎn)：首先，在平時(shí)的PLC 學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常使用該指令進(jìn)行一些程序的編寫，對(duì)它的實(shí)際應(yīng)用也有比較深刻的理解。其次，選用定時(shí)器，使編寫的程序更加容易理解，也便于修改，從而，根據(jù)實(shí)際情況更好的調(diào)試程序。缺點(diǎn)：

5、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(zhǎng)，稍有不細(xì)心，就會(huì)在時(shí)間的控制上出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致整個(gè)程序不能按實(shí)際的設(shè)計(jì)要求達(dá)到目的。而我們此次設(shè)計(jì)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(shí)，還要達(dá)到循環(huán)閃爍。所以，如果單純的使用該指令將會(huì)使程序過于復(fù)雜，不適合實(shí)驗(yàn)的調(diào)試和以后的修改。選用移位寄存器優(yōu)點(diǎn)：聽過老師的介紹和自己在網(wǎng)上查閱的資料，這條指令對(duì)于我們此次設(shè)計(jì)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(jì)的程序更加簡(jiǎn)潔。缺點(diǎn)：該指令平時(shí)的學(xué)習(xí)接觸的比較少，不能更好的在實(shí)際情況中應(yīng)用。同時(shí)，該條指令在控制燈的閃爍時(shí)間上不能滿足，但這也是我們

6、此次設(shè)計(jì)要面對(duì)的問題。所以，單純的選用移位寄存器也難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。綜上所述，應(yīng)該將兩者結(jié)合在一起，用定時(shí)器控制燈的閃爍時(shí)間，移位寄存器控制燈的循環(huán)閃爍。根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們將各個(gè)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、74+ + +4、6 . . . 3 / 235+ +56+ + +4、6 7+ + +3、78+ + +2、8 9+ +110+ + +1、211+ + + + +1、2、3、4 12+ + + + + + +

7、1-6 13+ + + + + + + + +1-814+ + + + + + +3-8 15+ + + + +5、6、7、8 16+ + +7、817+ + +1、5 18+ + +4、819+ + +3、7 20+ + +2、621+ + + + +1、3、5、7 22+ + + + +2、4、6、823+ + + + +1、3、5、7 24+ + + + +2、4、6、825+ + + + + + + + + + +閃爍 3 次26+ +9 27+ +10 . . . 4 / 23（二）總體設(shè)計(jì)方案（二）總體設(shè)計(jì)方案S7-200(CPU224)可編程控制器10 組燈復(fù)位按鍵圖 2-1 系

8、統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖據(jù)此，本設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)調(diào)用復(fù)位按鍵。 . . . 5 / 23三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）（一）PLCPLC 的介紹的介紹根據(jù)我們學(xué)?，F(xiàn)有設(shè)備的基本情況，我們這次課程設(shè)計(jì)主要使用的 PLC 為西門子的 S7-200。以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)我們的程序。西門子 S7-200 系列小型 PLC 可應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的成本以與功能強(qiáng)大的指令集使得 S7-200 PLC 成為各種小型控制

9、任務(wù)理想的解決方案。另外，西門子 S7-200 產(chǎn)品的多樣化以與基于 Windows 的編程工具使用戶能夠更加靈活地完成自動(dòng)化任務(wù)。而且有國(guó)產(chǎn)的，價(jià)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(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊S7-200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)與民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。我們此次設(shè)計(jì) PLC 的

10、選擇主要從 I/O 端口數(shù)來選擇，系統(tǒng)需要 2 個(gè)輸入端口，10 個(gè)輸出端口，所以選擇西門子 S7-200 系列的 CPU224。其輸入端口 14 個(gè)，輸出端口 10 個(gè)，共 24 個(gè)，還帶有擴(kuò)展功能，最大可擴(kuò)展為 168 點(diǎn)數(shù)字量或者35 點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲(chǔ)容量也進(jìn)一步增加，有置時(shí)鐘，還增加了一些數(shù)學(xué)指令和高速計(jì)數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。完全符合我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)的需要。 . . . 6 / 23（二）（二）S7-200S7-200 可編程控制器部分指令可編程控制器部分指令我們此次設(shè)計(jì)的程序，主要應(yīng)用移位寄存器和定時(shí)器。因此，對(duì)兩條指令的基礎(chǔ)知識(shí)要做到充分的了解，為后邊的程序編寫打下

11、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(zhǎng)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(hào)，每次使能有效時(shí)，整個(gè)移位寄存器移動(dòng) 1 位。2） 數(shù)據(jù)輸入端：3 個(gè)DATA:數(shù)據(jù)輸入端:連接移入移位寄存器的二進(jìn)制數(shù)值，執(zhí)行指令時(shí)將該位的值移入寄存器。S_BIT:指定移位寄存器的最低位N:指定移位寄存器的長(zhǎng)度和移位方向，移位寄存器的最大長(zhǎng)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

