毕业设计-运用PLC技术设计百天倒计时系统

编号

南京航空航天大学金城学院

毕业设计

运用PLC技术设计

题目

百天倒计时系统

学生姓名学 号

系 部

专 业

班 级

指导教师

二〇一〇年六月

南京航空航天大学金城学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书

术设计百天倒计时系统）

是本人在导师的指导下独立进行研究所取得

本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） （题目：运用PLC技

的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名： 2010 年6月1日

（学号）：

PAGE\*roman

iv

毕业设计（论文）报告纸

运用PLC技术设计百天倒计时系统

摘要

PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。随着中国国力的不断提升，

中国已经独立承办了多种大型的、世界级的体育文化盛典，如2008年北京奥运会和2010年的上海世博会。为了增强人们对这种盛典节日的关注度和紧迫感，倒计时牌得以广泛的应用。虽然倒计时系统用途单一，使用周期短，一旦倒计时任务完成，系统也完成了历史任务。但

是因为程序设计简易，可操作性强，因而倒计时系统以及硬件可以被反复使用。

到目前为止，用PLC进行倒计时系统的设计比较少，多为使用单片机或是EDA进行设计，因此PLC在倒计时系统的设计上较为欠缺。本次课题使用西门子S7-200PLC，应用PLC的逻辑运算、计数和定时的功能，采用动态扫描的方法和减进位运算法，根据实际系统要求，

对百天倒计时系统进行梯形图程序的编制，并搭建相应的显示硬件电路和进行软件程序的调试，通过不断的调试修改，终于达到了预定要求，实现了百天倒计时功能。

关键词：PLC，倒计时系统，西门子，动态扫描，减进位

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UsingPLCtechnologydesignbroughtcountdownsystem

Abstract

PLCasanindustrialcontrolcomputerprogramming,withitsconvenient,simpleoperation,especiallyitsadvantages,suchashighcontrollableinindustrialproductionprocesshasbeenwidelyused.WithChina'snationalstrength,Chinahasheldmanylarge,world-classsportsculturalpageantry,asthe2008BeijingOlympicGamesandtheworldexpo2010Shanghai.Inordertoenhancepeople'sattentiontothisfestivalandthesenseofurgency,thecountdowncardbewidelyused.AlthoughthecountdownsystemUSESasingle,shortcycle,oncethecountdowntask,systemalsocompletedthehistoricaltask.Buttheprogramdesignissimple,themaneuverabilityisstrong,sothecountdownsystemandhardwarecanberepeateduse.

Sofar,theuseofPLCsystemdesignedforthecountdown,muchlessforusingSCMordesign,thusEDAPLCsystemdesigninthecountdown.ThistopicusingSiemensS7-200PLC,theapplicationofPLClogicaloperations,countingandtimingoffunction,usingdynamicscanningmethodandbinaryoperationmethod,accordingtotheactualsystemrequirementsforbroughtcountdownsystemladder-diagramprogramming,andbuildcorrespondinghardwarecircuitandsoftwareprogramthatthedebugging,throughthecontinuouschangesofdebuggingandfinallycametoapredeterminedrequirement,broughtcountdownfunction.

KeyWords：PLC;thecountdown;Siemens;dynamicscanningsystem;Reducebinary

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目录

摘 要

ⅰ

Abstract

ⅱ

第一章 引 言

1

1.1 可编程序控制器的概述

1

1.2PLC的定义

1

1.3PLC的结构与分类

1

1.3.1PLC 的结构

2

1.3.2PLC 的分类

2

1.4PLC 的特点、主要功能及性能指标

2

1.4.1PLC 的特点

2

1.4.2PLC 的主要功能

3

1.4.3PLC 的性能指标

3

第二章S7-200PLC 的概述

4

2.1S7-200PLC 的概述

4

2.2S7-200CPU

4

2.3S7-200PLC 的主要技术性能指标

4

2.4 本次设计使用的 PLC

5

第三章S7-200 编程软件——STEP7-Micro/WIN

6

3.1STEP7-Micro/WIN 编程软件

6

3.2 编程软件的功能

6

3.3 编程计算机与CPU通信

7

3.4 编程语言

8

3.4.1 顺序功能图

8

3.4.2 梯形图

8

3.4.3 功能块图

9

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3.4.4 指令表 9

3.4.5 结构文本 9

第四章 运用PLC技术设计百天倒计时系统 10

4.1 该课题设计的目的 10

4.2 该课题的研究目标及要求 10

4.2.1 研究目标 10

4.2.2 系统要求 10

4.3 程序设计 11

4.3.1PLCI/O 端口设置于CPU选型 11

4.3.2 程序设计中的要点及难点 12

4.3.3 程序流程图 12

4.3.4 程序编译及程序解 13

4.4 硬件调试 18

4.4.1 设计外围连线图 18

4.4.2 实际调试硬件电路 19

第五章 总结与展望 22

5.1 出现的问题及解决方法 22

5.2 毕业设计总结 23

参考文献 24

致谢 25

附录 26

PAGE

44

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第一章引言

可编程序控制器的概述

可编程序控制器（ProgrammableLogicController,，简称PLC），它是以微处理器为核心的通用工业控制装置，是在继电器-接触器控制基础上发展起来的。随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的迅猛发展，当

