PLC课程设计基于S7200PLC的倒计时的控制系统设计.docx
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PLC课程设计基于S7200PLC的倒计时的控制系统设计
PLC课程设计--基于S7-200PLC的倒计时的控制系统设计
学号2010210330
《电气控制与可编程控制技术》
课程设计
(2010级本科)
题目:
基于S7-200PLC的倒计时的控制系统设计
系(部)院:
物理与机电工程学院
专业:
电气工程及其自动化
作者姓名:
指导教师:
职称:
完成日期:
2013年6月30日
课程设计任务书
学生姓名
李俊杰
学号
2010210330
专业方向
电气工程及其自动化
班级
电气10
(1)
题目名称
基于S7-200PLC倒计时的控制系统
一、设计内容及技术要求:
设计一个倒计时的PLC控制系统;
1.有启停按钮,按下启动按钮后。
2.开始10秒倒计时,由8组led发光二极管模拟的数码管开始显示:
显示的次序是0、9、8、7、6、5、4、3、2、1,9秒后声光报警,再返回初始显示,并循环下去。
3.按下停止按钮,数码管停止。
重新启动时,还从初始显示循环。
二、课程设计说明书撰写要求:
1.完成系统组态或硬件配置;
2.正确合理地进行编程元件的地址分配;
3.画出输入/输出接线图及相关的图纸;
4.设计梯形图控制程序,并模拟调试;
5.完成设计说明书(包括封面、目录、设计任务书、设计思路、硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等)。
三、设计进度
周次
时间
日期
内容
备注
17周周一,二
6.17--6.18
6.18晚7:
30
审题
理工实验楼501室
17周业余时间
18周19周前三天
6.17—7.03
设计
17周周五
6.21
下午3:
00
辅导
理工实验楼501室
18周周五
6.29
下午3:
00
辅导
理工实验楼501室
19周周一,二
7.01—7.02
全天
调试程序
PLC实验室、光机电一体化实验室
19周周三
7.03
全天
答辩
19周周五
7.05
全天
交稿
包括文字稿和电子稿
指导老师签字:
张晓峰
摘要
PLC(可编程控制器)作为一种工业控制微型计算机,它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点,在工业生产过程中得到了广泛的应用。
为了增强人们对这种盛典节日的关注度和紧迫感,倒计时牌得以广泛的应用。
虽然倒计时系统用途单一,使用周期短,一旦倒计时任务完成,系统也完成了历史任务。
但是因为程序设计简易,可操作性强,因而倒计时系统以及硬件可以被反复使用。
本次10秒倒计时控制系统设计运用PLC知识进行编程实现10秒倒计时并声光报警然后循环执行。
目的在于进一步巩固理论知识,培养所学理论知识在实际中的应用能力;掌握一般生产电气控制系统的设计方法;培养查阅图书资料、工具书的能力;培养工程绘图、书写技术报告的能力。
由控制任务可以看出,每一段显示是有先后顺序的,当第一段显示完了以后第二段才能显示,中间时间延时1秒,依次往后进行。
所以该程序具有很强的时序性,要用定时器来实现。
本次课题使用西门子S7-200PLC,应用PLC的逻辑运算、定时的功能,采用置位复位的方法,根据实际系统要求,对10秒倒计时系统进行梯形图程序的编制,并搭建相应的显示硬件电路和进行软件程序的调试,运用S7-200编程软件STEP7仿真软件,通过不断的调试修改,终于达到了预定要求,实现了倒计时功能。
关键词:
PLC倒计时电气控制
一、绪论
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。
二、PLC的组成与工作原理
2.1概述
可编程序控制器(ProgrammableLogicController,,简称PLC),它是以微处理器为核心的通用工业控制装置,是在继电器-接触器控制基础上发展起来的。
