機(jī)電傳動課程設(shè)計報告書霓虹燈飾的控制系統(tǒng)方案

1、課程設(shè)計報告課程名稱機(jī)電一體化驅(qū)動控制（包括PLC）霓虹燈主題控制系統(tǒng)（十組）目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc330549616 1. 課程設(shè)計任務(wù)書 PAGEREF _Toc330549616 h 1 HYPERLINK l _Toc330549617 2. 整體設(shè)計 PAGEREF _Toc330549617 h 2 HYPERLINK l _Toc330549618 （一）設(shè)計方案對比論證 PAGEREF _Toc330549618 h 2 HYPERLINK l _Toc330549619 (2) 總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc330549

2、619 h 4 HYPERLINK l _Toc330549620 3. 硬件系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc330549620 h 5 HYPERLINK l _Toc330549621 （一） PAGEREF _Toc330549621 h PLC簡介5 HYPERLINK l _Toc330549622 (2) S7-200可編程控制器部分說明 PAGEREF _Toc330549622 h 6 HYPERLINK l _Toc330549630 (3) 可編程控制器I/O端口分配 PAGEREF _Toc330549630 h 7 HYPERLINK l _Toc330549631

3、(4) 外部接線圖 PAGEREF _Toc330549631 h 8 HYPERLINK l _Toc330549632 4. 編程 PAGEREF _Toc330549632 h 9 HYPERLINK l _Toc330549633 (1) 程序設(shè)計框圖 PAGEREF _Toc330549633 h 9 HYPERLINK l _Toc330549634 (2) 梯形圖 PAGEREF _Toc330549634 h 10 HYPERLINK l _Toc330549635 (3) 報表表 PAGEREF _Toc330549635 h 13 HYPERLINK l _Toc33054

4、9636 五、程序調(diào)試及問題處理 PAGEREF _Toc330549636 h 17 HYPERLINK l _Toc330549637 （一）程序調(diào)試 PAGEREF _Toc330549637 h 17 HYPERLINK l _Toc330549638 (2) 設(shè)計實物圖 PAGEREF _Toc330549638 h 17 HYPERLINK l _Toc330549639 (3) 問題處理 PAGEREF _Toc330549639 h 19 HYPERLINK l _Toc330549645 6. 總結(jié) PAGEREF _Toc330549645 h 20 HYPERLINK l

5、 _Toc330549646 7. 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc330549646 h 211.課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計主題：霓虹燈控制系統(tǒng)（十組）課程設(shè)計時間： 2012年7月16日至2012年7月27日課程設(shè)計要求：關(guān)閉啟動按鈕，按以下規(guī)則顯示：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全部閃爍3次9101 學(xué)生簽名

6、：年月日課程設(shè)計評論項目課程設(shè)計態(tài)度評估10%考勤評價 10%任務(wù)難度, 數(shù)量評價 10%創(chuàng)新評價10%綜合設(shè)計能力評估 20%20%的報告撰寫規(guī)則評估口服20%分?jǐn)?shù)綜合評分評審老師：2012 年月日2. 整體設(shè)計（一）設(shè)計方案對比論證本設(shè)計基于設(shè)計需要。我們設(shè)計的題目本質(zhì)是控制燈光的循環(huán)閃爍，然后通過燈光的布局達(dá)到美化的目的。選擇 S7-200 可編程控制器作為編程工具。輸出步Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1結(jié)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+閃 3 次26+927+10(2) 總體設(shè)計方案S7-200(CPU224)S7-200(CPU224)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，可編程控制器為控制終端，10組燈狀態(tài)模塊。系統(tǒng)整體框圖如圖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)用重置按鈕。3、硬件系統(tǒng)設(shè)計（一）PLC簡介

