PLC倒计时编程毕业设计简版.docx
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PLC倒计时编程毕业设计简版
目 录
1绪论………………………………………………………………………………………1
2PLC的组成与工作原理……………………………………………………………2
2.1概述………………………………………………………………………………2
2.2PLC的主要特点…………………………………………………………………2
2.3PLC的功能与应用………………………………………………………………3
2.4PLC系统组成及各部分的作用…………………………………………………4
2.5PLC的工作原理…………………………………………………………………5
2.6PLC的发展趋势…………………………………………………………………6
3倒计时器的实现与制作…………………………………………………………8
3.1倒计时器控制要求………………………………………………………………8
3.2倒计时器程序设计………………………………………………………………8
3.3倒计时牌外观…………………………………………………………………8
3.4硬件选型…………………………………………………………………………9
3.5PLC控制程序……………………………………………………………………10
3.6倒计时外部接线图…………………………………………………………………12
3.7程序控制过程…………………………………………………………………12
3.8程序调试…………………………………………………………………16
4总结…………………………………………………………………17
致谢…………………………………………………………………………………18
参考文献
1绪论
“倒计时”这一短语来源于1927年德国的幻想故事片《月球少女》，在这部影片中，导演弗里兹为了增加艺术效果，扣人心弦，在火箭发射的镜头里设计了“9、8、7、……3、2、1”点火的发射程序。
这个程序得到火箭专家们的一致赞许，认为它十分准确清楚科学地突出火箭发射的时间越来越少，使人们产生火箭发射前的紧迫感。
此后“倒计时”被普遍采用，而且超越了使用范围，成为一个适用性极强，适用范围极广的词语。
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。
2PLC的组成与工作原理
2.1概述
PLC是ProgrammableLogicController的缩写，即可编程逻辑控制器。
IEC对PLC的定义是：
PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。
传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。
个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，因此可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
而且远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示也有了长足的发展。
所有这些使PLC应用于连续生产的过程控制系统，使之成为现代工业生产自动化的四大支柱之一。
2.2PLC的主要特点
1、高可靠性
所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms.。
各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
采用性能优良的开关电源。
对采用的器件进行严格的筛选。
良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2、丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：
交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3、采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4、编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5、安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
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系统组成及各部分的作用
1.CPU——是PLC的核心部分。
与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神经中枢。
其功能：
（1）用扫描方式接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器。
（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误。
（4）在PC进入运行状态后：
a）执行用户程序——产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路） b）进行数据处理——分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务c）更新输出状态——输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输出控制、制表、打印、数据通讯等）。
2.存储器
系统程序存储器——存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令，解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数。
用户程序存储器——存放用户程序。
功能存储器——存放用户数据PC的用户存储器通常以字为单位来表示存储容量
3.I/O
CPU与现场I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。
PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块，以及各种用途的I/O组件供用户选用：
