機電傳動課程設計報告書(霓虹燈飾的控制系統(tǒng))

1、課課 程程 設設 計計 報報 告告 書書 所屬課程名稱所屬課程名稱 機電傳動控制（含機電傳動控制（含 plcplc） 題題 目目 霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組）霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組） 分分 院院 機電學院機電學院 專專 業(yè)、班業(yè)、班 級級 學學 號號 學學 生生 姓姓 名名 指指 導導 教教 師師 2012 年年 07 月月 25 日日 成績：成績： 目目 錄錄 一、課程設計任務書一、課程設計任務書.1 1 二、總體設計二、總體設計.2 2 （一）設計方案的比較和論證.2 （二）總體設計方案.4 三、硬件系統(tǒng)設計三、硬件系統(tǒng)設計.5 5 （一）plc 的介紹 .5 （二）s7-200 可編程控

2、制器部分指令 .6 （三）可編程控制器 i/o 端口分配.7 （四）外部接線圖.8 四、程序設計四、程序設計.9 9 （一）程序設計框圖.9 （二）梯形圖.10 （三）語句表.13 五、程序調試及問題處理五、程序調試及問題處理.1717 （一）程序調試.17 （二）設計實物圖.17 （三）問題處理.19 六、總結六、總結.2020 七、參考文獻七、參考文獻.2121 一、課程設計任務書一、課程設計任務書 課程設計題目：課程設計題目： 霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組）霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組） 課程設計時間：課程設計時間：自 2012 年 7 月 16 日起至 2012 年 7 月 27 日 課程設計

3、要求：課程設計要求： 合上啟動按鈕，按以下規(guī)律顯示： 12、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、87、 81、54、83、72、61、3、5、72、4、6、81、3、5、72、4、 6、8全部閃爍 3 次9101 學生簽名：學生簽名： 年年 月月 日日 課程設計評閱意見課程設計評閱意見 項項 目目 課程設課程設 計態(tài)度計態(tài)度 評價評價 10%10% 出勤出勤 情況情況 評價評價 10%10% 任務難任務難 度度 、量評、量評 價價 10%10% 創(chuàng)新性評價創(chuàng)新性評價 10%10% 綜合設

4、計綜合設計 能力評價能力評價 20%20% 報告書寫報告書寫 規(guī)范評價規(guī)范評價 20%20% 口試口試 20%20% 成成 績績 綜合評定等級綜合評定等級 評閱教師：評閱教師： 20122012 年年 月月 日日 二、總體設計二、總體設計 （一）（一）設計方案的比較和論證設計方案的比較和論證 此次設計根據設計需要，我們設計的題目的實質就是控制燈的循環(huán)閃爍， 然后通過燈的布局來達到美化的目的。選用 s7-200 可編程控制器作為編程工具。 選用定時器 優(yōu)點：首先，在平時的plc 學習中，我們經常使用該指令進行一些程序的 編寫，對它的實際應用也有比較深刻的理解。其次，選用定時器，使編寫的程 序更加

5、容易理解，也便于修改，從而，根據實際情況更好的調試程序。 缺點：該指令也存在很大的問題，通過該指令編寫的程序一般都比較冗長， 稍有不細心，就會在時間的控制上出現(xiàn)錯誤，導致整個程序不能按實際的設計 要求達到目的。而我們此次設計的題目要控制燈閃爍的組別特別多，需要29 組 不同的情況，同時，還要達到循環(huán)閃爍。 所以，如果單純的使用該指令將會使程序過于復雜，不適合實驗的調試和 以后的修改。 選用移位寄存器 優(yōu)點：聽過老師的介紹和自己在網上查閱的資料，這條指令對于我們此次 設計的要求十分滿足，特別是在控制燈的循環(huán)閃爍方面。 能更好的優(yōu)化程序，使 設計的程序更加簡潔。 缺點：該指令平時的學習接觸的比較少

6、，不能更好的在實際情況中應用。 同時，該條指令在控制燈的閃爍時間上不能滿足，但這也是我們此次設計要面 對的問題。 所以，單純的選用移位寄存器也難以達到設計要求。 綜上所述，應該將兩者結合在一起，用定時器控制燈的閃爍時間，移位寄 存器控制燈的循環(huán)閃爍。根據設計要求我們將各個燈的閃爍情況做成如表2-1 表 2-1 燈閃爍分布圖 q0.0q0.1q0.2q0.3q0.4q0.5q0.6q0.7q1.0q1.1 輸出 步 12345678910 結果 1+ +1 2+ + + 2、8 3+ + + 3、7 4+ + + 4、6 5+ +5 6+ + + 4、6 7+ + + 3、7 8+ + + 2、

