基于PLC的时钟设计.doc
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基于PLC的时钟设计
甘肃联合大学学生毕业论文
题目:
基于PLC的时钟设计
作者：
指导老师：
电子信息工程学院电子信息工程系
电子信息工程技术专业10级
三年制1班
2013年3月20日
前言
数字钟已成为人们日常生活中：
必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、自动报时及自动控制等各个领域。
可编程控制器（PLC）是以微处理为核心的通用工业控制装置，它将传统的继电器——接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。
近几年，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。
为此，各高校的电器自动化、电气工程、供用电技术、机电一体化等相关专业相继开设了有关可编程控制器原理及应用的课程。
本设计以西门子公司的S7—200CN为基础，设计了PLC电子时钟的梯形图。
本设计共分四大章：
第一章是基础部分，介绍了PLC的概述说明了PLC的发展史。
第二章主要是数字电子钟设计的软件介绍及应用。
第三章是数字电子钟的设计程序,进一步清楚的了解其内部结果和工作原理。
第四章是针对本设计在制作过程所参考文献及资料的统一说明及介绍。
最后是对指导老师及在本设计过程当中给予我们帮助的老师及领导的感谢.
由于水平有限，难免存在错误和疏漏，恳请领导、老师、读者批评指正。
目录
前言 1
摘要 3
［关键字］PLC数码管计数器 3
第一章PLC的概要 4
1。
1PLC的由来 4
1。
2PLC特点 4
1.3PLC的发展 4
1.4PLC的未来 5
第二章PLC控制电子钟设计 6
2。
1七段共阴数码管电子钟PLC程序设计原理 6
2.11控制要求：
6
2。
12总体设计思想 6
2。
13具体设计过程 6
2.2编程元件地址分配 8
2。
3输入/输出继电器的地址分配 11
2。
31输入/输出继电器的地址分配 11
2.4数字电子钟控制系统的方案 12
2。
41方案论证 12
2。
42。
控制要求 12
2.43数码管显示原理 12
2.44数字电子钟的程序 13
第三章数字电子钟梯形图程序 14
第四章总结 26
附录
（1）参考文献 27
附录
（2）谢辞 28
摘要
本系统采用计数器、显示器和校时电路组成。
由LED数码管来显示PLC所输出的信号。
总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成.其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。
20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。
因此，研究数字钟及扩大其应用,有着非常现实的意义.
[关键字］PLC数码管计数器
第一章PLC的概要
1.1PLC的由来
可编程序控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。
1.2PLC特点
PLC具有极高大可靠性，并且具有丰富的I/O接口模块，同时它采用模块化结构,编程简单易学，安装简单，维修方便。
1.3PLC的发展
20世纪70年代初出现了微处理器.人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。
此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。
个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃.更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。
20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。
世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。
这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。
20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30～40%。
在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.
20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要.这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。
1。
4PLC的未来
1。
产品规模向大、小两个方向发展大：
I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化.小：
由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2。
PLC在闭环过程控制中应用日益广泛
3.不断加强通讯功能
4.新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、远程I/O模块等专用化模块。
5。
编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统
6.发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7。
追求软硬件的标准化。
第二章PLC控制电子钟设计
2。
1七段共阴数码管电子钟PLC程序设计原理
2.11控制要求:
1.用四个七段数码管分别显示“时十位”、“时个位”、“分十位”和“分个位”.
2.用特殊继电器SM0.5提供秒脉冲
3.有“预置"和“校对"时间功能。
I/O分配：
X0—运行开关，X1-预置按钮；Y0—A，Y1—B,Y2—C,Y3—D，Y4—E，Y5—F，Y6—G；Y7—“秒闪烁”指示；Y13—“时十位”显示，Y12—“时个位”显示，Y11—“分十位”显示,Y10—“分个位”显示。
COM端接线:
COM1和COM2（Y0-Y7所对应的公共端）接24V直流电源“+”极，COM3（Y10—Y13所对应的公共端）和COM接24V电源“-"极。
2.12总体设计思想
为了减少输出点数和接线,可以将四个共阴数码管的阳极都用Y0—Y6来驱动,但让其依次轮班接通；四个数码管的阴极分别用Y10-Y13来同步控制其接通“—”极的时间,以期达到四个数码管轮番显示的目的.
