plc課程設計--基于s7-200plc的倒計時的控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　《電氣控制與可編程控制技術》</p><p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　?。?2010級本科）</p><p>　　題 目：基于S7-200PLC的倒計時的控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　系（部）院： 物理與機電工程學院 </p

2、><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　作者姓名： </p><p>　　指導教師： 職稱： </p><p>　　完成日期： 2013 年 6 月 30 日 </p>

3、;<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　一、緒論2</b></p><p>　　二、PLC的組成與工作原理2&l

4、t;/p><p><b>　　2.1 概述2</b></p><p>　　2.2 PLC的主要特點3</p><p>　　2.3 PLC的功能與應用3</p><p>　　2.4 PLC的性能指標4</p><p>　　2.5 S7-200 PLC的概述4</p><p&

5、gt;<b>　　三、 總體設計4</b></p><p>　　3.1 課程設計內(nèi)容5</p><p>　　3.2 課程設計要求分析5</p><p>　　3.3 倒計時控制系統(tǒng)設計5</p><p>　　3.3.1總體設計思想5</p><p>　　3.3.2設計方案論證5</

6、p><p>　　四、 PLC的硬件外部接線圖6</p><p><b>　　五、軟件設計7</b></p><p>　　5.1 PLC的選擇7</p><p>　　5.2 I/O地址分配7</p><p>　　六、PLC控制系統(tǒng)的程序設計8</p><p>　　6.1

7、程序流程圖8</p><p>　　6.2程序編譯10</p><p>　　6.3指令如下13</p><p>　　6.4分析過程13</p><p><b>　　七、設計總結14</b></p><p><b>　　八、參考文獻15</b></p>

8、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。為了增強人們對這種盛典節(jié)日的關注度和緊迫感，倒計時牌得以廣泛的應用。雖然倒計時系統(tǒng)用途單一，使用周期短，一旦倒計時任務完成，系統(tǒng)也完成了歷史任務。但是因為程序設計簡易，可操作性強，因而倒計時系

9、統(tǒng)以及硬件可以被反復使用。 本次10秒倒計時控制系統(tǒng)設計運用PLC知識進行編程實現(xiàn)10秒倒計時并聲光報警然后循環(huán)執(zhí)行。目的在于進一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學理論知識在實際中的應用能力；掌握一般生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)的設計方法；培養(yǎng)查閱圖書資料、工具書的能力；培養(yǎng)工程繪圖、書寫技術報告的能力。由控制任務可以看出，每一段顯示是有先后順序的，當?shù)谝欢物@示完了以后第二段才能顯示，中間時間延時1秒，依次往后進行。所以該程序具有很強的時序性，要用定

10、時器來實現(xiàn)。本次課題使用西門子S7-200 PLC，應用PLC的邏輯運算、定時的功能，采用置位復位的方法，根據(jù)實際系統(tǒng)要求，對10秒倒計時系統(tǒng)進行梯形圖程序的編制，并搭建相應的顯示硬件電路和進行軟件程序的調(diào)試，運用S7-200 編程軟</p><p>　　關鍵詞：PLC 倒計時 電氣控制</p><p><b>　　一、緒論</b></p><

11、p>　　在沒有實現(xiàn)數(shù)字化的時候，我們通常是采用手寫或者是機械性的數(shù)字來進行倒計時，當今，PLC的發(fā)明，給我們帶來了飛躍性的發(fā)展，讓我們可以更好的實現(xiàn)數(shù)字化的控制，并且可以進行大規(guī)模的推廣與應用。</p><p>　　隨著社會的發(fā)展，倒計時在各行各業(yè)應用的越來越廣泛，工業(yè)、技術、機械、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等等，PLC 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把各種信息輸入相應的程序，對于不同的要求，我們只要根據(jù)需要，

12、修改一些程序，這樣就可以實現(xiàn)我們想要的效果。</p><p>　　倒計時的廣泛應用，大大提高了我們的效率，對于一些需要通過手動或者是機械性的操作具有明顯效果。用可編程控制器實現(xiàn)倒計時的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，有效，通過分析倒計時在控制與管理帶來的方便，結合實際情況闡述了倒計時控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的倒計時控制系統(tǒng)的PLC設計方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動

13、化中的地位極為重要，廣泛的應用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。</p><p>　　二、PLC的組成與工作原理</p><p><b>　　2.1 概述 </b></p><p>　　可編程序控制器（Programmable Logic Controller,，簡