今的PLC已将3C（Computer、Control、Communication）技术，即微型计算机技术、控

制技术及通信技术融为一体，在控制系统中又能起到“ 3电”控制作用，即电控、电仪、电信这三个不同作用的一种高可靠性控制器，是当代工业生产自动化的重要支柱。

PLC 的定义

1980年，美国电器制造商协会（NEMA）NationalElectronicManufactureAssociation，将可编程序控制器定义为：“可编程序控制器是一种带有指令存储器，数字的或模拟的输

入输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置”。

1982年11月国际电工委员会（IEC）曾颁发了可编程序控制器标准草案第一稿，1985

年1月发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。该草案中对可编程序控制器的定义是：

“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计 ”。

PLC 的结构与分类

PLC的结构

一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种，但它们的组成是相同的。箱体式PLC中有CPU

板、I\O板、显示面板、内存块、电源等，所有的电路都装入一个模块内，构成一个整体。可

以按CPU性能分成若干型号，并按I\O点数又有若干规格。模块式PLC有CPU模块、I\O模

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块、内存、电源模块、底板或机架，模块拼装起来后就成了一个整齐的长方体结构。无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其 I\O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如图 1.1所示。

输

接

接

口

部

口

部

件

电源部件

件

接收 入

现场信号

中央处理单元

CPU

输

出 驱动

受控元件

PLC 的分类

图1.1PLC的基本结构框图

PLC发展到今天，已经有很多种形式，而且功能也不尽相同，分类时，一般按以下原则来考虑。

（1）根据控制规模分类

PLC的控制规模是以所配置的输入/输出点数来衡量的，PLC的I/O点数表明了PLC可从外部接收多少个输入信号和向外部发出多少个输出信号，实际上也就是 PLC的输入、输出端子数。根据I/O点数的多少可将PLC分为小型机、中型机和大型机，一般来说，点数多的 PLC，功能也相应较强。[4]

（2）根据结构形式分类

根据PLC结构形式的不同，可分为整体式、模板式及分散式 3种形式。

PLC 的特点、主要功能及性能指标

PLC的特点

现代工业生产过程是多种多样的，它们对控制的要求也各不相同，为了能够在各种工业环境中使用PLC，所以生产厂家的PLC都有许多共同点。

编程方法简单易学

功能强、性能价格比高

硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

可靠性高，抗干扰能力强

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系统的设计、安装、调试工作量少

维修工作量小，维修方便

体积小，能耗低

PLC 的主要功能

PLC是采用微电子技术来完成各种控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构按照一定规律进行动作。其主要功能如下：

顺序逻辑控制

运动控制

定时控制

计数控制

步进控制

数据处理

模/数和数/模转换

通信及联网

PLC 的性能指标

性能指标是用户评价和选购机型的依据。当用户在进行 PLC的选型时，可以从以下几个方面考虑。

CPU技术指标

I/O模板技术指标

编程器及编程软件

通信功能

扩展性

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第二章S7-200PLC 的概述

2.1S7-200PLC 的概述

S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型 PLC，但其许多功能已经达到大、中型PLC

的水平，而价格却与小型机一样，因此，它一经推广，即受到了广泛关注。特别是 S7-200

CPU22X系列PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面（ HIMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，还可以很容易地组成PLC网络，同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。

2.2S7-200CPU

S7-200CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路集成在一个紧凑的外壳中，从而形成了一个功能强大的 MicroPLC。参见图2.1。

图2.1S7-200CPU 外型

S7-200PLC 的主要技术性能指标

PLC的技术性能指标是衡量其功能的直接反映，是设备选型的重要依据。 S7-200的

CPU22X系列的主要技术性能指标见表2.1。

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表2.1CPU22X 系列的主要技术性能指标

特性

CPU221/CPU222CPU224/CPU224XP/CPU226

型号

CPU221CPU222CPU224 CPU224XP/XPSL

CPU226

外形尺寸（mm）

90*80*6290*80*62 120.5*80*62 140*80*62

190*80*62

程序存储器：

带运行模式下编辑

4096byte

4096byte

8192byte

12288byte

16384byte

不带运行模式下编辑

4096byte

4096byte

12288byte

16384byte

24576byte

数据存储器

2048byte2048byte8192byte

10240byte

10240byte

掉电保护时间

50h50h

100h

100h

100h

本机I/O

6/48/6

14/10

14/1024/16

扩展模块数量

0个模块

2个模块

1

7个模块

1

7个模块

1

7个模块

1

高数计数器

单相

4路

30KHz

4路

30KHz

6路30KHz

4路30KHz

6路

30KHz

2路200KHz

两相

2路

20KHz

2路

20KHz

4路20KHz

3路20KHz

4路

20KHz

1路100KHz

脉冲输出（DC）

2路

20KHz2

路

20KHz2

路20KHz2

路100KHz2

路

20KHz

模拟电位器

112

2

2

通讯口

1S-485

1S-485

1S-485

2RS-485

2RS-485

本次设计使用的 PLC

本次设计使用的是S7-200CPU226。CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。它包括13KB程序和数据存储空间，6个独立的30KHZ高速计数器，2路独立的20KHZ高速脉冲输出，具有PID控制器。它有2个RS-485通信/编程口，具有PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信能力。其I/O端子排可很容易地整体拆卸，可用于较高要求的控制系统。它具有更多

