1、河南科技大学课 程 设 计 说 明 书课程名称 电气控制技术 题 目 倒计时控制系统设计 学 院 车辆与动力工程学院 班 级 农业电气化与自动化 092 班 学生姓名 周 祥 指导教师 高春艳 日 期 2012 年 6 月 27 日 I电气控制技术课程设计任务书班级：农电 092 姓名：周祥 学号：09103010235设计题目：倒计时控制系统设计（带显示和闪光报警） 一、 设计目的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；掌握一般生产电气控制系统的施工设计、安装与调试方法；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。二、
2、 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，指定合理的设计方案；正确选择 PLC，确定输入、输出设备；PLC 的 I/O 点分配，并绘制其连接图，以及其他外部硬件图；设计 PLC 控制程序；绘制有关图纸；编制设计说明书。三、 控制要求有起停按钮，启动后 10 秒倒计时并数码显示，9 秒后声光报警，如此循环重复。四、 设计时间安排查找相关资料（1 天） 、设计并绘制系统原理图（2 天） 、设计 PLC 控制程序（2 天） 、模拟调试（2 天） 、编写设计报告（2 天）和答辩（1 天） 。五、主要参考文献1.黄永红，电气控制与PLC应用技术，北京：机械工业出版社
3、， 2011.2.王建华，电气工程师手册，北京: 机械工业出版社，2006.3.吴晓君， 电子控制课程设计指导 ，北京：中国建材工业出版社，2007.指导老师签字： 2012 年 6 月 18 日I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
4、 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 S7-200 PLC，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
5、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 电气控制车辆与动力工程学院课程设计说明书II目 录第一章 绪论 1第二章 PLC 的组成与工作原理 22.1 概述22.2 PLC 的主要特点22.3 PLC 的功能与应用32.4 PLC 的性能指标32.5 PLC S7-200 的概述 4第三章 总体设计 53.1 课程设计内容 53.2 课程设计要求分析53.3 倒计时控制系统设计 53.3.1 总体设计思想5 3.3.2 方案论证53.4 PLC 的选择73.5 I/O 地址分配73.6 PLC 的 I/O 接
6、线图73.7 PLC 控制程序设计73.7.1 程序流程图83.7.2 程序编译93.8 系统调试及分析13 第四章 设计结论14参考文献 15车辆与动力工程学院课程设计说明书1第一章 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，
7、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
8、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。车辆与动力工程学院课程设计说明书2第二章 PLC 的组成与工作原理2.1概述 可编程序控制器（Programmable Logic Controller,，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
9、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、IO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IO点数又有若干规格。模块式PLC有CPU模块、IO模块、内存、电源模块、底板或机架，模块拼装起来
10、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IO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1 PLC的基本结构框图 2.2 PLC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 车辆与动力工程学院课程设计说明书33）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2.3 PLC 的功能与应用
11、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
12、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2.4 PLC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 车辆与动力工程学院课程设计说明书44）通信功能 2.5 S7
13、-200 PLC的概述 S7-200 PLC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S7-200 CPU22X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。S7-200 CPU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Micro PLC。参见图2。 图2 S7-2
14、00 CPU外型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PLC S7-200，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。车辆与动力工程学院课程设计说明书5第三章 总体设计3.1 课程设计内容参考图 1-1 LED 数码显示控制模型示意图进行倒计时数码显示控制系统设计。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
15、、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IO点分配，并绘制其连接图，及其其他外部硬件图；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 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。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
16、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 S7-200 PLC 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 Q0.0Q0.6 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。LED码
17、 显 示 控 制数COM+24VABCDEFGH启 动 SD车辆与动力工程学院课程设计说明书63.3.2 设计方案论证目前常用的数字电子钟控制方法有单片机控制PLC 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 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。设计框图如下外部操作开关PLC 控制电路定时器 数码显示声光报警电路图 3 设计框图