8、根據(jù)我?，F(xiàn)有設(shè)備的基本情況，本課程設(shè)計主要使用的PLC是西門子S7-200?；诖?，我們設(shè)計了我們的程序。西門子S7-200系列小型PLC可用于各種自動化系統(tǒng)。緊湊的結(jié)構(gòu)、低成本和強(qiáng)大的指令集使 S7-200 PLC 成為各種小型控制任務(wù)的理想解決方案。此外，西門子S7-200 產(chǎn)品的多樣化搭配基于 Windows 的編程工具，使用戶能夠更靈活地完成自動化任務(wù)。并且有國內(nèi)的，更便宜的價格。圖 3-1 PLC 結(jié)構(gòu)圖S7-200系列突出表現(xiàn)在以下幾個方面：極高的可靠性；極其豐富的指令集；容易掌握；操作方便；豐富的集成功能；實時功能；溝通能力強(qiáng)；豐富的擴(kuò)展模塊S7-200系列充分發(fā)揮其在分布式自動

9、化系統(tǒng)中的強(qiáng)大功能。使用外殼的范圍可以從簡單的控制替代繼電器到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，涵蓋了與自動檢測和自動控制相關(guān)的所有工業(yè)和民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)保設(shè)備等。在我們的設(shè)計中PLC的選擇主要是根據(jù)I/O口的數(shù)量。系統(tǒng)需要2個輸入端口和10個輸出端口，所以我們選擇西門子S7-200系列的CPU224。具有14個輸入端口和10個輸出端口，共24個。還具有擴(kuò)展功能，可擴(kuò)展為168點(diǎn)數(shù)字量或35點(diǎn)模擬量輸入輸出；增加一些數(shù)學(xué)指令和高速計數(shù)器，控制能力強(qiáng)。正是我們設(shè)計系統(tǒng)所需要的。(2) S7-200可編程控制器的部分命令我們這次設(shè)計的程序主要使用移位寄存器和

10、定時器。因此，有必要充分了解這兩條指令的基礎(chǔ)知識，為后續(xù)的編程打下基礎(chǔ)。下面，我們將首先介紹這兩個指令。1.移位寄存器(1) 移位寄存器指令功能SHRB將DATA值移入移位寄存器，可以指定移位指令的移位寄存器長度和移位方向。圖 3-2 命令格式(2) 使用說明1 ） EN ：使能輸入端，接移位脈沖信號，每次使能有效，整個移位寄存器移動1位。2 ）數(shù)據(jù)輸入： 3DATA：數(shù)據(jù)輸入端：連接移入移位寄存器的二進(jìn)制值，該位的值在指令執(zhí)行時移入寄存器。S_BIT：指定移位寄存器的最低位N：指定移位寄存器的長度和移位方向。移位寄存器的最大長度為64位。 N的正值表示左移。輸入數(shù)據(jù)（ 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。移出的數(shù)據(jù)放置在溢出位 ( SM1.1 ) 中。 N的負(fù)值表示右移，輸入數(shù)據(jù)移入移位寄存器的最高位并移出最低位（ S_BIT ）。移出的數(shù)據(jù)放置在溢出位 ( SM1.1 ) 中。2.定時器定時器的本質(zhì)是計算時間間隔。計時器的分辨率（時基）決定了每個間隔的時間長度。在S7-200系列PLC的定時器中，定時器的分辨率為1ms、10ms、100ms。這三個定時器的刷新方式不同，所以使用方式也有很大不同。定時時間T=PT（設(shè)定值，最大值為32767）分辨率（時基）定時器類型：接通延遲定時器 TON (On-Delay Timer) 接通延遲定時器

12、用于對單個時間間隔進(jìn)行計時。內(nèi)存開啟延時定時器 TONR（Retentive On-Delay Timer）內(nèi)存開啟延時定時器具有對定時器狀態(tài)的記憶功能，用于多次間隔的累計計時。需要注意的是，TONR定時器的狀態(tài)不能通過斷開輸入端或電源來改變，只能通過復(fù)位命令R來復(fù)位。關(guān)斷延時定時器 TOF（Off-Delay Timer）關(guān)斷延時定時器用于在輸入斷開后延時輸出一段時間。在上電周期或第一次掃描期間，定時器位為 OFF，當(dāng)前值為 0。當(dāng)輸入打開時，定時器位為 ON，當(dāng)前值為 0。當(dāng)輸入從 on 切換到關(guān)閉，計時器開始計時。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，定時器停止。當(dāng)輸入端子