随着现代社会生产的发展和技术进步,现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的迅猛发展,当今的PLC已将3C(Computer、Control、Communication)技术,即微型计算机技术、控制技术及通信技术融为一体,在控制系统中又能起到“3电”控制作用,即电控、电仪、电信这三个不同作用的一种高可靠性控制器,是当代工业生产自动化的重要支柱。
一般讲,PLC分为箱体式和模块式两种,但它们的组成是相同的。
箱体式PLC中有CPU板、I\O板、显示面板、内存块、电源等,所有的电路都装入一个模块内,构成一个整体。
可以按CPU性能分成若干型号,并按I\O点数又有若干规格。
模块式PLC有CPU模块、I\O模块、内存、电源模块、底板或机架,模块拼装起来后就成了一个整齐的长方体结构。
无论哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I\O能力可按用户需要进行扩展与组合。
PLC的基本结构框图如图1所示。
图1PLC的基本结构框图
2.2PLC的主要特点
现代工业生产过程是多种多样的,它们对控制的要求也各不相同,为了能够在各种工业环境中使用PLC,所以生产厂家的PLC都有许多共同点。
1)编程方法简单易学
2)功能强、性能价格比高
3)硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强
4)可靠性高,抗干扰能力强
5)系统的设计、安装、调试工作量少
6)维修工作量小,维修方便
7)体积小,能耗低
2.3PLC的功能与应用
可编程控制器在国内外广泛应用于钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、轻纺、电子信息产业等各行各业。
目前典型的PLC功能有下面几点。
顺序控制:
这是可编程控制器最广泛应用的领域,取代了传统的继电器顺序控制,例如注塑机、印刷机械、订书机械,切纸机、组合机床、磨床、装配生产线,包装生产线,电镀流水线及电梯控制等。
程控:
在工业生产过程中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液体、速度、电流和电压等,称为模拟量。
可编程控制器有A/D和D/A转换模块,这样,可编程控制器可以作模拟控制用于程控。
数据处理:
一般可编程控制器都设有四则运算指令,可以很方便地对生产过程中的资料进行处理。
用PLC可以构成监控系统,进行数据采集和处理、控制生产过程。
较高档次的可编程控制器都有位置控制模块,用于控制步进电动机,实现对各种机械的位置控制。
通信联网:
某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。
可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。
此外,可编程控制器还可以连接显示终端和打印等外围设备,从而实现显示和打印。
2.4PLC的性能指标
性能指标是用户评价和选购机型的依据。
当用户在进行PLC的选型时,可以从以下几个方面考虑。
1)CPU技术指标
2)I/O模板技术指标
3)编程器及编程软件
4)通信功能
2.5S7-200PLC的概述
S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC,但其许多功能已经达到大、中型PLC的水平,而价格却与小型机一样,因此,它一经推广,即受到了广泛关注。
特别是S7-200CPU22X系列PLC,由于它具有多种功能模块和人机界面(HIMI)可供选择,所以系统的集成非常方便,还可以很容易地组成PLC网络,同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件,使得在完成控制系统的设计时更加简单,几乎可以完成任何功能的控制任务。
S7-200CPU将微处理器、集成电源、输入电路和输出电路集成在一个紧凑的外壳中,从而形成了一个功能强大的MicroPLC。
本次设计是实现较为简单倒计时控制,对所需硬件的要求并不高,为了尽量满足倒计时的精确性,故选用扫描时间短,即执行一条布尔指令时间较短的西门子小型PLCS7-200,根据端口的需要选择226型号的CPU。