14、稱PLC），它是以微處理器為核心的通用工業(yè)控制裝置，是在繼電器-接觸器控制基礎上發(fā)展起來的。隨著現(xiàn)代社會生產(chǎn)的發(fā)展和技術進步，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的日益提高及微電子技術的迅猛發(fā)展，當今的PLC已將3C（Computer、Control、Communication）技術，即微型計算機技術、控制技術及通信技術融為一體，在控制系統(tǒng)中又能起到“3電”控制作用，即電控、電儀、電信這三個不同作用的一種高可靠性控制器，是當代工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要支柱

15、。 </p><p>　　一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種，但它們的組成是相同的。箱體式PLC中有CPU板、I\O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，所有的電路都裝入一個模塊內(nèi)，構成一個整體。可以按CPU性能分成若干型號，并按I\O點數(shù)又有若干規(guī)格。模塊式PLC有CPU模塊、I\O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，模塊拼裝起來后就成了一個整齊的長方體結構。無論哪種結構類型的PLC，都屬于總線式開放型結構，其I\O能

16、力可按用戶需要進行擴展與組合。PLC的基本結構框圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1 PLC的基本結構框圖 </p><p>　　2.2 PLC的主要特點 </p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程是多種多樣的，它們對控制的要求也各不相同，為了能夠在各種工業(yè)環(huán)境中使用PLC，所以生產(chǎn)廠家的PLC都有許多共同點。 </p><p>　　1）編

17、程方法簡單易學 </p><p>　　2）功能強、性能價格比高 </p><p>　　3）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 </p><p>　　4）可靠性高，抗干擾能力強 </p><p>　　5）系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量少 </p><p>　　6）維修工作量小，維修方便 </p><p

18、><b>　　7）體積小，能耗低</b></p><p>　　2.3 PLC的功能與應用</p><p>　　可編程控制器在國內(nèi)外廣泛應用于鋼鐵、石化、機械制造、汽車裝配、電力、輕紡、電子信息產(chǎn)業(yè)等各行各業(yè)。目前典型的PLC功能有下面幾點。</p><p>　　順序控制：這是可編程控制器最廣泛應用的領域，取代了傳統(tǒng)的繼電器順序控制，例如注

19、塑機、印刷機械、訂書機械，切紙機、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線，包裝生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯控制等。</p><p>　　程控：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液體、速度、電流和電壓等，稱為模擬量?？删幊炭刂破饔蠥/D和D/A轉換模塊，這樣，可編程控制器可以作模擬控制用于程控。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設有四則運算指令，可以很方便地對生產(chǎn)過程

20、中的資料進行處理。用PLC可以構成監(jiān)控系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)采集和處理、控制生產(chǎn)過程。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進電動機，實現(xiàn)對各種機械的位置控制。</p><p>　　通信聯(lián)網(wǎng)：某些控制系統(tǒng)需要多臺PLC連接起來使用或者由一臺計算機與多臺PLC組成分布式控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求。</p><p>　　此外，可編程控制器還可以連接顯示終端和打

21、印等外圍設備，從而實現(xiàn)顯示和打印。</p><p>　　2.4 PLC的性能指標 </p><p>　　性能指標是用戶評價和選購機型的依據(jù)。當用戶在進行PLC的選型時，可以從以下幾個方面考慮。 </p><p>　　1）CPU技術指標 </p><p>　　2）I/O模板技術指標 </p><p>　　3）編程器及編程

22、軟件 </p><p><b>　　4）通信功能 </b></p><p>　　2.5 S7-200 PLC的概述 </p><p>　　S7-200 PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，但其許多功能已經(jīng)達到大、中型PLC的水平，而價格卻與小型機一樣，因此，它一經(jīng)推廣，即受到了廣泛關注。特別是S7-200 CPU22X系列PLC，由于它

23、具有多種功能模塊和人機界面（HIMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，還可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡，同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務。</p><p>　　S7-200 CPU將微處理器、集成電源、輸入電路和輸出電路集成在一個緊湊的外殼中，從而形成了一個功能強大的Micro PLC。</p><p>　　本次設

24、計是實現(xiàn)較為簡單倒計時控制，對所需硬件的要求并不高，為了盡量滿足倒計時的精確性，故選用掃描時間短，即執(zhí)行一條布爾指令時間較短的西門子小型PLC S7-200，根據(jù)端口的需要選擇226型號的CPU。</p><p>　　對于設計的仿真調(diào)試也做了相應的簡化，使用面包板和7段數(shù)碼管組成一個仿真電路，結合程序的需要，選擇8個共陰極的7段數(shù)碼管分別作為時間狀態(tài)位的顯示。</p><p><b&

25、gt;　　三、 總體設計</b></p><p><b>　　3.1課程設計內(nèi)容</b></p><p>　　設計課題：設計倒計時控制系統(tǒng)設計（帶顯示和閃光報警）；</p><p>　　設計任務及要求:掌握PLC工作原理、編程及調(diào)試方法及應用技術；根據(jù)控制要求，制定合理的設計方案；正確選用PLC，確定輸入、輸出設備；PLC的I\O點