13、再次由OFF變?yōu)镺N時，TOF復(fù)位；如果輸入端子再次由ON變?yōu)镺FF，則可以重新啟動TOF。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）（毫秒）計時器編號內(nèi)存延時定時器噸1T0, T6410T1-T4、T65-T68100T5-T31、T69-T95延時定時器關(guān)延時定時器噸到F1T32、T9610T33- T36、T97- T100100T37-T63、T101-T255(3) 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采用自鎖按鈕，連接主機(jī)輸入口I0.4。閃爍。同時也控制了實驗版上按鈕SD的控制。十組霓虹燈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分

14、別連接輸出點(diǎn)Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0。 4、PLC的Q0。 5. Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1。按下啟動按鈕I0.4，SD開啟，輸出端子Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1。 0、Q1.1可以控制霓虹燈1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的開和關(guān)。如果在顯示過程中，想重新開始顯示，可以按I0.0來達(dá)到目的。如果要關(guān)燈，按I0.4，程序停止運(yùn)行，霓虹燈熄滅。有關(guān)具體的I/O 端口分配，請參見表 3-2。表 3-2 I/O 端口分配表進(jìn)入輸出輸入點(diǎn)描述輸出點(diǎn)描述I0.0 (SB1)重置Q0.0L1顯示I0.4 (標(biāo)清

15、)開始停止Q0.1L2顯示Q0.2L3顯示Q0.3L4顯示Q0.4L5顯示Q0.5L6顯示Q0.6L7顯示屏Q0.7L8 顯示屏Q1.0L9 顯示屏Q1.1L10顯示(4) 外部接線圖圖 3-3 PLC 外部接線圖4. 程序設(shè)計(1) 程序設(shè)計框圖上上 電啟動移位寄存器啟動移位寄存器第一組燈亮第一組燈亮延時延時2秒Y是否結(jié)束Y是否結(jié)束NN依次循環(huán)依次循環(huán)第十組燈亮第十組燈亮延時延時2秒N是否結(jié)束N是否結(jié)束 Y Y結(jié)結(jié) 束(2) 梯形圖(3) 聲明清單網(wǎng)絡(luò) 1/ M0.0 開始LD I0.4安M0.0噸 T37，+20網(wǎng)絡(luò) 2LD T37= M0.0網(wǎng)絡(luò) 3/ M1.0 開始LD I0.4噸 T

16、38，+30一個T38= M1.0網(wǎng)絡(luò) 4/ 開始循環(huán)LD M1.0 M0.2= M10.0網(wǎng)絡(luò) 5/ 輔助繼電器 M20.0 啟動LD M11.7= M20.0網(wǎng)絡(luò) 6/ 重復(fù)循環(huán)2S后開始LD M21.6噸 T39，+20安T39= M0.2網(wǎng)絡(luò) 7/移位寄存器使輔助繼電器一個接一個啟動LD M0.0SHRB M10.0, M10.1, +15SHRB M20.0, M20.1, +14網(wǎng)絡(luò) 8/ 第 1 組燈亮LD M10.1 M11.1 M11.2 M11.3 M11.4 M11.5 M20.2 M20.6 M21.0 T47= Q0.0網(wǎng)絡(luò) 9/ 第 2 組燈亮LD M10.2M11

17、.0M11.2M11.3M11.4M11.5M20.5M20.7M21.1T47= Q0.1網(wǎng)絡(luò) 10/ 第三組燈籠亮LD M10.3M10.7M11.3M11.4M11.5M11.6M20.4M20.6M21.0T47= Q0.2網(wǎng)絡(luò) 11/ 第四組燈籠亮LD M10.4M10.6M11.3M11.4M11.5M11.6M20.3M20.7M21.1T47= Q0.3網(wǎng)絡(luò) 12/ 第五組燈籠亮LD M10.5M11.4M11.5M11.6M11.7M20.2M20.6M21.0T47= Q0.4網(wǎng)絡(luò) 13/第6組燈籠亮LD M10.4M10.6M11.4M11.5M11.6M11.7M20.