7、8 9+ +1 10+ + + 1、2 11+ + + + + 1、2、3、4 12+ + + + + + +1-6 13+ + + + + + + + +1-8 14+ + + + + + +3-8 15+ + + + + 5、6、7、8 16+ + + 7、8 17+ + + 1、5 18+ + + 4、8 19+ + + 3、7 20+ + + 2、6 21+ + + + + 1、3、5、7 22+ + + + + 2、4、6、8 23+ + + + + 1、3、5、7 24+ + + + + 2、4、6、8 25+ + + + + + + + + + + 閃爍 3 次 26+ +9 2

8、7+ +10 （二）總體設計方案（二）總體設計方案 s7-200(cpu224)可編程控制器 10 組燈 復位按鍵 圖 2-1 系統(tǒng)總體設計框圖 據此，本設計系統(tǒng)以 s7-200 為控制核心，可編程控制器作為控制端，10 組燈狀態(tài)模塊。系統(tǒng)的總體框圖 2-1 所示。s7-200 上電后，系統(tǒng)進入正常工作 狀態(tài)，執(zhí)行 10 組燈的閃爍控制，在此過程中隨時調用復位按鍵。 三、硬件系統(tǒng)設計三、硬件系統(tǒng)設計 （一）（一）plcplc 的介紹的介紹 根據我們學?，F(xiàn)有設備的基本情況，我們這次課程設計主要使用的 plc 為 西門子的 s7-200。以此為基礎，設計我們的程序。 西門子 s7-200 系列小型

9、 plc 可應用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結構、低廉 的成本以及功能強大的指令集使得 s7-200 plc 成為各種小型控制任務理想的 解決方案。另外，西門子 s7-200 產品的多樣化以及基于 windows 的編程工具使 用戶能夠更加靈活地完成自動化任務。而且有國產的，價格更低廉。 圖 3-1 plc 結構圖 s7-200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極豐富的指令集； 易于掌握；便捷的操作；豐富的內置集成功能；實時特性；強勁的通訊能力； 豐富的擴展模塊 s7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從 替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極

10、為廣泛，覆蓋所有 與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力 設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。 我們此次設計 plc 的選擇主要從 i/o 端口數來選擇，系統(tǒng)需要 2 個輸入端 口，10 個輸出端口，所以選擇西門子 s7-200 系列的 cpu224。其輸入端口 14 個， 輸出端口 10 個，共 24 個，還帶有擴展功能，最大可擴展為 168 點數字量或者 35 點模擬量的輸入和輸出；存儲容量也進一步增加，有內置時鐘，還增加了一 些數學指令和高速計數器的數量，具有較強的控制能力。完全符合我們設計系 統(tǒng)的需要。 （二）（二）s7-200s7-200 可編程控制器部分

11、指令可編程控制器部分指令 我們此次設計的程序，主要應用移位寄存器和定時器。因此，對兩條指令 的基礎知識要做到充分的了解，為后邊的程序編寫打下基礎。下面，首先要介 紹這兩條指令。 1、移位寄存器 （1）移位寄存器指令功能 shrb 將 data 數值移入移位寄存器，并可以指定移位寄存器的長度和移位 方向的移位指令。 圖 3-2 指令格式 （2）指令說明 1） en：能輸入端 ，連接移位脈沖信號，每次使能有效時，整個移位寄存器移 動 1 位。 2） 數據輸入端：3 個 data:數據輸入端:連接移入移位寄存器的二進制數值，執(zhí)行指令時將該位 的值移入寄存器。 s_bit:指定移位寄存器的最低位 n:

12、指定移位寄存器的長度和移位方向，移位寄存器的最大長度為 64 位，n 為正值表示左移位，輸入數據（data）移入移位寄存器的最低位（s_bit） ， 并移出移位寄存器的最高位。移出的數據被放置在溢出內存位（sm1.1）中。 n 為負值表示右移位，輸入數據移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位 （s_bit） 。移出的數據被放置在溢出內存位（sm1.1）中。 2、定時器 定時器實質就是對時間間隔計數。定時器的分辨率（時基）決定了每個時 間間隔的時間長短。在 s7200 系列 plc 的定時器中，定時器的分辨率有 1ms、10ms、100ms 三種，這三種定時器的刷新方式是不同的，從而在使用方法