12、高位。移出的數(shù)據(jù)被放置在溢出存位（SM1.1）中。N 為負(fù)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)被放置在溢出存位（SM1.1）中。2、定時(shí)器定時(shí)器實(shí)質(zhì)就是對(duì)時(shí)間間隔計(jì)數(shù)。定時(shí)器的分辨率（時(shí)基）決定了每個(gè)時(shí)間間隔的時(shí)間長(zhǎng)短。在 S7200 系列 PLC 的定時(shí)器中，定時(shí)器的分辨率有1ms、10ms、100ms 三種，這三種定時(shí)器的刷新方式是不同的，從而在使用方法上也有很大的不同。定時(shí)時(shí)間 T=PT（設(shè)定值，最大為 32767）分辨率（時(shí)基）定時(shí)器種類： . . . 7 / 23接通延時(shí)定時(shí)器 TON(OnDelay Timer)接通延時(shí)定時(shí)器用于

13、單一時(shí)間間隔的定時(shí)。記憶接通延時(shí)定時(shí)器 TONR(Retentive OnDelay Timer)記憶接通延時(shí)定時(shí)器對(duì)定時(shí)器的狀態(tài)具有記憶功能，它用于對(duì)許多間隔的累計(jì)定時(shí)。需要注意的是，斷開輸入端或斷開電源都不能改變 TONR 定時(shí)器的狀態(tài)，只能用復(fù)位指令 R 對(duì)其進(jìn)行復(fù)位操作。斷開延時(shí)定時(shí)器 TOF(OffDelay Timer)斷開延時(shí)定時(shí)器用來在輸入斷開后延時(shí)一段時(shí)間斷開輸出。上電周期或首次掃描，定時(shí)器位為 OFF，當(dāng)前值為0。輸入端接通時(shí)，定時(shí)器位為 ON，當(dāng)前值為 0。當(dāng)輸入端由接通到斷開時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)定時(shí)器位為 OFF，當(dāng)前值等于設(shè)定值，停止計(jì)時(shí)。輸入端再次由

14、OFFON 時(shí)，TOF 復(fù)位；如果輸入端再?gòu)?ONOFF，則 TOF 可實(shí)現(xiàn)再次啟動(dòng)。表 3-1 定時(shí)器時(shí)區(qū)分配定時(shí)器名稱（功能）定時(shí)器類型時(shí)基（分辨率）（ms）定時(shí)器號(hào)1T0、T6410T1-T4、T65-T68記憶接通延時(shí)定時(shí)器TONR100T5-T31、T69-T951T32、T9610T33- T36、T97- T100接通延時(shí)定時(shí)器斷開延時(shí)定時(shí)器TON TOF100T37- 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(jì)控制系統(tǒng)的要求，啟動(dòng)按鈕 SD 采用帶自鎖的按鈕，接主機(jī)的輸入端口 I0.4,該按鍵為撥子開關(guān)，能夠提供給

15、PLC 持續(xù)的電平，進(jìn)而達(dá)到持續(xù)、循環(huán)的控制燈的閃爍。同時(shí)，也控制實(shí)驗(yàn)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(diǎn)Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1。按下啟動(dòng)按鈕 I0.4，SD 接通，輸出端Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、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(dá)到目的。如果想關(guān)閉燈，按下 I0.4，程序停止運(yùn)行，霓虹

16、燈熄滅。 . . . 8 / 23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(diǎn) 說 明輸出點(diǎn) 說 明I0.0（SB1）復(fù)位Q0.0L1 顯示I0.4（SD）啟動(dòng)/停止Q0.1L2 顯示Q0.2L3 顯示Q0.3L4 顯示Q0.4L5 顯示Q0.5L6 顯示Q0.6L7 顯示Q0.7L8 顯示Q1.0L9 顯示Q1.1L10 顯示（四）外部接線圖（四）外部接線圖 . . . 9 / 23圖 3-3 PLC 外部接線圖四、程序設(shè)計(jì)四、程序設(shè)計(jì)（一）程序設(shè)計(jì)框圖（一）程序設(shè)計(jì)框圖啟動(dòng)移位寄存器第一組燈亮延時(shí) 2 秒是否結(jié)束依次循環(huán)第十組燈亮延時(shí) 2 秒是否結(jié)束Y

17、N結(jié) 束 YN上 電 . . . 10 / 23（二）梯形圖（二）梯形圖 . . . 11 / 23 . . . 12 / 23 . . . 13 / 23（三）語句表（三）語句表NetworkNetwork 1 1 / M0.0 啟動(dòng)LD I0.4AN M0.0TON T37, +20NetworkNetwork 2 2 LD T37= M0.0NetworkNetwork 3 3 / M1.0 啟動(dòng)LD I0.4TON T38, +30AN T38= M1.0NetworkNetwork 4 4 / 循環(huán)啟動(dòng)LD M1.0O M0.2= M10.0NetworkNetwork 5 5 /

