LC课程设计--时钟系统设计.doc

时钟系统设计一、设计背景近年来，随着电子产品的发展，人们对数字时钟的要求越来越高，本文针对人们的这一需求，设计了一种有PLC控制的智能化数字时钟，功能强大，界面友好，更好的满足了人们对它的智能化要求。随着科技的发展和社会的进步，人们对数字钟的要求也越来越高，传统的时钟已不能满足人们的需求。多功能数字钟不管在性能还是在样式上都发生了质的变化，有电子闹钟、数字闹钟等等。在多功能数字钟中的应用已是非常普遍的，人们对数字钟的功能及工作顺序都非常熟悉。但是却很少知道其他类型的内部结构以及工作原理。由PLC的CPU模块作为数字钟的核心控制器，可以通过它的时钟信号进行计时实现计时功能，将其时间数据经PLC的外部接口输出，利用显示器显示出来。通过开关可以进行定时、校时功能。输出设备显示器可以用液晶显示技术和数码管显示技术。时钟系统是一种用数字电路技术实现年、月、日、周、时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。此时钟系统是基于PLC技术的应运而设计的，该系统包括了硬件电路部分和程序实现部分。二、设计目的及要求巩固PLC技术课程学过的知识，加强理论与实践的联系。以西门子S7-300系列PLC为例，通过本课程设计，达到了解硬件设备，熟悉PLC系统设计流程，灵活运用基本指令和高级指令的目的。时钟系统包含年、月、日、周、时、分、秒的显示和设置。为简化程序，不需要判断闰年，即大月为31天，普通小月为30天，2月为28天。系统分两种模式，由一个选择开关进行切换。1、 运行模式初始运行，或上电时，系统默认为运行模式，系统按照一个默认初值运行时钟。2、 修改模式选择开关打到修改模式，系统时钟停止运行，进入修改状态。修改值由两个拨码开关输入，可单独对年分进行修改并确定。修改完毕，打到运行模式，系统按照修改的时钟进行运行。 系统设计部分要求：两种模式由信号灯进行区别：绿灯亮表示系统处于运行模式；红灯闪烁，闪烁频率为0.5s表示系统处于修改模式。三、设计内容1.硬件选型从使用的熟练程度和成本方面考虑，在此使用的是实验室做PLC实验所使用的PLC型号。经过老师的讲解和多次做实验，我对那些模块的内部工作方式和外部接口有了初步的了解，所以我采用的是基于自己的个人的习惯。在此说明，实验室所使用的型号基本能满足一般的实验要求和小型控制的要求，且实验室已经从成本方面考虑的型号的选择。电源模块（PS）：名称：PS 307 5A订货号：6ES7 307-1BA00-0AA0电源模块描述： 120 / 230 VAC:24 VDC / 5 ACPU模块(CPU)：名称：CPU 313C-2 DP订货号：6ES7 314-6CG03-0AB0CPU模块描述：Work memory 96KB; 0.1ms/1000 instructions; DI24/DO16; AI5/AO2 integrated; 4 pulse outputs (2.5kHz); 4 channel counting and measuring with incremental encoders 24V (60kHz); integrated positioning function; MPI+ DP connector (DP master or DP slave); multi-tier configuration up to 31 modules; send and receive capability for direct data exchange; constant bus cycle time; routing; S7 Communication (loadable FBs/FCs); firmware V2.0数字量输入输出模块(SM)：名称：DI16xDC24V订货号：6ES7 321-1BH01-0AA0数字量输入输出模块描述：数字量输入模块 DI16 24 V，分成 16 组。2.硬件电路CPU模块是主要执行用户程序，同时还为S7-300背部总线（Back-Plane Bus）提供5V电源。在多MPI还能与其他MPI网络节点进行通信，对于专用CPU还有其他的功能。下图是CPU 313C-2 DP的内部电路原理图。CPU 313C-2 DP内部工作原理图SM322数字量输入/输出模块是在一块模块上同时具备输入和输出点的信号模块。SM322模块的输入和输出电路均设有光隔离电路，输出点采用晶体管输出，并设有电子式短路保护设置，在额定输入电压下输入延时为1.2-4.8ms。下图是D016/DI16模块的内部电路。SM322-D016/DI16内部接线图下面是PLC的I/O接口出线端子号，对应的IN和OUT是接线插孔的标识，如果标识的是电源符号就说明接口出线端子已经接好了电源。