数控机床微机原理与接口课程设计-LED数码显示控制系统设计.doc

数控机床微机原理与接口课程设计专 业： 机电一体化 设计题目：led数码显示控制系统设计班级： 机电1021 学生姓名： 学号： 03 指导教师： 教研室主任： 机械工程技术系一、课程设计任务书 1.课程题目led数码显示 plc控制系统设计2.设计内容1) 设计led数码显示控制系统的硬件电路（主电路硬件接线设计和plc外部连线图）和软件程序； 2) plc程序编制与调试； 3) led数码显示plc控制系统的综合调试，电梯模型如右图所示；4) 撰写课程设计报告； 5) 完成课程设计答辩。图1 led数码显示模型示意图3. led数码显示控制系统的设计要求： 1）根据控制要求，设计皮带运输机传输系统plc控制的硬件 电路图。2）根据控制要求，编制皮带运输机传输系统模拟控制的plc控制 程序，并完成调试。3）编写设计说明书，内容包括：设计过程和有关说明。led数码显示控制系统plc端子接线图。plc控制程序（梯形图和指令表）。参考资料、 参考书及参考手册。其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。4. 课程设计报告要求 1）、要求在课程设计答辩时提交课程设计报告。2）、报告应包括以下内容：a、本次设计的主要内容、设计题目、plc外部连线图、主电路硬件接线图、plc梯形图或指令程序列表、必要的系统设计及功能说明；b、系统调试过程介绍，在调试过程中出现的问题，解决办法等；c、课程设计总结。包括本次课程设计过程中的收获、体会，以及对该课程设计的意见、建议等；d、设计中参考文献列表；e、报告使用b5纸打印，全文不少于3000字。5. 参考资料1 史国生. 电气控制与可编程控制器技术.北京:化学工业出版社.20042 王永华.现代电气及可编程控制技术. 北京:北京航空航天大学出版社.20023 邓则名.电器与可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社.19974 徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:中国科学技术大学出版社.20015 金燕.数控机床微机原理与接口课程设计指导书.常州工程职业技术学院:自编指导书.20106. 设计进度（2011年12月26日至2012年1月6日）时 间设计内容12月26日布置设计任务、查阅资料12月27日-12月29日方案论证及总体设计12月30日-1月5日系统调试及整理课程设计报告1月6日课程设计答辩7. 课程设计时间及地点2011年12月26日2012年1月6日上午8：2011：30；下午13：2014：50开物楼机房（开物楼中404）评分项目评分标准量化分数1.独立分析与解决问题的能力很强较强一般不具有102. 课程设计的答辩情况有见解回答准确回答正确基本正确有错误253. 课程设计论文及插图的规范程度规范整洁正确杂乱有错误254.工具软件的使用熟练使用会使用需要学习105.辅导答疑积极认真应付消极106.设计态度积极认真应付消极107.出勤全勤缺勤次数10附加评语量化总分二、评语及成绩成绩：指导教师：课程设计报告班 级： 机电1021 姓 名： 徐梦南 学 号： 03 指导教师： 金燕 撰写日期： 2011-12-27 目录目 录第一章 课程设计内容与要求分析11.1课程设计内容11.2课程设计要求分析21.2.1系统单元电路组成2第二章4课程设计总结7致谢9参考文献9附录10第一章 概述第一章 概述1.1 plc简介1.1.1 简介可程序逻辑控制器（plc，programmable logic controller），乃是一种固态电子装置，主要利用输入输出装置的回授信号及储存程序，控制机械或程序的操作。在工厂自动化（fa）系统中，plc因为具备价格便宜、系统稳定及环境适应性佳的特点，故一直为自动化业界所采用。近几年来，各plc制造厂家无不致力于新机种的研发，所以在cpu 处理速度、扩展模块及通讯的功能上，相较于早期plc控制器，已有长足的进展。早期的自动控制都是以继电器并配合计数器、定时器及传感器等控制组件以完成顺序控制的目的。由于工业的变革，在生产制造方面，传统的方法已无法满足，因此有业者根据其需要，订出以下的规格，希望有这样的控制器，能够改善传统的控制方式，藉以提高效率，增加产量。1. 编程简单方便，可以在现场修改程序。2. 硬件维护与检修简单。3. 高度可靠性，能适应恶劣的工作环境。4. 体积小。5. 资料之读取和联机容易。6. 价格具竞争性。7. 扩展时，原系统只做很少的改变基于以上之规格及广大市场之需求，促使plc 迅速的发展。 plc 能储存如顺序指令、定时器指令、计数器指令、演算指令、数据控制指令以及通讯指令，并藉 以控制工业的机械装置及流程。1.1.2三菱plc的主要特点三菱plc的主要特点 结构灵活不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与wlan媲美。 传输质量高、速度快、带宽稳定可以很平顺的在线观赏dvd影片，它所提供的14mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准homeplug av传输速度已经达到了200mbps；为了确保qos，homeplug av采用了时分多路访问（tdma）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（csma）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。 