1、 PAGE29 / NUMPAGES31工程學院本科畢業論文論文題目：基于PLC控制的數字顯示電子鐘設計系 部： 機械與電氣工程學院 專 業： 07電氣工程與其自動化（3） 姓 名： 葉 新 穎 學 號： 2007100025 指導教師： 黃 建 紅 二O一O年十二月二十二日前 言數字鐘已成為人們日常生活中：必不可少的必需品，廣泛用于個人家庭以與車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數字集成電路技術的發展和采用了先進的石英技術，使數字鐘具有走時準確、性能穩定、攜帶方便等優點，它還用于計時、自動報時與自動控制等各個領域。可編程控制器（PLC）是以微

2、處理為核心的通用工業控制裝置，它將傳統的繼電器-接觸器控制系統與計算機控制技術緊密結合，集計算機、控制、通信于一體，為工業自動化提供了幾乎完美的現代化自動控制裝置。近幾年，可編程控制器由于其優良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業中的應用日益廣泛普與。為此，各高校的電器自動化、電氣工程、供用電技術、機電一體化等相關專業相繼開設了有關可編程控制器原理與應用的課程。本設計以西門子公司的S7200CN為基礎，設計了PLC電子時鐘的梯形圖。本設計共分四大章：第一章是基礎部分，介紹了PLC的概述說明了PLC的發展史。第二章主要是數字電子鐘設計的軟件介紹與應用。第三章是數字電子鐘的設計程序，進一步清楚的了

3、解其部結果和工作原理。第四章是針對本設計在制作過程所參考文獻與資料的統一說明與介紹。最后是對指導老師與在本設計過程當中給予我們幫助的老師與領導的感。由于我們的水平有限，難免存在錯誤和疏漏，懇請領導、老師、讀者批評指正。目錄前言1TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc216777933摘要3HYPERLINK l _第一章PLC的概要第一章PLC的概要4HYPERLINK l _Toc2167779361.1 課程設計準備知識4 PAGEREF _Toc216777936 h 5HYPERLINK l _Toc2167779371.11 PLC控制系統設計的基本原則4HY

4、PERLINK l _Toc2167779381.12 PLC控制系統設計的基本容4HYPERLINK l _Toc2167779391.13 PLC控制系統設計的一般步驟5HYPERLINK l _Toc2167779401.2軟件介紹6HYPERLINK l _Toc2167779411.21 軟件介紹6HYPERLINK l _Toc216777942第二章PLC控制電子鐘設計8HYPERLINK l _Toc2167779432.1七段共陰數碼管電子鐘PLC程序設計原理8HYPERLINK l _Toc2167779442.11 控制要求：8HYPERLINK l _Toc216777

5、9452.12 總體設計思想8HYPERLINK l _Toc2167779462.13 具體設計過程8HYPERLINK l _Toc2167779472.2編程元件地址分配10HYPERLINK l _Toc2167779482.3輸入/輸出繼電器的地址分配 PAGEREF _Toc216777948 h 13HYPERLINK l _Toc2167779492.31 輸入/輸出繼電器的地址分配 PAGEREF _Toc216777949 h 13HYPERLINK l _Toc2167779512.4 數字電子鐘控制系統的方案 PAGEREF _Toc216777951 h 14HYPE

6、RLINK l _Toc2167779522.41方案論證14HYPERLINK l _Toc2167779532.42 控制要求14HYPERLINK l _2.43數碼管顯示原理2.43 數碼管顯示原理15HYPERLINK l _Toc2167779552.44數字電子鐘的程序 PAGEREF _Toc216777955 h 15HYPERLINK l _Toc216777956第三章 數字電子鐘梯形圖程序16HYPERLINK l _Toc216777957第四章 結論28HYPERLINK l _附錄（2）_參考文獻_1附錄（1）參考文獻29HYPERLINK l _附錄（1）_謝辭

7、附錄（2）辭30摘要本系統采用計數器、顯示器和校時電路組成。由LED數碼管來顯示plc所輸出的信號。總體方案設計由主體電路和擴展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數字鐘的基本功能,擴展電路完成數字鐘的擴展功能。20世紀末，電子技術獲得了飛速的發展，在其推動下，現代電子產品幾乎滲透了社會的各個領域，有力地推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，同時也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代的節奏也越來種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數字化為基礎的。因此，研究數字鐘與擴大其應用，有著非常現實的意義。關鍵字 PLC 數碼管 計數器第一章PLC的概要1.1 課程設計準備知識學習PL

