基于PLC控制的数字显示电子钟设计说明

1、 PAGE29 / NUMPAGES31工程学院本科毕业论文论文题目：基于PLC控制的数字显示电子钟设计系 部： 机械与电气工程学院 专 业： 07电气工程与其自动化（3） 姓 名： 叶 新 颖 学 号： 2007100025 指导教师： 黄 建 红 二O一O年十二月二十二日前 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与车站、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、自动报时与自动控制等各个领域。可编程控制器（PLC）是以微

2、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与。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与应用的课程。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与应用。第三章是数字电子钟的设计程序，进一步清楚的了

3、解其部结果和工作原理。第四章是针对本设计在制作过程所参考文献与资料的统一说明与介绍。最后是对指导老师与在本设计过程当中给予我们帮助的老师与领导的感。由于我们的水平有限，难免存在错误和疏漏，恳请领导、老师、读者批评指正。目录前言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 课程设计准备知识4 PAGEREF _Toc216777936 h 5HYPERLINK l _Toc2167779371.11 PLC控制系统设计的基本原则4HY

4、PERLINK l _Toc2167779381.12 PLC控制系统设计的基本容4HYPERLINK l _Toc2167779391.13 PLC控制系统设计的一般步骤5HYPERLINK l _Toc2167779401.2软件介绍6HYPERLINK l _Toc2167779411.21 软件介绍6HYPERLINK l _Toc216777942第二章PLC控制电子钟设计8HYPERLINK l _Toc2167779432.1七段共阴数码管电子钟PLC程序设计原理8HYPERLINK l _Toc2167779442.11 控制要求：8HYPERLINK l _Toc216777

5、9452.12 总体设计思想8HYPERLINK l _Toc2167779462.13 具体设计过程8HYPERLINK l _Toc2167779472.2编程元件地址分配10HYPERLINK l _Toc2167779482.3输入/输出继电器的地址分配 PAGEREF _Toc216777948 h 13HYPERLINK l _Toc2167779492.31 输入/输出继电器的地址分配 PAGEREF _Toc216777949 h 13HYPERLINK l _Toc2167779512.4 数字电子钟控制系统的方案 PAGEREF _Toc216777951 h 14HYPE

6、RLINK l _Toc2167779522.41方案论证14HYPERLINK l _Toc2167779532.42 控制要求14HYPERLINK l _2.43数码管显示原理2.43 数码管显示原理15HYPERLINK l _Toc2167779552.44数字电子钟的程序 PAGEREF _Toc216777955 h 15HYPERLINK l _Toc216777956第三章 数字电子钟梯形图程序16HYPERLINK l _Toc216777957第四章 结论28HYPERLINK l _附录（2）_参考文献_1附录（1）参考文献29HYPERLINK l _附录（1）_谢辞

7、附录（2）辞30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，研究数字钟与扩大其应用，有着非常现实的意义。关键字 PLC 数码管 计数器第一章PLC的概要1.1 课程设计准备知识学习PL

8、C的最终目的是能把它应用到实际控制系统中去，若遇到实际的工业控制项目，需用PLC进行控制，应如何着手去设计一个控制系统。1.11 PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本：1. 最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。2. 在满足控制要求的的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便。3. 保证控制系统的安全、可靠。4. 考虑

9、到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余地。1.12 PLC控制系统设计的基本容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统的基本容包括如下几点：1. 选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以与输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，自选择方法请参考其他有关资料。2. PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。选择PLC，应包括机型、容量、I/O点数（模块）、电源模块以与特殊功能模块的选择等。3.

10、分配I/O点，绘制电气连接接口图，并考虑必要的安全保护措施。4. 设计控制程序。梯形图、语句表（可由编程软件自动转换或直接编写）、控制系统流程图等。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠的关键，因此控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足为止。5. 必要时还需设计控制台（柜）。6. 编制系统的技术文件。包括说明书、电气图与电气元件明细表等。传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图与电气安装图。在PLC控制系统中，这些图可统称为“硬件图”。它在传统的电气图的基础上增加了PLC部分，所以，还应增加PLC的I/O输入、输出电气连接图（即I/O硬件接线图）。此外，在P