18、5M20.7M21.1T47= Q0.5網(wǎng)絡(luò) 14/ 第七組燈籠亮LD M10.3M10.7M11.5M11.6M11.7M20.1M20.4M20.6M21.0T47= Q0.6網(wǎng)絡(luò) 15/第8組燈籠亮LD M10.2M11.0M11.5M11.6M11.7M20.1M20.3M20.7M21.1T47= Q0.7網(wǎng)絡(luò) 16/ 全部閃爍 3 次LD M21.2 M21.3 M21.4安T48噸 T47，+10網(wǎng)絡(luò) 17/ 全部閃爍 3 次LD T47噸 T48，+10網(wǎng)絡(luò) 18/ 第 9 組燈亮LD M21.5= Q1.0網(wǎng)絡(luò) 19/ 第 10 組燈亮LD M21.6= Q1.1網(wǎng)絡(luò) 20/

19、 手動復(fù)位LD I0.0EDR M10.0, 16R M20.0, 15五、程序調(diào)試及問題解決(1) 程序調(diào)試硬件調(diào)試：打開電源，檢查西門子S7-200可編程控制器是否可以正常工作，連接器是否接觸良好，然后連接到電腦的通訊口。按要求在編輯軟件中輸入梯形圖，檢查語法，正確后設(shè)置正確的通訊端口，將指令讀入指定的可編程控制器ROM，進(jìn)行下一步調(diào)試。接線：實驗板上的1-8燈接PLC面板上的Q0.0-Q0.7，第二塊實驗板上的1、2燈接Q1.0、Q1.1；實驗板上V+口接L+，COM口接1M。運(yùn)行調(diào)試：在正確的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試的基礎(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)行情況，看系

20、統(tǒng)是否可以隨時按停止鍵停止。根據(jù)以上調(diào)試情況，霓虹燈PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計符合要求。(2) 設(shè)計實物圖圖 5-1 實際接線圖圖 5-2 顯示部分接線（注：提供的設(shè)備只有八組燈，另外兩組燈用其他模塊的燈代替了第九組燈和第十組燈，以滿足設(shè)計要求。）圖 5-3 霓虹燈實際顯示(3) 問題解決在程序的仿真過程中，我不知道移位寄存器的移位次數(shù)，所有29個移位都由一個移位寄存器控制。這時發(fā)現(xiàn)當(dāng)霓虹燈運(yùn)行到第十五組燈閃爍時，程序停止運(yùn)行。我們猜測班次的數(shù)量是有限制的。通過向老師請教并在網(wǎng)上查資料，我們的猜想得到了證實。移位寄存器的最大移位次數(shù)不超過 16 次。因此，我們使用兩個移位寄存器而不是一個。 ，利用第一個移位寄存器最后一位的溢出來控制第二個移位寄存器的移位開始。最后，霓虹燈可以按設(shè)計閃爍和循環(huán)。在接線的過程中，由于實驗板只有八盞燈，我們將兩塊實驗板合二為一，用第二塊實驗板的兩組燈代替第九組和第十組燈的閃爍情況，從而使實驗情況得以充分實現(xiàn)。調(diào)試時，應(yīng)嚴(yán)格按照實驗室的規(guī)章制度進(jìn)行操作。在計算機(jī)中輸入指令程序，然后寫入PLC。注意程序要根據(jù)程序的長度來編寫，這樣會節(jié)省程序編寫時間。如果在程序傳輸過程中出現(xiàn)通訊錯誤，請檢查PLC的電源是否打開，或者PLC與計算機(jī)的接口是否連接好。程序的設(shè)計應(yīng)與調(diào)試相協(xié)調(diào)，較復(fù)雜的控制系統(tǒng)應(yīng)分段設(shè)計，便于分析和修改。6.總結(jié)為期兩周的機(jī)電傳動課程