端子号标识端子号标识端子号标识111IN44212IN3812IN4522IN163IN3913COMC23IN174COMA14IN4624IN185IN4015IN4725IN196IN4116OUT3326IN207COMA17OUT3427IN218IN4218OUT3528IN229IN4319OUT3629IN2310COMB20COMD3024V-(GND)CPU314C-2DP-(DI8/AI5/AO2)端子号标识端子号标识124V(IL+)112IN012IN83IN113IN94IN214IN105IN315IN116IN416IN127IN517IN138IN618IN149IN719IN15102024V-(GND)CPU314C-2DP-(DI16)端子号标识端子号标识2124V+(IL+)3124V+(IL+22OUT032OUT823OUT133OUT924OUT234OUT1025OUT335OUT1126OUT436OUT1227OUT537OUT1328OUT638OUT1429OUT739OUT153024V-(GND)4024V-(GND)CPU314C-2DP-(DO16)端子号标识端子号标识124V+(IL+)1124V+(IL+2OUT1612OUT243OUT1713OUT254OUT1814OUT265OUT1915OUT276OUT2016OUT287OUT2117OUT298OUT2218OUT309OUT2319OUT311024V-(GND)2024V-(GND)CPU314C-2DP-(DI16)硬件槽位分布图：设备的PLC系统槽位布置其地址分配图：模块的地址分配图CPU的扫描过程：当PLC上电出于正常运行模式时，它将不断的重复扫描过程。分析上述扫描过程，如果暂不考虑远程I/O特殊模块和其他通信服务，则扫描过程剩下 “输入采样”、“程序执行”、“输出刷新”三步骤。三、构建程序1、信号表构建信号表和符号表：地址说明地址说明地址说明M20.0秒的进位状态M21.0秒的中间变量MW0秒的保存地址M20.1分的进位状态M21.0分的中间变量MW2分的保存地址M20.2时的进位状态M21.0时的中间变量MW4时的保存地址M20.3周的进位状态M21.0周的中间变量MW6周的保存地址M20.4日的进位状态M21.0日的中间变量MW8日的保存地址M20.5月的进位状态M21.0月的中间变量MW10月的保存地址M20.6年的进位状态M21.0年的中间变量MW12年的保存地址外部I/O端子的分配表：地址说明地址说明地址说明I125.0输入到M30.0I126.0输入到M31.0I124.0运行开关I125.1输入到M30.1I126.1输入到M31.1I124.1修改开关I125.2输入到M30.2I126.2输入到M31.2M30.0中间寄存器I125.3输入到M30.3I126.3输入到M31.3M30.1中间寄存器I125.4输入到M30.4I126.4输入到M31.4Q124.0运行指示灯I125.5输入到M30.5I126.5输入到M31.5Q124.1修改指示灯I125.6输入到M30.6I126.6输入到M31.6I125.7输入到M30.7I126.6输入到M31.7对时钟系统的初始化设置：时间系统的初始状态时钟系统的时间可以调整，设置初始值日期和时间一九零零年一月一日星期一零时零分零秒。2.程序流程图根据实际的电子时钟对本时钟系统的算法进行简化的到的程序流程为：程序初始化秒发生单元秒保存单元秒进位标识加一大于与59比较小于将秒单元清零分钟进位标识置一分进位标识分保存单元加一与59比较小于大于将分单元清零小时进位标识置一小时保存单元时进位标识与23比较加一小于大于将时单元清零日期/周进位标识置一加一大月与31比较小月与30比较二月与228比较将日期单元清零月进位标识置一大于周进位标识周存单元加一与7比较小于大于将周单元清零月进位标识月保存单元与12比较加一小于大于将月单元清零年进位标识置一日期保存单元秒进位标识小于1年进位标识年保存单元加一结束13、梯形图及注释OB35是在一个固定的时间间隔执行循环中断组织块，默认的时间间隔为100毫秒，用户可以修改此时间，其范围1-60000毫秒。在OB35中编辑秒发生器：注释：将中间寄存器MW50的值置为0，然后在每100ms加一，经过十次累加后再与10比较，如果大于10则把MW50 的值置为0同时将秒的标识位（进位状态）M20.0的置为1。FC（功能模块）用于时间要求苛刻、存储器容量要求大的过程信号处理任务，如定位或闭环控制。常用的功能模块有：计数器模块、位置控制与位置检测模块、闭环控制模块等。在FC10里面实现年秒实现功能：程序段1保存秒位：保存秒位的LAD注释：将秒的进位状态M20.0变为1时，取它的上升沿保存在M21.0中，并将MW0的值加1，接着与59比较，当大于59时把MW0的值置为0同时将分钟的进位M20.1置为1.程序段2保存分钟位：保存分钟位的LAD注释：将分钟的进位状态M20.1变为1时，取它的上升沿保存在M21.1中，并将MW2的值加1，接着与59比较，当大于59时把MW2的值置为0同时将小时的进位M20.2置为1.程序段3保存小时位：保存小时位的LAD注释：将小时的进位状态M20.2变为1时，取它的上升沿保存在M21.2中，并将MW4的值加1，接着与59比较，当大于23时把MW4的值置为0同时将周的进位M20.3和日的进位M20.4置为1.