天塔之光课程设计2.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date天塔之光课程设计2目 录目 录1 课程设计任务书12 总体设计23 硬件系统设计44 程序设计65 程序调试及结果分析146 总结157 参考文献16 辽东学院1 课 程 设 计 任 务 书课程设计题目： 天塔之光 课程设计时间：自 2012 年 7 月 16日起至 2012 年 7 月 27日。课程设计要求：合上启动按钮后，按以下规律显示：L1、L2、L9L1、L5

2、、L8L1、L4、L7L1、L3、L6L1L2、L3、L4、L5L6、L7、L8、L9L1、L2、L6L1、L3、L7L1、L4、L8L1、L5、L9L1L2、L3、L4、L5L6、L7、L8、L9L1、L2、L9如此循环学生签名： 史强 2012 年7 月 27日课程设计评阅意见项目课程设计态度评价10%出勤情况评价10%任务难度、量评价10%创新性评价10%综合设计能力评价20%报告书写规范评价20%口试20%成绩综合评定等级评阅教师： 2012年 月 日2 总体设计2.1霓虹灯饰工作控制要求本次设计为九灯按要求分十四种情况循环点亮的控制系统设计，合上启动按钮后，按以下规律显示：L1、L2

3、、L9L1、L5、L8L1、L4、L7L1、L3、L6L1L2、L3、L4、L5L6、L7、L8、L9L1、L2、L6L1、L3、L7L1、L4、L8L1、L5、L9L1L2、L3、L4、L5L6、L7、L8、L9L1、L2、L9如此循环为了满足以上要求，设计采用PLC控制系统，只需设置一个输入接口和九个输出接口，通过PLC程序的设计，使用移位寄存器功能，便可轻松简便地实现所需功能。2.2 提出设计方案与PLC的选择PLC是 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，在其内部执行逻辑运算，记时、计数和算数运算等操作指令。西门子S7-200系列小型PL

4、C可应用于各种自动化系统。紧凑的结构、低廉的成本以及功能强大的指令集使得S7-200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案。另外，西门子S7-200产品的多样化以及基于Windows的编程工具使用户能够更加灵活地完成自动化任务。 PLC的优点为可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，深受工程技术人员欢迎，系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造，体积小，重量轻，能耗低。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其

5、强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。根据以上参数和控制要求，选择用西门子PLC来实现霓虹灯饰的自动循环控制要求。2.3 控制方案如下表所示，可将控制要求中的14种不同的闪烁情况分别使用M10.1-M10.7,M11.0-M11.6单独控制，相互之间不影响。在软件设计中，使持续的高电平分别送到上述接触器即可实现要求，移位寄存器适合本设计。Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0M10.1M10.2M10.3

6、M10.4M10.5M10.6M10.7M11.0M11.1M11.2M11.3M11.4M11.5M11.6表2 接触器与灯 对应表 3 硬件系统设计3.1 接线图表根据控制要求确定输入/输出分配表，将表1中的输入输出设备按照接线图1 接线，启动按键选择I0.4，启动后可以一直闭合，不需要自锁等程序。序号PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明1I0.4SB1 启动2Q0.0L1指示灯L13Q0.1L2指示灯L24Q0.2L3指示灯L35Q0.3L4指示灯L46Q0.4L5指示灯L57Q0.5L6指示灯L68Q0.6L7指示灯L79Q0.7L8指示灯L810Q1.0L9指示灯L9

7、11主机1L、2L、3L、面板COM接电源GND电源地端12主机1M、面板V+接电源+24V电源正端13I0.1SB2停止表1 PLC的I/O分配表 图1 PLC接线图 3.2 德国西门子S7-200S7-200系列属于整体式小型PLC，用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱型机壳内。S7-200系列PLC提供多种具有不同I/O点数的CPU模块和数字量、模拟量I/O扩展模块供用户选用，CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内

8、置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块我们此次设计PLC的选择主要从I/O端口数来选择，系统需要2个输入端口，10个输出端口，所以选择西门子S7-200系列的CPU224。其输入端口14个，输出端口10个，共24个，还带有扩展功能，最大可扩展为168点数字量或者35点模拟量的输入和输出；存储容量也进一步增加，有内置时钟，还增加了一些数学指令和高速计数器的数量，具有较强的控制能力。完全符合我们设计系统的需要。4 程序设计4.1 SHRB简介 移位寄存器指令功能： SHRB将DATA数值移入移位寄存器，并可以指定移位寄存器的长度和移位方向的移位指令。1.指令说明：1） EN：能输入端

9、 ，连接移位脉冲信号，每次使能有效时，整个移位寄存器移动1位。2）数据输入端：3个 DATA:数据输入端:连接移入移位寄存器的二进制数值，执行指令时将该位的值移入寄存器。 S_BIT:指定移位寄存器的最低有效位 N:指定移位寄存器的长度和移位方向，移位寄存器的最大长度为64位，N为正值表示左移位，输入数据（DATA）移入移位寄存器的最低位（S_BIT），并移出移位寄存器的最高位。移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。N为负值表示右移位，输入数据移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（S_BIT）。移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。 2.数据输入端DATA的确定： 1)分析：

