基于PLC的時鐘設(shè)計

甘肅聯(lián)合大學學生畢業(yè)論文題目：基于PLC的時鐘設(shè)計作者：指導(dǎo)老師：電子信息工程學院電子信息工程系電子信息工程技術(shù)專業(yè)10級三年制1班2013年3月2前言數(shù)字鐘已成為人們?nèi)粘Ｉ钪校罕夭豢缮俚谋匦杵?，廣泛用于個人家庭以及車站、碼頭、劇場、辦公室等公共場所，給人們的生活、學習、工作、娛樂帶來極大的方便。由于數(shù)字集成電路技術(shù)的開展和采用了先進的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時準確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點，它還用于計時、自動報時及自動控制等各個領(lǐng)域?？删幊炭刂破鳌睵LC〕是以微處理為核心的通用工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器--接觸器控制系統(tǒng)與計算機控制技術(shù)緊密結(jié)合，集計算機、控制、通信于一體，為工業(yè)自動化提供了幾乎完美的現(xiàn)代化自動控制裝置。近幾年，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛普及。為此，各高校的電器自動化、電氣工程、供用電技術(shù)、機電一體化等相關(guān)專業(yè)相繼開設(shè)了有關(guān)可編程控制器原理及應(yīng)用的課程。本設(shè)計以西門子公司的S7—200CN為根底，設(shè)計了PLC電子時鐘的梯形圖。本設(shè)計共分四大章：第一章是根底局部，介紹了PLC的概述說明了PLC的開展史。第二章主要是數(shù)字電子鐘設(shè)計的軟件介紹及應(yīng)用。第三章是數(shù)字電子鐘的設(shè)計程序，進一步清楚的了解其內(nèi)部結(jié)果和工作原理。第四章是針對本設(shè)計在制作過程所參考文獻及資料的統(tǒng)一說明及介紹。最后是對指導(dǎo)老師及在本設(shè)計過程當中給予我們幫助的老師及領(lǐng)導(dǎo)的感謝。由于水平有限，難免存在錯誤和疏漏，懇請領(lǐng)導(dǎo)、老師、讀者批評指正。目錄前言1摘要3[關(guān)鍵字]PLC數(shù)碼管計數(shù)器3第一章PLC的概要41.1PLC的由來41.2PLC特點41.3PLC的開展41.4PLC的未來5第二章PLC控制電子鐘設(shè)計62.1七段共陰數(shù)碼管電子鐘PLC程序設(shè)計原理62.11控制要求：62.12總體設(shè)計思想62.13具體設(shè)計過程62.2編程元件地址分配82.3輸入/輸出繼電器的地址分配112.31輸入/輸出繼電器的地址分配112.4數(shù)字電子鐘控制系統(tǒng)的方案122.41方案論證122.42.控制要求122.43數(shù)碼管顯示原理122.44數(shù)字電子鐘的程序13第三章數(shù)字電子鐘梯形圖程序14第四章總結(jié)26附錄〔1〕參考文獻27附錄〔2〕謝辭28摘要本系統(tǒng)采用計數(shù)器、顯示器和校時電路組成。由LED數(shù)碼管來顯示PLC所輸出的信號?？傮w方案設(shè)計由主體電路和擴展電路兩大局部組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的根本功能,擴展電路完成數(shù)字鐘的擴展功能。20世紀末，電子技術(shù)獲得了飛速的開展，在其推動下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的開展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來種定時電氣的自動啟用等，所有這些，都是以鐘表數(shù)字化為根底的。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實的意義。[關(guān)鍵字]PLC數(shù)碼管計數(shù)器第一章PLC的概要1.1PLC的由來可編程序控制器〔ProgrammableController〕是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程序邏輯控制器〔ProgrammableLogicController〕，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的開展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了防止與個人計算機〔PersonalComputer〕的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。1.2PLC特點PLC具有極高大可靠性，并且具有豐富的I/O接口模塊，同時它采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程簡單易學，安裝簡單，維修方便。1.3PLC的開展20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機開展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController〔PLC〕。

20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化開展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。

