PLC的数字电子钟毕业设计-职业学院毕业论文

XX 职业技术学院毕业论文（设计）职业技术学院毕业论文（设计） 开开 题题 报报 告告 书书 开题时间：2012 年 10 月 10 号 学生姓名学生姓名XXX专业班级专业班级 11 级电气自 动化 2 班 指导教师指导教师张 XX 课题名称课题名称基于 PLC 的数字电子钟设计课题来源课题来源教师命题 1 1 课题研究的意义课题研究的意义 及现状分析：及现状分析： 可编程控制器（PLC）是以微处理为核心的通用工业控制装置，它将传统 的继电器-接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通 信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。 近几年，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各 业中的应用日益广泛普及。为此，各高校的电器自动化、电气工程、供用电技 术、机电一体化等相关专业相继开设了有关可编程控制器原理及应用的课程。 本设计以西门子公司的 S7200CN 为基础， 设计了 PLC 电子时钟的梯形图。 本设计共分四大章：第一章是基础部分，介绍了 PLC 的概述说明了 PLC 的 发展史。第二章主要是数字电子钟设计的软件介绍及应用。第三章是数字电子 钟的设计程序，进一步清楚的了解其内部结果和工作原理。第四章是针对本设 计在制作过程所参考文献及资料的统一说明及介绍。最后是对指导老师及在本 设计过程当中给予我们帮助的老师及领导的感谢。 2 课题拟采用的方案和技术路线：课题拟采用的方案和技术路线： 本课题设计方案为：数控部分用 PLC 带动数模转换芯片提供 PLC 自身具有 完善的功能线拟采用的技术路线： （1）采用 PLC 作为整机的控制单元，利用 44 键盘输入数字量，通过控制单 元输出数字信号。 （2）经过 D/A 转换器（DA0832）输出模拟量。 （3）经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的 基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。 3 课题计划及进度安排：课题计划及进度安排： 0102 周：查寻收集资料，了解单片机原理，引脚及参数功能，学习与掌 握 PLC 线路模版的设计，为毕业设计打下基础，并写出开题报 告。 0304 周：确定控制方案，构思硬件电路。 0506 周：毕业实习，每天写实习日志，实习结束后写出实习报告。 0710 周：绘制 PLC 的版图以及设计出软件程序，并进行上机调试。 1112 周：撰写毕业设计说明书（毕业论文） ，打印装订说明书，准备毕业 答辩。 1.参考文献参考文献 1 胡学林可编程控制器教程北京 电子工业出版社。 2 廖常初S7200PL 编程及应用北京 机械工业出版社。 3 康华光电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社，1999。 4 康华光电子技术基础数字部分（第四版）.高等教育出版社，2000。 5 李振声实验电子技术.国防工业出版社，2001。 6 任为民电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997。 7 钟肇新范建东可编程控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社， 2003。 学号：学号：040510135040510135 密级：密级： XXXX 职业技术学院职业技术学院 毕业论文毕业论文( (设计设计) ) 姓姓名名程程 XXXX 学科专业学科专业电气自动化电气自动化 研究方向研究方向PLCPLC 设计设计 指导教师指导教师张张 XXXX 完成时间完成时间20132013 年年 4 4 月月 数字式可调稳压电源数字式可调稳压电源 毕业论文（设计）承诺书毕业论文（设计）承诺书 本人郑重承诺： 1、本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研 究，独立撰写而成的。 2、本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 3、本论文（设计）中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经 撰写发表过的研究成果。 4、本论文（设计）如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。 毕业论文 （设计） 作者签名：签字日期：年月日 毕业论文（设计）版权使用授权书毕业论文（设计）版权使用授权书 本论文作者完全了解亳州职业技术学院有关保留、使用论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权亳州职业技术学院可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。 