机电传动课程设计报告书霓虹灯饰的控制系统方案

1、课程设计报告课程名称机电一体化驱动控制（包括PLC）霓虹灯主题控制系统（十组）目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc330549616 1. 课程设计任务书 PAGEREF _Toc330549616 h 1 HYPERLINK l _Toc330549617 2. 整体设计 PAGEREF _Toc330549617 h 2 HYPERLINK l _Toc330549618 （一）设计方案对比论证 PAGEREF _Toc330549618 h 2 HYPERLINK l _Toc330549619 (2) 总体设计方案 PAGEREF _Toc330549

2、619 h 4 HYPERLINK l _Toc330549620 3. 硬件系统设计 PAGEREF _Toc330549620 h 5 HYPERLINK l _Toc330549621 （一） PAGEREF _Toc330549621 h PLC简介5 HYPERLINK l _Toc330549622 (2) S7-200可编程控制器部分说明 PAGEREF _Toc330549622 h 6 HYPERLINK l _Toc330549630 (3) 可编程控制器I/O端口分配 PAGEREF _Toc330549630 h 7 HYPERLINK l _Toc330549631

3、(4) 外部接线图 PAGEREF _Toc330549631 h 8 HYPERLINK l _Toc330549632 4. 编程 PAGEREF _Toc330549632 h 9 HYPERLINK l _Toc330549633 (1) 程序设计框图 PAGEREF _Toc330549633 h 9 HYPERLINK l _Toc330549634 (2) 梯形图 PAGEREF _Toc330549634 h 10 HYPERLINK l _Toc330549635 (3) 报表表 PAGEREF _Toc330549635 h 13 HYPERLINK l _Toc33054

4、9636 五、程序调试及问题处理 PAGEREF _Toc330549636 h 17 HYPERLINK l _Toc330549637 （一）程序调试 PAGEREF _Toc330549637 h 17 HYPERLINK l _Toc330549638 (2) 设计实物图 PAGEREF _Toc330549638 h 17 HYPERLINK l _Toc330549639 (3) 问题处理 PAGEREF _Toc330549639 h 19 HYPERLINK l _Toc330549645 6. 总结 PAGEREF _Toc330549645 h 20 HYPERLINK l

5、 _Toc330549646 7. 参考文献 PAGEREF _Toc330549646 h 211.课程设计任务书课程设计主题：霓虹灯控制系统（十组）课程设计时间： 2012年7月16日至2012年7月27日课程设计要求：关闭启动按钮，按以下规则显示：1 2、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, 8 7, 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

6、：年月日课程设计评论项目课程设计态度评估10%考勤评价 10%任务难度, 数量评价 10%创新评价10%综合设计能力评估 20%20%的报告撰写规则评估口服20%分数综合评分评审老师：2012 年月日2. 整体设计（一）设计方案对比论证本设计基于设计需要。我们设计的题目本质是控制灯光的循环闪烁，然后通过灯光的布局达到美化的目的。选择 S7-200 可编程控制器作为编程工具。输出步Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1结果123456789101+12+2、83+3、74+4、65+56+4、67+3、78+2、89+110+1、211+1、2、3、41

7、2+1-613+1-814+3-815+5、6、7、816+7、817+1、518+4、819+3、720+2、621+1、3、5、722+2、4、6、823+1、3、5、724+2、4、6、825+闪 3 次26+927+10(2) 总体设计方案S7-200(CPU224)S7-200(CPU224)可编程控制器10组灯复位按键图2-1 系统总体设计框图据此，本设计系统以S7-200为控制核心，可编程控制器为控制终端，10组灯状态模块。系统整体框图如图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，随时调用重置按钮。3、硬件系统设计（一）PLC简介

8、根据我校现有设备的基本情况，本课程设计主要使用的PLC是西门子S7-200。基于此，我们设计了我们的程序。西门子S7-200系列小型PLC可用于各种自动化系统。紧凑的结构、低成本和强大的指令集使 S7-200 PLC 成为各种小型控制任务的理想解决方案。此外，西门子S7-200 产品的多样化搭配基于 Windows 的编程工具，使用户能够更灵活地完成自动化任务。并且有国内的，更便宜的价格。图 3-1 PLC 结构图S7-200系列突出表现在以下几个方面：极高的可靠性；极其丰富的指令集；容易掌握；操作方便；丰富的集成功能；实时功能；沟通能力强；丰富的扩展模块S7-200系列充分发挥其在分布式自动

