基于PLC的時(shí)鐘設(shè)計(jì)

甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文題目：基于PLC的時(shí)鐘設(shè)計(jì)作者：指導(dǎo)老師：電子信息工程學(xué)院電子信息工程系電子信息工程技術(shù)專業(yè)10級(jí)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罚瑥V泛用于個(gè)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(xué)習(xí)、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(jìn)的石英技術(shù)，使數(shù)字鐘具有走時(shí)準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，它還用于計(jì)時(shí)、自動(dòng)報(bào)時(shí)及自動(dòng)控制等各個(gè)領(lǐng)域。可編程控制器〔PLC〕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(jì)算機(jī)控制技術(shù)緊密結(jié)合，集計(jì)算機(jī)、控制、通信于一體，為工業(yè)自動(dòng)化提供了幾乎完美的現(xiàn)代化自動(dòng)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(dòng)化、電氣工程、供用電技術(shù)、機(jī)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(jì)以西門子公司的S7—200CN為根底，設(shè)計(jì)了PLC電子時(shí)鐘的梯形圖。本設(shè)計(jì)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(jì)的軟件介紹及應(yīng)用。第三章是數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)程序，進(jìn)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(duì)本設(shè)計(jì)在制作過程所參考文獻(xiàn)及資料的統(tǒng)一說明及介紹。最后是對(duì)指導(dǎo)老師及在本設(shè)計(jì)過程當(dāng)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(cuò)誤和疏漏，懇請(qǐng)領(lǐng)導(dǎo)、老師、讀者批評(píng)指正。目錄前言1摘要3[關(guān)鍵字]PLC數(shù)碼管計(jì)數(shù)器3第一章PLC的概要41.1PLC的由來41.2PLC特點(diǎn)41.3PLC的開展41.4PLC的未來5第二章PLC控制電子鐘設(shè)計(jì)62.1七段共陰數(shù)碼管電子鐘PLC程序設(shè)計(jì)原理62.11控制要求：62.12總體設(shè)計(jì)思想62.13具體設(shè)計(jì)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(xiàn)27附錄〔2〕謝辭28摘要本系統(tǒng)采用計(jì)數(shù)器、顯示器和校時(shí)電路組成。由LED數(shù)碼管來顯示PLC所輸出的信號(hào)。總體方案設(shè)計(jì)由主體電路和擴(kuò)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(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的擴(kuò)展功能。20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的開展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的開展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來種定時(shí)電氣的自動(dòng)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(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。[關(guān)鍵字]PLC數(shù)碼管計(jì)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(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)人計(jì)算機(jī)〔PersonalComputer〕的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。1.2PLC特點(diǎn)PLC具有極高大可靠性，并且具有豐富的I/O接口模塊，同時(shí)它采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程簡單易學(xué)，安裝簡單，維修方便。1.3PLC的開展20世紀(jì)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個(gè)人計(jì)算機(jī)開展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點(diǎn)，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController〔PLC〕。

20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化開展階段，計(jì)算機(jī)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(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。

20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)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(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。