输入/输出电平转换，电气隔离，串/并行转换，数据传送， A/D、D/A转换，误码校验，其他功能模块。
I/O模块可与CPU放在一起，也可远程放置。
通常，I/O模块上还具有状态显示和I/O接线端子排。
4.编程器等外部设备
编程器——PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的工具。
用于用户程序的编制、编辑、调试、检查和监视，通过键盘和显示器去检测PLC内部状态和参数，通过通讯端口与CPU联系，实现与PLC的人机对话。
其他外设：
磁盘、光盘、EPROM写入器（用于固化用户程序）、打印机、图形监视系统或上位计算机等等。
5.电源
内部——开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电源，为现场的开关信号、外部传感器供电。
外部——可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。
2.5PLC的工作原理
1.扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（2）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
（3）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。
另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。
当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。
2.PLC的I/O响应时间
为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。
为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。
以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。
I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。
2.6PLC的发展趋势
1.向高速度、大容量方向发展
为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。
目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。
PLC的扫描速度已成为很重
要的一个性能指标。
在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。
为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。
2．向超大型、超小型两个方向发展
当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。
现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。
小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司α系列PLC。
3．PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力
为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。
这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。
加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。
PLC的联网通信有两类：
一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。
4．增强外部故障的检测与处理能力
根据统计资料表明：
在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。
前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。
5．编程语言多样化
在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富。
除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
3计时器控制系统设计
3.1计时器控制要求
（1）开机时初始状态显示为00天00时00分00秒；
（2）按下启动按钮，倒计时开始，一秒后显示为99天23时59分59秒；
（3）可根据当时所需时间调整到实际时间，当为调整期时，显示天数的数码闪烁，这时可进行天、时、分、秒的调整，调整过程结束后，按下启动按钮即可计时。
（4）可任意停止于任意时间状态，在停止状态可任意调整时间。
（5）各时间状态采用动态循环扫描，也就是说每一时刻只有一组七段数码管在通电但是肉眼是看不出来的，这样做是为了节省PLC的输出点数。
3.2时器程序设计
根据控制要求，首先要确定I/O个数，进行I/O分配，本题使用了许多数学运算指令，难点在于它的进位和动态扫描，所谓动态扫描就是利用PLC周期性扫描的特点，在编程时要做到每个周期只有一组数码能够形成通电回路，从而得电点亮，因为一个扫描周期的时间特别短，只有几十毫秒，所以感觉每个等都在通电亮着。
本题共有八只数码管，按“天、时、分、秒”来分，需分成四组，每一组两只，也就是说每一时刻只有两只数码管得电。
3.3倒计时牌外观
图3-1是三位倒计时牌外观示意图。
从天开始计时，可以精确到秒，从100天开始，直到0天。
该倒计时器可以动态显示天、小时、分、秒，开机后显示初始状态（全零态），按下开始按钮，百天倒计时开始了，如按停止按钮将停止计时，显示当前状态。
倒计时牌由一个计时开始开关和两个时间调整按钮构成，分别控制倒计时牌计时开始、调整计时时间。
时间调整按钮分别调整个位和十位的时间，十位调整按钮按一下数字加1，个位调整按钮按一下数字减1，优点在于操作方便，两个按钮组合可以实现从0到99天的任意调整；外观美观。
倒计时牌主要应用于一些重大活动的倒计时中，具有很好的应用价值和推广前景。