13、上也有很大的不同。 定時時間 t=pt（設定值，最大為 32767）分辨率（時基） 定時器種類： 接通延時定時器 ton(ondelay timer)接通延時定時器用于單一時間間隔 的定時。 記憶接通延時定時器 tonr(retentive ondelay timer)記憶接通延時定時 器對定時器的狀態(tài)具有記憶功能，它用于對許多間隔的累計定時。需要注 意的是，斷開輸入端或斷開電源都不能改變 tonr 定時器的狀態(tài)，只能用復 位指令 r 對其進行復位操作。 斷開延時定時器 tof(offdelay timer)斷開延時定時器用來在輸入斷開后 延時一段時間斷開輸出。上電周期或首次掃描，定時器位為

14、off，當前值為 0。輸入端接通時，定時器位為 on，當前值為 0。當輸入端由接通到斷開時， 定時器開始計時。當達到設定值時定時器位為 off，當前值等于設定值，停 止計時。輸入端再次由 offon 時，tof 復位；如果輸入端再從 onoff， 則 tof 可實現(xiàn)再次啟動。 表 3-1 定時器時區(qū)分配 定時器名稱（功能）定時器類型 時基（分辨率） （ms） 定時器號 1 t0、t64 10 t1-t4、t65-t68記憶接通延時定時器 tonr 100 t5-t31、t69-t95 1 t32、t96 10 t33- t36、t97- t100 接通延時定時器 斷開延時定時器 ton tof

15、 100 t37- t63、t101- t255 （三）可編程控制器（三）可編程控制器 i/oi/o 端口分配端口分配 根據設計控制系統(tǒng)的要求，啟動按鈕 sd 采用帶自鎖的按鈕，接主機的輸入 端口 i0.4,該按鍵為撥子開關，能夠提供給 plc 持續(xù)的電平，進而達到持續(xù)、 循環(huán)的控制燈的閃爍。同時，也控制實驗版上按鈕 sd 的控制。 十組霓虹燈 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 分別接 plc 的輸出點 q0.0、q0.1、q0.2、q0.3、q0.4、q0.5、q0.6、q0.7、q1.0、q1.1。 按下啟動按鈕 i0.4，sd 接通，輸出端 q0.0、q0.1、q0.2、q0.3

16、、q0.4、q0.5、q0.6、q0.7、q1.0、q1.1 便可以控制 霓虹燈 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 的亮滅。如果在顯示過程中，想從新 開始顯示，可以按下 i0.0,即可以達到目的。如果想關閉燈，按下 i0.4，程序 停止運行，霓虹燈熄滅。 具體 i/o 端口分配參見表 3-2。 表 3-2 i/o 端口分配表 輸入輸出 輸入點 說 明輸出點 說 明 i0.0（sb1）復位 q0.0 l1 顯示 i0.4（sd）啟動/停止 q0.1 l2 顯示 q0.2 l3 顯示 q0.3 l4 顯示 q0.4 l5 顯示 q0.5 l6 顯示 q0.6 l7 顯示 q0.7 l8 顯

17、示 q1.0 l9 顯示 q1.1 l10 顯示 （四）外部接線圖（四）外部接線圖 圖 3-3 plc 外部接線圖 四、程序設計四、程序設計 （一）程序設計框圖（一）程序設計框圖 啟動移位寄存器 第一組燈亮 延時 2 秒 是否結束 依次循環(huán) 第十組燈亮 延時 2 秒 是否結束 y n 結 束 y n 上 電 （二）梯形圖（二）梯形圖 （三）語句表（三）語句表 networknetwork 1 1 / m0.0 啟動 ld i0.4 an m0.0 ton t37, +20 networknetwork 2 2 ld t37 = m0.0 networknetwork 3 3 / m1.0 啟動

18、 ld i0.4 ton t38, +30 an t38 = m1.0 networknetwork 4 4 / 循環(huán)啟動 ld m1.0 o m0.2 = m10.0 networknetwork 5 5 / 輔助繼電器 m20.0 啟動 ld m11.7 = m20.0 networknetwork 6 6 / 2s 后重復循環(huán)啟動 ld m21.6 ton t39, +20 an t39 = m0.2 networknetwork 7 7 / 位移寄存器使輔助繼電器逐一啟動 ld m0.0 shrb m10.0, m10.1, +15 shrb m20.0, m20.1, +14 net