20世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC開展最快的時(shí)期，年增長率一直保持為30~40%。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)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(jì)末期，可編程控制器的開展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)時(shí)期開展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)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(gè)方向開展大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃描速度高速化。小：由整體結(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(qiáng)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(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(cuò)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(biāo)準(zhǔn)化。第二章PLC控制電子鐘設(shè)計(jì)2.1七段共陰數(shù)碼管電子鐘PLC程序設(shè)計(jì)原理2.11控制要求：用四個(gè)七段數(shù)碼管分別顯示“時(shí)十位〞、“時(shí)個(gè)位〞、“分十位〞和“分個(gè)位〞。用特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖有“預(yù)置〞和“校對(duì)〞時(shí)間功能。I/O分配：X0—運(yùn)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(shí)十位〞顯示，Y12—“時(shí)個(gè)位〞顯示，Y11—“分十位〞顯示，Y10—“分個(gè)位〞顯示。COM端接線：COM1和COM2〔Y0—Y7所對(duì)應(yīng)的公共端〕接24V直流電源“+〞極，COM3〔Y10—Y13所對(duì)應(yīng)的公共端〕和COM接24V電源“-〞極。2.12總體設(shè)計(jì)思想為了減少輸出點(diǎn)數(shù)和接線，可以將四個(gè)共陰數(shù)碼管的陽極都用Y0—Y6來驅(qū)動(dòng)，但讓其依次輪班接通；四個(gè)數(shù)碼管的陰極分別用Y10—Y13來同步控制其接通“-〞極的時(shí)間，以期到達(dá)四個(gè)數(shù)碼管輪番顯示的目的。2.13具體設(shè)計(jì)過程由特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖，用Y7輸出。用計(jì)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(gè)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(shí)個(gè)位左移碼。用左移位指令[SHL-B]形成時(shí)十位左移碼。用左移位指令[SHL-B]安排四個(gè)數(shù)碼管輪番接通。將四個(gè)左移位碼分別譯成七段數(shù)碼管的字顯示碼，并考慮四個(gè)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(hào)作用輔助繼電器M0.1M1C0復(fù)位及分鐘個(gè)位顯示脈沖M0.2M2分鐘十位顯示移位脈沖M0.3M3小時(shí)個(gè)位顯示移位脈沖M0.4M4小時(shí)十位顯示移位脈沖M1.0M10分鐘個(gè)位顯示“0〞M1.1M11分鐘個(gè)位顯示“1〞M1.2M12分鐘個(gè)位顯示“2〞M1.3M13分鐘個(gè)位顯示“3〞M1.4M14分鐘個(gè)位顯示“4〞M1.5M15分鐘個(gè)位顯示“5〞M1.6M16分鐘個(gè)位顯示“6〞M1.7M17分鐘個(gè)位顯示“7〞M2.0M20分鐘個(gè)位顯示“8〞M2.1M21分鐘個(gè)位顯示“9〞M2.2M2210分鐘到信號(hào)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(shí)到信號(hào)M3.7M3724小時(shí)到信號(hào)M4.0M40小時(shí)個(gè)位顯示“0〞M4.1M41小時(shí)個(gè)位顯示“1〞M4.2M42小時(shí)個(gè)位顯示“2〞M4.3M43小時(shí)個(gè)位顯示“3〞M4.4M44小時(shí)個(gè)位顯示“4〞M4.5M45小時(shí)個(gè)位顯示“5〞M4.6M46小時(shí)個(gè)位顯示“6〞M4.7M47小時(shí)個(gè)位顯示“7〞M5.0M50小時(shí)個(gè)位顯示“8〞M5.1M51小時(shí)個(gè)位顯示“9〞M5.2M5210小時(shí)到信號(hào)M6.0M60小時(shí)十位顯示“0〞M6.1M61小時(shí)十位顯示“1〞續(xù)表編程元件編程地址符號(hào)作用輔助繼電器M6.2M62小時(shí)十位顯示“2〞M8.0M80分鐘個(gè)位調(diào)整脈沖M8.1M81分鐘十位調(diào)整脈沖M8.2M82小時(shí)個(gè)位調(diào)整脈沖M8.3M83小時(shí)十位調(diào)整脈沖M9.0M90選擇分鐘個(gè)位顯示M9.1M91選擇分鐘十位顯示M9.2M92選擇小時(shí)個(gè)位顯示M9.3M93選擇小時(shí)十位顯示M10.0M100分鐘個(gè)位a段M10.1M101分鐘個(gè)位b段M10.2M102分鐘個(gè)位c段M10.3M103分鐘個(gè)位d段M10.4M104分鐘個(gè)位e段M10.5M105分鐘個(gè)位f段M10.6M106分鐘個(gè)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(shí)個(gè)位a段M12.1M121小時(shí)個(gè)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(jī)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(hào)的采集、運(yùn)行狀態(tài)控制和設(shè)定，到達(dá)自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制運(yùn)行的功能。本設(shè)計(jì)采用PLC控制方式，選用西門子S7--200PLC作控制器，繼電器輸出，時(shí)間顯示用4個(gè)數(shù)碼管,完本錢設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子鐘的控制。數(shù)字電子鐘是一個(gè)將“時(shí)〞，“分〞，“秒〞顯示于人的視覺器官的計(jì)時(shí)裝置。它的計(jì)時(shí)周期為24小時(shí)，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(jī)時(shí)初始狀態(tài)顯示為00時(shí)00分，按下啟動(dòng)按鈕，控制器開始計(jì)時(shí)工作。能將時(shí)間顯示調(diào)整到當(dāng)前的時(shí)間。設(shè)置相應(yīng)的手動(dòng)按鈕，使控制器使用更加方便。2.43數(shù)碼管顯示原理開機(jī)時(shí)顯示為00時(shí)00分PLC的輸出點(diǎn)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(hào)。例如，顯示1只需Y1和Y2有信號(hào)輸出，它的十進(jìn)制常數(shù)為K6=1*2+1*4,即K6轉(zhuǎn)換為二進(jìn)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(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時(shí)間，根據(jù)控制要求，需要顯示的時(shí)間如下：秒：由SM0.5來實(shí)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(shí)：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(dāng)發(fā)光二極管為正向偏置時(shí)，就會(huì)點(diǎn)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(gè)脈沖，這個(gè)脈沖是所有計(jì)時(shí)器的基準(zhǔn)，可以通過編程的方式實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)“時(shí)〞、“分〞、“秒〞數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置。所以數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過老式機(jī)械鐘。與傳統(tǒng)機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、顯示直觀無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)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(shí)現(xiàn)大型光電顯示，可以加一定的驅(qū)動(dòng)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(jì)數(shù)器為根本單元構(gòu)成的，它的用途十分廣泛，只要有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)的存在，便要用到數(shù)字鐘的原理及結(jié)構(gòu)；同時(shí)在日期中，它以其小巧，價(jià)格低廉，走時(shí)精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受廣闊消費(fèi)的喜愛。采用PLC的定時(shí)中斷功能實(shí)現(xiàn)定時(shí)，不僅定時(shí)精度高，編程簡單，顯示效果穩(wěn)定可靠，具有較大的實(shí)用價(jià)值。通過數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)于制作，我們能夠掌握一定的匯編語言知識(shí)并用于編寫程序，掌握了定時(shí)與計(jì)數(shù)器的使用方法，以及微機(jī)常用的輸入輸出方式及接口技術(shù)。培養(yǎng)了自己的動(dòng)手操作和實(shí)踐能力，學(xué)習(xí)并穩(wěn)固了程序設(shè)計(jì)的根本思路和方法。附錄〔1〕參考文獻(xiàn)1胡學(xué)林可編程控制器教程北京電子