10、M10.0为数据输入端DATA ，根据控制要求，每次只有一个输出，因此只需要在第一个移位脉冲到来时由M10.0送入移位寄存器S-BIT位（M10.1）一个“1”；第二个脉冲至第十四个脉冲到来时由M10.0送入M10.1的值均为“0”，以此类推，可得到M10.2M11.6的状态。 2）实现方法： 由定时器T37延时2s导通一个脉冲实现。 3）循环的实现： 第15个脉冲到来时送1到M10.1。 第14个脉冲到来时M11.6置位为1， 同时通过与T39串联的M0.2常开触点使M10.0置为1，在第15个脉冲到来时由M10.0送入M10.1的值又为1，如此循环下去，直至按下停止按钮。3.停止实现：按下

11、停止按钮（I0.1），触发复位指令，使M10.1M11.6的14位全部复位。4.2程序流程图延时两秒第一组灯亮启动移位寄存器 上电Y结束？N结束？Y末组灯亮依次点亮延时两秒按下I0.1N4.3 梯形图和语句表 步序指 令步序指 令0LD I0.0 启动24O M11.11AN M0.025O M11.22TON T37, +20 延时2S26O M11.33LD T3727O M11.44= M0.028= Q0.0 L1显示5LD I0.029LD M10.16TON T38, +30 延时3S30O M10.67AN T3831O M11.08= M1.032O M11.59LD M1.0

12、33= Q0.1 L2显示10O M0.234LD M10.411= M10.035O M10.612LD M11.636O M11.113TON T39, +20 延时2S37O M11.514AN T3938= Q0.2 L3显示15= M0.239LD M10.316LD M0.0 移位输入40O M10.617SHRB M10.0, M10.1, +1441O M11.218LD M10.142O M11.519O M10.243= Q0.3 L4显示20O M10.344LD M10.221O M10.445O M10.622O M10.546O M11.323O M11.047O

13、M11.5步序指 令步序指 令48= Q0.4 L5显示60O M10.749LD M10.461O M11.250O M10.762O M11.651O M11.063= Q0.7 L8显示52O M11.664LD M10.153= Q0.5 L6显示65O M10.754LD M10.366O M11.355O M10.767O M11.656O M11.168= Q1.0 L9显示57O M11.669LD I0.1 停止58= Q0.6 L7显示70R M10.1, 1 复位59LD M10.271R M11.6, 1 复位表3 程序语句表5 程序调试及结果分析系统调试 程序在调试的

14、时候过出现问题，一开始移位寄存器与延时定时器的关系不够清楚。通过查资料学会使用移位寄存器控制灯的亮灭。采取了下面的调试： 硬件调试：接通电源，检查西门子S7-200可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。 软件调试：按要求在编辑软件中输入梯形图，并进行语法的检查，正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。 运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开西门子S7-200可编程控制器的“RUN”开关进行调试：观察运行的情况。5.1 故障分析及故障排除1、故障（1） 控制系统不能运行（2控制系统不能按照控制要求运行。2、故障排除5

15、.2 实验结果（1） 天塔之光控制系统不能运行首先检查设备电源是否开启，然后看是否将程序下载到了CPU中，最后检查线路是否接通。（2） 天塔之光控制系统不能按照要求运行时首先要检查系统程序并修改，然后看电路连接是否正确。最初，程序是CPU221的软件出来的，与学校实验室的主机CPU不相符，最后运行导致只能集体闪烁一次，重行编写了程序最后实现了整个天塔之光的闪烁。本次设计最终证明将PLC应用于中、小功率设备中，具有控制简单、稳定、成本低等特点，是一种切实可行的控制方案。如果在系统中加上保护电路及防干扰措施，还可提高系统的稳定性。相信在未来的发展中通过PLC控制的灯塔之光会更广泛的应用在灯饰行业中

16、。6 总结 通过本次课程设计，让我学到了很多的东西。本次设计旨在利用S7-200控制天塔之光系统的设计，熟悉掌握定时器和移位寄存器的作用，按照选题利用定时器的特点进行编程，使各灯按一定的规律点亮和熄灭，熟悉掌握软件调试系统，当程序编好后，利用这一系统进行调试，检查程序是否编辑错误直到调试成功。本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。经过紧张的课程设计，终于顺利的完成了设计任务。在查阅资料的过程中，了解到有关PLC的基本知识，对于以后的学习和工作都有很大的益处。在学习的过程中，也遇到

17、了一些困难，比如开始的时候，由于发移位寄存器没有做好，导致程序错误，在解决问题的过程中，对于PLC有了初步的认识。懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，PLC的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。7 参考文献1吴中俊 等. 可编程序控制器原理及应用（第2版）.机械工业出版社，2005 2邓兴钟 等.机电传动控制（第四版）.华中科技大学出版社，20073高钦和.可编程控制器应用技术与设计.人民邮电出版社，2001.34廖常初.可编程控制器的编程方法与应用.重庆大学出版社，20015宋伯生.PLC编程实用指南.机械工业出版社，2006.66王国海.可编程序控制器及其应用.北京：中国劳动社会保障出版社.20077周建清.PLC应用技术.北京：机械工业出版社.20078西门子（中国）有限公司. S7-200可编程器系统手册，2005 -