的输入/输出点、更强的模块扩展能力、更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能，因此可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。

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第三章S7-200 编程软件——STEP7-Micro/WIN

STEP7-Micro/WIN 编程软件

STEP7-Micro/WIN32 编程软件是基于Windows的应用软件，由西门子公司专为 S7-200

系列PLC设计开发，它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可实时监控用户程序的执行状态。现在加上全中文化程序后，可在全中文的界面下进行操作，用户使用起来更加方便。

编程软件的功能

图3.1STEP7-Micro/WIN 操作界面

STEP7-Micro/WIN32的基本功能是协助用户完成开发应用软件的任务， 例如创建用户程

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序、修改和编程原有的用户程序，编辑过程中编辑器具有简单的语法检查功能。同时它还有

一些工具性的功能，例如用户程序的文档管理和加密等。此外，还可直接用软件设置 PLC的工作方式、参数和运行监控等。

程序编辑过程中的语法检查功能可以提前避免一些语法和数据类型方面的错误。

软件功能的实现可以在联机工作方式（在线方式）下进行，部分功能的实现也可以在离线工作方式下进行。

联机方式：有编程软件的计算机与 PLC连接，此时允许两者之间直接通信。

离线方式：有编程软件的计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分基本功能，如编程、编译、调试程序组和系统组态等。

两者的主要区别是：联机方式下可直接针对相连的 PLC进行操作，如上装和下载用户程序和组态数据等。而离线方式下不直接与 PLC联系，所有程序和参数都暂时存放在磁盘上，等联机后再下载到PLC中。

编程计算机与CPU通信

与CPU通信，通常需要下列条件之一：

）PC/PPI(RS-232/PPI和USB/PPI)电缆，连接PG/PC的串行通信口（RS-232C即COM

口，或USB口）和CPU通信口。

）PG/PC上安装CP（通信处理器）卡，通过MPI电缆连接CPU通信口（CP5611卡配合台式PC，CP5511/5512卡配合笔记本电脑使用）。

）其他用于编程的通信方式。最简单的编程通信配置：

）带串行通信端口（RS-232C即COM口，或USB口）的PG/PC，并已正确安装了STEP7-Micro/WIN的有效版本。

）PC/PPI编程电缆。RS-232C/PPI电缆连接计算机的COM口和CPU通信口；USB/PPI

电缆连接计算机的USB口和CPU。

编程语言

IEC于1994年5月公布了PLC标准（IEC61131），它由以下5部分组成：通用信息、设备与测试要求、编程语言、用户指南和通信。

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IEC61131-3详细地说明了句法、语言和下述 5种编程语言（见图3.2）：

）顺序功能图（SFC）。

）梯形图（LD）。

）功能块图（FBD）。

）指令表（IL）。

）结构文本（ST）。

顺序功能图

梯形图 功能块图 指令表 结构文本

顺序功能图

图3.2 PLC的编程语言

这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。

梯形图

梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握，特别适用于数字量逻辑控制。有时把梯形图称为电路或程序。

梯形图由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑输出结果，用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的标志位等。功能块用来表示定时器、计数器或者数学运算等指令。

使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图。

功能块图

这是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号从左向右流动。

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语句表

S7系列PLC将指令表称为语句表。PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，由指令组成指令表程序或语言表程序。

语句表比较适合熟悉PLC和程序设计的经验丰富的程序员使用。

结构文本

结构文本是为IEC61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。 与梯形图相比，它能实现复杂的数学运算，编写的程序非常简洁和紧凑。

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第四章百天倒计时系统的设计

该课题设计的目的

倒计时系统的任务就是对某一设定日期进行倒数，在显示屏显示距设定日期的时间，广

泛应用于重大的节目或活动，以增强人们的关切程度和紧迫感，如 2008年北京奥运会，2010

年上海世博会，2014年南京青奥会等。一般情况下，倒计时系统具有倒计时和时钟功能，用途单一，使用周期短，一旦倒计时任务完成，系统也完成了历史任务。但是因为程序设计简易，可操作性强，因而倒计时系统以及硬件可以被反复使用。

到目前为止，用PLC进行倒计时系统的设计比较少，多为使用单片机或是 EDA行进设计，因此PLC在倒计时系统的设计上较为欠缺。本次课题使用 PLC对百天倒计时系统进行系统的研究与设计，将在某些领域弥补 PLC的研究缺陷。

该课题的研究目标及要求

研究目标

以2008年北京奥运会百天倒计时为例。该倒计时器可以动态显示天、小时、分、秒，开机后显示初始状态（全零态），然后按当天距开幕的实际天数进行设置。设置好后按下启动按钮，百天倒计时就开始；若按下停止按钮将停止计时，显示当前状态。天、小时、分、秒各状态可随时调整和设置，各状态显示采用动态循环扫描方式。

