机电传动课程设计报告书(霓虹灯饰的控制系统).doc
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成绩：
课程设计报告书
所属课程名称机电传动控制（含PLC）
题目霓虹灯饰的控制系统（十组）
分院机电学院
专业、班级
学号
学生姓名
指导教师
2012年07月25日
目录
一、课程设计任务书 1
二、总体设计 2
（一）设计方案的比较和论证 2
（二）总体设计方案 4
三、硬件系统设计 5
（一）PLC的介绍 5
（二）S7-200可编程控制器部分指令 6
（三）可编程控制器I/O端口分配 7
（四）外部接线图 8
四、程序设计 9
（一）程序设计框图 9
（二）梯形图 10
（三）语句表 13
五、程序调试及问题处理 17
（一）程序调试 17
（二）设计实物图 17
（三）问题处理 19
六、总结 20
七、参考文献 21
辽东学院课程设计报告书机电传动控制
一、课程设计任务书
课程设计题目：
霓虹灯饰的控制系统（十组）
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，按以下规律显示：
1→2、8→3、7→4、6→5→4、6→3、7→2、8→1→1、2→1、2、3、4→1、2、3、4、5、6→1、2、3、4、5、6、7、8→3、4、5、6、7、8→5、6、7、8→7、8→1、5→4、8→3、7→2、6→1、3、5、7→2、4、6、8→1、3、5、7→2、4、6、8→全部闪烁3次→9→10→1……
学生签名：
年月日
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
二、总体设计
（一）设计方案的比较和论证
此次设计根据设计需要，我们设计的题目的实质就是控制灯的循环闪烁，然后通过灯的布局来达到美化的目的。
选用S7-200可编程控制器作为编程工具。
l选用定时器
优点：
首先，在平时的PLC学习中，我们经常使用该指令进行一些程序的编写，对它的实际应用也有比较深刻的理解。
其次，选用定时器，使编写的程序更加容易理解，也便于修改，从而，根据实际情况更好的调试程序。
缺点：
该指令也存在很大的问题，通过该指令编写的程序一般都比较冗长，稍有不细心，就会在时间的控制上出现错误，导致整个程序不能按实际的设计要求达到目的。
而我们此次设计的题目要控制灯闪烁的组别特别多，需要29组不同的情况，同时，还要达到循环闪烁。
所以，如果单纯的使用该指令将会使程序过于复杂，不适合实验的调试和以后的修改。
l选用移位寄存器
优点：
听过老师的介绍和自己在网上查阅的资料，这条指令对于我们此次设计的要求十分满足，特别是在控制灯的循环闪烁方面。
能更好的优化程序，使设计的程序更加简洁。
缺点：
该指令平时的学习接触的比较少，不能更好的在实际情况中应用。
同时，该条指令在控制灯的闪烁时间上不能满足，但这也是我们此次设计要面对的问题。
所以，单纯的选用移位寄存器也难以达到设计要求。
综上所述，应该将两者结合在一起，用定时器控制灯的闪烁时间，移位寄存器控制灯的循环闪烁。
根据设计要求我们将各个灯的闪烁情况做成如表2-1
表2-1灯闪烁分布图
输出
步
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1
结果
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
+
1
2
+
+
2、8
3
+
+
3、7
4
+
+
4、6
5
+
5
6
+
+
4、6
7
+
+
3、7
8
+
+
2、8
9
+
1
10
+
+
1、2
11
+
+
+
+
1、2、3、4
12
+
+
+
+
+
+
1--6
13
+
+
+
+
+
+
+
+
1--8
14
+
+
+
+
+
+
3-8
15
+
+
+
+
5、6、7、8
16
+
+
7、8
17
+
+
1、5
18
+
+
4、8
19
+
+
3、7
20
+
+
2、6
21
+
+
+
+
1、3、5、7
22
+
+
+
+
2、4、6、8
23
+
+
+
+
1、3、5、7
24
+
+
+
+
2、4、6、8
25
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
闪烁3次
26
+
9
27
+
10
（二）总体设计方案
S7-200（CPU224）
可编程控制器
10组灯
复位按键
图2-1系统总体设计框图
据此，本设计系统以S7-200为控制核心，可编程控制器作为控制端，10组灯状态模块。
系统的总体框图2-1所示。
S7-200上电后，系统进入正常工作状态，执行10组灯的闪烁控制，在此过程中随时调用复位按键。
三、硬件系统设计
（一）PLC的介绍
根据我们学校现有设备的基本情况，我们这次课程设计主要使用的PLC为西门子的S7-200。
以此为基础，设计我们的程序。
西门子S7-200系列小型PLC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--200PLC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。
而且有国产的，价格更低廉。
图3-1PLC结构图
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。
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。
（二）S7-200可编程控制器部分指令
