機(jī)電傳動課程設(shè)計報告書霓虹燈飾的控制系統(tǒng)

1、成績：課 程 設(shè) 計 報 告 書所屬課程名稱 機(jī)電傳動控制（含PLC） 題 目 霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組） 分 院 機(jī)電學(xué)院 專 業(yè)、班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 2012年 07月25日目 錄一、課程設(shè)計任務(wù)書1二、總體設(shè)計2（一）設(shè)計方案的比較和論證2（二）總體設(shè)計方案4三、硬件系統(tǒng)設(shè)計5（一）PLC的介紹5（二）S7-200可編程控制器部分指令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(shè)計9（一）程序設(shè)計框圖9（二）梯形圖10（三）語句表13五、程序調(diào)試及問題處理17（一）程序調(diào)試17（二）設(shè)計實(shí)物圖17（三）問題處理19六、總結(jié)20七、參考文獻(xiàn)21

2、一、課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計題目： 霓虹燈飾的控制系統(tǒng)（十組） 課程設(shè)計時間：自 2012 年 7 月 16日起至 2012 年 7 月 27日課程設(shè)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(xué)生簽名： 年 月 日課程設(shè)計評閱意見項目課程設(shè)計態(tài)度評價10%出勤情況評價10%任務(wù)難度、量評價10%創(chuàng)新性評價10%綜合設(shè)計能力評價20%報告書寫規(guī)范評價

3、20%口試20%成績綜合評定等級評閱教師： 2012年 月 日二、總體設(shè)計（一）設(shè)計方案的比較和論證此次設(shè)計根據(jù)設(shè)計需要，我們設(shè)計的題目的實(shí)質(zhì)就是控制燈的循環(huán)閃爍，然后通過燈的布局來達(dá)到美化的目的。選用S7-200可編程控制器作為編程工具。l 選用定時器優(yōu)點(diǎn)：首先，在平時的PLC學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常使用該指令進(jìn)行一些程序的編寫，對它的實(shí)際應(yīng)用也有比較深刻的理解。其次，選用定時器，使編寫的程序更加容易理解，也便于修改，從而，根據(jù)實(shí)際情況更好的調(diào)試程序。缺點(diǎn)：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(xì)心，就會在時間的控制上出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致整個程序不能按實(shí)際的設(shè)計要求達(dá)到目的。而

4、我們此次設(shè)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(dá)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(fù)雜，不適合實(shí)驗的調(diào)試和以后的修改。l 選用移位寄存器優(yōu)點(diǎn)：聽過老師的介紹和自己在網(wǎng)上查閱的資料，這條指令對于我們此次設(shè)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(shè)計的程序更加簡潔。缺點(diǎn)：該指令平時的學(xué)習(xí)接觸的比較少，不能更好的在實(shí)際情況中應(yīng)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(shè)計要面對的問題。所以，單純的選用移位寄存器也難以達(dá)到設(shè)計要求。綜上所述，應(yīng)該將兩者結(jié)合在一起，用定時器控制燈的閃爍時間，移位寄存器控制燈

5、的循環(huán)閃爍。根據(jù)設(shè)計要求我們將各個燈的閃爍情況做成如表2-1表2-1 燈閃爍分布圖輸出步 Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1結(jié)果123456789101+1 2+2、8 3+3、74+4、6 5+56+4、6 7+3、78+2、8 9+110+1、211+1、2、3、4 12+1-6 13+1-814+3-8 15+5、6、7、8 16+7、817+1、5 18+4、819+3、7 20+2、621+1、3、5、7 22+2、4、6、823+1、3、5、7 24+2、4、6、825+閃爍3次26+9 27+10 （二）總體設(shè)計方案S7-200(CP

6、U224)可編程控制器10組燈復(fù)位按鍵圖2-1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖據(jù)此，本設(shè)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(jìn)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(diào)用復(fù)位按鍵。三、硬件系統(tǒng)設(shè)計（一）PLC的介紹根據(jù)我們學(xué)校現(xiàn)有設(shè)備的基本情況，我們這次課程設(shè)計主要使用的PLC為西門子的S7-200。以此為基礎(chǔ)，設(shè)計我們的程序。西門子S7-200系列小型PLC可應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)、低廉的成本以及功能強(qiáng)大的指令集使得S7-200 PLC成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。另外，西門子S7-200