程序段4保存日位：日期位的STL程序实现： A( A M 20.4 FP M 21.4 JNB _010 L MW 8 L 1 +I T MW 8 AN OV SAVE CLR _010: A BR ) A( L MW 10 JL lstx JU seg0 JU seg1 JU seg2 JU seg3 JU seg4 JU seg5 JU seg6 JU seg7 JU seg8 JU seg9 JU sega JU segb JU segclstx: JU commseg0: JU commseg1: L MW 8 L 31 I JU commseg2: L MW 8 L 28 I JU commseg3: L MW 8 L 31 I JU commseg4: L MW 8 L 30 I JU commseg5: L MW 8 L 31 I JU commseg6: L MW 8 L 30 I JU commseg7: L MW 8 L 31 I JU commseg8: L MW 8 L 31 I JU commseg9: L MW 8 L 30 I JU commsega: L MW 8 L 31 I JU commsegb: L MW 8 L 30 I JU commsegc: L MW 8 L 31 I JU comm ) comm: JNB _011 L 0 T MW 8 SET SAVE CLR _011: A L 20.0 BLD 102 = M 20.0注释：将日期的进位状态M20.4变为1时，取它的上升沿保存在M21.4中，并将MW8的值加1，接着利用的STL分支语句来进行比较，及按照大月为31天，普通小月为30天，2月为28天，如果在所出的月份大于相应的日日期数则月的进位M20.5置为1.说明：此处如果采用LAD语句需要占用大量的排版空间，故采用STL语句来简化编程。程序段5保存周位：保存周位的LAD注释：将周数的进位状态M20.3变为1时，取它的上升沿保存在M21.3中，并将MW6的值加1，接着与7比较，当大于7时把MW4的值置为0.程序段6保存月位：保存月份位的LAD注释：将月份的进位状态M20.5变为1时，取它的上升沿保存在M21.5中，并将MW10的值加1，接着与12比较，当大于12时把MW4的值置为0同时将年份的进位M20.6置为1程序段7保存年位： 保存年位的LAD注释：将年份的进位状态M20.6变为1时，取它的上升沿保存在M21.6中，并将MW12的值加1.程序段8-23将拨码开关输入量保存在中间寄存器MW30.注释：将开关量保存在中间寄存器中，使用16拨码开关地址从I125.0-I125.7和I126.0-I126.7保存在MW30中，利用CPU的循环扫描完成数据的读取。程序段29对于修改状态和运行模式的切换：注释：开关I124.0是运行模式,开关I124.1是修改模式，同时使用了中间寄存器M23.0.当按下开关I124.1进入修改模式，将MW30 中的输入移动到MW0中，及修改了秒的时间，然后延迟3秒自动进入分钟的修改。程序段3035分别对分年的修改：注释：当定时器T0时间到，由于CPU的工作模式式循环扫描MW30中的值已经发生了改变，此时修改的是分钟单元里面的值。接着进入进入3秒延时等待下一个值的输入。程序段36由修改模式进入到运行模式：注释：开关I124.0属于常闭开关（默认是上电后进入运行模式），当按下I124.0时将M32.0的值置0退出修改模式。程序段37在修改模式下对于闪烁电路：注释：当进入修改模式是中间寄存器M32.0为1，利用两个内部定时器进行500ms的闪烁电路，并利用M23.1进行自锁。注释：上电时默认是运行状态绿灯亮。1、 内容：根据设计资料中的控制要求，采用PLC来实现时钟系统设计。2、 要求（1）提交课程设计报告书。（2）课程设计报告的内容应包括以下几个部分： 设计题目、设计要求以及系统功能需求分析； PLC硬件模块选型，搭建硬件电路； 信号表，程序流程图、梯形图及程序注释； 对程序调试过程中存在问题的思考（列出主要问题的出错现象、出错原因、解决方法及效果等）； 课程设计小结。包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识以及自己的建议等内容。四、设计分析 在时钟系统设计时遇到了一些在实验和老师上课期间没有提起的问题，如常开按钮和常闭按钮的选择及其对应于逻辑电路的逻辑关系、秒发生的精度问题、当控制电路转换为实物电路出现一些逻辑转换问题等五、参考资料：l PLC技术教材在整个程序的调试过程中，我遇到了一些问题，最初的设计比较简单，只是将投币，购买的过程考虑进去，而没有将购买之后送货的过程加进设计的方案中，后来在老师的提醒之下，我又将送货的过程采用了小车直线运动进行模拟，将四个光电开关模拟成四种货物的送货地点，分别在按下四个送货按钮之后，将货物送到四种地点，使得整个系统更加完善，功能更加强大。在数码显示的过程中也遇