机电传动课程设计报告书霓虹灯饰的控制系统方案

1、成绩:课程设计报告书所属课程名称机电传动控制（含 PLC ）题目霓虹灯饰的控制系统（十组）分院机电学院专业、班级学号学生姓名指导教师2012年07月25日目录一、课程设计任务书 1二、总体设计 2（一）设计方案的比较和论证 2（二）总体设计方案 4三、硬件系统设计 6（一）PLC 的介绍 6（二）S7-200 可编程控制器部分指令 7（三）可编程控制器 I/O 端口分配 8（四）外部接线图 9四、程序设计 10（一）程序设计框图 10（二）梯形图 11（三）语句表 14五、程序调试及问题处理 21（一）程序调试 21二）设计实物图 22三）问题处理 232426六、总结 七、参考文献、课程设计

2、任务书课程设计题目：霓虹灯饰的控制系统（十组）课程设计时间：自2012年7月16日起至2012 年7月27日课程设计要求：合上启动按钮，按以下规律显示： 1 f 2、8 3、7、64、6 f 3、7 f 2、8 f 1 f 1、2 f 1、2、3、4 f 1、2、3、4、5、6 f 1、2、3、4、5、6、 7、8 f 3、4、5、6、7、8 f 5、6、7、8 f 7、8 f 1、5 f 4、8 f 3、7 f 2、6 f 1、3、5、7f 2、4、6、8f 1、3、5、7f 2、4、6、8f 全部闪烁 3 次f 9 f 10 f 1舞台灯光的模拟实验学生签名：年 月 日课程设计评阅意见项课

3、程设出勤任务难创新性评价综合设计报告书写口试目计态度情况度能力评价规范评价评价10%评价10%、量评价10%10%20%20%20%成绩综合评定等级评阅教师：2012 年月日二、总体设计（一）设计方案的比较和论证此次设计根据设计需要，我们设计的题目的实质就是控制灯的循环闪烁，然后通过灯的布局来达到美化的目的。选用 S7-200可编程控制器作为编程工具。选用定时器优点：首先，在平时的PLC学习中，我们经常使用该指令进行一些程序的编 写，对它的实际应用也有比较深刻的理解。其次，选用定时器，使编写的程序更 加容易理解，也便于修改，从而，根据实际情况更好的调试程序。缺点：该指令也存在很大的问题，通过该

4、指令编写的程序一般都比较冗长， 稍有不细心，就会在时间的控制上出现错误，导致整个程序不能按实际的设计要 求达到目的。而我们此次设计的题目要控制灯闪烁的组别特别多，需要29组不同的情况，同时，还要达到循环闪烁。所以，如果单纯的使用该指令将会使程序过于复杂，不适合实验的调试和以 后的修改。选用移位寄存器优点：听过老师的介绍和自己在网上查阅的资料，这条指令对于我们此次设 计的要求十分满足，特别是在控制灯的循环闪烁方面。能更好的优化程序，使设 计的程序更加简洁。缺点：该指令平时的学习接触的比较少，不能更好的在实际情况中应用。同 时，该条指令在控制灯的闪烁时间上不能满足，但这也是我们此次设计要面对的 问

5、题。所以，单纯的选用移位寄存器也难以达到设计要求。综上所述，应该将两者结合在一起，用定时器控制灯的闪烁时间，移位寄存 器控制灯的循环闪烁。根据设计要求我们将各个灯的闪烁情况做成如表2-1表2-1灯闪烁分布图输出 步'Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1结果123456789101+12+2、83+3、74+4、65+56+4、67+3、78+2、89+110+1、211+1、2、3、412+1-613+1-814+3-815+5、6、7、816+7、817+1、518+4、819+3、720+2、621+1、3、5、722+2、4、6、823