19、worknetwork 8 8 / 第 1 組燈亮 ld m10.1 o m11.1 o m11.2 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o m20.2 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.0 networknetwork 9 9 / 第 2 組燈亮 ld m10.2 o m11.0 o m11.2 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o m20.5 o m20.7 o m21.1 o t47 = q0.1 networknetwork 1010 / 第 3 組燈亮 ld m10.3 o m10.7 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o

20、m11.6 o m20.4 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.2 networknetwork 1111 / 第 4 組燈亮 ld m10.4 o m10.6 o m11.3 o m11.4 o m11.5 o m11.6 o m20.3 o m20.7 o m21.1 o t47 = q0.3 networknetwork 1212 / 第 5 組燈亮 ld m10.5 o m11.4 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.2 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.4 networknetwork 1313 / 第 6 組燈亮 ld

21、m10.4 o m10.6 o m11.4 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.5 o m20.7 o m21.1 o t47 = q0.5 networknetwork 1414 / 第 7 組燈亮 ld m10.3 o m10.7 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.1 o m20.4 o m20.6 o m21.0 o t47 = q0.6 networknetwork 1515 / 第 8 組燈亮 ld m10.2 o m11.0 o m11.5 o m11.6 o m11.7 o m20.1 o m20.3 o m20.7 o m21.

22、1 o t47 = q0.7 networknetwork 1616 / 全部閃爍三次 ld m21.2 o m21.3 o m21.4 an t48 ton t47, +10 networknetwork 1717 / 全部閃爍三次 ld t47 ton t48, +10 networknetwork 1818 / 第 9 組燈亮 ld m21.5 = q1.0 networknetwork 1919 / 第 10 組燈亮 ld m21.6 = q1.1 networknetwork 2020 / 手動復位 ld i0.0 ed r m10.0, 16 r m20.0, 15 五、程序調試及

23、問題處理五、程序調試及問題處理 （一）程序調試（一）程序調試 硬件調試：接通電源，檢查西門子 s7-200 可編程控制器是否可以正常工作， 接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。 軟件調試：按要求在編輯軟件中輸入梯形圖，并進行語法的檢查，正確后 設置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器 rom 中，進行下一步的 調試。 接線：實驗板上的 18 燈接 plc 面板上的 q0.0q0.7，第二個實驗板的 1、2 燈接 q1.0、q1.1；實驗板上的 v+端口接 l+，com 端口接 1m。 運行調試：在硬件調試和軟件調試正確的基礎上，打開西門子可編程控制 器的“run”開關進行調試

24、；觀察運行的情況，看是否是隨時按下停止按鈕可以 停止系統(tǒng)運行。 根據以上的調試情況，霓虹燈飾的 plc 控制系統(tǒng)設計符合要求。 （二）設計實物圖（二）設計實物圖 圖 5-1 實際接線圖 圖 5-2 顯示部分接線 （說明：提供的設備只有八組燈，其他的兩組燈用其他模塊的燈代替第九組燈和第十 組燈，從而達到設計要求。 ） 圖 5-3 霓虹燈的實際顯示情況 （三）問題處理（三）問題處理 在程序的模擬過程中，對移位寄存器的移位次數沒有了解，將 29 次的移位 全部通過一個移位寄存器控制，這個時候發(fā)現(xiàn)，當霓虹燈運行到第十五組燈閃 爍的情況時，程序停止運行。我們猜想是不是移位的次數有限制，通過詢問老 師和網

25、上查閱資料，我們的猜想得到證實，移位寄存器最多的移位次數不超過 16 次，于是，我們用兩個移位寄存器來代替一個，用第一個移位寄存器最后一 位的溢出控制第二個移位寄存器的移位啟動。最后，霓虹燈能夠按設計要求閃 爍并且循環(huán)。 在接線的過程中，由于實驗板只有八個燈，我們將兩個實驗板作為一個使 用，用第二個實驗板的其中兩組燈代替第九組、第十組燈的閃爍情況，進而使 實驗情況能夠完整的實現(xiàn)。 調試時應嚴格按照實驗室的規(guī)章制度進行操作，按步驟先接線后通電。在 電腦中輸入指令程序然后向 plc 中寫入，注意寫入時應按照程序的長度有范圍 的寫入，這樣會節(jié)省程序的寫入時間。 在程序的傳送過程中若出現(xiàn)通信錯誤應檢查 plc 的電源是否打開或 plc 和 電腦的接口是否已連接上。 程序的設計應和調試相配合，對于較