26、分配，并繪制其連接圖，及其外部硬件圖；設計PLC控制程序；繪制有關圖紙；編制設計說明書。</p><p>　　3.2 課程設計要求分析</p><p>　　有啟停按鈕，按下啟動按鈕后，開始10秒倒計時，由7組led發(fā)光二極管模擬的數(shù)碼管開始顯示：顯示的次序是0、9、8、7、6、5、4、3、2、1,9秒后聲光報警，再返回初始顯示，并循環(huán)下去。按下停止按鈕，數(shù)碼管停止。重新啟動時，還從初始顯示

27、循環(huán)。</p><p>　　由控制任務可以看出，每一段顯示是有先后順序的，當?shù)谝欢物@示完了以后第二段才能顯示，中間時間延時1秒，依次往后進行。所以該程序具有很強的時序性，要用定時器來實現(xiàn)。而后面的數(shù)字顯示都是由這7段數(shù)碼管中的某段組成的。所以只要在原有的程序上面進行修改就可以實現(xiàn)數(shù)字。以顯示0為例，當需要顯示0的時候，只要將G段的數(shù)碼管斷開就可以顯示0了。其他也是同樣道理。同時，在顯示1時要聲光報警，既要連接閃光

28、電路還要連接報警電路。</p><p>　　3.3 倒計時控制系統(tǒng)設計</p><p>　　3.3.1總體設計思想</p><p>　　分別用S7-200 PLC的輸入端I0.0,I0.1分別控制系統(tǒng)的啟動和停止。由于要顯示的數(shù)字用七段數(shù)碼管就可以完全表示，所以用PLC的輸出Q0.0—Q0.6分別控制數(shù)碼管的A.B.C.D.E.F.G，用定時器設置延遲時間，順序顯示

29、。</p><p>　　3.3.2設計方案論證</p><p>　　本設計采用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8組led發(fā)光二極管模擬的數(shù)碼管完成本設計要求的各項指標，實現(xiàn)倒計時的控制。我們知道定時器主要用來控制各個數(shù)碼管顯示的時間。在每個數(shù)字顯示的輸入使能端串聯(lián)一個帶有不同預定值定時器開關，等到定時器的當前值等于該預定值時，該開關就會閉合，輸

30、出高電壓，這樣，也能滿足實驗要求。</p><p>　　倒計時是一個將“秒”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為10秒，PLC控制數(shù)字電子鐘采用數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　設計框圖如下</b></p><p><b>　　圖3 設計框圖</b></p><p>　　PLC的硬

31、件外部接線圖</p><p>　　根據(jù)設計任務要求PLC主機的硬件接線圖如下圖所示:</p><p>　　圖5 PLC硬件接線圖</p><p><b>　　五、軟件設計</b></p><p>　　5.1 PLC的選擇</p><p>　　本倒計時顯示器共有輸入2點，輸出8點，根據(jù)實際情況，

32、選擇西門子S7-200系列的CPU224 PLC作為控制器。</p><p>　　5.2 I/O地址分配</p><p>　　圖4 I/O地址分配表</p><p>　　六、PLC控制系統(tǒng)的程序設計</p><p><b>　　6.1程序流程圖</b></p><p>　　根據(jù)程序的設計思想，畫出

33、程序流程圖，如下：</p><p><b>　　圖6 程序流程圖</b></p><p><b>　　6.2程序編譯</b></p><p>　　根據(jù)題目要求，使用梯形圖編譯程序</p><p>　　1）網(wǎng)絡1用于設置啟動，停止按鈕，按下啟動按鈕，開始倒計時，在按下停止按鈕時，會瞬間斷開進程，回到初

34、始狀態(tài)。同時設置定時器，用于循環(huán)倒計時。</p><p>　　2）網(wǎng)絡2為數(shù)碼輸出0程序，并且延遲一秒，一秒后進入下一個網(wǎng)絡</p><p>　　3）網(wǎng)絡3到網(wǎng)絡10程序從9到2的倒計時程序。每隔一秒數(shù)碼顯示輸出一個數(shù)字，分別為9，8，7，6，5，4，3，2，且每個數(shù)碼顯示數(shù)字顯示一秒。</p><p>　　4）網(wǎng)絡11程序為最后數(shù)碼輸出1的程序，在輸出1的同時，燈