系统要求

）开机时初始状态显示为00天00时00分00秒；

）按下启动按钮，倒计时开始，1秒后显示为99天23时59分59秒；

）可根据当时的时间调整至距开幕的实际时间，按住停止按钮， 2秒以后，及转为调整期，显示天数的数码闪烁，这时可进行天数的调整，调整好天数按一次停止按钮即转为小

时的调整，显示小时的数码闪烁，调整好小时按下停止按钮即转为分钟的调整，以此类推直

至秒调整完，调整过程结束。按下启动按钮即可重新计时。

）时间的调整可进行上调或下调，在调整期按上调按钮，按一次升 1个数；按下调按

钮，按一次降1个数。

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可任意停止于任意时间状态，在停止状态可任意调整时间。

各时间状态采用动态循环扫描。

程序设计

PLCI/O端口设置与CPU选型

首先为了实现设计要求，PLC的I/O要满足输入和输出信号的要求。输入：

起动按钮

一个输入口

I0.0；

停止按钮

一个输入口

I0.1；

上调按钮

一个输入口

I0.2；

下调按钮

一个输入口

I0.3；

输出：

8个数码管的公共端 八个输出口Q0.0—Q0.7；控制8个数码管的a段一个输出口Q1.1；

控制8个数码管的b段一个输出口Q1.2；控制8个数码管的c段一个输出口Q1.3；控制8个数码管的d段一个输出口Q1.4；控制8个数码管的e段一个输出口Q1.5；控制8个数码管的f段一个输出口Q1.6；控制8个数码管的g段一个输出口Q1.7；

共计4个输入口，15个输出口。

此设计I/O的点数使用较多，西门子S7-200PLCCPU221(6入/4出)，CPU222（8入/6出），CPU224（14入/10出）[1]系列无法满足实际需求，需要加I/O扩展模块。而CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可以满足设计的实际需求。

程序设计中的要点及难点

本设计使用了许多数学运算指令，难点在于倒计时的减进位及动态扫描，所谓动态扫描就是利用PLC周期性扫描的特点，在编程时要做到每个周期只有一组数码能形成通电回路，从而得电点亮，因一个扫描周期的时间相当短，只有几十毫秒，所以感觉每个灯都在通电亮着。动态扫描的特点就是将所有数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一个数码管

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有效。这样一来，就没有必要每一个数码管分配一个 I/O端口，从而大大简化了硬件电路。本设计共有8只数码管，按“天、时、分、秒”来分，需分成4组，每组2只，也就是说

某一时刻只有 2只数码管得电。8只数码管的公共端分别接在 Q0.0～Q0.7端子上，而

Q1.1—Q1.7又分别控制8只数码管的a到g段，这就给倒计时的减进位带来了一定的难度。倒计时时，秒数每减1位，当秒数减到01秒时，再减1位时，分数自动减1位，秒数跳

回59秒；同理，分数减到1分时，分位再减1，时位自动减1，分位调回到59分；时位减到1时时，时位再减1，天位自动减1，时位自动调回到23时。因此在设计时，将1设为最小上、下调基数，再用比较器判断倒计时时，是否出现了满足上述条件的情况。若满足上述条

件之一，则按到要求进行减位；若不满足上述条件，则秒数仍然进行自动减位。

在程序具体编辑中要使用到较多算数运算指令和比较指令，另外要存储运算结果需要数据传送指令，如图4.1所示。

程序流程图

图4.1 各种指令格式

根据程序的设计思想，画出程序流程图，如图 4.2所示。

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开始

显示00天00时00分00

N

时候按下停止按钮？

N

是否按下启

动按钮？

Y Y

N

是否满足调整时间条件？

Y

调整时间

开始倒计时

N

倒计时是否完成？

N Y

时间是否 Y

调整好？ 结束

程序编译及程序解释

图4.2 程序流程图

根据设计要求，使用梯形图编译程序。

如图4.3至图4.10所示，为主要程序段的梯形图。

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图4.3正常启动与调整设置段梯形图

如图4.3所示，此段程序为正常启动与调整设置段。当程序刚开始运行，进行开机初始化时，数码管显示00天00时00分00秒；闭合I0.1时，2s后可以在满足条件的前提下进行倒计时牌的时间调整，调整完毕后，闭合 I0.0便可进入正常倒计时。

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图4.4 调整设置程序段梯形图

如图4.4所示，此程序段为调整设置程序段。和 NETWORK1配合使用调整倒计时牌上的时间显示。

图4.5 决定倒计时的基本时间程序段梯形图

如图4.5所示，此段程序为决定倒计时的基本时间程序段。因为倒计时为 1秒1秒进行倒计时，所以此段程序的作用就是把倒计时的最小基数设为 1s。

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图4.6决定秒数变化程序段梯形图

如图4.6所示，此段程序为决定秒数变化程序段。当I0.1闭合时，计数器C0中计数小于1，则可以对秒数位进行调整，每按一次I0.2，秒数便增加一位，而每按一次I0.3，秒数便减少一位。当I0.0闭合时，秒数位进行正常的倒计时，当秒数个位计为1，再倒计时减1s，则将秒数个位复位为0，秒数个位进行减1。分位、时位和天位的变化程序段同秒位变化程序段。