6、+1、3、5、724+2、4、6、825+闪烁3次26+927+10（二）总体设计方案图2-1系统总体设计框图据此，本设计系统以S7-200为控制核心，可编程控制器作为控制端，10组灯状态模块。系统的总体框图2-1所示。S7-200上电后，系统进入正常工作 状态，执行10组灯的闪烁控制，在此过程中随时调用复位按键。三、硬件系统设计（一）PLC的介绍根据我们学校现有设备的基本情况，我们这次课程设计主要使用的PLC为西门子的S7-200。以此为基础，设计我们的程序。西门子S7-200系列小型PLC可应用于各种自动化系统。紧凑的结构、低 廉的成本以及功能强大的指令集使得 S7-200 PLC成为各种

7、小型控制任务理想 的解决方案。另外，西门子S7-200产品的多样化以及基于 Windows的编程工 具使用户能够更加灵活地完成自动化任务。而且有国产的，价格更低廉。10扩用户程屏-誉FO 扩里i.图3-1 PLC结构图S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集； 易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰 富的扩展模块S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从 替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 应用领域极为广泛，覆盖所有与 自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、 民用设

8、施、环境保护设备等等。我们此次设计PLC的选择主要从I/O端口数来选择，系统需要2个输入端 口，10个输出端口，所以选择西门子 S7-200系列的CPU224。其输入端口 14个，输出端口 10个，共24个，还带有扩展功能，最大可扩展为 168点数 字量或者35点模拟量的输入和输出；存储容量也进一步增加，有内置时钟，还 增加了一些数学指令和高速计数器的数量，具有较强的控制能力。完全符合我们 设计系统的需要。（二）S7-200 可编程控制器部分指令我们此次设计的程序， 主要应用移位寄存器和定时器。 因此，对两条指令的 基础知识要做到充分的了解， 为后边的程序编写打下基础。 下面，首先要介绍这 两

9、条指令。1 、移位寄存器 （1）移位寄存器指令功能SHRB 将 DATA 数值移入移位寄存器，并可以指定移位寄存器的长度和移 位方向的移位指令。图 3-2 指令格式（2）指令说明1） EN ：能输入端 ，连接移位脉冲信号，每次使能有效时，整个移位寄存器移 动1 位。2 ） 数据输入端： 3 个DATA: 数据输入端 : 连接移入移位寄存器的二进制数值，执行指令时将该位 的值移入寄存器。S_BIT: 指定移位寄存器的最低位N:指定移位寄存器的长度和移位方向，移位寄存器的最大长度为64位，N为正值表示左移位，输入数据（DATA ）移入移位寄存器的最低位（S_BIT ）, 并移出移位寄存器的最高位。

10、 移出的数据被放置在溢出内存位 （ SM1.1 ）中。 N 为负值表示右移位，输入数据移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位 （S_BIT ）。移出的数据被放置在溢出内存位（ SM1.1 ）中。2、定时器定时器实质就是对时间间隔计数。 定时器的分辨率 （时基） 决定了每个时间 间隔的时间长短。在S7 200系列PLC的定时器中，定时器的分辨率有1ms、 10ms 、100ms 三种，这三种定时器的刷新方式是不同的，从而在使用方法上 也有很大的不同。定时时间T=PT （设定值，最大为32767 ）X分辨率（时基）定时器种类：接通延时定时器 TON (On Delay Timer)接通延时定时器用

11、于单一时间间 隔的定时。记忆接通延时定时器 TONR(Retentive On Delay Timer)记忆接通延时定 时器对定时器的状态具有记忆功能，它用于对许多间隔的累计定时。需要注 意的是，断开输入端或断开电源都不能改变TONR定时器的状态，只能用复位指令R对其进行复位操作。断开延时定时器 TOF(Off Delay Timer)断开延时定时器用来在输入断开 后延时一段时间断开输出。上电周期或首次扫描，定时器位为OFF ,当前值 为0。输入端接通时，定时器位为 ON，当前值为0。当输入端由接通到断 开时，定时器开始计时。当达到设定值时定时器位为 OFF，当前值等于设定 值，停止计时。输入