18、輔助繼電器 M20.0 啟動(dòng)LD M11.7= M20.0NetworkNetwork 6 6 / 2S 后重復(fù)循環(huán)啟動(dòng)LD M21.6TON T39, +20AN T39= M0.2NetworkNetwork 7 7 / 位移寄存器使輔助繼電器逐一啟動(dòng)LD M0.0SHRB M10.0, M10.1, +15SHRB M20.0, M20.1, +14NetworkNetwork 8 8 / 第 1 組燈亮LD M10.1O M11.1O M11.2O M11.3O M11.4O M11.5 . . . 14 / 23O M20.2O M20.6O M21.0O T47= Q0.0Netw

19、orkNetwork 9 9 / 第 2 組燈亮LD M10.2O M11.0O M11.2O M11.3O M11.4O M11.5O M20.5O M20.7O M21.1O T47= Q0.1NetworkNetwork 1010 / 第 3 組燈亮LD M10.3O M10.7O M11.3O M11.4O M11.5O M11.6O M20.4O M20.6O M21.0O T47= Q0.2NetworkNetwork 1111 / 第 4 組燈亮LD M10.4O M10.6O M11.3O M11.4O M11.5O M11.6O M20.3O M20.7O M21.1O T4

20、7= Q0.3 . . . 15 / 23NetworkNetwork 1212 / 第 5 組燈亮LD M10.5O M11.4O M11.5O M11.6O M11.7O M20.2O M20.6O M21.0O T47= Q0.4NetworkNetwork 1313 / 第 6 組燈亮LD M10.4O M10.6O M11.4O M11.5O M11.6O M11.7O M20.5O M20.7O M21.1O T47= Q0.5NetworkNetwork 1414 / 第 7 組燈亮LD M10.3O M10.7O M11.5O M11.6O M11.7O M20.1O M20.

21、4O M20.6O M21.0O T47= Q0.6NetworkNetwork 1515 / 第 8 組燈亮LD M10.2O M11.0O M11.5O M11.6 . . . 16 / 23O M11.7O M20.1O M20.3O M20.7O M21.1O T47= Q0.7NetworkNetwork 1616 / 全部閃爍三次LD M21.2O M21.3O M21.4AN T48TON T47, +10NetworkNetwork 1717 / 全部閃爍三次LD T47TON T48, +10NetworkNetwork 1818 / 第 9 組燈亮LD M21.5= Q1.

22、0NetworkNetwork 1919 / 第 10 組燈亮LD M21.6= Q1.1NetworkNetwork 2020 / 手動(dòng)復(fù)位LD I0.0EDR M10.0, 16R M20.0, 15 . . . 17 / 23五、程序調(diào)試與問題處理五、程序調(diào)試與問題處理（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(jìn)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(jìn)行下一步的調(diào)試。 接線：實(shí)驗(yàn)板上的 18 燈接

23、 PLC 面板上的 Q0.0Q0.7，第二個(gè)實(shí)驗(yàn)板的1、2 燈接 Q1.0、Q1.1；實(shí)驗(yàn)板上的 V+端口接 L+，COM 端口接 1M。運(yùn)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(jìn)行調(diào)試；觀察運(yùn)行的情況，看是否是隨時(shí)按下停止按鈕可以停止系統(tǒng)運(yùn)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(jì)符合要求。（二）設(shè)計(jì)實(shí)物圖（二）設(shè)計(jì)實(shí)物圖圖 5-1 實(shí)際接線圖 . . . 18 / 23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(dá)到設(shè)計(jì)要求。 ）圖 5-3 霓虹燈的實(shí)際顯示情況 . .

24、. 19 / 23（三）問題處理（三）問題處理在程序的模擬過程中，對(duì)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(gè)移位寄存器控制，這個(gè)時(shí)候發(fā)現(xiàn)，當(dāng)霓虹燈運(yùn)行到第十五組燈閃爍的情況時(shí)，程序停止運(yùn)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)上查閱資料，我們的猜想得到證實(shí)，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(gè)移位寄存器來代替一個(gè)，用第一個(gè)移位寄存器最后一位的溢出控制第二個(gè)移位寄存器的移位啟動(dòng)。最后，霓虹燈能夠按設(shè)計(jì)要求閃爍并且循環(huán)。在接線的過程中，由于實(shí)驗(yàn)板只有八個(gè)燈，我們將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)板作為一個(gè)使用，用第二個(gè)實(shí)驗(yàn)板的其中兩組燈代替第九組、第十組燈的閃爍情況，進(jìn)而使實(shí)驗(yàn)情況能夠完整的實(shí)現(xiàn)。調(diào)試時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度進(jìn)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(shí)應(yīng)按照程序的長(zhǎng)度有圍的寫入，這樣會(huì)節(jié)省程序的寫入時(shí)間。在程序的傳送過程中若出現(xiàn)通信錯(cuò)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(jì)應(yīng)和調(diào)試相配