9、化系统中的强大功能。使用外壳的范围可以从简单的控制替代继电器到更复杂的自动化控制。应用领域极其广泛，涵盖了与自动检测和自动控制相关的所有工业和民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环保设备等。在我们的设计中PLC的选择主要是根据I/O口的数量。系统需要2个输入端口和10个输出端口，所以我们选择西门子S7-200系列的CPU224。具有14个输入端口和10个输出端口，共24个。还具有扩展功能，可扩展为168点数字量或35点模拟量输入输出；增加一些数学指令和高速计数器，控制能力强。正是我们设计系统所需要的。(2) S7-200可编程控制器的部分命令我们这次设计的程序主要使用移位寄存器和

10、定时器。因此，有必要充分了解这两条指令的基础知识，为后续的编程打下基础。下面，我们将首先介绍这两个指令。1.移位寄存器(1) 移位寄存器指令功能SHRB将DATA值移入移位寄存器，可以指定移位指令的移位寄存器长度和移位方向。图 3-2 命令格式(2) 使用说明1 ） EN ：使能输入端，接移位脉冲信号，每次使能有效，整个移位寄存器移动1位。2 ）数据输入： 3DATA：数据输入端：连接移入移位寄存器的二进制值，该位的值在指令执行时移入寄存器。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的正值表示左移。输入数据（ DATA ）移入移位寄

11、存器的最低位（ S_BIT ），移出移位寄存器的最高位。移出的数据放置在溢出位 ( SM1.1 ) 中。 N的负值表示右移，输入数据移入移位寄存器的最高位并移出最低位（ S_BIT ）。移出的数据放置在溢出位 ( SM1.1 ) 中。2.定时器定时器的本质是计算时间间隔。计时器的分辨率（时基）决定了每个间隔的时间长度。在S7-200系列PLC的定时器中，定时器的分辨率为1ms、10ms、100ms。这三个定时器的刷新方式不同，所以使用方式也有很大不同。定时时间T=PT（设定值，最大值为32767）分辨率（时基）定时器类型：接通延迟定时器 TON (On-Delay Timer) 接通延迟定时器

12、用于对单个时间间隔进行计时。内存开启延时定时器 TONR（Retentive On-Delay Timer）内存开启延时定时器具有对定时器状态的记忆功能，用于多次间隔的累计计时。需要注意的是，TONR定时器的状态不能通过断开输入端或电源来改变，只能通过复位命令R来复位。关断延时定时器 TOF（Off-Delay Timer）关断延时定时器用于在输入断开后延时输出一段时间。在上电周期或第一次扫描期间，定时器位为 OFF，当前值为 0。当输入打开时，定时器位为 ON，当前值为 0。当输入从 on 切换到关闭，计时器开始计时。当达到设定值时，定时器位为OFF，当前值等于设定值，定时器停止。当输入端子

13、再次由OFF变为ON时，TOF复位；如果输入端子再次由ON变为OFF，则可以重新启动TOF。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）（毫秒）计时器编号内存延时定时器吨1T0, T6410T1-T4、T65-T68100T5-T31、T69-T95延时定时器关延时定时器吨到F1T32、T9610T33- T36、T97- T100100T37-T63、T101-T255(3) 可编程控制器I/O 端口分配根据设计控制系统的要求，启动按钮SD采用自锁按钮，连接主机输入口I0.4。闪烁。同时也控制了实验版上按钮SD的控制。十组霓虹灯1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分

14、别连接输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0。 4、PLC的Q0。 5. Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1。按下启动按钮I0.4，SD开启，输出端子Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1。 0、Q1.1可以控制霓虹灯1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的开和关。如果在显示过程中，想重新开始显示，可以按I0.0来达到目的。如果要关灯，按I0.4，程序停止运行，霓虹灯熄灭。有关具体的I/O 端口分配，请参见表 3-2。表 3-2 I/O 端口分配表进入输出输入点描述输出点描述I0.0 (SB1)重置Q0.0L1显示I0.4 (标清

15、)开始停止Q0.1L2显示Q0.2L3显示Q0.3L4显示Q0.4L5显示Q0.5L6显示Q0.6L7显示屏Q0.7L8 显示屏Q1.0L9 显示屏Q1.1L10显示(4) 外部接线图图 3-3 PLC 外部接线图4. 程序设计(1) 程序设计框图上上 电启动移位寄存器启动移位寄存器第一组灯亮第一组灯亮延时延时2秒Y是否结束Y是否结束NN依次循环依次循环第十组灯亮第十组灯亮延时延时2秒N是否结束N是否结束 Y Y结结 束(2) 梯形图(3) 声明清单网络 1/ M0.0 开始LD I0.4安M0.0吨 T37，+20网络 2LD T37= M0.0网络 3/ M1.0 开始LD I0.4吨 T

