PLC课程设计之LED倒计时显示控制Word文件下载.docx
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5.编写10000字左右的设计说明书。
前言
在没有实现数字化的时候,我们通常是采用手写或者是机械性的数字来进行倒计时,当今,PLC的发明,给我们带来了飞跃性的发展,让我们可以更好的实现数字化的控制,并且可以进行大规模的推广与应用。
随着社会的发展,倒计时在各行各业应用的越来越广泛,工业、技术、机械、医疗、农业等等,PLC的智能控制原则是控制系统的核心,采用PLC把各种信息输入相应的程序,对于不同的要求,我们只要根据需要,修改一些程序,这样就可以实现我们想要的效果。
倒计时器的广泛应用,大大提高了我们的效率,对于一些需要通过手动或者是机械性的操作具有明显效果。
用可编程控制器实现倒计时的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,有效,通过分析倒计时在控制与管理带来的方便,结合实际情况阐述了倒计时控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的倒计时控制系统的PLC设计方案。
可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。
随着科技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作用更加突出。
1总体设计思路
(1)、首先按要求考虑控制要求1:
按下起动按钮绿灯亮,两个七段LED数码管显示数字45;
要求是绿灯在LED数码管倒计时45到0是亮,再此先要考虑运用传送指令、段译码指令、数据运算指令的要求,所以先让45倒计时到40然后从39倒计时到0进而完成第一步操作跳转至第二步。
控制要求2:
绿灯闪亮,周期为1s(亮0.5s,灭0.5s),绿灯闪亮3次后熄灭;
在要求2中要考虑的是绿灯在LED倒计时时闪烁3次后熄灭,而LED数码管则是个位显示3进而倒计时到0,十位数码管上显示为0不变进而完成第二步操作到达第三步。
控制要求3:
红灯亮,两个七段LED数码管显示数字30,每隔1秒显示的数字自动减1,直至减到0,然后转到要求1,如此循环,直到停止按钮被按下为止,此阶段操作是让LED数码管由30倒计时到0.
(2)、按实验原理图接线
1)将PLC实训装置输入侧COMO端子接24V电源正极,CO端子接24V负极;
2)输入侧COMO端子接24V电源正极,CO端子接24V负极;
4)将两个LED实训板上的电源和a~g各段按I/O分配与输入侧相连。
2S7-200系列PLC基本知识
2.1S7-200系列PLC概述
西门子S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列和CPU22X系列,其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号,常见的有CPU221,CPU222,CPU224和CPU226四种基本型号,其主要技术规范如表2-1所示。
表2-1S7-200CNCPU主要技术规范
2.2扩展模块
扩展单元没有CPU,作为基本单元输入/输出点数的扩充,只能与基本单元连接使用,不能单独使用。
连接时CPU模块放在最左侧,扩展模块用扁平电缆与左侧的模块相连。
S7-200的扩展模块包括数字量扩展模块,模拟量扩展模块,热电偶、热电阻扩展模块,通信模块,称重模块,位置控制模块等。
模拟量、数字量扩展模块分别如表2-2、表2-3所示。
表2-2模拟量扩展模块
型号
点数
EM231
4路模拟量输入
EM232
2路模拟量输出
EM235
4路模拟量输入,1路模拟量输出
表2-3数字量扩展模块
类型
各组输入点数
各组输出点数
输入扩展模块
EM221
EM22124VDC输入
4,4
——
EM221230VAC输入
8点相互独立
输出扩展模块
EM222
EM22224VDC输出
EM222继电器输出
EM222230VAC
双向晶闸管输出
输入/输出
扩展模块
EM223
EM22324VDC输入
继电器输出
4
24VDC输出
8,8
4,4,8
4,4,4,4
2.3S7-200的编程元件
1.输入过程映像寄存器(输入继电器)I
编号范围:
I0.0--I15.7
功能:
专门用来接收从外部开关发来的信号。
2.输出映像寄存器(输出继电器)Q
Q0.0--Q15.7
专门用来将输出信号传送给外部负载。
3.定时器T
定时器的分类
按分辨率来分,有1ms、10ms、100ms三种定时器。
按工作方式来分,有通电延时定时器(TON)、断电延时型定时器(TOF)和保持型通电延时定时器(TONR)三种。
定时时间:
定时时间=预置值×
时基
4.位存储器(中间继电器)M
位存储器用来保存中间操作状态和控制信息,其作用相当于继电器控制电路中的中间继电器。
地址编号范围为M0.0--M31.7共256点。
5.计数器C
计数器的功能:
用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。
计数器的编号:
C0--C255。
计数器的分类:
①加计数器②减计数器③加/减计数器
6.累加器AC
累加器是用来暂存数据的寄存器,它可以用来存放运算数据、中间数据和结果。
CPU提供了4个32位的累加器,其地址编号为AC0--AC3。
累加器的可用长度为32位,可采用字节、字、双字的存取方式,按字节、字只能存取累加器的低8位或低16位,双字可以存取累加器全部的32位。
7.几个常用的特殊存储器SM
SM0.0:
运行监视继电器
当PLC运行时,SM0.0自动处于接通状态,当PLC停止运行时,SM0.0处于断开状态。
SM0.1:
初始化脉冲(开机脉冲)。
SM0.4:
周期为1分钟占空比为50%的时钟脉冲。
SM0.5:
周期为1秒钟占空比为50%的时钟脉冲。
8.顺序控制继电器S
顺序控制继电器是专门用于编制顺序控制程序的,通常与顺序控制继电器指令一起使用以实现顺序功能图的编程。
顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0--S31.7。
2.4S7-200的数据长度和编址方式
1.S7-200的数据长度
S7-200的数据可以按位、字节、字和双字存取。
其中1个二进制数为1位,8个相连的二进制位为1个字节(B),2个字节组成1个字(W),2个字组成1个双字(D)。
2.S7-200的编址方式
位编址格式:
区域标志符+字节号.位号,如I0.0、Q2.0、M1.2等。
字节编址格式:
区域标志符+B+字节号,如IB0、QB2、VB20等。
字编址格式:
区域标志符+W+起始字节号,如VW0表示由VB0和VB1这2字节组成的字。
双字编址格式:
区域标志符+D+起始字节号,如VD0表示由VB0到VB3这4字节组成的双字。
2.5编程注意事项
1.触点不能放在线圈的右边。
2.梯形图中不能出现输入继电器的线圈。
3.输出线圈不能串联,但可以并联。
4.除含跳转和子程序调用指令的程序以外,同一操作数的线圈只能使用一次。
5.线圈不能直接与左母线相连。
6.地址编号中不可以出现XX.8和XX.9。
7.定时器和计数器必须有设定值。
8.立即输出和立即置位指令只能用于输出量,立即触点指令只能用于输入量。
9.跳转指令和标号指令必须成对使用。
2.6梯形图设计方法
2.6.1经验设计法
经验设计法就是在一些典型电路的基础上,根据被控对象对控制系统的具体要求,不断地修改和完善梯形图。
有时需要多次反复地调试和修改梯形图,增加一些中间编程元件和触点,最后才能得到一个较为满意的结果。
这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性和随意性,最后的结果不是唯一的,设计所用的时间、设计的质量与设计者的经验有很大的关系,所以把这种方法叫做经验设计法。
2.6.2继电器电路移植法
继电器电路移植法的一般步骤如下:
1.认真研究继电器控制电路及有关资料,深入理解控制要求。
2.对继电器控制电路中用到的低压电器进行分析、归纳。
继电器电路图中的交流接触器、电磁阀、电磁铁、信号灯等执行机构一般用PLC的输出继电器来控制,它们的线圈接在PLC的输出端。
按钮、限位开关、转换开关、速度继电器等用来提供控制命令和反馈信号,它们的触点接在PLC的输入端,一般使用常开触点。
继电器电路中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC内部的辅助继电器和定时器来完成,它们与PLC的外部接线无关。
热继电器的常闭触点接在PLC的输出端直接通断电源更为可靠,梯形图中不再考虑。
3.分配I/O地址,作出PLC的外部接线图。
4.用PLC的软继电器符号和I/O编号取代原继电器控制电路中的电气符号,画出草图。
5.整理梯形图。
图2-1顺序功能图的组成
2.6.3顺序控制设计法
1.顺序控制的定义
顺序控制是按照生产工艺预先规定的顺序,在各个输入信号作用下,根据内部状态和时间的顺序,使生产过程中的每个执行机构自动有步骤地进行操作。
2.顺序控制设计法的步骤
①分析理解系统的控制要求
②确定I/O地址及中间编程元件地址
③画出顺序功能图
④将顺序功能图转换成梯形图
3.顺序功能图的组成要素
顺序功能图有五个组成要素,即步、动作、转换、转换条件和有向连线,如图2-1所示。
4.步的相关概念
将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段,这些阶段称为步。
步是根据PLC输出量的状态划分的,只要系统的输出量状态发生变化,系统就从原来的步进入新的步。
在每一步内PLC各输出量状态均保持不变,但是相邻两步输出量总的状态是不同的。
用矩形方框表示步,方框中一般用位存储器或顺序控制继电器的地址来表示该步的编号。
与系统的初始状态相对应的步称为初始步,用双线框表示。
系统正处于某一步所在的阶段时,该步处于活动状态,称该步为“活动步”。
5.动作的画法
如果某一步有两个或多个动作,其画法如图2-2所示。
