职业学院电气自动化毕业设计(基于PLC的数字电子钟设计)

基于 PLC 的数字电子钟设计 南通航运职业技术学院南通航运职业技术学院 毕业论文毕业论文 论文题目：基于 PLC 的数字电子钟设计 系部：机电系 专业：电气自动化 姓名：邢冒冬 学号：173081131 指导教师：曹京生 二 O 一一年三月二十一日 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 1页 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 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。 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 2页 目录目录 前言1 摘要.3 关键字PLCPLC数码管数码管计数器计数器3 第一章 PLC 的概要. 4 1.1PLC 的由来4 1.2PLC 特点4 1.3PLC 的发展4 1.4PLC 的未来5 第二章 PLC 控制电子钟设计.6 2.1 七段共阴数码管电子钟 PLC 程序设计原理.6 2.11 控制要求：.6 2.12 总体设计思想.6 2.13 具体设计过程.6 2.2编程元件地址分配8 2.3输入/输出继电器的地址分配.11 2.31 输入/输出继电器的地址分配11 2.4数字电子钟控制系统的方案12 2.41 方案论证12 2.42.控制要求12 2.43 数码管显示原理.12 2.44 数字电子钟的程序13 第三章 数字电子钟梯形图程序 14 第四章 总结.26 附录（1）参考文献.27 附录（2）谢辞.28 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 3页 摘要摘要 本系统采用计数器、显示器和校时电路组成。由 LED 数码管来显示 PLC 所输出的信号。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主 体电路完成数字钟的基本功能,扩展电路完成数字钟的扩展功能。 20 世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几 乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程 度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也 越来种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因 此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 关键字PLCPLC数码管数码管计数器计数器 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 4页 第一章第一章 PLC 的概要的概要 1.1PLC 的由来的由来 可编程序控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是 为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程序逻辑控制 器（Programmable Logic Controller），简称 PLC，它主要用来代替继电器实现 逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范 围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人 计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 PLC。 1.2PLC 特点特点 PLC 具有极高大可靠性，并且具有丰富的 I/O 接口模块，同时它采用模块化结构， 编程简单易学，安装简单，维修方便。 1.3PLC 的发展的发展 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业 控制装置。此时的 PLC 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个 人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序 控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） 。20 世纪 70 年代中 末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控 制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工 业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中 的地位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应 用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可 编程控制器已步入成熟阶段。20 世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展 最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 5页 力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入 过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系 统。20 世纪末期， 可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。 这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产 了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配 套更加容易。 1.4PLC 的未来的未来 1.产品规模向大、 小两个方向发展 大： I/O 点数达14336点、 32位为微处理器、 多 CPU 并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型 模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2.PLC 在闭环过程控制中应用日益广泛 3.不断加强通讯功能 4.新器件和模块不断推出 高档的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高处理速度外， 还有带处理器的 EPROM 或 RAM 的智能 I/O 模块、远程 I/O 模块等专用化模块。 5.编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复 杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高 档的 PLC 指令系统 6.发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7.追求软硬件的标准化。 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 6页 第二章第二章 PLC 控制电子钟设计控制电子钟设计 2.1 七段共阴数码管电子钟七段共阴数码管电子钟 PLC 程序设计原理程序设计原理 2.11 控制要求：控制要求： 1. 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” 。 2. 用特殊继电器 SM0.5 提供秒脉冲 3. 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。 COM 端接线： COM1 和 COM2 （Y0Y7 所对应的公共端） 接 24V 直流电源 “+” 极，COM3（Y10Y13 所对应的公共端）和 COM 接 24V 电源“-”极。 2.12 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。 2.13 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。 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 7页 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。 9. 将数字显示码用 Y0Y6 输出。 A FGB EC D 七段共阴数码管 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 8页 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” 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” M33M33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 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” 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 9页 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 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 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 10页 续表 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 11页 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 2.31 输入输入/输出继电器的地址分配输出继电器的地址分配 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 12页 2.4数字电子钟控制系统的方案数字电子钟控制系统的方案 2.41 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。 2.42.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 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。 2.43 数码管显示原理数码管显示原理 开机时显示为 00 时 00 分 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 13页 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。 2.44 数字电子钟的程序数字电子钟的程序 （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 秒的脉冲发生器 SM0.5 来实现，编程更简单。 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 14页 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 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 15页 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 16页 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 17页 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 18页 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 19页 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 20页 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 21页 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 22页 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 23页 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 24页 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 25页 南通航运职业技术学院毕业设计论文 第 26页 第四章第四章 总结总结 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。 通过数字电子钟的设计于制作，我们能够掌握一定的汇编语言知识并用 于编写程序，掌握了定时与计数器的使用方法，以及微机常用的输入输出方 式及接口技术。培养了自己的动手操作和实践能力，学习并巩固了程序设计 的基本思路和方法。 基于 PLC 的数字电子钟设计 第 27页 附录（附录（1