2。
13具体设计过程
1.由特殊继电器SM0。
5提供秒脉冲,用Y7输出.
2.用计数器C0将秒脉冲变成分脉冲。
3.用左移位指令[SHL-W］形成分个位左移码。
4.用左移位指令[SHL—B］形成分十位左移码.
5.用左移位指令[SHL-W］形成时个位左移码。
6.用左移位指令［SHL—B］形成时十位左移码。
7.用左移位指令[SHL-B]安排四个数码管轮番接通。
8.将四个左移位码分别译成七段数码管的字显示码，并考虑四个数码管轮番接通问题。
9.将数字显示码用Y0—Y6输出。
A
FGB
EC
D
七段共阴数码管
2.2编程元件地址分配
编程元件地址分配
编程元件
编程地址
符号
作用
辅助继电器
M0。
1
M1
C0复位及分钟个位显示脉冲
M0。
2
M2
分钟十位显示移位脉冲
M0。
3
M3
小时个位显示移位脉冲
M0.4
M4
小时十位显示移位脉冲
M1.0
M10
分钟个位显示“0”
M1.1
M11
分钟个位显示“1”
M1。
2
M12
分钟个位显示“2”
M1.3
M13
分钟个位显示“3”
M1.4
M14
分钟个位显示“4”
M1.5
M15
分钟个位显示“5”
M1.6
M16
分钟个位显示“6”
M1.7
M17
分钟个位显示“7”
M2.0
M20
分钟个位显示“8”
M2.1
M21
分钟个位显示“9”
M2。
2
M22
10分钟到信号
M3。
0
M30
分钟十位显示“0”
M3。
1
M31
分钟十位显示“1”
M3。
2
M32
分钟十位显示“2”
M3。
.3
M33
分钟十位显示“3”
M3。
4
M34
分钟十位显示“4”
M3.5
M35
分钟十位显示“5”
M3.6
M36
1小时到信号
M3.7
M37
24小时到信号
M4.0
M40
小时个位显示“0"
M4。
1
M41
小时个位显示“1”
M4。
2
M42
小时个位显示“2”
M4.3
M43
小时个位显示“3”
M4.4
M44
小时个位显示“4”
M4.5
M45
小时个位显示“5”
M4。
6
M46
小时个位显示“6”
M4。
7
M47
小时个位显示“7”
M5。
0
M50
小时个位显示“8"
M5.1
M51
小时个位显示“9”
M5。
2
M52
10小时到信号
M6。
0
M60
小时十位显示“0”
M6。
1
M61
小时十位显示“1”
续表
编程元件
编程地址
符号
作用
辅助继电器
M6.2
M62
小时十位显示“2"
M8.0
M80
分钟个位调整脉冲
M8。
1
M81
分钟十位调整脉冲
M8。
2
M82
小时个位调整脉冲
M8。
3
M83
小时十位调整脉冲
M9.0
M90
选择分钟个位显示
M9。
1
M91
选择分钟十位显示
M9.2
M92
选择小时个位显示
M9.3
M93
选择小时十位显示
M10.0
M100
分钟个位a段
M10。
1
M101
分钟个位b段
M10.2
M102
分钟个位c段
M10.3
M103
分钟个位d段
M10。
4
M104
分钟个位e段
M10。
5
M105
分钟个位f段
M10.6
M106
分钟个位g段
M11.0
M110
分钟十位a段
M11。
1
M111
分钟十位b段
M11.2
M112
分钟十位c段
M11.3
M113
分钟十位d段
M11.4
M114
分钟十位e段
M11。
5
M115
分钟十位f段
M11。
6
M116
分钟十位g段
M12.0
M120
小时个位a段
M12。
1
M121
小时个位b段
续表
2.3输入/输出继电器的地址分配
2。
31输入/输出继电器的地址分配
2。
4数字电子钟控制系统的方案
2。
41方案论证
目前常用的数字电子钟控制方法有①单片机控制②PLC控制。
两种方式的控制原理基本相似，都是分别以各自的主控器件来完成门信号的采集、运行状态控制和设定，达到自动调节和控制运行的功能。
本设计采用PLC控制方式，选用西门子S7--200PLC作控制器,继电器输出，时间显示用4个数码管,完成本设计要求的各项指标，实现数字电子钟的控制。
数字电子钟是一个将“时"，“分",“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为24小时,PLC控制数字电子钟采用数码管显示。
2.42.控制要求
数字电子钟的控制要求如下：
（1）开机时初始状态显示为00时00分，按下启动按钮，控制器开始计时工作。
（2）能将时间显示调整到当前的时间.