7、產(chǎn)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(wù)。而且有國產(chǎn)的，價格更低廉。圖3-1 PLC結(jié)構(gòu)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(nèi)置集成功能；實(shí)時特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。我們此次設(shè)計PLC的選擇主要從I/O端口數(shù)來選擇，系統(tǒng)需要2個輸入端口，10個輸

8、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(kuò)展功能，最大可擴(kuò)展為168點(diǎn)數(shù)字量或者35點(diǎn)模擬量的輸入和輸出；存儲容量也進(jìn)一步增加，有內(nèi)置時鐘，還增加了一些數(shù)學(xué)指令和高速計數(shù)器的數(shù)量，具有較強(qiáng)的控制能力。完全符合我們設(shè)計系統(tǒng)的需要。（二）S7-200可編程控制器部分指令我們此次設(shè)計的程序，主要應(yīng)用移位寄存器和定時器。因此，對兩條指令的基礎(chǔ)知識要做到充分的了解，為后邊的程序編寫打下基礎(chǔ)。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(shù)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。

9、 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(shù)據(jù)輸入端：3個l DATA:數(shù)據(jù)輸入端:連接移入移位寄存器的二進(jìn)制數(shù)值，執(zhí)行指令時將該位的值移入寄存器。l S_BIT:指定移位寄存器的最低位l N: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(shù)據(jù)（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(shù)據(jù)被放置在溢出內(nèi)存位（SM1.1）中。N為負(fù)值表示右移位，輸入數(shù)據(jù)移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（S_BIT）。移出的數(shù)據(jù)被放置在溢出內(nèi)存位（S

10、M1.1）中。 2、定時器定時器實(shí)質(zhì)就是對時間間隔計數(shù)。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，從而在使用方法上也有很大的不同。定時時間T=PT（設(shè)定值，最大為32767）×分辨率（時基）定時器種類：n 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。n 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

11、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(fù)位指令R對其進(jìn)行復(fù)位操作。n 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OFF，當(dāng)前值為0。輸入端接通時，定時器位為ON，當(dāng)前值為0。當(dāng)輸入端由接通到斷開時，定時器開始計時。當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時定時器位為OFF，當(dāng)前值等于設(shè)定值，停止計時。輸入端再次由OFFON時，TOF復(fù)位；如果輸入端再從ONOFF，則TOF可實(shí)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）定時器號記憶接通延時定時器TONR1T0、T6410T

12、1-T4、T65-T68100T5-T31、T69-T95接通延時定時器斷開延時定時器TON TOF1T32、T9610T33- T36、T97- T100100T37- T63、T101- T255（三）可編程控制器I/O端口分配根據(jù)設(shè)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(jī)的輸入端口I0.4,該按鍵為撥子開關(guān)，能夠提供給PLC持續(xù)的電平，進(jìn)而達(dá)到持續(xù)、循環(huán)的控制燈的閃爍。同時，也控制實(shí)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(diǎn)Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q

13、1.1。按下啟動按鈕I0.4，SD接通，輸出端Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、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(dá)到目的。如果想關(guān)閉燈，按下I0.4，程序停止運(yùn)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(diǎn) 說 明輸出點(diǎn) 說 明I0.0（SB1）復(fù)位Q0.0L1顯示I0.4（SD）啟動/停止Q0.1L2顯示Q0.2L3顯示Q0.3L4顯示Q0.4L5顯示Q0.5L6顯示Q0.6L7顯示Q0.7L8顯示

14、Q1.0L9顯示Q1.1L10顯示（四）外部接線圖圖3-3 PLC外部接線圖四、程序設(shè)計（一）程序設(shè)計框圖上 電啟動移位寄存器第一組燈亮延時2秒Y是否結(jié)束N依次循環(huán)第十組燈亮延時2秒N是否結(jié)束 Y結(jié) 束（二）梯形圖 （三）語句表Network 1 / M0.0啟動LD I0.4AN M0.0TON T37, +20Network 2 LD T37= M0.0Network 3 / M1.0啟動LD I0.4TON T38, +30AN T38= M1.0Network 4 / 循環(huán)啟動LD M1.0O M0.2= M10.0Network 5 / 輔助繼電器M20.0啟動LD M11.7= M

15、20.0Network 6 / 2S后重復(fù)循環(huán)啟動LD M21.6TON T39, +20AN T39= M0.2Network 7 / 位移寄存器使輔助繼電器逐一啟動LD M0.0SHRB M10.0, M10.1, +15SHRB M20.0, M20.1, +14Network 8 / 第1組燈亮LD M10.1O M11.1O M11.2O M11.3O M11.4O M11.5O M20.2O M20.6O M21.0O T47= Q0.0Network 9 / 第2組燈亮LD M10.2O M11.0O M11.2O M11.3O M11.4O M11.5O M20.5O M20.