图4.7 正常倒计时接近终了时刻的锁定程序段梯形图

如图4.7所示，此段程序为正常倒计时接近终了时刻的锁定程序段，即为当倒计时牌上

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显示为00天00时00分05秒时，该程序开始进行倒计时锁定。

图4.8 正常倒计时终了时刻的锁定程序段梯形图

如图4.8所示，此程序为正常倒计时终了时刻的锁定程序，即为当倒计时牌上显示为 00

天00时00分00秒时，倒计时结束，状态锁定。

图4.9 七段数码管显示 9的程序段梯形图

如图4.9所示，此程序为七段数码管显示 9的程序段。即为在正常倒计时状态下，天、时、分及秒各自显示9的状态。同理，七段数码管显示 0、1、2、3、4、5、6、7、8的程序段亦可这样编写。

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图4.10各七段数码管公共端轮流导通程序段梯形图

如图4.10所示，此程序为各七段数码管公共端轮流导通程序段，即为动态扫描程序段。因为8个数码管的公共端连接在一起，所以每个数码管导通 100ms，然后轮流导通。因为轮流导通相当快，所以基本上可以认为 8个数码管是在同一时间亮的。

硬件调试

程序编写完成，写入 PLC进行实际调试。

设计外围连接图

在经过I/O端口分配和程序编译后，如图4.11搭建外围连接图，以便后续调试工作的进

行。

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起动停止上调下调

+24V

SB1SB2SB3SB4

1M

S7-200

PLC

1M

+24V

I0.0

CPU226

1L+

-24V

I0.1

晶体管

Q0.0

I0.2

输出型

Q0.1

I0.3

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

2M

2L+

Q1.0

a

Q1.1

Q1.2

b

c

Q1.3

d

Q1.4

e

Q1.5

f

Q1.6

g

Q1.7

M

L+

N

L1

~220V电源

-24V

实际调试硬件电路

图4.11 外围连接图

本设计使用TTL电平的共阴极七段数码管。将8个数码管按照“天、时、分、秒”的组别顺序排好，并与S7-200的Q0.O至Q0.7依次连接上。另外将8个数码管的公共端连接在一起，与S7-200的Q1.1至Q1.7依次连接上，以便控制8个数码管相对应的a至g段。如图4.12所示为七段数码管引脚图。

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图4.12 七段数码管引脚图

在进行了仔细的元器件选择后，最终选择了实验挂箱的数码管进行显示部分的硬件搭设。因为，直接应用实验挂箱的数码管，可以减少一部分硬件部分的搭设工作，以减少在搭设硬件时所遇到的麻烦和错误。同时，实验挂箱上的数码管标段清晰，可以为搭设和检查硬件部分带来一定的方便。

将元件按照设计外围连接图连接好。用电缆线与PLC设备相连接，将程序输入编译软件，并与PLC设备通信，再将程序下载到PLC中，运行程序并进行调试。程序运行效果如图4.13所示。

图4.12 程序运行效果图

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按下停止按钮后，按照“秒、分、时、天”的顺序，对倒计时系统进行倒计时天数调整。图4.14为对“秒、分”调整图，图4.15为对“时、天”调整图。

图4.14 对“秒、分”调整图

图4.15 对“时、天”调整图

调整完毕后，按下启动按钮，倒计时系统仍然能够顺利地进行倒计时。可见，经过调试和检测，系统可以正常运行，到达设计要求。

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第五章总结与展望

毕设中出现的问题及解决方法

本次设计就课题来说是比较简单的，因为单片机对百天倒计时系统的研究相当成熟与完善。但是，PLC对于百天倒计时系统的研究几乎为零，所以本次设计又具有相当的挑战性。因而在研究过程中出现不少问题及难点，但在不断努力下终于解决了。

首先是硬件设备的选择与原理图构建。因为是百天倒计时系统的研究，所以就按“天、

时、分、秒”来分，需分成4组，每组2只数码管的话，整个设计就需要 8只数码管。而每只数码管需要控制端点有8个（a、b、c、d、e、f、g及共阴极COM），则8只数码管需要控制的端点数就有64个。若每一个端点相对应一个 PLC上的I/O端口，再加上起动、停止、上调及下调4个按钮，则至少需要68个PLCI/O端口。就目前市面上的中小型PLC是无法满足的；若是使用大型PLC，则是比较浪费研究经费。因此，在借鉴了单片机和数电百天倒计

时电路设计的情况下，决定将8只数码管的a、b、c、d、e、f及g段对应相连，再与PLCI/O端口相连，便可以节省大量的I/O端口，从原来的4个输入，64个输出；变成现在的4个输入，15个输出。这也给PLC的选型上带来了便利。

其次是在程序编写过程中遇到的倒计时减进位和动态扫描问题。因为 8只数码管的a到g段是共同连接的，所以如何控制 8只数码管在同一时间点亮变成了一个难点。在多方尝试下，最后决定使用动态扫描方法，尽量缩短扫描周期，使数码管的轮流点亮相当快，给人造