12、端再次由 OFF ON时，TOF复位；如果输入端再从 ON OFF，则TOF可实现再次启动。表3-1定时器时区分配定时器名称(功能)定时器类型时基(分辨率)(:ms)定时器号1T0、T64记忆接通延时定时器TONR10T1-T4、T65-T68100T5-T31、T69-T951T32、T96接通延时定时器TON10T33- T36、T97- T100断开延时定时器TOF100T37- T63T255、T101-(三) 可编程控制器I/O端口分配根据设计控制系统的要求，启动按钮SD采用带自锁的按钮，接主机的输入 端口 I0.4,该按键为拨子开关，能够提供给 PLC持续的电平，进而达到持续、循

13、环的控制灯的闪烁。同时，也控制实验版上按钮 SD的控制。十组霓虹灯1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分别接PLC的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1。按下启动按钮I0.4，SD接通，输出端Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、 Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1 便可以控制霓虹灯 1、2、3、4、5、6、7、 8、9、10的亮灭。如果在显示过程中，想从新开始显示，可以按下 I0.0,即可 以达到目的。如果想关闭灯，按下I0.4，程序停止运行，霓虹灯熄灭。具体I/O端口分配参见表3-2。表3-2

14、 I/O端口分配表输入点输入说明输出点输出说明10.0 (SB1 )复位Q0.0L1显示10.4 (SD )启动/停止Q0.1L2显示Q0.2L3显示Q0.3L4显示Q0.4L5显示Q0.5L6显示Q0.6L7显示Q0.7L8显示Q1.0L9显示Q1.1L10显示（四）外部接线图Iff-JmSBl104+jia sCOMQ0. (LQa丄QO.九QO. 3*QO. 4QO. 5pQO, SQO. JQI. OpQI. kLl*L3+J6LbL9*Q1LLIOAC-iL+v（一）程序设计框图图3-3 PLC外部接线图四、程序设计N结束（二）梯形图翩镭1I MO OBJgmd aIII . IT2

15、7IMr UNPT1 LU ms1 1 1 1+20岡巻2f37MO.DIC )网路3|g动10.4TJ0INIPTtunirn (ns1 14*10«T38Ml.O1 ,1T1 j1倔环启功ni.omi aoJI/fIMCL2II< 1I|琏助堆电器阿如w启劝M11.7M2aOI1广、11J 冋塔日1託后重宴循幵启动M2I &TW令TON120r?10O 0118MtJ.上1* Lf:>1' IIQO6Min 300.7MzTl.5QI .O< >口 ta 2|第冃灯三M21.SMia 20l于艺”m 丫匕10.0M1O.OIB M2O.O三

16、）语句表Network 1/ M0.0启动LDI0.4ANM0.0TONT37, +20Network 2LDT37=M0.0Network 3/ M1.0启动LDI0.4TONT38, +30ANT38M1.0Network 4/ 循环启动LD M1.0OM0.2=M10.0Network 5/ 辅助继电器 M20.0 启动LDM11.7= M20.0Network 6/ 2S 后重复循环启动LD M21.6TON T39, +20AN T39= M0.2Network 7/ 位移寄存器使辅助继电器逐一启动LD M0.0SHRB M10.0, M10.1, +15SHRB M20.0, M2

17、0.1, +14Network 8/ 第 1 组灯亮LDM10.1OM11.1OM11.2OM11.3OM11.4OM11.5OM20.2OM21.6OM21.0OT47=Q0.0Network 9/第 2 组灯亮LDM10.2OM11.0OM11.2OM11.3OM11.4OM11.5OM20.5OM20.7OM21.1OT47= Q0.1Network 10/第 3 组灯亮LDM10.3OM10.7OM11.3OM11.4OM11.5OM11.6OM20.4OM20.6OM21.0OT47=Q0.2Network 11/第 4 组灯亮LDM10.4OM10.6OM11.3OM11.4OM1

