PLC课程设计之LED倒计时显示控制.docx

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PLC课程设计之LED倒计时显示控制

河南工业职业技术学院

HenanPolytechnicInstitute

课程设计说明书

题目：

LED倒计时显示控制

班级：

电气1002班

姓名：

***

学号：

*********

指导教师：

***

课程设计任务书

一、设计题目：

LED倒计时显示控制

二、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；每隔1秒LED显示的数字自动减1，直至减到0，然后转到要求2。

2．绿灯闪亮，周期为1s（亮0.5s，灭0.5s），绿灯闪亮3次后熄灭；两个七段LED数码管显示3，每隔1秒显示的数字自动减1，直至减到0，然后转到要求3；

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。

三、设计任务

1．画出LED外形及段位与数字关系表。

2．画出PLC的I/O接线图。

3．画出梯形图。

4．说明工作原理。

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；每隔1秒LED显示的数字自动减1，直至减到0，然后转到要求2。

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；两个七段LED数码管显示3，每隔1秒显示的数字自动减1，直至减到0，然后转到要求3；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

型号

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

——

4，4

EM222继电器输出

——

4，4

EM222230VAC

双向晶闸管输出

——

8点相互独立

输入/输出

扩展模块

EM223

EM22324VDC输入

继电器输出

4

4

EM22324VDC输入

24VDC输出

4，4

4，4

EM22324VDC输入

24VDC输出

8，8

4，4，8

EM22324VDC输入

继电器输出

8，8

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

编号范围：

Q0.0--Q15.7

功能：

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：

a段~g段

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

评

定

课程设计成绩:

指导教师（签字）:

年月日