我们此次设计的程序，主要应用移位寄存器和定时器。
因此，对两条指令的基础知识要做到充分的了解，为后边的程序编写打下基础。
下面，首先要介绍这两条指令。
1、移位寄存器
（1）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。
图3-2指令格式
（2）指令说明
1）EN：
能输入端，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
lDATA:
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。
lS_BIT:
指定移位寄存器的最低位
lN:
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、定时器
定时器实质就是对时间间隔计数。
定时器的分辨率（时基）决定了每个时间间隔的时间长短。
在S7—200系列PLC的定时器中，定时器的分辨率有1ms、10ms、100ms三种，这三种定时器的刷新方式是不同的，从而在使用方法上也有很大的不同。
定时时间T=PT（设定值，最大为32767）×分辨率（时基）
定时器种类：
n接通延时定时器TON（On—DelayTimer）接通延时定时器用于单一时间间隔的定时。
n记忆接通延时定时器TONR（RetentiveOn—DelayTimer）记忆接通延时定时器对定时器的状态具有记忆功能，它用于对许多间隔的累计定时。
需要注意的是，断开输入端或断开电源都不能改变TONR定时器的状态，只能用复位指令R对其进行复位操作。
n断开延时定时器TOF（Off—DelayTimer）断开延时定时器用来在输入断开后延时一段时间断开输出。
上电周期或首次扫描，定时器位为OFF，当前值为0。
输入端接通时，定时器位为ON，当前值为0。
当输入端由接通到断开时，定时器开始计时。
当达到设定值时定时器位为OFF，当前值等于设定值，停止计时。
输入端再次由OFF—ON时，TOF复位；如果输入端再从ON—OFF，则TOF可实现再次启动。
表3-1定时器时区分配
定时器名称（功能）
定时器类型
时基（分辨率）（ms）
定时器号
记忆接通延时定时器
TONR
1
T0、T64
10
T1-T4、T65-T68
100
T5-T31、T69-T95
接通延时定时器
断开延时定时器
TON
TOF
1
T32、T96
10
T33-T36、T97-T100
100
T37-T63、T101-T255
（三）可编程控制器I/O端口分配
根据设计控制系统的要求，启动按钮SD采用带自锁的按钮，接主机的输入端口I0.4,该按键为拨子开关，能够提供给PLC持续的电平，进而达到持续、循环的控制灯的闪烁。
同时，也控制实验版上按钮SD的控制。
十组霓虹灯1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分别接PLC的输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1。
按下启动按钮I0.4，SD接通，输出端Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6、Q0.7、Q1.0、Q1.1便可以控制霓虹灯1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的亮灭。
如果在显示过程中，想从新开始显示，可以按下I0.0,即可以达到目的。
如果想关闭灯，按下I0.4，程序停止运行，霓虹灯熄灭。
具体I/O端口分配参见表3-2。
表3-2I/O端口分配表
输入
输出
输入点说明
输出点说明
I0.0（SB1）
复位
Q0.0
L1显示
I0.4（SD）
启动/停止
Q0.1
L2显示
Q0.2
L3显示
Q0.3
L4显示
Q0.4
L5显示
Q0.5
L6显示
Q0.6
L7显示
Q0.7
L8显示
Q1.0
L9显示
Q1.1
L10显示
（四）外部接线图
图3-3PLC外部接线图
四、程序设计
（一）程序设计框图
上电
启动移位寄存器
第一组灯亮
延时2秒
Y
是否结束
N
依次循环
第十组灯亮
延时2秒
N
是否结束
Y
结束
（二）梯形图
（三）语句表
Network1
//M0.0启动
LDI0.4
ANM0.0
TONT37,+20
Network2
LDT37
=M0.0
Network3
//M1.0启动
LDI0.4
TONT38,+30
ANT38
=M1.0
Network4
//循环启动
LDM1.0
OM0.2
=M10.0
Network5
//辅助继电器M20.0启动
LDM11.7
=M20.0
Network6
//2S后重复循环启动
LDM21.6
TONT39,+20
ANT39
=M0.2
Network7
//位移寄存器使辅助继电器逐一启动
LDM0.0
SHRBM10.0,M10.1,+15
SHRBM20.0,M20.1,+14
Network8
//第1组灯亮
LDM10.1
OM11.1
OM11.2
OM11.3
OM11.4
OM11.5
OM20.2
OM20.6
OM21.0
OT47
=Q0.0
Network9
//第2组灯亮
LDM10.2
OM11.0
OM11.2
OM11.3
OM11.4
OM11.5
OM20.5
OM20.7
OM21.1
OT47
=Q0.1
Network10
//第3组灯亮
LDM10.3
OM10.7
OM11.3
OM11.4
OM11.5
OM11.6
OM20.4
OM20.6
