机电传动课程设计报告书霓虹灯饰的控制系统方案

1、 . . . 课课 程程 设设 计计 报报 告告 书书所属课程名称所属课程名称 机电传动控制（含机电传动控制（含 PLCPLC） 题题 目目 霓虹灯饰的控制系统（十组）霓虹灯饰的控制系统（十组） 分分 院院 机电学院机电学院 专专 业、班业、班 级级学学 号号学学 生生 姓姓 名名指指 导导 教教 师师20122012 年年 0707 月月 2525 日日成绩：成绩： . . . 1 / 23目目 录录一、课程设计任务书一、课程设计任务书 1 1二、总体设计二、总体设计 2 2（一）设计方案的比较和论证 2（二）总体设计方案 4三、硬件系统设计三、硬件系统设计 5 5（一）PLC 的介绍 5（

2、二）S7-200 可编程控制器部分指令 6（三）可编程控制器 I/O 端口分配 7（四）外部接线图 8四、程序设计四、程序设计 9 9（一）程序设计框图 9（二）梯形图 10（三）语句表 13五、程序调试与问题处理五、程序调试与问题处理 1717（一）程序调试 17（二）设计实物图 17（三）问题处理 19六、总结六、总结 2020七、参考文献七、参考文献 2121 . . . 一、课程设计任务书一、课程设计任务书课程设计题目：课程设计题目：霓虹灯饰的控制系统（十组）霓虹灯饰的控制系统（十组）课程设计时间：课程设计时间：自 2012 年 7 月 16 日起至 2012 年 7 月 27 日课程

3、设计要求：课程设计要求：合上启动按钮，按以下规律显示：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全部闪烁 3 次9101学生签名：学生签名： 年年 月月 日日课程设计评阅意见课程设计评阅意见项项目目课程设课程设计态度计态度评价评价10%10%出勤出勤情况情况评价评价10%10%任务难任务难度度、量评、量评价价 10%10%创新性评价创新性评价10%10%综合设计综合设计能力评价能力评价20%20%报告书

4、写报告书写规评价规评价20%20%口试口试20%20%成成绩绩综合评定等级综合评定等级评阅教师：评阅教师：20122012 年年 月月 日日 . . . 2 / 23二、总体设计二、总体设计（一）（一）设计方案的比较和论证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：

5、该指令也存在很大的问题，通过该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

6、此次设计要面对的问题。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Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1输出步 12345678910结果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+ + + + + + + + + + +闪烁 3 次26+ +9 27+ +10 . . . 4 / 23（二）总体设计方案（二）总体设计方案S7-200(CPU224)可编程控制器10 组灯复位按键图 2-1 系

8、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。 . . . 5 / 23三、硬件系统设计三、硬件系统设计（一）（一）PLCPLC 的介绍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、低廉的成本以与功能强大的指令集使得 S7-200 PLC 成为各种小型控制

9、任务理想的解决方案。另外，西门子 S7-200 产品的多样化以与基于 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。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与民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。我们此次设计 PLC 的

10、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。 . . . 6 / 23（二）（二）S7-200S7-200 可编程控制器部分指令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

11、基础。下面，首先要介绍这两条指令。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

12、高位。移出的数据被放置在溢出存位（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 S7200 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）分辨率（时基）定时器种类： . . . 7 / 23接通延时定时器 TON(OnDelay Timer)接通延时定时器用于

13、单一时间间隔的定时。记忆接通延时定时器 TONR(Retentive OnDelay 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(OffDelay 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。输入端再次由

14、OFFON 时，TOF 复位；如果输入端再从 ONOFF，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、T6410T1-T4、T65-T68记忆接通延时定时器TONR100T5-T31、T69-T951T32、T9610T33- T36、T97- T100接通延时定时器断开延时定时器TON TOF100T37- T63、T101- T255（三）可编程控制器（三）可编程控制器 I/OI/O 端口分配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

15、PLC 持续的电平，进而达到持续、循环的控制灯的闪烁。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

16、灯熄灭。 . . . 8 / 23具体 I/O 端口分配参见表 3-2。表 3-2 I/O 端口分配表输入输出输入点 说 明输出点 说 明I0.0（SB1）复位Q0.0L1 显示I0.4（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（四）外部接线图 . . . 9 / 23图 3-3 PLC 外部接线图四、程序设计四、程序设计（一）程序设计框图（一）程序设计框图启动移位寄存器第一组灯亮延时 2 秒是否结束依次循环第十组灯亮延时 2 秒是否结束Y

17、N结 束 YN上 电 . . . 10 / 23（二）梯形图（二）梯形图 . . . 11 / 23 . . . 12 / 23 . . . 13 / 23（三）语句表（三）语句表NetworkNetwork 1 1 / M0.0 启动LD I0.4AN M0.0TON T37, +20NetworkNetwork 2 2 LD T37= M0.0NetworkNetwork 3 3 / M1.0 启动LD I0.4TON T38, +30AN T38= M1.0NetworkNetwork 4 4 / 循环启动LD M1.0O M0.2= M10.0NetworkNetwork 5 5 /

18、辅助继电器 M20.0 启动LD M11.7= M20.0NetworkNetwork 6 6 / 2S 后重复循环启动LD M21.6TON T39, +20AN T39= M0.2NetworkNetwork 7 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, M20.1, +14NetworkNetwork 8 8 / 第 1 组灯亮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 组灯亮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 组灯亮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 组灯亮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 组灯亮LD M10.5O M11.4O M11.5O M11.6O M11.7O M20.2O M20.6O M21.0O T47= Q0.4NetworkNetwork 1313 / 第 6 组灯亮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 组灯亮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 组灯亮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 / 全部闪烁三次LD M21.2O M21.3O M21.4AN T48TON T47, +10NetworkNetwork 1717 / 全部闪烁三次LD T47TON T48, +10NetworkNetwork 1818 / 第 9 组灯亮LD M21.5= Q1.

22、0NetworkNetwork 1919 / 第 10 组灯亮LD M21.6= Q1.1NetworkNetwork 2020 / 手动复位LD I0.0EDR M10.0, 16R M20.0, 15 . . . 17 / 23五、程序调试与问题处理五、程序调试与问题处理（一）程序调试（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 18 灯接

23、 PLC 面板上的 Q0.0Q0.7，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（二）设计实物图图 5-1 实际接线图 . . . 18 / 23图 5-2 显示部分接线（说明：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 . .

24、. 19 / 23（三）问题处理（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