范围广无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设n多个ap才能满足需求，而且同样不能避免信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 低成本充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，plc成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的adsl包月相持平。 适用面广plc作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得plc具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。1.2 led数码控制简介1.2.1led（light emitting diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 led的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是p型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是n型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“p-n结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向p区，在p区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是led发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成p-n结材料决定的。 led(light-emitting-diode中文意思为发光二极管)是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，led的特点非常明1.2.2 led的优点led的内在特征决定了它具有很多优点，诸如： 一、体积小led基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。 二、耗电量低led耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说led的工作电压是2-3.6v，工作电流是0.02-0.03a；这就是说，它消耗的电能不超过0.1w，相同照明效果比传统光源节能近80%。 三、使用寿命长有人称led光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 四、高亮度、低热量led使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 五、环保led是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时led也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源 六、坚固耐用led被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得led不易损坏。 led灯七、多变幻led光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 八、技术先进与传统光源单调的发光效果相比，led光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。21第二章 课程设计内容与要求分析第二章 课程设计内容与要求分析2.1课程设计内容参考图1-1 led数码显示控制模型示意图进行led数码显示控制系统设计。设计内容：设计led数码显示控制系统的硬件电路（主电路硬件接线设计和plc外部连线图）和软件程序； plc程序编制与调试； led数码显示plc控制系统的综合调试，电梯模型如右图所示；撰写课程设计报告； 完成课程设计答辩。led数码显示控制系统的设计要求： 1）根据控制要求，设计皮带运输机传输系统plc控制的硬件 电路图。2）根据控制要求，编制皮带运输机传输系统模拟控制的plc控制 程序，并完成调试。3）编写设计说明书，内容包括：设计过程和有关说明。led数码显示控制系统plc端子接线图。plc控制程序（梯形图和指令表）。参考资料、 参考书及参考手册。其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。2.2课程设计要求分析按下启动按钮后，由8组led发光二极管模拟的数码管开始显示：先是一段段显示，显示的次序是a段，b段，c段，d段，e段,f段，g段，h段。随后 数字及 ，显示的次序是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a.b.c.d.e.f.g.h,再返回初始显示，并循环下去。按下停止按钮，数码管停止 。面板上的a.b.c.d.e.f.g用发光二极管模拟输出。 由控制任务可以看出，每一段显示是有先后顺序的，当第一段显示完了以后第二段才能 ，依次往后进行。所以该程序具有很强的时序性，要用定时器来实现。而后面的数字及字母的显示都是由这7段数码管中的某段组成的。所以只要在原有的程序上面进行修改就可以实现数字及字母的显示。以显示0为例，当需要显示0的时候，只要将g段的数码管断开就可以显示0了。其他也是同样道理。第三章 控制系统设计第三章 控制系统设计 3.1 plc选型 3.2 i/o分配表输出信号输出信号名称输入点编号名称输出点编号启动按钮x000a段y000停止按钮x001b段y001c段y002d段y003e段y004f段y005g段y006h段y0073.3 i/o接线图3.4 梯形图第四章 安装与调试第四章 安装与调试在选型的时候，因为各种plc都有大型、中型、小型的分别，这些分别主要是由cpu模块的性能不同造成的。