OM21.0
OT47
=Q0.2
Network11
//第4组灯亮
LDM10.4
OM10.6
OM11.3
OM11.4
OM11.5
OM11.6
OM20.3
OM20.7
OM21.1
OT47
=Q0.3
Network12
//第5组灯亮
LDM10.5
OM11.4
OM11.5
OM11.6
OM11.7
OM20.2
OM20.6
OM21.0
OT47
=Q0.4
Network13
//第6组灯亮
LDM10.4
OM10.6
OM11.4
OM11.5
OM11.6
OM11.7
OM20.5
OM20.7
OM21.1
OT47
=Q0.5
Network14
//第7组灯亮
LDM10.3
OM10.7
OM11.5
OM11.6
OM11.7
OM20.1
OM20.4
OM20.6
OM21.0
OT47
=Q0.6
Network15
//第8组灯亮
LDM10.2
OM11.0
OM11.5
OM11.6
OM11.7
OM20.1
OM20.3
OM20.7
OM21.1
OT47
=Q0.7
Network16
//全部闪烁三次
LDM21.2
OM21.3
OM21.4
ANT48
TONT47,+10
Network17
//全部闪烁三次
LDT47
TONT48,+10
Network18
//第9组灯亮
LDM21.5
=Q1.0
Network19
//第10组灯亮
LDM21.6
=Q1.1
Network20
//手动复位
LDI0.0
ED
RM10.0,16
RM20.0,15
五、程序调试及问题处理
（一）程序调试
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，正确后设置正确的通信口，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。
接线：
实验板上的1—8灯接PLC面板上的Q0.0—Q0.7，第二个实验板的1、2灯接Q1.0、Q1.1；实验板上的V+端口接L+，COM端口接1M。
运行调试：
在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开西门子可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行。
根据以上的调试情况，霓虹灯饰的PLC控制系统设计符合要求。
（二）设计实物图
图5-1实际接线图
图5-2显示部分接线
（说明：
提供的设备只有八组灯，其他的两组灯用其他模块的灯代替第九组灯和第十组灯，从而达到设计要求。
）
图5-3霓虹灯的实际显示情况
（三）问题处理
在程序的模拟过程中，对移位寄存器的移位次数没有了解，将29次的移位全部通过一个移位寄存器控制，这个时候发现，当霓虹灯运行到第十五组灯闪烁的情况时，程序停止运行。
我们猜想是不是移位的次数有限制，通过询问老师和网上查阅资料，我们的猜想得到证实，移位寄存器最多的移位次数不超过16次，于是，我们用两个移位寄存器来代替一个，用第一个移位寄存器最后一位的溢出控制第二个移位寄存器的移位启动。
最后，霓虹灯能够按设计要求闪烁并且循环。
在接线的过程中，由于实验板只有八个灯，我们将两个实验板作为一个使用，用第二个实验板的其中两组灯代替第九组、第十组灯的闪烁情况，进而使实验情况能够完整的实现。
调试时应严格按照实验室的规章制度进行操作，按步骤先接线后通电。
在电脑中输入指令程序然后向PLC中写入，注意写入时应按照程序的长度有范围的写入，这样会节省程序的写入时间。
在程序的传送过程中若出现通信错误应检查PLC的电源是否打开或PLC和电脑的接口是否已连接上。
程序的设计应和调试相配合，对于较复杂的控制系统要分段进行设计这样便于分析和修改。
六、总结
为期两周的机电传动课程设计的学习与实践结束了，在两周的时间里使我受益颇深，不仅巩固了在课堂上所学到的知识，同时也扩展了自己的知识面，现将我的学习实践心得做出如下总结：
通过这次课程设计，我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，每个人负责一定的部分，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。
我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。
讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。
多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见，特别是在移位寄存器的具体使用方法上，给我提供很多实用的方法，是自己能够更好的设计程序。
以上是我在机电传动课程设计的学习与实践过程中总结的一些心得和体会，认真对待每一件事就会发现，只有精深的理论、切身的实践、团队的配合，才能出色的完成任务。
七、参考文献
[1]吴中俊.黄永红.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，2007
[3]邓则名邝.穗芳等.《电器与可编程序控制器应用技术》.北京:
机械工业出版社
[4]周少武等.《大型可编程序控制器系统设计》.中国电力出版社
[5]胡学林.《可编程序控制器原理及应用》.电子工业出版社
[6]章文浩.《可编程控制器原理及实验》.北京：
国防工业出版社
21
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