8、C的最終目的是能把它應用到實際控制系統中去，若遇到實際的工業控制項目，需用PLC進行控制，應如何著手去設計一個控制系統。1.11 PLC控制系統設計的基本原則任何一種電氣控制系統都是為了實現被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統時，應遵循以下基本：1. 最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前，應深入現場進行調查研究，搜集資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協同解決設計中出現的各種問題。2. 在滿足控制要求的的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用和維修方便。3. 保證控制系統的安全、可靠。4. 考慮

9、到生產發展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應適當留有余地。1.12 PLC控制系統設計的基本容PLC控制系統是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的。因此，PLC控制系統的基本容包括如下幾點：1. 選擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關和傳感器等、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執行元件）以與輸出設備驅動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元件，自選擇方法請參考其他有關資料。2. PLC的選擇。PLC是PLC控制系統的核心部件，對于保證整個控制系統的技術經濟性能指標起著重要作用。選擇PLC，應包括機型、容量、I/O點數（模塊）、電源模塊以與特殊功能模塊的選擇等。3.

10、分配I/O點，繪制電氣連接接口圖，并考慮必要的安全保護措施。4. 設計控制程序。梯形圖、語句表（可由編程軟件自動轉換或直接編寫）、控制系統流程圖等。控制程序是控制整個系統工作的軟件，是保證系統工作正常、安全可靠的關鍵，因此控制程序的設計必須經過反復調試、修改，直到滿足為止。5. 必要時還需設計控制臺（柜）。6. 編制系統的技術文件。包括說明書、電氣圖與電氣元件明細表等。傳統的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖與電氣安裝圖。在PLC控制系統中，這些圖可統稱為“硬件圖”。它在傳統的電氣圖的基礎上增加了PLC部分，所以，還應增加PLC的I/O輸入、輸出電氣連接圖（即I/O硬件接線圖）。此外，在P

11、LC 控制系統中，電氣圖還應包括程序圖（梯形圖），可以稱之為“軟件圖”，便于用戶在生產發展過程或工藝改進時修改程序，或維修時分析和排除故障。1.13 PLC控制系統設計的一般步驟（1） 根據生產的工藝過程分析控制要求：需要完成的動作（動作順序、動作條件與必須的保護和聯鎖等）、操作方式（手動、自動；連續、單周期、單步等）。根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，據此確定PLC的I/O點數選擇PLC（考慮性價比等）分配PLC的I/O點，設計I/O電氣接口連接圖（也可結合第2步進行）進行PLC的程序設計，同時可進行控制臺（柜）的設計和現場施工在設計傳統的繼電器控制系統時，必須在控制線路（接線等）設

12、計完成后，才能進行控制臺（柜）的設計和現場施工。由此可見，可減少整個工程的施工量并大大縮短施工周期。對于較復雜的控制系統，需繪制系統流程圖，明確給出動作的順序和條件。設計梯形圖（并程序清單）。這是比較困難的但也是關鍵的一步。要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的基礎與實踐經驗。程序輸入PLC并檢查輸入是否正確。調試和修改直至滿足要求。控制臺（柜）與現場施工完成后，即可進行聯機調試，直至滿足生產要求。編制技術文件。交付使用。1.2 軟件介紹1.21軟件介紹PLC英文全稱Programmable Logic Controller中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數

13、字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器是六十年代末在美國首先出現的，目的是用來取代繼電器，以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能，由此日本稱它為順序控制器。提出PLC概念的是美國通用汽車公司。當時，根據汽車制造業生產線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制盤，以減少汽車改型時，重新設計制造繼電器控制盤的成本和時間。隨著半導體技術尤其是微處理器和微型計算機技術的發展，到七十年代中期以后，PLC已廣泛

14、地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出組件和外圍電路也都采用了規模甚至超大規模的集成電路，這時的“PLC”已不再是僅有邏輯判斷功能了，同時具有數據處理、PID調節和數據通訊功能。美國電氣制造商協會NEMA從1976年開始，經過四年的調查，于1980年把它正式命名為可編程序控制器，簡稱“PLC”。可編程序控制器硬件由六部分構成:中央處理器：它是可編程序控制器的心臟部分。CPU由微處理器存儲實際控制邏輯的程序存儲器和存儲數據、變量的數據儲器構成。電源：給中央處理器提供必需的工作電源。 輸入組件：輸入組件的功能是將操作開關和現場信號送給中央處理器。現場信號可能是開關量、模擬量或針對某一特定目的使用的