35、泡點亮并且蜂鳴器報警，完成最后一秒閃光報警的要求。</p><p>　　網(wǎng)絡12程序是為了循環(huán)執(zhí)行，在執(zhí)行完最后一個數(shù)字并閃光報警后，又重新回到初始值，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行10秒倒計時。</p><p><b>　　6.3指令如下</b></p><p>　　Network 1 Network 5

36、 Network 8 </p><p>　　LD I0.0 LDW= T37,40 LDW= T37,70 </p><p>　　AN M0.0 AN I0.1 AN I0.1</p><p>　　AN

37、 I0.1 S Q0.0,3 S Q0.1,2</p><p>　　TON T37,110 R Q0.3,4 R Q0.0,1</p><p>　　Network 2 Network 6 R Q0.3

38、,2</p><p>　　LDW= T37,10 LDW= T37,50 S Q0.5,2</p><p>　　AN I0.1 AN I0.1 Network 9 </p><p>　　S Q0.0,6 S Q0.0

39、,1 LDW= T37,80</p><p>　　R Q0.6,1 R Q0.1,1 AN I0.1</p><p>　　Network 3 S Q0.2,5 S Q0.0,4</p><p>　　LDW= T

40、37,20 Network 7 R Q0.4,2 </p><p>　　AN I0.1 LDW= T37,60 S Q0.6,1 </p><p>　　S Q0.0,4 AN I0.1 Ne

41、twork 10 </p><p>　　R Q0.4,1 S Q0.0,1 LDW= T37,90</p><p>　　S Q0.5,2 R Q0.1,1 AN I0.1 </p><p>　　Network 4

42、 S Q0.2,2 S Q0.0,2</p><p>　　LDW= T37,30 R Q0.4,1 R Q0.2,1</p><p>　　AN I0.1 S Q0.5,2 S Q0.3,2</p>&l

43、t;p>　　S Q0.0,7 R Q0.5,1</p><p>　　S Q0.6,1</p><p>　　Network11 Network12 </p><p>　　LDW= T37,100 LDW=

44、 T37,110</p><p>　　AN I0.1 AN I0.1</p><p>　　S Q0.1,2 = M0.0</p><p>　　R Q0.0,1 </p><p>　　R Q0.3,4</p>

45、<p>　　= Q1.0</p><p>　　= Q1.1</p><p><b>　　6.4分析過程</b></p><p>　　1）網(wǎng)絡1用于設置啟動，停止按鈕，按下啟動按鈕，開始倒計時，在按下停止按鈕時，會瞬間斷開進程，回到初始狀態(tài)。同時設置定時器，用于循環(huán)倒計時。</p><p&

46、gt;　　2）網(wǎng)絡2為數(shù)碼輸出0程序，并且延遲一秒，一秒后進入下一個網(wǎng)絡</p><p>　　3）網(wǎng)絡3到網(wǎng)絡10程序從9到2的倒計時程序。每隔一秒數(shù)碼顯示輸出一個數(shù)字，分別為9，8，7，6，5，4，3，2，且每個數(shù)碼顯示數(shù)字顯示一秒。</p><p>　　4）網(wǎng)絡11程序為最后數(shù)碼輸出1的程序，在輸出1的同時，燈泡點亮并且蜂鳴器報警，完成最后一秒閃光報警的要求。</p>&

47、lt;p>　　網(wǎng)絡12程序是為了循環(huán)執(zhí)行，在執(zhí)行完最后一個數(shù)字并閃光報警后，又重新回到初始值，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行10秒倒計時。</p><p><b>　　七、設計總結</b></p><p>　　歷時將近兩個星期的課程設計結束時，回首這課設一路的坎坷和困難重重，不禁感慨萬千。原以為此次的課題比較簡單，但是在慢慢接觸之后，從硬件原理圖，到軟件程序的編寫，再到最后的程序

48、調(diào)試，都使我深刻地體會到這個貌似簡單的問題背后的不簡單。</p><p>　　通過這次課程設計實踐，我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解，在對理論的應用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做課程設計以前，我們對知道的掌握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，但當我們把自己想出來的程序運用到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果不相符合。能夠解決一個個在調(diào)

49、試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到加強，看到了時間與理論的差距。</p><p>　　在設計的過程中我得到了張老師的幫助與意見，在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教是一個很好的方法，感謝老師的耐心指導，在老師的指導下，我不斷的完善自己程序，最終完成設計的要求。</p><p><b>　　八、 參考文獻</b></p><p&

50、gt;　　[1] 張曉鋒.電氣控制與可編程控制技術及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[2] 黃永紅.電氣控制與PLC應用技術.北京：機械工業(yè)出版社，2011.</p><p>　　[3] 史國生主編.電氣控制與可編程控制技術.北京：化學工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[4] 張萬忠.可編程控制器入門與應用實例（西門子S7-20