在实际上，并非一定大型的功能就是合适的。除了价格方面的考量之外，主要是，如果控制点数不多，小型的cpu模块完全可以胜任，则小型的cpu反而比大型的cpu模块工作还要可靠一些。因为，小型的cpu所涉及的资源少，而大型cpu的资源多，在程序执行中，为处理那些程序不需用到的资源时，也要分配时间去处理，这样不仅造成资源的浪费，可能在程序处理上不及小型cpu可以更单纯和稳定地工作。在i/o模块安装时，须注意如下事项：i/o模块插入机架上的槽位前，要先确认模块是否为自己所预先设计的模块；i/o模块在插入机架上的导槽时，务必插到底，以确保各接触点是紧密结合的；模块固定螺丝务必锁紧；接线端子排插入后，其上下螺丝必须旋紧。由于现场的变压器、电机等影响，多少会有振动，如果这些螺丝钉松动了，会导致模块从机架中松开。plc的内部固化了一套系统软件，使得你开始能够进行初始化工作和对硬件的组态。plc的启动设置、看门狗、中断设置、通讯设置、i/o模块地址识别都是在plc的系统软件中进行的。 每种plc都有各自的编程软件作为应用程序的编程工具，常用的编程语言是梯形图语言，也有st、il和其它的语言。如何使用编程语言进行编程，这里就不细述了。 但是，用一种编程语言编出十分优化的程序，则是工程师编程水平的体现。每一种plc的编程语言都有自己的特色，指令的设计与编排思路都不一样。如果对一种plc的指令十分熟悉，就可以编出十分简洁、优美、流畅的程序。例如，对于同样的一款plc的同样一个程序的设计，如果编程工程师对指令不熟悉，编程技巧也差的话，需要1000条语句；但一个编程技巧高超的工程师，可能只需要200条语句就可以实现同样的功能。程序的简洁不仅可以节约内存，出错的概率也会小很多，程序的执行速度也快很多，而且，今后对程序进行修改和升级也容易很多。 所以，虽然说所有的plc的梯形图逻辑都大同小异，一个工程师只要熟悉了一种plc的编程，再学习第二个品牌的plc就可以很快上手。但是，工程师在使用一个新的plc的时候，还是应该仔细将新的plc的编程手册认真看一遍，看看指令的特别之处，尤其是自己可能要用到的指令，并考虑如何利用这些特别的方式来优化自己的程序。各个plc的编程语言的指令设计、界面设计都不一样，不存在孰优孰劣的问题，主要是风格不同。我们不能武断地说三菱plc的编程语言不如西门子的step7，也不能说step7比rockwell的rslogix要好，所谓的好与不好，大部分是工程师形成的编程习惯与编程语言的设计风格是否适用的问题。确保plc工作环境 （1）温度。plc要求环境温度在055摄氏度，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。 （2）湿度。为了保证plc的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。 （3）空气。避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将plc安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。 （4）震动。应使plc远离强烈的震动源，防止振动频率为1055hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 （5）电源。plc对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般plc都有直流24v输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使plc接收到错误信息。在了解了plc的基本工作原理和指令系统之后，可以结合实际进行plc的设计，plc的设计包括硬件设计和软件设计两部分，plc设计的基本原则是： 1. 充分发挥plc的控制功能，最大限度地满足被控制的生产机械或生产过程的控制要求。 2. 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统经济、简单，维修方便。 3. 保证控制系统安全可靠。 4. 考虑到生产发展和工艺的改进，在选用plc时，在i/o点数和内存容量上适当留有余地。 5. 软件设计主要是指编写程序，要求程序结构清楚，可读性强，程序简短，占用内存少，扫描周期短。 设计步骤 : （1）工艺分析 深入了解控制对象的工艺过程、工作特点、控制要求，并划分控制的各个阶段，归纳各个阶段的特点，和各阶段之间的转换条件，画出控制流程图或功能流程图。（2）选择合适的plc类型在选择plc机型时，主要考虑下面几点： 1、功能的选择。 2、i/o点数的确定。 3、内存的估算。+定时器/计数器数量2+通信接口个数300+备用量。 4、分配i/o点。 5、程序设计。 6、控制柜或操作台的设计和现场施工。 7、应用系统整体调试。 8、编制技术文件。 （3）. plc控制系统的设计内容 1、根据设计任务书确定，进行工艺分析，并确定控制方案，它是设计的依据。 2、选择输入设备（如按钮、开关、传感器等）和输出设备（如继电器、接触器、指示灯等执行机构）。 3、选定plc的型号（包括机型、容量、i/o模块和电源等）。 4、分配plc的i/o点，绘制plc的i/o硬件接线图。 5、编写程序并调试。 6、设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。 7、编写设计说明书和使用说明书。 （4）. plc的硬件设计 plc硬件设计包括：plc及外围线路的设计、电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。选定plc的机型和分配i/o点后，硬件设计的主要内容就是电气控制