15、特殊變量。 輸出組件：輸出組件接收CPU的控制信號，并把它轉換成電壓或電流等現場執行機構所能接收的信號后，傳送控制命令給現場設備的執行器。輸入輸出（簡稱I/O）是可編程序控制器的“手”和“腳”或者叫作系統的“眼睛”和“視覺”。輸入信號包括按扭開關、限位開關、接近開關、光電傳感器、熱電偶、熱電阻、位置檢測開關和編碼器等。輸出信號包括繼電器、指示燈、顯示器、電機啟動等直流和交流設備。編程器：在正常情況下，編程器用于系統初始狀態的配置，控制邏輯程序編制和加載，不能對系統操作。編程器也可用于控制程序的調試和控制系統故障時作為檢查故障的有效工具。第二章PLC控制電子鐘設計2.1 七段共陰數碼管電子鐘PL

16、C程序設計原理2.11控制要求：用四個七段數碼管分別顯示“時十位”、“時個位”、“分十位”和“分個位”。用特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖有“預置”和“校對”時間功能。I/O分配：X0運行開關，X1預置按鈕；Y0A，Y1B，Y2C，Y3D，Y4E，Y5F，Y6G；Y7“秒閃爍”指示；Y13“時十位”顯示，Y12“時個位”顯示，Y11“分十位”顯示，Y10“分個位”顯示。COM端接線：COM1和COM2（Y0Y7所對應的公共端）接24V直流電源“+”極，COM3（Y10Y13所對應的公共端）和COM接24V電源“-”極。2.12總體設計思想為了減少輸出點數和接線，可以將四個共陰數碼管的陽極都用Y0

17、Y6來驅動，但讓其依次輪班接通；四個數碼管的陰極分別用Y10Y13來同步控制其接通“-”極的時間，以期達到四個數碼管輪番顯示的目的。2.13具體設計過程由特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖，用Y7輸出。用計數器C0將秒脈沖變成分脈沖。用左移位指令SHL-W形成分個位左移碼。用左移位指令SHL-B形成分十位左移碼。用左移位指令SHL-W形成時個位左移碼。用左移位指令SHL-B形成時十位左移碼。用左移位指令SHL-B安排四個數碼管輪番接通。將四個左移位碼分別譯成七段數碼管的字顯示碼，并考慮四個數碼管輪番接通問題。將數字顯示碼用Y0Y6輸出。 AF G BE CD七段共陰數碼管2.2 編程元件地址分配編

18、程元件地址分配編程元件編程地址符 號作 用輔助繼電器M0.1M1C0復位與分鐘個位顯示脈沖M0.2M2分鐘十位顯示移位脈沖M0.3M3小時個位顯示移位脈沖M0.4M4小時十位顯示移位脈沖M1.0M10分鐘個位顯示“0”M1.1M11分鐘個位顯示“1”M1.2M12分鐘個位顯示“2”M1.3M13分鐘個位顯示“3”M1.4M14分鐘個位顯示“4”M1.5M15分鐘個位顯示“5”M1.6M16分鐘個位顯示“6”M1.7M17分鐘個位顯示“7”M2.0M20分鐘個位顯示“8”M2.1M21分鐘個位顯示“9”M2.2M2210分鐘到信號M3.0M30分鐘十位顯示“0”M3.1M31分鐘十位顯示“1”M

19、3.2M32分鐘十位顯示“2”M3.3M33分鐘十位顯示“3”M3.4M34分鐘十位顯示“4”M3.5M35分鐘十位顯示“5”M3.6M361小時到信號M3.7M3724小時到信號M4.0M40小時個位顯示“0”M4.1M41小時個位顯示“1”M4.2M42小時個位顯示“2”M4.3M43小時個位顯示“3”M4.4M44小時個位顯示“4”M4.5M45小時個位顯示“5”M4.6M46小時個位顯示“6”M4.7M47小時個位顯示“7”M5.0M50小時個位顯示“8”M5.1M51小時個位顯示“9”M5.2M5210小時到信號M6.0M60小時十位顯示“0”M6.1M61小時十位顯示“1” 續表編

20、程元件編程地址符 號作 用輔助繼電器M6.2M62小時十位顯示“2”M8.0M80分鐘個位調整脈沖M8.1M81分鐘十位調整脈沖M8.2M82小時個位調整脈沖M8.3M83小時十位調整脈沖M9.0M90選擇分鐘個位顯示M9.1M91選擇分鐘十位顯示M9.2M92選擇小時個位顯示M9.3M93選擇小時十位顯示M10.0M100分鐘個位a段M10.1M101分鐘個位b段M10.2M102分鐘個位c段M10.3M103分鐘個位d段M10.4M104分鐘個位e段M10.5M105分鐘個位f段M10.6M106分鐘個位g段M11.0M110分鐘十位a段M11.1M111分鐘十位b段M11.2M112分鐘