论文作者签名：指导教师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日 键入文字 目目录录 摘摘要要.1 前前言言.2 第一章第一章 PLCPLC 控制电子钟设计控制电子钟设计.3 1.1 七段共阴数码管电子钟 PLC 程序设计原理.3 1.11 控制要求：.4 1.12 总体设计思想.5 1.13 具体设计过程.6 1.2编程元件地址分配.6 1.3输入/输出继电器的地址分配.7 1.31 输入/输出继电器的地址分配.9 2.4数字电子钟控制系统的方案.10 2.41 方案论证.10 2.43 数码管显示原理.11 2.44 数字电子钟的程序.12 第三章第三章 数字电子钟梯形图程序数字电子钟梯形图程序.12 第四章第四章 结论结论.13 参考文献参考文献.14 致致谢谢.15 PLC 控制的智能定时闹钟设计 1 摘摘要要 关键字关键字 ：PLC数码管计数器 前前言言 数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭 以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、 娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技 PLC 控制的智能定时闹钟设计 2 术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、 自动报时及自动控制等各个领域。 可编程控制器（PLC）是以微处理为核心的通用工业控制装置，它将传统 的继电器-接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、 通信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。 近几年，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行 各业中的应用日益广泛普及。为此，各高校的电器自动化、电气工程、供用 电技术、机电一体化等相关专业相继开设了有关可编程控制器原理及应用的 课程。 本设计以西门子公司的 S7200CN 为基础，设计了 PLC 电子时钟的梯形 图。 本设计共分四大章：第一章是基础部分，介绍了 PLC 的概述说明了 PLC 的发展史。第二章主要是数字电子钟设计的软件介绍及应用。第三章是数字 电子钟的设计程序，进一步清楚的了解其内部结果和工作原理。第四章是针 对本设计在制作过程所参考文献及资料的统一说明及介绍。最后是对指导老 师及在本设计过程当中给予我们帮助的老师及领导的感谢。 由于我们的水平有限，难免存在错误和疏漏，恳请领导、老师、读者批评 指正。 第一章第一章 PLCPLC 的概要的概要 1.11.1课程设计准备知识课程设计准备知识 学习 PLC 的最终目的是能把它应用到实际控制系统中去，若遇到实际的 工业控制项目，需用 PLC 进行控制，应如何着手去设计一个控制系统。 1.111.11PLCPLC 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程） PLC 控制的智能定时闹钟设计 3 的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC 控制系统时， 应遵循以下基本： 1. 最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查 研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同 拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。 2. 在满足控制要求的的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维 修方便。 3. 保证控制系统的安全、可靠。 4. 考虑到生产发展和工艺的改进， 在选择 PLC 容量时， 应适当留有余地。 1.121.12PLCPLC 控制系统设计的基本内容控制系统设计的基本内容 PLC 控制系统是由 PLC 与用户输入、输出设备连接而成的。 PLC 控制系统的基本内容包括如下几点： 1. 选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设 备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及输出设备驱动的控制对象（电 动机、电磁阀等） 。这些设备属于一般的电气元件，自选择方法请参考其他有 关资料。 2. PLC 的选择。PLC 是 PLC 控制系统的核心部件，对于保证整个控制系 统的技术经济性能指标起着重要作用。 选择 PLC，应包括机型、容量、I/O 点数（模块） 、电源模块以及特殊功 能模块的选择等。 3. 分配 I/O 点，绘制电气连接接口图，并考虑必要的安全保护措施。 4. 设计控制程序。 梯形图、 语句表 （可由编程软件自动转换或直接编写） 、 控制系统流程图等。 控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠 的关键，因此控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足为止。 5. 必要时还需设计控制台（柜） 。 