16、7O M21.1O T47= Q0.1Network 10 / 第3組燈亮LD M10.3O M10.7O M11.3O M11.4O M11.5O M11.6O M20.4O M20.6O M21.0O T47= Q0.2Network 11 / 第4組燈亮LD M10.4O M10.6O M11.3O M11.4O M11.5O M11.6O M20.3O M20.7O M21.1O T47= Q0.3Network 12 / 第5組燈亮LD M10.5O M11.4O M11.5O M11.6O M11.7O M20.2O M20.6O M21.0O T47= Q0.4Network 1

17、3 / 第6組燈亮LD M10.4O M10.6O M11.4O M11.5O M11.6O M11.7O M20.5O M20.7O M21.1O T47= Q0.5Network 14 / 第7組燈亮LD M10.3O M10.7O M11.5O M11.6O M11.7O M20.1O M20.4O M20.6O M21.0O T47= Q0.6Network 15 / 第8組燈亮LD M10.2O M11.0O M11.5O M11.6O M11.7O M20.1O M20.3O M20.7O M21.1O T47= Q0.7Network 16 / 全部閃爍三次LD M21.2O M

18、21.3O M21.4AN T48TON T47, +10Network 17 / 全部閃爍三次LD T47TON T48, +10Network 18 / 第9組燈亮LD M21.5= Q1.0Network 19 / 第10組燈亮LD M21.6= Q1.1Network 20 / 手動復(fù)位LD I0.0EDR M10.0, 16R M20.0, 15五、程序調(diào)試及問題處理（一）程序調(diào)試硬件調(diào)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(diào)試：按要求在編輯軟件中輸入梯形圖，并進(jìn)行語法的檢查，正確后設(shè)置正確的通信口，將指令

19、讀入到指定的可編程控制器ROM中，進(jìn)行下一步的調(diào)試。 接線：實(shí)驗板上的18燈接PLC面板上的Q0.0Q0.7，第二個實(shí)驗板的1、2燈接Q1.0、Q1.1；實(shí)驗板上的V+端口接L+，COM端口接1M。運(yùn)行調(diào)試：在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，打開西門子可編程控制器的“RUN”開關(guān)進(jìn)行調(diào)試；觀察運(yùn)行的情況，看是否是隨時按下停止按鈕可以停止系統(tǒng)運(yùn)行。根據(jù)以上的調(diào)試情況，霓虹燈飾的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計符合要求。（二）設(shè)計實(shí)物圖圖5-1 實(shí)際接線圖圖5-2 顯示部分接線（說明：提供的設(shè)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(dá)到設(shè)計要求。）圖5-3 霓虹燈的實(shí)際顯示情況（三）

20、問題處理在程序的模擬過程中，對移位寄存器的移位次數(shù)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(dāng)霓虹燈運(yùn)行到第十五組燈閃爍的情況時，程序停止運(yùn)行。我們猜想是不是移位的次數(shù)有限制，通過詢問老師和網(wǎng)上查閱資料，我們的猜想得到證實(shí)，移位寄存器最多的移位次數(shù)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(shè)計要求閃爍并且循環(huán)。在接線的過程中，由于實(shí)驗板只有八個燈，我們將兩個實(shí)驗板作為一個使用，用第二個實(shí)驗板的其中兩組燈代替第九組、第十組燈的閃爍情況，進(jìn)而使實(shí)驗情況能夠完整的實(shí)現(xiàn)。調(diào)試時應(yīng)嚴(yán)格按照實(shí)驗室的規(guī)章制度進(jìn)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(yīng)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(yīng)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(shè)計應(yīng)和調(diào)試相配合，對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)要分段進(jìn)行設(shè)計這樣便于分析和修改。六、總結(jié)為期兩周的機(jī)電傳動課程設(shè)計的學(xué)習(xí)與實(shí)踐結(jié)束了，在兩周的時間里使我受益頗深，不僅鞏固了在課堂上所學(xué)到的知識，同時也擴(kuò)展了自己的知識面，現(xiàn)將我的學(xué)習(xí)實(shí)踐心得做