21、十位c段M11.3M113分鐘十位d段M11.4M114分鐘十位e段M11.5M115分鐘十位f段M11.6M116分鐘十位g段M12.0M120小時個位a段M12.1M121小時個位b段續表2.3 輸入/輸出繼電器的地址分配2.31 輸入/輸出繼電器的地址分配.2.4 數字電子鐘控制系統的方案2.41 方案論證目前常用的數字電子鐘控制方法有單片機控制PLC控制。兩種方式的控制原理基本相似，都是分別以各自的主控器件來完成門信號的采集、運行狀態控制和設定，達到自動調節和控制運行的功能。本設計采用PLC控制方式，選用西門子S7-200PLC作控制器，繼電器輸出，時間顯示用4個數碼管,完成本設計要求

22、的各項指標，實現數字電子鐘的控制。數字電子鐘是一個將“ 時”，“分”，“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，PLC控制數字電子鐘采用數碼管顯示。2.42.控制要求數字電子鐘的控制要求如下：開機時初始狀態顯示為00時00分，按下啟動按鈕，控制器開始計時工作。能將時間顯示調整到當前的時間。設置相應的手動按鈕，使控制器使用更加方便。2.43數碼管顯示原理 開機時顯示為00時00分PLC的輸出點分別接到七段數碼管的Y0Y6上。要顯示數字只需要Y0Y6有輸出信號。例如，顯示1只需Y1和Y2有信號輸出，它的十進制常數為K6=1*2+1*4,即K6轉換為二進制數正好滿足要求。再把常數值

23、K6由MOV指令傳送到相應的數碼管就可以顯示數字了。2.44 數字電子鐘的程序（1）控制任務設計一個數字電子鐘，用LED數碼管顯示當前的時間，根據控制要求，需要顯示的時間如下：秒：由SM0.5來實現一秒的脈沖發生器分鐘：顯示圍為0059，用兩只LED數碼管顯示小時：顯示圍為0023，用兩只LED數碼管顯示（2）LED數碼管的工作原理一只LED數碼管可以看成是一組LED，有兩種接線方式，一種是共陰極接法，一種是共陽極接法。當發光二極管為正向偏置時，就會點亮。（3）秒脈沖發生器所謂秒脈沖發生器就是每秒生成一個脈沖，這個脈沖是所有計時器的基準，可以通過編程的方式實現，也可以利用PIC的特殊繼電器，如

24、S7200的周期為1秒的脈沖發生器SM0.5來實現，編程更簡單。第三章 數字電子鐘梯形圖程序第四章 結論由于數字電子鐘是采用數字電路實現對“時”、“分”、“秒”數字顯示的計時裝置。所以數字鐘的精度、穩定度遠遠超過老式機械鐘。與傳統機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀無機械傳動裝置等優點。在數字顯示方面，目前以有集成的記數、譯碼電路，他可以直觀的驅動數碼顯示器件。也可直接采用CMOS-LED光電組合器件，構成模塊式石英晶體數字鐘。這些電路裝置十分小巧，安裝使用也方便，如果想實現大型光電顯示，可以加一定的驅動電路，采用白熾燈顯示系統,做起來也不困難。數字電子鐘是以不同的計數器為基本單元構成的，它的

25、用途十分廣泛，只要有計時、計數的存在，便要用到數字鐘的原理與結構；同時在日期中，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣大消費的喜愛。采用PLC的定時中斷功能實現定時，不僅定時精度高，編程簡單，顯示效果穩定可靠，具有較大的實用價值。高等職業院校的培養目標的首要任務是培養具有創新精神和實踐能力的各類技術人才，人才培養目標的實現必須有一定的實踐教學環節。我們通過實踐教學環節的訓練與鍛煉，才能在實踐中不斷鞏固和加深理論知識，提高獨立工作的能力和創新能力。通過數字電子鐘的設計于制作，我們能夠掌握一定的匯編語言知識并用于編寫程序，掌握了定時與計數器的使用方法，以與微機常用的輸入輸出方式與接口技術。培養了自己的動手操作和實踐能力，學習并鞏固了程序設計的基本思路和方法。附錄（1） 參考文獻1 胡學林 可編程控制器教程 電子工業。2004 P452 廖常初 S7200PL編程與應用 機械工業。2005 P86-923.志新 電器