16、38，+30一个T38= M1.0网络 4/ 开始循环LD M1.0 M0.2= M10.0网络 5/ 辅助继电器 M20.0 启动LD M11.7= M20.0网络 6/ 重复循环2S后开始LD M21.6吨 T39，+20安T39= M0.2网络 7/移位寄存器使辅助继电器一个接一个启动LD M0.0SHRB M10.0, M10.1, +15SHRB M20.0, M20.1, +14网络 8/ 第 1 组灯亮LD M10.1 M11.1 M11.2 M11.3 M11.4 M11.5 M20.2 M20.6 M21.0 T47= Q0.0网络 9/ 第 2 组灯亮LD M10.2M11

17、.0M11.2M11.3M11.4M11.5M20.5M20.7M21.1T47= Q0.1网络 10/ 第三组灯笼亮LD M10.3M10.7M11.3M11.4M11.5M11.6M20.4M20.6M21.0T47= Q0.2网络 11/ 第四组灯笼亮LD M10.4M10.6M11.3M11.4M11.5M11.6M20.3M20.7M21.1T47= Q0.3网络 12/ 第五组灯笼亮LD M10.5M11.4M11.5M11.6M11.7M20.2M20.6M21.0T47= Q0.4网络 13/第6组灯笼亮LD M10.4M10.6M11.4M11.5M11.6M11.7M20.

18、5M20.7M21.1T47= Q0.5网络 14/ 第七组灯笼亮LD M10.3M10.7M11.5M11.6M11.7M20.1M20.4M20.6M21.0T47= Q0.6网络 15/第8组灯笼亮LD M10.2M11.0M11.5M11.6M11.7M20.1M20.3M20.7M21.1T47= Q0.7网络 16/ 全部闪烁 3 次LD M21.2 M21.3 M21.4安T48吨 T47，+10网络 17/ 全部闪烁 3 次LD T47吨 T48，+10网络 18/ 第 9 组灯亮LD M21.5= Q1.0网络 19/ 第 10 组灯亮LD M21.6= Q1.1网络 20/

19、 手动复位LD I0.0EDR M10.0, 16R M20.0, 15五、程序调试及问题解决(1) 程序调试硬件调试：打开电源，检查西门子S7-200可编程控制器是否可以正常工作，连接器是否接触良好，然后连接到电脑的通讯口。按要求在编辑软件中输入梯形图，检查语法，正确后设置正确的通讯端口，将指令读入指定的可编程控制器ROM，进行下一步调试。接线：实验板上的1-8灯接PLC面板上的Q0.0-Q0.7，第二块实验板上的1、2灯接Q1.0、Q1.1；实验板上V+口接L+，COM口接1M。运行调试：在正确的硬件调试和软件调试的基础上，打开西门子可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行情况，看系

20、统是否可以随时按停止键停止。根据以上调试情况，霓虹灯PLC控制系统的设计符合要求。(2) 设计实物图图 5-1 实际接线图图 5-2 显示部分接线（注：提供的设备只有八组灯，另外两组灯用其他模块的灯代替了第九组灯和第十组灯，以满足设计要求。）图 5-3 霓虹灯实际显示(3) 问题解决在程序的仿真过程中，我不知道移位寄存器的移位次数，所有29个移位都由一个移位寄存器控制。这时发现当霓虹灯运行到第十五组灯闪烁时，程序停止运行。我们猜测班次的数量是有限制的。通过向老师请教并在网上查资料，我们的猜想得到了证实。移位寄存器的最大移位次数不超过 16 次。因此，我们使用两个移位寄存器而不是一个。 ，利用第一个移位寄存器最后一位的溢出来控制第二个移位寄存器的移位开始。最后，霓虹灯可以按设计闪烁和循环。在接线的过程中，由于实验板只有八盏灯，我们将两块实验板合二为一，用第二块实验板的两组灯代替第九组和第十组灯的闪烁情况，从而使实验情况得以充分实现。调试时，应严格按照实验室的规章制度进行操作。在计算机中输入指令程序，然后写入PLC。注意程序要根据程序的长度来编写，这样会节省程序编写时间。如果在程序传输过程中出现通讯错误，请检查PLC的电源是否打开，或者PLC与计算机的接口是否连接好。程序的设计应与调试相协调，较复杂的控制系统应分段设计，便于分析和修改。6.总结为期两周的机电传动课程