3.4硬件选型
一、数码管及分压电阻的选择
数码管的额定电压是7.6V，额定电流是1.5A，共阴极的，其公共端接24V电源负极，电源正极接PLC的COM0，COM1，COM2。
除了数码管、变压器外，还使用了按钮、木板、图纸、开关、导线等。
由于电源电压是24V，而数码管的额定电压是7.6V，所以应加入分压电阻，以免烧毁数码管。
分压电阻阻值计算如下：
（1）
所以，可以选择阻值为11欧姆的电阻进行分压。
二、PLC选型
本倒计时牌共有输入3点，输出14点，根据实际情况，选择三菱FX2N-48MRPLC作为控制器。
三、I/O地址分配
为了方便起见，将三位数字的数码管进行了编号，称为0号管，1号管……如下图所示。
I/O地址分配如下：
0号管
Y0
1号管
Y1
2号管
Y2
3号管
Y3
4号管
Y4
5号管
Y5
6号管
Y6
7号管
Y7
10号管
Y10
11号管
Y11
12号管
Y12
13号管
Y13
14号管
Y14
15号管
Y15
17号管
Y17
20号管
Y20
计时开始开关
X3
十位数调整按钮
X1
个位数调整按钮
X2
倒计时牌显示的是“××天××小时××分××秒”，倒计时从99天24小时00分00秒开始，直到00天00小时00分00秒为止。
它由一个开关和八个时间调整按钮 SB1～SB8分别实现系统运行开始的条件和调整计时时间。
在需要减少一天时，按下按钮SB2，保持0.4s，在PLC的控制下LED数码管会自动地减一天；同样在需要增加一天时，按下按钮SB1，保持0.4s，在PLC的控制下数码管会自动地加十天，此时还需要再按下按钮SB2，保持适当的时间，使PLC减少九天即可，通过加十天减一天的相互配合，可以做到根据实际的需求改变显示天数。
调整小时、分钟、秒显示时间和调整天数显示时间的操作是相同的，在此就不做说明。
3.5PLC控制程序
首先，通过编写简单程序，验证了利用秒脉冲来控制状态转移图的另一条分支我们采用了由时间继电器和辅助继电器相结合具有秒脉冲功能的简短小程序，如下所示：
T1
T2K5
T2
T1K5
T1
其次，通过编写简单程序，验证了三台PLC之间的简单通信的准确性。
简单通信，就是指一台PLC的输出信号作为另一台PLC的输入信号。
程序设计的通信连线如下表所示：
1号PLC
2号PLC
3号PLC
X3
Y0
Y0
X4
X5
Y0
Y10
X4
最后，完成每台PLC的细节程序编写和改进，使倒计时牌的计时精度由以天为单位提升到以秒为单位，三台PLC之间的通信准确无误，启动倒计时牌系统和改变天数的操作不再受到时间的限制，并在LED数码管上进行调试且得到系统验证。
3.6倒计时外部接线图
根据系统控制要求，倒计时系统接线图可以更加直观的告诉我们接线的结构，如图2-1
图2-1外部接线图
3.7程序控制过程
每一台PLC的控制程序都采用具有并行分支的顺序功能图，顺序功能图具有简单、直观的突出优点。
这种设计方案具有层次分明、编程简单、程序设计思路清晰、程序的长度较短、可靠性高、输入效率高等特点。
以1号PLC的控制程序为例，它采用了并行分支的结构，从左到右分别控制十位和个位的计时数字。
两个分支之间的联系通过M1、M2、Y0和X3实现。
当开关接通时，由2号PLC的输出通过X3传给1号PLC信号，使其个位显示数字减少一，当个位减到零时，X3一旦再带电，会使M1带电，M1带电使十位上显示数字减少一。
当十位减到零时，会使M2带电，个位一旦减到零时，会使Y0带电，同时使个位不能再由0变为9，Y0将信号传给2号PLC。
2号PLC和3号PLC具有同样的控制方式，不过它们还具有其他功能。
当倒计时倒计到正点时，2号PLC能够输出信号，时锋鸣器发出声音。
3号PLC的控制程序最后一条分支是秒脉冲。
通过将一台PLC的输出信号作为另一台PLC的输入信号，使三台PLC之间能够实现通信，能够互相控制，从而完成准确无误地通信和控制。
当倒计时牌显示为00天00小时00分00秒后，显示数字就不再变化，同时发出声音。
图2-21号PLC控制程序
图2-32号PLC控制程序
图2-43号PLC控制程序
3.8程序调试
经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误：
1、刚开始的时候把程序写进去，然后运行却发现有些数字显示不出来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。
那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出，真正的输出口就没有收到信号了。
2、数字虽然是可以显示了但仍然循环不起来。
从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。
突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器。
总的说来遇到的问题还是很多，出现的错误有的比较难，确实是不知道如何下手，但是有的比较简单，完全是粗心大意，不认真造成的。
虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的东西.
总结
这次毕业设计，使我受益匪浅，让我有了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。
刚开始觉得自己专业课学的很不错，学到的知识很多肯定可以独立完成这次设计，然而，事情并不是我想的那么简单，当我越深入其中就越觉得自己学到的只是皮毛而已，还有很多东西要深入其中，才可以领悟的到，同时这也让我们对PLC有了更加深刻的认识，也让我们更加喜欢上PLC，
这次毕业设计，使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面又向前迈了一大步，让我深刻的理解了“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的深刻含义，因为你只有自己亲身去做了，去体验，你才会知道自己到底掌握了多少，自己学到的知识是否可以运用到实践当中，
在这次程序设计过程中，不仅使我学到了很多知识，同时也让我感动了许多，因为正是有了大家的帮助，才让我顺利的完成了这次设计，谢谢你们，
致谢
在我的毕业论文写作过程
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