图2-2动作的画法
6.转换与转换条件
(1)转换条件的表示方法
转换条件的表示方法如图2-3所示。
图2-3转换条件的表示方法
(2)转换实现的条件
①该转换所有的前级步都是活动步。
②相应的转换条件得到满足。
(3)转换实现应完成的操作
①使所有的后续步变为活动步。
②使所有的前级步变为不活动步。
7.顺序功能图的基本结构
顺序功能图的基本结构有单序列、选择序列和并行序列。
a)单序列b)选择序列c)并行序列
图2-4顺序功能图的基本结构
8.绘制顺序功能图时的注意事项
①两个步绝对不能直接相连,必须用一个转换将它们分隔开。
②两个转换也不能直接相连,必须用一个步将它们分隔开。
③不要漏掉初始步。
④在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环。
9.将顺序功能图转换成梯形图的方法
①利用起保停方法
模板如图2-54所示。
图2-5起保停模板
②利用置位和复位指令
模板如图2-6所示。
图2-6置位—复位模板
③利用顺序控制继电器指令
模板如图2-7所示。
图2-7顺序控制继电器指令模板
3硬件设计
3.1PLC选型
本次课程设计选用1个输入,14个输出,由于考虑到经济选用了S7-200系列CPU224型PLC和输入/输出扩展模块EM223。
3.2I/O分配及接线图
输入
输出
启动开关K
个位LED:
a段~g段
绿灯
十位LED:
红灯
I0.1
Q0.0~Q0.6
Q0.7
Q2.0~Q2.6
Q2.7
接线图:
4软件设计
4.1流程图
4.2梯形图
主程序:
子程序1:
子程序2:
子程序3:
子程序4:
子程序5:
5工作原理
通过一个主程序加五个子程序来控制LED倒计时显示,在主程序中先把整个LED倒计时的总时间(46+4+31=81s)求出来,用T37计时器控制其子程序1、子程序2、子程序3、子程序4、子程序5的显示时间以及红灯和绿灯的亮的时间。
按要求步骤1中合上开关I0.1后绿灯亮然后LED由45递减到0然后转到要求2中,这期间先让LED数码管由45减到40(子程序1),其后LED数码管在由39递减至0(子程序2)进而完成要求1跳至要求2。
在要求2中绿灯闪亮3次LED数码管显示3也就是个位由3递减到0,而十位则为0不变(子程序3),然后跳转至要求3,先是LED数码管显示30(子程序4)然后由LED数码管显示29开始进行递减至0(子程序5),进而完成LED倒计时显示控制。
按下启动按钮I0.1,运行主程序。
控制要求1:
绿灯开始亮(46s)同时子程序开始运行,子程序1得电LED数码管倒计时45-40,子程序2得电LED数码管倒计时39-0跳转到要求2:
绿灯亮闪烁3次同时子程序3得电开始运行LED数码管倒计时3-0跳转到要求3:
红灯亮(31s)子程序4和子程序5得电,在子程序4中LED数码管显示30,在子程序5中LED数码管显示29开始倒计时由29-0,跳转至主程序中实现循环,若按下按钮I0.1则停止倒计时进而完成LED倒计时控制。
6心得体会
通过这次设计实践。
我学会了PLC的基本编程方法,对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中,提高了我们的工程素质,在没有做实践设计以前,我们对知道的撑握都是思想上的,对一些细节不加重视,当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候,问题出现了,不是不能运行,就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题,我们对PLC的理解得到加强,看到了实践与理论的差距。
通过合作,我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
上大学后,很多同学都没有过深入的交流,在设计的过程中,我们用了分工与合作的方式,每个人互责一定的部分,同时在一定的阶段共同讨论,以解决分工中个人不能解决的问题,在交流中大家积极发言,和提出意见,同时我们还向别的同学请教。
在此过程中,每个人都想自己的方案得到实现,积极向同学说明自己的想法。
能过比较选出最好的方案。
在这过程也提高了我们的表过能力.
7参考资料
【1】.廖常初主编,《S7-200PLC编程及应用》,机械工业出版社,2007。
【2】.韩金玲主编,《PLC应用技术实训与课程设计指导》,河南工院出版社,2012。
【3】.许翏主编,《电机与电气控制技术》,机械工业出版社,2005。
【4】.王芹主编,《可编程控制器技术及运用》,天津大学出版社,2008。
【5】.田淑珍主编,《可编程控制器原理及运用》,机械工业出版社,2005。
【6】.黄净主编,《电器及PLC控制技术》,机械工业出版社,2002。
网络资源如下:
1.PLC之家
2.中国工控网
3.西门子官方网
4.电工技师网
指
导
教
师
评
语
及
成
绩
定
课程设计成绩:
指导教师(签字):
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