11、LC 控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图），可以称之为“软件图”，便于用户在生产发展过程或工艺改进时修改程序，或维修时分析和排除故障。1.13 PLC控制系统设计的一般步骤（1） 根据生产的工艺过程分析控制要求：需要完成的动作（动作顺序、动作条件与必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）。根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数选择PLC（考虑性价比等）分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（也可结合第2步进行）进行PLC的程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工在设计传统的继电器控制系统时，必须在控制线路（接线等）设

12、计完成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。由此可见，可减少整个工程的施工量并大大缩短施工周期。对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，明确给出动作的顺序和条件。设计梯形图（并程序清单）。这是比较困难的但也是关键的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的基础与实践经验。程序输入PLC并检查输入是否正确。调试和修改直至满足要求。控制台（柜）与现场施工完成后，即可进行联机调试，直至满足生产要求。编制技术文件。交付使用。1.2 软件介绍1.21软件介绍PLC英文全称Programmable Logic Controller中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数

13、字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，由此日本称它为顺序控制器。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。当时，根据汽车制造业生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制盘，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。随着半导体技术尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到七十年代中期以后，PLC已广泛

14、地使用微处理器作为中央处理器，输入输出组件和外围电路也都采用了规模甚至超大规模的集成电路，这时的“PLC”已不再是仅有逻辑判断功能了，同时具有数据处理、PID调节和数据通讯功能。美国电气制造商协会NEMA从1976年开始，经过四年的调查，于1980年把它正式命名为可编程序控制器，简称“PLC”。可编程序控制器硬件由六部分构成:中央处理器：它是可编程序控制器的心脏部分。CPU由微处理器存储实际控制逻辑的程序存储器和存储数据、变量的数据储器构成。电源：给中央处理器提供必需的工作电源。 输入组件：输入组件的功能是将操作开关和现场信号送给中央处理器。现场信号可能是开关量、模拟量或针对某一特定目的使用的

15、特殊变量。 输出组件：输出组件接收CPU的控制信号，并把它转换成电压或电流等现场执行机构所能接收的信号后，传送控制命令给现场设备的执行器。输入输出（简称I/O）是可编程序控制器的“手”和“脚”或者叫作系统的“眼睛”和“视觉”。输入信号包括按扭开关、限位开关、接近开关、光电传感器、热电偶、热电阻、位置检测开关和编码器等。输出信号包括继电器、指示灯、显示器、电机启动等直流和交流设备。编程器：在正常情况下，编程器用于系统初始状态的配置，控制逻辑程序编制和加载，不能对系统操作。编程器也可用于控制程序的调试和控制系统故障时作为检查故障的有效工具。第二章PLC控制电子钟设计2.1 七段共阴数码管电子钟PL

16、C程序设计原理2.11控制要求：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”。用特殊继电器SM0.5提供秒脉冲有“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Y0

17、Y6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具体设计过程由特殊继电器SM0.5提供秒脉冲，用Y7输出。用计数器C0将秒脉冲变成分脉冲。用左移位指令SHL-W形成分个位左移码。用左移位指令SHL-B形成分十位左移码。用左移位指令SHL-W形成时个位左移码。用左移位指令SHL-B形成时十位左移码。用左移位指令SHL-B安排四个数码管轮番接通。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。将数字显示码用Y0Y6输出。 AF G BE CD七段共阴数码管2.2 编程元件地址分配编

18、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复位与分钟个位显示脉冲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”M

19、3.2M32分钟十位显示“2”M3.3M33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” 续表编

20、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

21、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段续表2.3 输入/输出继电器的地址分配2.31 输入/输出继电器的地址分配.2.4 数字电子钟控制系统的方案2.41 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

22、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.控制要求数字电子钟的控制要求如下：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。能将时间显示调整到当前的时间。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 开机时显示为00时00分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

23、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（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：显示围为0059，用两只LED数码管显示小时：显示围为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

24、S7200的周期为1秒的脉冲发生器SM0.5来实现，编程更简单。第三章 数字电子钟梯形图程序第四章 结论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

25、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与结构；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。高等职业院校的培养目标的首要任务是培养具有创新精神和实践能力的各类技术人才，人才培养目标的实现必须有一定的实践教学环节。我们通过实践教学环节的训练与锻炼，才能在实践中不断巩固和加深理论知识，提高独立工作的能力和创新能力。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，以与微机常用的输入输出方式与接口技术。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。附录（1） 参考文献1 胡学林 可编程控制器教程 电子工业。2004 P452 廖常初 S7200PL编程与应用 机械工业。2005 P86-923.志新 电器