成一个错觉，好像是8只数码管同时点亮一样。

本设计虽然原理简单，但是逻辑较为复杂，且应用了大量了运算指令和传送指令，所以造成了倒计时减进位问题。而解决倒计时减进位问题的第一步，便是要弄清倒计时中存在的逻辑关系。然后再合理地应用运算指令和传送指令及比较指令，使之能用编译语句清楚的将这些复杂的逻辑关系表达出了。最后就是进行上机调试加以修改。

最后，遇到最让人头疼的问题是在程序调试过程遇到的。

刚开始将硬件组装完毕之后，并与 PLC相连接好，再将PLC与电脑通信连接时，发现程序下载出现问题，而且 PLC也显示应用出错的问题。经过细心地排查电路，发现是 PLC

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的电源线连接有问题，在更改过PLC的电源连接后，程序终于顺利下载进 PLC中。

在调试的时候，发现8只数码管的轮流导通时间过长，使人有一种 8只数码管是依次传递下去点亮的感觉。因此，在对动态扫描时间进行多次修改后，终于决定轮流导通时间为100ms。

在解决了动态扫描的问题之后，开始进一步的程序调试。开机时初始状态应该显示为 00

天00时00分00秒，可在实际中，开始时的初始状态为22天00时02分02秒。在经过耐心地逐步程序调试和原程序一一对照检查后，发现在刚一上电时，因为 C0=0,使有一个脉冲信号迅速通过秒的个位信号，分的个位信号以及天信号，是这些信号显示 “2”的调用接通，因此就出现了初始状态为22天00时02分02秒。在经过改动C0计数器和秒数、分钟数和天数处的比较器后，这个问题得以解决。

再者就是在调试程序中，当按下停止按钮后，对于倒计时的秒位、分位、时位和天位进行数字调整时，发现只出现“0”、“1、”“2三”个数字，3到9完全不出现。在经过对程序运行

状态下，梯形图中，元器件接通状态的观察，发现 3到9是出于长期闭合状态，因而不接通。当改变了访问条件和调用路径后，0到9均可以顺利点亮。

经过不断的调试和测试，设计终于达到了预期的要求。

毕业设计总结

从三月初到五月底，历时将近三个月的毕业设计总算小有成就之时，回首这毕设一路的坎坷和困难重重，不禁感慨万千。从提交开题报告开始，原以为此次的课题比较简单，但是在慢慢接触之后，从硬件原理图的设计，到软件程序的编写，再到最后的程序调试，都使我

深刻地体会到这个貌似简单的问题背后的不简单。在指导老师的帮助下，通过自己不断钻研，

终于有了今天一个比较成功的结果，这都让自己不胜欣喜。而在这将近三个月的时间里，我也充分发挥了自己思维能力和动手能力，运用自己所学的知识和不断吸收的新知识，不断改进与完善，实际证明了自己的能力。

本次设计是一个非常贴近生活的应用型课题。在这种用小型PLC研究的百天倒计时系统的基础上，我们可以将单片机、数电和 PLC相结合，研究出更为经济、设计和操作更为简便的百天倒计时系统。由于篇幅有限，此处不再赘述。

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参考文献

严盈富.西门子S7-200PLC入门[M].第1版.北京:人民邮电出版社,2007.6

廖常初.S7-200PLC 编程及应用[M].第1版.北京:机械工业出版社,2009.6

蔡行健,黄文钰,李娟等.深入浅出西门子 S7-200PLC[M].第 3版.北京:北京航空航天大学出版社,2007.7

肖宝兴.西门子S7-200PLC的使用经验与技巧[M].第 1版.北京:机械工业出版社.2008.9

[5]A5E00307992-04,S7-200-SYSTEM-MANUAL[S].2008.8

[6] 王勇,王满仓,闫洪,赵雅芸.可编程多用途倒计时系统的设计 [J]. 天津农学院学报,2007.14(2).37 ～

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致 谢

这次毕业设计可以圆满地完成，首先要感谢我的毕业设计指导老师傅忠云讲师。感谢她在毕业设计工程中对我的毕设各方面问题给予及时的回答，无论是在设计指导上，还是在调试过程中，乃至后期的论文修改上，傅老师总是能够很快地解答我的疑问，并且耐心地指导我的程序调试。在设计即将完成之时，傅老师还对我的设计提供了宝贵的意见，为我完善毕设提供了绝佳的参考。