对于设计的仿真调试也做了相应的简化,使用面包板和7段数码管组成一个仿真电路,结合程序的需要,选择8个共阴极的7段数码管分别作为时间状态位的显示。
三、总体设计
3.1课程设计内容
设计课题:
设计倒计时控制系统设计(带显示和闪光报警);
设计任务及要求:
掌握PLC工作原理、编程及调试方法及应用技术;根据控制要求,制定合理的设计方案;正确选用PLC,确定输入、输出设备;PLC的I\O点分配,并绘制其连接图,及其外部硬件图;设计PLC控制程序;绘制有关图纸;编制设计说明书。
3.2课程设计要求分析
有启停按钮,按下启动按钮后,开始10秒倒计时,由7组led发光二极管模拟的数码管开始显示:
显示的次序是0、9、8、7、6、5、4、3、2、1,9秒后声光报警,再返回初始显示,并循环下去。
按下停止按钮,数码管停止。
重新启动时,还从初始显示循环。
由控制任务可以看出,每一段显示是有先后顺序的,当第一段显示完了以后第二段才能显示,中间时间延时1秒,依次往后进行。
所以该程序具有很强的时序性,要用定时器来实现。
而后面的数字显示都是由这7段数码管中的某段组成的。
所以只要在原有的程序上面进行修改就可以实现数字。
以显示0为例,当需要显示0的时候,只要将G段的数码管断开就可以显示0了。
其他也是同样道理。
同时,在显示1时要声光报警,既要连接闪光电路还要连接报警电路。
3.3倒计时控制系统设计
3.3.1总体设计思想
分别用S7-200PLC的输入端I0.0,I0.1分别控制系统的启动和停止。
由于要显示的数字用七段数码管就可以完全表示,所以用PLC的输出Q0.0—Q0.6分别控制数码管的A.B.C.D.E.F.G,用定时器设置延迟时间,顺序显示。
3.3.2设计方案论证
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8组led发光二极管模拟的数码管完成本设计要求的各项指标,实现倒计时的控制。
我们知道定时器主要用来控制各个数码管显示的时间。
在每个数字显示的输入使能端串联一个带有不同预定值定时器开关,等到定时器的当前值等于该预定值时,该开关就会闭合,输出高电压,这样,也能满足实验要求。
倒计时是一个将“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。
它的计时周期为10秒,PLC控制数字电子钟采用数码管显示。
设计框图如下
图3设计框图
四、PLC的硬件外部接线图
根据设计任务要求PLC主机的硬件接线图如下图所示:
图5PLC硬件接线图
五、软件设计
5.1PLC的选择
本倒计时显示器共有输入2点,输出8点,根据实际情况,选择西门子S7-200系列的CPU224PLC作为控制器。
5.2I/O地址分配
输出信号
输出信号
名称
输入点编号
名称
输出点编号
启动按钮SB1
I0.0
A段
Q0.0
停止按钮SB2
I0.1
B段
Q0.1
C段
Q0.2
D段
Q0.3
E段
Q0.4
F段
Q0.5
G段
Q0.6
灯泡HL
Q1.0
蜂鸣器HA
Q1.1
图4I/O地址分配表
六、PLC控制系统的程序设计
6.1程序流程图
根据程序的设计思想,画出程序流程图,如下:
图6程序流程图
6.2程序编译
根据题目要求,使用梯形图编译程序
1)网络1用于设置启动,停止按钮,按下启动按钮,开始倒计时,在按下停止按钮时,会瞬间断开进程,回到初始状态。
同时设置定时器,用于循环倒计时。
2)网络2为数码输出0程序,并且延迟一秒,一秒后进入下一个网络
3)网络3到网络10程序从9到2的倒计时程序。
每隔一秒数码显示输出一个数字,分别为9,8,7,6,5,4,3,2,且每个数码显示数字显示一秒。
4)网络11程序为最后数码输出1的程序,在输出1的同时,灯泡点亮并且蜂鸣器报警,完成最后一秒闪光报警的要求。
5)网络12程序是为了循环执行,在执行完最后一个数字并闪光报警后,又重新回到初始值,继续循环执行10秒倒计时。
6.3指令如下
Network1Network5Network8
LDI0.0LDW=T37,40LDW=T37,70
ANM0.0ANI0.1ANI0.1
ANI0.1SQ0.0,3SQ0.1,2
TONT37,110RQ0.3,4RQ0.0,1