18、1.5OM11.6OM20.3OM20.7OM21.1OT47Q0.3Network 12/第 5 组灯亮LDM10.5OM11.4OM11.5OM11.6OM11.7OM20.2OM20.6OM21.0OT47= Q0.4Network 13/第 6 组灯亮LDM10.4OM10.6OM11.4OM11.5OM11.6OM11.7OM20.5OM20.7OM21.1T47= Q0.5Network 14/第 7 组灯亮LDM10.3OM10.7OM11.5OM11.6OM11.7OM20.1OM20.4OM20.6OM21.0OT47= Q0.6Network 15/第 8 组灯亮LDM10

19、.2OM11.0OM11.5OM11.6OM11.7OLO=乙i/ian豊闻i 6蚩/8L ”0M2NOX 3丄NO丄”丄an邈三彫M窓寿/LV ”0M2Nox心丄NO丄前丄NV乙l/l0e L2i/i0乙比i/ian邈三彫M窓寿/9L ”0M2NZOO=”丄O1/比 l/lOZ02IAIOS02IAIOI/O 乙 l/lO/ 第 10 组灯亮LD M21.6= Q1.1Network 20/ 手动复位LD I0.0EDRM10.0, 16RM20.0, 15五、程序调试及问题处理一）程序调试硬件调试：接通电源，检查西门子 S7-200 可编程控制器是否可以正常工作， 接头是否接触良好，然后把

20、其与电脑的通信口连接。软件调试： 按要求在编辑软件中输入梯形图， 并进行语法的检查， 正确后设 置正确的通信口， 将指令读入到指定的可编程控制器 ROM 中，进行下一步的调 试。接线：实验板上的 1 8 灯接 PLC 面板上的 Q0.0 Q0.7 ，第二个实验板的1、2灯接Q1.0、Q1.1 ;实验板上的 V端口接L+, COM端口接1M运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上， 打开西门子可编程控制器 的“ RUN开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以 停止系统运行。根据以上的调试情况，霓虹灯饰的 PLC控制系统设计符合要求。（二）设计实物图图5-2显示部分接线（说明：

21、提供的设备只有八组灯，其他的两组灯用其他模块的灯代替第九组灯和第十组灯，从而达到设计要求。）图5-3霓虹灯的实际显示情况（三）问题处理在程序的模拟过程中，对移位寄存器的移位次数没有了解，将 29次的移位 全部通过一个移位寄存器控制，这个时候发现，当霓虹灯运行到第十五组灯闪烁 的情况时，程序停止运行。我们猜想是不是移位的次数有限制， 通过询问老师和 网上查阅资料，我们的猜想得到证实，移位寄存器最多的移位次数不超过 16次, 于是，我们用两个移位寄存器来代替一个，用第一个移位寄存器最后一位的溢出 控制第二个移位寄存器的移位启动。最后，霓虹灯能够按设计要求闪烁并且循环。在接线的过程中，由于实验板只有

22、八个灯， 我们将两个实验板作为一个使用， 用第二个实验板的其中两组灯代替第九组、 第十组灯的闪烁情况， 进而使实验情 况能够完整的实现。调试时应严格按照实验室的规章制度进行操作， 按步骤先接线后通电。 在电 脑中输入指令程序然后向 PLC 中写入，注意写入时应按照程序的长度有范围的 写入，这样会节省程序的写入时间。在程序的传送过程中若出现通信错误应检查 PLC 的电源是否打开或 PLC 和 电脑的接口是否已连接上。程序的设计应和调试相配合， 对于较复杂的控制系统要分段进行设计这样便 于分析和修改。六、总结为期两周的机电传动课程设计的学习与实践结束了， 在两周的时间里使我受 益颇深， 不仅巩固了在课堂上所学到的知识， 同时也扩展了自己的知