感谢南京航空航天大学金城学院实验中心的王素青老师给我的数码管显示挂箱，使我在

硬件设备的设计和安装上，少走了不少弯路。

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附 录

由梯形图翻译成语句表及程序注解

NETMORK1 正常启动与调整设置程序段

LD SM0.0LPS

A I0.1 按住停止按钮2s将转为调整设置AN M0.0 在没有正常计时的情况下才能调整

TON T37,20 2s定时器LRD

LD T37

O M0.1ALD

LPS

AN I0.0 在调整过程中只要按启动按钮调整即刻结束

= M0.1 定时时间到后即可转为调整设置工作

LRD

AW< C0,1 调整秒数的必要条件

= M0.4 条件满足此继电器闭合

LRD

AW= C0,1 调整分钟数的必要条件

= M0.5 条件满足此继电器闭合

LRD

AW= C0,2 调整小时数的必要条件

= M0.6 条件满足此继电器闭合

LPP

AW= C0,3 调整天数的必要条件

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= M0.7 条件满足此继电器闭合

LPP

LD I0.0 按启动按钮，倒计时开始工作

O M0.0ALD

LPS

AN I0.1 按下停止按钮正常计时即刻结束

AN M0.2 正常倒计时到终了时刻此点断开

= M0.0 此继电器闭合既是正常倒计时

LPP

R M0.2,2 再一次启动时断开终了继电器

NETWORK2 调整设置程序段

LD M0.1 在调整设置工作段期间

A I0.1 按一次调整按钮调整段变化一次

EU

LD M0.0 当转为正常倒计时工作段时将计数器复位

CTU C0,4 在调整设置工作段决定调整段的计数器

NETWORK3 决定倒计时的基本时间程序段

LD M0.0 决定正常倒计时工作段的继电器必须闭合

AN M0.1 决定调整设置工作段的继电器必须断开

LPS

AN T39TONT38,5LPP

A T38

TON T39,5 基本定时时间定为1s

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NETWORK4 决定秒数位变化的程序段

LD SM0.0LPS

AW<MW1,1 当秒数个位中的数据小于1

MOVW 1,MW1 将数据1送入秒数个位中使之显示为0LRD

LDW< C0,1 在此条件下调整秒数

A M0.1 必须在调整中设置工作段

A I0.3 在调整中设置工作段，减少秒数O T39 正常倒计时的秒数变化基准时间ALD

EU

SLWMW1,1 每1s或每调整一次使秒数个位中的数据减 1LPP

LPS

AW< C0,1 在此条件下调整秒数

A M0.1

A I0.2

必须在调整中设置工作段

在调整中设置工作段增加秒数

EU

SRWMW1,1

每调整一次使秒数个位中的数据加

1

LRD

A M2.2

当秒数个位倒计时到此时

R M1.1,10

LRD

将秒数个位复位为0

AB< MB3,1

MOVB1,MB3

当秒数十位的数据小于1时

将数据1送入秒数十位中使之显示为

0

LRD

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A M1.1 只要秒数个位为9，十位就自动减1EU

SLB MB3,1 秒数十位减1LPP

A M3.6 当秒数十位倒计时到此时

R M3.1,6 将秒数十位复位为0

NETWORK5 决定分钟数位变化的程序段

LD SM0.0LPS

AW<MW4,1 当分钟数个位中的数据小于1

MOVW 1,MW4 将数据1送入分钟数个位中去

LRD

LDW= C0,1 在此条件下调整分钟数

A M0.1 必须在调整中设置工作段

A I0.3 在调整设置工作段减少分钟数

O M3.1 正常倒计时的分钟数个位变化继电器

ALDEU

SLWMW4,1 每1min或每调整一次使分钟数个位中的数据减 1

LPPLPS

AW= C0,1 在此条件下调整分钟数

A M0.1 必须在调整中设置工作段A I0.2 在调整设置工作段增加分钟数EU

SRWMW4,1 每调整一次使分钟数个位中的数据加 1LRD

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A M5.2 当分钟数个位倒计时到此时

R M4.1,10 使分钟个位数复位为0LRD

AB< MB6,1 当分钟数十位的数据小于1时

MOVB 1,MB6 将数据1送入分钟数十位中使之显示为 0LRD

A M4.1 只要分钟数个位为9，十位就自动减1EU

SLB MB6,1 分钟数十位减1LPP

A M6.6 当分钟数十位倒计时到此时

R M6.1,6 将分钟数十位复位为0

NETWORK6 决定小时数位变化的程序段

LD SM0.0LPS

AD<MD7,1 当小时位中的数据小于 1

MOVD1,MD7 将数据1送入小时位中去

LRD

LDW=C0,2 在此条件下调整小时数

A M0.1 必须在调整设置工作段

A I0.3 在调整设置工作段减少小时数O M6.1 正常倒计时的小时数变化继电器ALD

EU

SLD MD7,1 每1h或每调整一次使小时数减1LPP

LPS

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AW= C0,2 在此条件下调整小时数

A M0.1 必须在调整中设置工作段A I0.2 在调整设置工作段增加小时数EU

SRD MD7,1 每调整一次使小时数中的数据加 1LPP

A M10.0 当小时数倒计时到此时

R M7.1,24 将小时数复位为0

NETWORK7 决定天数数位变化的程序段

LD SM0.0LPS

AW<MW11,1 当天数个位中的数据小于1

MOVW1,MW11 将数据1送入天数个位中去

LRD

LDW= C0,3 在此条件下调整天数

A

M0.1

必须在调整中设置工作段

A

I0.3

在调整设置工作段减少天数

O M7.1 正常倒计时的天数个位变化继电器

ALDEU

SLW MW11,1 每一天或每调整一次使天数个位中的数据减 1LPP

LPS

AW= C0,3 在此条件下调整天数

A

A

M0.1

I0.2

必须在调整中设置工作段

在调整设置工作段增加天数

EU

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SRW MW11,1 每调整一次使天数个位中的数据加 1LRD