6. 编制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。 传统的电气图， 一般包括电气原理图、 电器布置图及电气安装图。 在 PLC PLC 控制的智能定时闹钟设计 4 控制系统中，这些图可统称为“硬件图” 。它在传统的电气图的基础上增加了 PLC 部分，所以，还应增加 PLC 的 I/O 输入、输出电气连接图（即 I/O 硬件 接线图） 。 此外，在 PLC 控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图） ，可以称 之为“软件图” ，便于用户在生产发展过程或工艺改进时修改程序，或维修时 分析和排除故障。 1.131.13PLCPLC 控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤 （1） 根据生产的工艺过程分析控制要求：需要完成的动作（动作顺序、动 作条件及必须的保护和联锁等） 、操作方式（手动、自动；连续、单周 期、单步等） 。 （2） 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定 PLC 的 I/O 点数 （3） 选择 PLC（考虑性价比等） （4） 分配 PLC 的 I/O 点，设计 I/O 电气接口连接图（也可结合第 2 步进行） （5） 进行 PLC 的程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工 在设计传统的继电器控制系统时，必须在控制线路（接线等）设计完 成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。由此可见，可减少 整个工程的施工量并大大缩短施工周期。 （6） 对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，明确给出动作的顺序和 条件。 （7） 设计梯形图（并程序清单） 。这是比较困难的但也是关键的一步。要设 计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计 的基础及实践经验。 （8） 程序输入 PLC 并检查输入是否正确。 （9） 调试和修改直至满足要求。 （10）控制台（柜）及现场施工完成后，即可进行联机调试，直至满足生产 要求。 （11）编制技术文件。 PLC 控制的智能定时闹钟设计 5 （12）交付使用。 第二章第二章 PLCPLC 控制电子钟设计控制电子钟设计 2.12.1 七段共阴数码管电子钟七段共阴数码管电子钟 PLCPLC 程序设计原理程序设计原理 2.112.11 控制要求控制要求： 2. 用四个七段数码管分别显示 “时十位” 、 “时个位” 、 “分十位” 和 “分个位” 。 3. 用特殊继电器 SM0.5 提供秒脉冲 4. 有“预置”和“校对”时间功能。 I/O 分配： X0运行开关，X1预置按钮；Y0A，Y1B，Y2C，Y3D，Y4E， Y5F，Y6G；Y7“秒闪烁”指示；Y13“时十位”显示，Y12“时个 位”显示，Y11“分十位”显示，Y10“分个位”显示。 PLC 控制的智能定时闹钟设计 6 2.122.12 总体设计思想总体设计思想 为了减少输出点数和接线，可以将四个共阴数码管的阳极都用 Y0Y6 来 驱动，但让其依次轮班接通；四个数码管的阴极分别用 Y10Y13 来同步控制 其接通“-”极的时间，以期达到四个数码管轮番显示的目的。 2.132.13 具体设计过程具体设计过程 1. 由特殊继电器 SM0.5 提供秒脉冲，用 Y7 输出。 2. 用计数器 C0 将秒脉冲变成分脉冲。 3. 用左移位指令SHL-W形成分个位左移码。 4. 用左移位指令SHL-B形成分十位左移码。 5. 用左移位指令SHL-W形成时个位左移码。 6. 用左移位指令SHL-B形成时十位左移码。 7. 用左移位指令SHL-B安排四个数码管轮番接通。 8. 将四个左移位码分别译成七段数码管的字显示码， 并考虑四个数码管 轮番接通问题。 2.3输入输入/输出继电器的地址分配输出继电器的地址分配 2.2编程元件地址分配编程元件地址分配 编程元件地址分配 编程元件编程地址符 号作用 辅助继电 器 M0.1M1C0 复位及分钟个位显示脉冲 M0.2M2分钟十位显示移位脉冲 M0.3M3小时个位显示移位脉冲 M0.4M4小时十位显示移位脉冲 M1.0M10分钟个位显示“0” M1.1M11分钟个位显示“1” M1.2M12分钟个位显示“2” M1.3M13分钟个位显示“3” M1.4M14分钟个位显示“4” M1.5M15分钟个位显示“5” M1.6M16分钟个位显示“6” M1.7M17分钟个位显示“7” M2.0M20分钟个位显示“8” M2.1M21分钟个位显示“9” PLC 控制的智能定时闹钟设计 7 M2.2M2210 分钟到信号 M3.0M30分钟十位显示“0” M3.1M31分钟十位显示“1” M3.2M32分钟十位显示“2” M3.3M33分钟十位显示“3” M3.4M34分钟十位显示“4” M3.5M35分钟十位显示“5” M3.6M361 小时到信号 编程元件 编程地址符 号作用 M3.7M3724 小时到信号 