20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。

20世紀80年代至90年代中期，是PLC開展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。

20世紀末期，可編程控制器的開展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期開展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。1.4PLC的未來1.產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向開展大：I/O點數(shù)達14336點、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描速度高速化。?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)開展，增加了配置的靈活性，降低了本錢。2.PLC在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛3.不斷加強通訊功能4.新器件和模塊不斷推出高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能I/O模塊、遠程I/O模塊等專用化模塊。5.編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)6.開展容錯技術(shù)采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。7.追求軟硬件的標準化。第二章PLC控制電子鐘設(shè)計2.1七段共陰數(shù)碼管電子鐘PLC程序設(shè)計原理2.11控制要求：用四個七段數(shù)碼管分別顯示“時十位〞、“時個位〞、“分十位〞和“分個位〞。用特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖有“預(yù)置〞和“校對〞時間功能。I/O分配：X0—運行開關(guān)，X1—預(yù)置按鈕；Y0—A，Y1—B，Y2—C，Y3—D，Y4—E，Y5—F，Y6—G；Y7—“秒閃爍〞指示；Y13—“時十位〞顯示，Y12—“時個位〞顯示，Y11—“分十位〞顯示，Y10—“分個位〞顯示。COM端接線：COM1和COM2〔Y0—Y7所對應(yīng)的公共端〕接24V直流電源“+〞極，COM3〔Y10—Y13所對應(yīng)的公共端〕和COM接24V電源“-〞極。2.12總體設(shè)計思想為了減少輸出點數(shù)和接線，可以將四個共陰數(shù)碼管的陽極都用Y0—Y6來驅(qū)動，但讓其依次輪班接通；四個數(shù)碼管的陰極分別用Y10—Y13來同步控制其接通“-〞極的時間，以期到達四個數(shù)碼管輪番顯示的目的。2.13具體設(shè)計過程由特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖，用Y7輸出。用計數(shù)器C0將秒脈沖變成分脈沖。用左移位指令[SHL-W]形成分個位左移碼。用左移位指令[SHL-B]形成分十位左移碼。用左移位指令[SHL-W]形成時個位左移碼。用左移位指令[SHL-B]形成時十位左移碼。用左移位指令[SHL-B]安排四個數(shù)碼管輪番接通。將四個左移位碼分別譯成七段數(shù)碼管的字顯示碼，并考慮四個數(shù)碼管輪番接通問題。將數(shù)字顯示碼用Y0—Y6輸出。AFGBECD七段共陰數(shù)碼管2.2編程元件地址分配編程元件地址分配編程元件編程地址符號作用輔助繼電器M0.1M1C0復(fù)位及分鐘個位顯示脈沖M0.2M2分鐘十位顯示移位脈沖M0.3M3小時個位顯示移位脈沖M0.4M4小時十位顯示移位脈沖M1.0M10分鐘個位顯示“0〞M1.1M11分鐘個位顯示“1〞M1.2M12分鐘個位顯示“2〞M1.3M13分鐘個位顯示“3〞M1.4M14分鐘個位顯示“4〞M1.5M15分鐘個位顯示“5〞M1.6M16分鐘個位顯示“6〞M1.7M17分鐘個位顯示“7〞M2.0M20分鐘個位顯示“8〞M2.1M21分鐘個位顯示“9〞M2.2M2210分鐘到信號M3.0M30分鐘十位顯示“0〞M3.1M31分鐘十位顯示“1〞M3.2M32分鐘十位顯示“2〞M3..3M33分鐘十位顯示“3〞M3.4M34分鐘十位顯示“4〞M3.5M35分鐘十位顯示“5〞M3.6M361小時到信號M3.7M3724小時到信號M4.0M40小時個位顯示“0〞M4.1M41小時個位顯示“1〞M4.2M42小時個位顯示“2〞M4.3M43小時個位顯示“3〞M4.4M44小時個位顯示“4〞M4.5M45小時個位顯示“5〞M4.6M46小時個位顯示“6〞M4.7M47小時個位顯示“7〞M5.0M50小時個位顯示“8〞M5.1M51小時個位顯示“9〞M5.2M5210小時到信號M6.0M60小時十位顯示“0〞M6.1M61小時十位顯示“1〞續(xù)表編程元件編程地址符號作用輔助繼電器M6.2M62小時十位顯示“2〞M8.0M80分鐘個位調(diào)整脈沖M8.1M81分鐘十位調(diào)整脈沖