Network2Network6RQ0.3,2
LDW=T37,10LDW=T37,50SQ0.5,2
ANI0.1ANI0.1Network9
SQ0.0,6SQ0.0,1LDW=T37,80
RQ0.6,1RQ0.1,1ANI0.1
Network3SQ0.2,5SQ0.0,4
LDW=T37,20Network7RQ0.4,2
ANI0.1LDW=T37,60SQ0.6,1
SQ0.0,4ANI0.1Network10
RQ0.4,1SQ0.0,1LDW=T37,90
SQ0.5,2RQ0.1,1ANI0.1
Network4SQ0.2,2SQ0.0,2
LDW=T37,30RQ0.4,1RQ0.2,1
ANI0.1SQ0.5,2SQ0.3,2
SQ0.0,7RQ0.5,1
SQ0.6,1
Network11Network12
LDW=T37,100LDW=T37,110
ANI0.1ANI0.1
SQ0.1,2=M0.0
RQ0.0,1
RQ0.3,4
=Q1.0
=Q1.1
6.4分析过程
1)网络1用于设置启动,停止按钮,按下启动按钮,开始倒计时,在按下停止按钮时,会瞬间断开进程,回到初始状态。
同时设置定时器,用于循环倒计时。
2)网络2为数码输出0程序,并且延迟一秒,一秒后进入下一个网络
3)网络3到网络10程序从9到2的倒计时程序。
每隔一秒数码显示输出一个数字,分别为9,8,7,6,5,4,3,2,且每个数码显示数字显示一秒。
4)网络11程序为最后数码输出1的程序,在输出1的同时,灯泡点亮并且蜂鸣器报警,完成最后一秒闪光报警的要求。
6)网络12程序是为了循环执行,在执行完最后一个数字并闪光报警后,又重新回到初始值,继续循环执行10秒倒计时。
七、设计总结
历时将近两个星期的课程设计结束时,回首这课设一路的坎坷和困难重重,不禁感慨万千。
原以为此次的课题比较简单,但是在慢慢接触之后,从硬件原理图,到软件程序的编写,再到最后的程序调试,都使我深刻地体会到这个貌似简单的问题背后的不简单。
通过这次课程设计实践,我学会了PLC的基本编程方法,对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解,在对理论的应用中,提高了我们的工程素质,在没有做课程设计以前,我们对知道的掌握都是思想上的,对一些细节不加重视,但当我们把自己想出来的程序运用到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。
能够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,看到了时间与理论的差距。
在设计的过程中我得到了张老师的帮助与意见,在学习的过程中,不是每一个问题都能自己解决,向老师请教是一个很好的方法,感谢老师的耐心指导,在老师的指导下,我不断的完善自己程序,最终完成设计的要求。
八、参考文献
[1]张晓锋.电气控制与可编程控制技术及应用.北京:
机械工业出版社,2010.
[2]黄永红.电气控制与PLC应用技术.北京:
机械工业出版社,2011.
[3]史国生主编.电气控制与可编程控制技术.北京:
化学工业出版社,2004.
[4]张万忠.可编程控制器入门与应用实例(西门子S7-200系列).北京:
清华大学出版社,2007.
[5]王永华.现代编程及可编程控制技术.北京:
北京航空航天大学出版社,2002.
电气控制与PLC技术课程设计成绩评定表
姓名
李俊杰
学号
2010210330
专业班级
电气工程及其自动化
课程设计题目:
基于S7-200PLC倒计时的控制系统
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
评定项目
评分成绩
1.选题合理、目的明确(10分)
2.设计方案可行性、创新性(20分)
3.设计结果(系统原理图、源程序、调试运行结果)(30分)
4.平时成绩(态度认真、遵守纪律)(10分)
5.设计报告的规范性、参考文献充分(不少于5篇)(10分)
6.答辩(20分)
总分
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日