M4.0M40小时个位显示“0” M4.1M41小时个位显示“1” M4.2M42小时个位显示“2” M4.3M43小时个位显示“3” M4.4M44小时个位显示“4” M4.5M45小时个位显示“5” M4.6M46小时个位显示“6” M4.7M47小时个位显示“7” M5.0M50小时个位显示“8” M5.1M51小时个位显示“9” M5.2M5210 小时到信号 M6.0M60小时十位显示“0” M6.1M61小时十位显示“1” 续表 编程元件编程地址符 号作用 辅助继电 器 M6.2M62小时十位显示“2” M8.0M80分钟个位调整脉冲 M8.1M81分钟十位调整脉冲 M8.2M82小时个位调整脉冲 M8.3M83小时十位调整脉冲 M9.0M90选择分钟个位显示 M9.1M91选择分钟十位显示 M9.2M92选择小时个位显示 M9.3M93选择小时十位显示 M10.0M100分钟个位 a 段 M10.1M101分钟个位 b 段 M10.2M102分钟个位 c 段 M10.3M103分钟个位 d 段 M10.4M104分钟个位 e 段 M10.5M105分钟个位 f 段 PLC 控制的智能定时闹钟设计 8 M10.6M106分钟个位 g 段 M11.0M110分钟十位 a 段 M11.1M111分钟十位 b 段 M11.2M112分钟十位 c 段 M11.3M113分钟十位 d 段 M11.4M114分钟十位 e 段 M11.5M115分钟十位 f 段 M11.6M116分钟十位 g 段 M12.0M120小时个位 a 段 M12.1M121小时个位 b 段 2.32.3数字电子钟控制系统的方案数字电子钟控制系统的方案 2.3.12.3.1 方案论证方案论证 目前常用的数字电子钟控制方法有单片机控制PLC 控制。两种方式 的控制原理基本相似，都是分别以各自的主控器件来完成门信号的采集、运 行状态控制和设定，达到自动调节和控制运行的功能。本设计采用 PLC 控制 方式，选用西门子 S7-200PLC 作控制器，继电器输出，时间显示用 4 个数码 管,完成本设计要求的各项指标，实现数字电子钟的控制。 数字电子钟是一个将“ 时” ， “分” ， “秒”显示于人的视觉器官的计时装 置。它的计时周期为 24 小时，PLC 控制数字电子钟采用数码管显示。 2.3.22.3.2 控制要求控制要求 数字电子钟的控制要求如下： （1） 开机时初始状态显示为 00 时 00 分，按下启动按钮，控制器开始计时 PLC 控制的智能定时闹钟设计 9 工作。 （2） 能将时间显示调整到当前的时间。 （3） 设置相应的手动按钮，使控制器使用更加方便。 2.3.32.3.3 数码管显示原理数码管显示原理 开机时显示为 00 时 00 分 PLC 的输出点分别接到七段数码管的 Y0Y6 上。 要显示数字只需要 Y0Y6 有 输出信号。例如，显示 1 只需 Y1 和 Y2 有信号输出，它的十进制常数为 K6=1*2+1*4,即 K6 转换为二进制数正好满足要求。 再把常数值 K6 由 MOV 指 令传送到相应的数码管就可以显示数字了。 （1）控制任务 设计一个数字电子钟，用 LED 数码管显示当前的时间，根据控制要求， 需要显示的时间如下： 秒：由 SM0.5 来实现一秒的脉冲发生器 分钟：显示范围为 0059，用两只 LED 数码管显示 小时：显示范围为 0023，用两只 LED 数码管显示 （2）LED 数码管的工作原理 一只 LED 数码管可以看成是一组 LED，有两种接线方式，一种是共阴极 接法，一种是共阳极接法。当发光二极管为正向偏置时，就会点亮。 （3）秒脉冲发生器 所谓秒脉冲发生器就是每秒生成一个脉冲，这个脉冲是所有计时器的基准，可以通 过编程的方式实现，也可以利用 PIC 的特殊继电器，如 S7200 的周期为 1 秒的脉 PLC 控制的智能定时闹钟设计 10 冲发生器 SM0.5 来实现，编程更简单。 第四章第四章 结论结论 由于数字电子钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时 装置。所以数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。与传统机械钟相比， 它具有走时准确、显示直观无机械传动装置等优点。在数字显示方面，目前 以有集成的记数、译码电路，他可以直观的驱动数码显示器件。也可直接采 用 CMOS-LED 光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。这些电路装置十 分小巧，安装使用也方便，如果想实现大型光电显示，可以加一定的驱动电 路，采用白炽灯显示系统,做起来也不困难。 数字电子钟是以不同的计数器为基本单元构成的，它的用途十分广泛， 只要有计时、计数的存在，便要用到数字钟的原理及结构；同时在日期中， 它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受 广大消费的喜爱。 采用 PLC 的定时中断功能实现定时，不仅定时精度高，编程简单，显示 效果稳定可靠，具有较大的实用价值。 PLC 控制的智能定时闹钟设计 11 高等职业院校的培养目标的首要任务是培养具有创新精神和实践能力的 各类技术人才，人才培养目标的实现必须有一定的实践教学环节。我们通过 实践教学环节的训练与锻炼，才能在实践中不断巩固和加深理论知识，提高