（3）设置相应的手动按钮，使控制器使用更加方便.
2.43数码管显示原理
开机时显示为00时00分
PLC的输出点分别接到七段数码管的Y0～Y6上.要显示数字只需要Y0~Y6有输出信号。
例如，显示1只需Y1和Y2有信号输出，它的十进制常数为K6=1*2+1＊4，即K6转换为二进制数正好满足要求.再把常数值K6由MOV指令传送到相应的数码管就可以显示数字了。
2。
44数字电子钟的程序
（1）控制任务
设计一个数字电子钟,用LED数码管显示当前的时间,根据控制要求，需要显示的时间如下：
秒：
由SM0.5来实现一秒的脉冲发生器
分钟:
显示范围为00-59，用两只LED数码管显示
小时：
显示范围为00—23，用两只LED数码管显示
（2）LED数码管的工作原理
一只LED数码管可以看成是一组LED，有两种接线方式，一种是共阴极接法，一种是共阳极接法。
当发光二极管为正向偏置时，就会点亮.
（3）秒脉冲发生器
所谓秒脉冲发生器就是每秒生成一个脉冲，这个脉冲是所有计时器的基准，可以通过编程的方式实现,也可以利用PIC的特殊继电器，如S7—200的周期为1秒的脉冲发生器SM0.5来实现，编程更简单.
第三章数字电子钟梯形图程序
第四章总结
由于数字电子钟是采用数字电路实现对“时"、“分”、“秒"数字显示的计时装置。
所以数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。
与传统机械钟相比，它具有走时准确、显示直观无机械传动装置等优点。
在数字显示方面，目前以有集成的记数、译码电路，他可以直观的驱动数码显示器件。
也可直接采用CMOS-LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟.这些电路装置十分小巧，安装使用也方便，如果想实现大型光电显示，可以加一定的驱动电路,采用白炽灯显示系统,做起来也不困难。
数字电子钟是以不同的计数器为基本单元构成的，它的用途十分广泛，只要有计时、计数的存在,便要用到数字钟的原理及结构;同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。
采用PLC的定时中断功能实现定时,不仅定时精度高，编程简单，显示效果稳定可靠,具有较大的实用价值。
通过数字电子钟的设计于制作,我们能够掌握一定的汇编语言知识并用于编写程序，掌握了定时与计数器的使用方法,以及微机常用的输入输出方式及接口技术。
培养了自己的动手操作和实践能力，学习并巩固了程序设计的基本思路和方法。
附录
（1）参考文献
1胡学林可编程控制器教程北京电子工业出版社.
2廖常初S7—200PLC编程及应用北京机械工业出版社。
3康华光电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社，1999。
4康华光电子技术基础数字部分（第四版）.高等教育出版社，2000。
5李振声实验电子技术.国防工业出版社,2001。
6任为民电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997。
7钟肇新范建东可编程控制器原理及应用。
广州:
华南理工大学出版社，2003。
附录
（2）谢辞
三年的大学生活即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号,我将面对又一次征程的开始。
经过几月的时至今日，毕业设计终于可以告一段落了，现在回想起做这个设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过也乐其中！
这次毕业设计使我把书本上的理论知识运用到相关的具体内容上，让我自身的设计能力得到了培养和提高.在设计过程中，我通过查阅大量相关资料、自学、同同学交流,向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。
虽然经历了不少艰辛，但收获却也同样令人欣慰！
在整个设计开发过程中，我懂得了许多东西,也培养了我独立工作的能力,树立了自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活产生非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。
在此我要特别感谢我们指导老师苑毅老师，他的悉心教导以及孜孜不倦我才有了这部完整的设计，他时常督促我们认真快速的完成设计以便更好的投入到工作中！
同时还要感谢我的父母，是他们一直默默的支持我、鼓励我,让我顺利完成学业!
还有我的室友们，感谢他们在大学三年给我生活和学习上的帮助!
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