M8.2M82小時個位調(diào)整脈沖M8.3M83小時十位調(diào)整脈沖M9.0M90選擇分鐘個位顯示M9.1M91選擇分鐘十位顯示M9.2M92選擇小時個位顯示M9.3M93選擇小時十位顯示M10.0M100分鐘個位a段M10.1M101分鐘個位b段M10.2M102分鐘個位c段M10.3M103分鐘個位d段M10.4M104分鐘個位e段M10.5M105分鐘個位f段M10.6M106分鐘個位g段M11.0M110分鐘十位a段M11.1M111分鐘十位b段M11.2M112分鐘十位c段M11.3M113分鐘十位d段M11.4M114分鐘十位e段M11.5M115分鐘十位f段M11.6M116分鐘十位g段M12.0M120小時個位a段M12.1M121小時個位b段續(xù)表2.3輸入/輸出繼電器的地址分配2.31輸入/輸出繼電器的地址分配2.4數(shù)字電子鐘控制系統(tǒng)的方案2.41方案論證目前常用的數(shù)字電子鐘控制方法有①單片機控制②PLC控制。兩種方式的控制原理根本相似，都是分別以各自的主控器件來完成門信號的采集、運行狀態(tài)控制和設(shè)定，到達自動調(diào)節(jié)和控制運行的功能。本設(shè)計采用PLC控制方式，選用西門子S7--200PLC作控制器，繼電器輸出，時間顯示用4個數(shù)碼管,完本錢設(shè)計要求的各項指標，實現(xiàn)數(shù)字電子鐘的控制。數(shù)字電子鐘是一個將“時〞，“分〞，“秒〞顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，PLC控制數(shù)字電子鐘采用數(shù)碼管顯示。2.42.控制要求數(shù)字電子鐘的控制要求如下：開機時初始狀態(tài)顯示為00時00分，按下啟動按鈕，控制器開始計時工作。能將時間顯示調(diào)整到當前的時間。設(shè)置相應(yīng)的手動按鈕，使控制器使用更加方便。2.43數(shù)碼管顯示原理開機時顯示為00時00分PLC的輸出點分別接到七段數(shù)碼管的Y0~Y6上。要顯示數(shù)字只需要Y0~Y6有輸出信號。例如，顯示1只需Y1和Y2有信號輸出，它的十進制常數(shù)為K6=1*2+1*4,即K6轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)正好滿足要求。再把常數(shù)值K6由MOV指令傳送到相應(yīng)的數(shù)碼管就可以顯示數(shù)字了。2.44數(shù)字電子鐘的程序〔1〕控制任務(wù)設(shè)計一個數(shù)字電子鐘，用LED數(shù)碼管顯示當前的時間，根據(jù)控制要求，需要顯示的時間如下：秒：由SM0.5來實現(xiàn)一秒的脈沖發(fā)生器分鐘：顯示范圍為00—59，用兩只LED數(shù)碼管顯示小時：顯示范圍為00—23，用兩只LED數(shù)碼管顯示〔2〕LED數(shù)碼管的工作原理一只LED數(shù)碼管可以看成是一組LED，有兩種接線方式，一種是共陰極接法，一種是共陽極接法。當發(fā)光二極管為正向偏置時，就會點亮。〔3〕秒脈沖發(fā)生器所謂秒脈沖發(fā)生器就是每秒生成一個脈沖，這個脈沖是所有計時器的基準，可以通過編程的方式實現(xiàn)，也可以利用PIC的特殊繼電器，如S7—200的周期為1秒的脈沖發(fā)生器SM0.5來實現(xiàn)，編程更簡單。第三章數(shù)字電子鐘梯形圖程序第四章總結(jié)由于數(shù)字電子鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)對“時〞、“分〞、“秒〞數(shù)字顯示的計時裝置。所以數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過老式機械鐘。與傳統(tǒng)機械鐘相比，它具有走時準確、顯示直觀無機械傳動裝置等優(yōu)點。在數(shù)字顯示方面，目前以有集成的記數(shù)、譯碼電路，他可以直觀的驅(qū)動數(shù)碼顯示器件。也可直接采用CMOS-LED光電組合器件，構(gòu)成模塊式石英晶體數(shù)字鐘。這些電路裝置十分小巧，安裝使用也方便，如果想實現(xiàn)大型光電顯示，可以加一定的驅(qū)動電路，采用白熾燈顯示系統(tǒng),做起來也不困難。數(shù)字電子鐘是以不同的計數(shù)器為根本單元構(gòu)成的，它的用途十分廣泛，只要有計時、計數(shù)的存在，便要用到數(shù)字鐘的原理及結(jié)構(gòu)；同時在日期中，它以其小巧，價格低廉，走時精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣闊消費的喜愛。采用PLC的定時中斷功能實現(xiàn)定時，不僅定時精度高，編程簡單，顯示效果穩(wěn)定可靠，具有較大的實用價值。通過數(shù)字電子鐘的設(shè)計于制作，我們能夠掌握一定的匯編語言知識并用于編寫程序，掌握了定時與計數(shù)器的使用方法，以及微機常用的輸入輸出方式及接口技術(shù)。培養(yǎng)了自己的動手操作和實踐能力，學習并穩(wěn)固了程序設(shè)計的根本思路和方法。附錄〔1〕參考文獻1胡學林可編程控制器教程北京電子