A M12.2 当天数个位倒计时到此时

R M11.1,10 使天数个位数复位为0LRD

AW< MW13,1 当天数十位的数据小于1时

MOVW 1,MW13 将数据1送入天数十位中使之显示为0LRD

A M11.1 只要天数个位为9，十位就自动减1EU

SLW MW13,1 天数十位减1LPP

A M14.2 当天数十位倒计时到此时

M13.1,10 将天数十位复位为0

NETWORK8 正常倒计时接近终了时刻的锁定程序段

LDM3.0 秒的十位已计到0

A

M4.0

分钟的个位已计到

0

A

M6.0

分钟的十位已计到

0

A

M7.0

小时已计到0

A

M11.0

天数的个位已计到

0

A

M13.0

天数的十位已计到

0

A

M1.5

秒的个位已计到5s

M0.3,1 此时让M0.3继电器得电锁定

NETWORK9 正常倒计时终了时刻的锁定程序段

LDM0.3 倒计时到5s时的锁定信号

A M1.0 到此刻已倒计时到0

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S M0.2,1 立即形成一个锁定信号停止全部计时

NETWORK10 七段数码管显示9的程序段

LD M0.4 在调整设置秒数时接通

A SM0.5 在调整设置秒数时使数码管闪烁

ON M0.4 在正常倒计时工作段接通

A M1.1 接通时秒数个位显示“9”

A Q0.0 秒数个位七段数码管的公共端

LD M0.5 在调整设置分钟时接通

A SM0.5 在调整设置分钟时使数码管闪烁

ON M0.5 在正常倒计时工作段接通

A M4.1 接通时分钟数个位显示“9”

A Q0.2 分钟数个位七段数码管的公共端

OLD

LD M0.6 在调整设置小时时接通

A SM0.5 在调整设置小时时使数码管闪烁

ON M0.6 在正常倒计时工作段接通

LD M7.5 接通时小时显示“19”

O M8.7 接通时小时显示“9”ALD

A Q0.4 小时个位七段数码管的公共端

OLD

LD M0.7 在调整设置天数时接通

A SM0.5 在调整设置天数时使数码管闪烁

ON M0.7 在正常倒计时工作段接通

LD M11.1 接通时天数个位显示“9”

A Q0.6 天数个位七段数码管的公共端

LD M13.1 接通时天数十位显示“9”

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A Q0.7 天数十位七段数码管的公共端

OLDALDOLD

MOVB 16#DE,QB1 将数字“9送”到输出端通过七段数码管显示

NETWORK11 七段数码管显示8的程序段

LD M0.4A SM0.5ON M0.4

A M1.2 接通时秒数个位显示“8”

A Q0.0LD M0.5A SM0.5ON M0.5

A M4.2 接通时分钟个位显示“8”

A Q0.2OLD

LD M0.6

A

SM0.5

ON

M0.6

LD

M7.6

接通时小时显示“18”

O

M9.0

接通时小时显示“8”

ALD

A Q0.4OLD

LD M0.7

A SM0.5

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ONM0.7

LDM11.2 接通时天数个位显示“8”AQ0.6

LDM13.2 接通时天数十位显示“8”AQ0.7

OLDALDOLD

MOVB 16#FE,QB1 将数字“8送”到输出端通过七段数码管显示

NETWORK12 七段数码管显示7的程序段

LD M0.4A SM0.5ON M0.4

A M1.3 接通时秒数个位显示“7”A Q0.0

LD M0.5A SM0.5ON M0.5

A M4.3 接通时分钟个位显示“7”

A Q0.2OLD

LD M0.6

A

SM0.5

ON

M0.6

LD

M7.7

接通时小时显示“17”

O

M9.1

接通时小时显示“7”

ALD

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A Q0.4OLD

LD M0.7A SM0.5ON M0.7

LD M11.3 接通时天数个位显示“7”A Q0.6

LDM13.3 接通时天数十位显示“7”AQ0.7

OLDALDOLD

MOVB 16#0E,QB1 将数字“7送”到输出端通过七段数码管显示

NETWORK13 七段数码管显示6的程序段

LD M0.4A SM0.5ON M0.4

A M1.4 接通时秒数个位显示“6”A Q0.0

LD M0.5A SM0.5ON M0.5

A M4.4 接通时分钟个位显示“6”A Q0.2

OLD

LD M0.6A SM0.5

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ON M0.6

LD M8.0 接通时小时显示“16”

O M9.2 接通时小时显示“6”ALD

A Q0.4OLD

LD M0.7

A SM0.5ON M0.7

LD M11.4 接通时天数个位显示“6”

A Q0.7

LDM13.4 接通时天数十位显示“6”AQ0.7

OLDALDOLD

MOVB 16#FA,QB1 将数字“6送”到输出端通过七段数码管显示

NETWORK14 七段数码管显示5的程序段

LD M0.4A SM0.5ON M0.4

LD M1.5 接通时秒数个位显示“5”

A Q0.0

LD M3.1 接通时秒数十位显示“5”

A Q0.1 秒数十位七段数码管的公共端

OLDALD

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LD M0.5A SM0.5ON M0.5

LD M4.5 接通时分钟个位显示“5”A Q0.2

LD M6.1 接通时分钟十位显示“5”

A Q0.3 分钟十位七段数码管的公共