北華航天工業(yè)學院成人教育本科畢業(yè)設計（論文）摘要隨著信息科學技術的不斷發(fā)展和進步，在不同的工業(yè)領域中正在普及自動化控制技術的使用，由此使得生產的效率和質量都大為提升，作為一類核心的電氣領域自動控制技術，PLC很好地綜合了當下先進的科學技術與傳統(tǒng)控制技術中的諸多優(yōu)勢，工作效率也大幅提升，實現(xiàn)了生產和運行的自動化控制?？删幊炭刂破饔捎谄鋬?yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。本設計以西門子公司的S7—200CN為基礎，設計了PLC電子時鐘的梯形圖。本設計分四章：第一章為PLC技術概要，第二章為PLC控制系統(tǒng)設計，第三章為PLC控制電子鐘設計，第四章為數(shù)字電子鐘梯形圖程序。關鍵詞PLC技術控制系統(tǒng)數(shù)碼管目錄第1章PLC技術概要 第1章PLC技術概要1.1PLC技術特征該技術實際上指的是所謂的“可編程邏輯控制器”(programmablelogiccontroller)，通過利用可編程儲存器（Programmablememory）來進行內部程序的儲存處理，從而執(zhí)行一系列的面向有關用戶的指令（具體包括順序控制、定時以及邏輯運算等）。PLC技術在電氣工程的主要方向為自動化控制，不僅可以促使自動化技術水平的明顯提升，還能保證整體電氣系統(tǒng)的可靠性和安全性，為電氣工程行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎。1.1.1應用面廣闊PLC語言能夠在通過翻譯實現(xiàn)計算機編程語言的轉化，這就保障了用戶在使用PLC語言進行編程后，不需要進行計算機語言學習就可以在計算機中進行編程，這就降低了PLC編程語言的門檻。由于其具有開放性，故能夠實現(xiàn)與計算機的完美融合，其連接和操作便能通過多元化的方式來實現(xiàn)，在這個過程中，大大的縮短了系統(tǒng)的運行周期，避免了程序的不兼容問題的出現(xiàn)，這些都是提高工作效率的有效基礎。1.1.2集成程度高 PLC技術是基于集成電路開發(fā)的，是一種十分輕小的芯片，這就推動了機電一體化的發(fā)展，在很大程度上，由于PLC具有低耗能、輕便、開源等優(yōu)勢，是機電一體化過程中，較為多見的編輯語言和芯片。因為集成程度高，在未來的發(fā)展中，其在微型設備中具有良好的應用前景。1.1.3可靠性能好PLC技術在實際的應用中，可以和國內端口對接，也可以結合國外端口對接，其端口適用性極強，同時其保密性較高，在進行信號傳遞的過程中，采用外界隔離的方式，大大的減少了電磁干擾，保障了信息傳遞的安全、準確。由于PLC自身具有很好的外殼保護，具有一定的抗性，因此在實際應用中，其因為具備屏蔽、監(jiān)測、電路、穩(wěn)壓等效果，可以保證在極端環(huán)境下的正常使用。1.2PLC技術的運用該技術的發(fā)展是基于通信、微機以及自控等一系列新技術的發(fā)展完善與應用，而且在過去十多年中微處理器技術取得了可喜的應用及研究成果，也推動了該技術的不斷完善，從而它也被廣泛地應用于不同的生產領域之中，而且處于持續(xù)增長的態(tài)勢。現(xiàn)階段，使用該技術的范圍涵蓋了環(huán)境保護、交運、汽車、機械制造、化工、石油以及材料等。1.2.1PLC技術在開關量控制中的應用使用PLC技術對其進行編程工作，構建一個虛擬的電氣運行全過程，了解電氣系統(tǒng)在運行時將會存在哪些問題。在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)，繼電器在通電的過程中反應時間較長，能夠證明繼電器在短路時不會受到控制。使用PLC技術對相關的數(shù)據(jù)進行改進，采取有效的措施，可以將PLC技術與自動切換系統(tǒng)進行有效的結合，改善短路時電氣系統(tǒng)反應過慢的情況，提高電氣系統(tǒng)的運行效率。使用PLC編程，設置電氣系統(tǒng)能夠正常運行的閾值范圍，如果電氣系統(tǒng)在運行時超過這一范圍，要對繼電器以及系統(tǒng)的電源進行保護，并且發(fā)出預警。維修人員根據(jù)異常數(shù)據(jù)發(fā)生的區(qū)域，及時的維修故障，最終保障電氣系統(tǒng)能夠正常的運轉。在此過程中PLC編輯的數(shù)據(jù)要不斷的進行調整，直到數(shù)值達到合理的范圍內。1.2.2PLC技術在電氣系統(tǒng)的順序控制中的應用在電氣工程運行與生產的過程中需要按照相應的順序進行，如果電氣工程在生產或者運行的過程中某一環(huán)節(jié)發(fā)生錯誤，則會導致嚴重的系統(tǒng)故障，通過數(shù)據(jù)程序的編寫，可以保障電氣工程在運行的過程中按照相應的程序與步驟進行，降低事故出現(xiàn)的頻率。在電氣工程運行的過程中，首先在PLC中對電氣工程正常運行的數(shù)值不斷的調試，最后進行編程工作，如果電氣運行過程中出現(xiàn)電流運行異常、電氣設備運行異常，要在終端及時的發(fā)出警報，維修人員要根據(jù)異常數(shù)據(jù)發(fā)生的階段及時的進行維修。其次在電氣工程運轉的過程中，如果某個環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)故障，通過自動控制系統(tǒng)對故障處進行隔離，并且選擇合適的電路保障電氣工程能夠正常的運轉。最后PLC將會對故障處的數(shù)據(jù)進行存儲工作，在下次同一階段發(fā)生相同的故障時，能夠根據(jù)原有的經驗及時的進行維修工作。1.2.3PLC技術與計算機技術的融合PLC技術在使用的過程中要注重與計算機技術進行融合，在計算機中構建信息化的平臺，PLC中運行的數(shù)據(jù)能夠在計算機信息顯現(xiàn)出來。工作人員可以通過計算機中的信息平臺數(shù)據(jù)實現(xiàn)電氣工程的遠程監(jiān)控。在電氣工程運行時，工作人員用對異常數(shù)據(jù)實時的觀測，并且聯(lián)系電氣工程的負責人對異常數(shù)據(jù)發(fā)生區(qū)域進行檢測。所以在PLC使用的過程中要注意與計算機系統(tǒng)進行結合。1.2.4提高技術人員的專業(yè)技能水平技術人員的專業(yè)技能水平和操作經驗直接影響著PLC技術的應用和研發(fā)，只有具備豐富的操作經驗和較高的專業(yè)技能水平的技術人員，才能保證PLC技術實際的應用作用。因此，電氣企業(yè)必須提高技術人員的專業(yè)技能水平，通過安排系列培訓和實踐操作來增加技術人員的認識層面、操作經驗，例如開展PLC技術相關的課程學習、成立專門的培訓小組、開展實踐操作競賽，以此來提高技術人員參與研發(fā)的興趣和積極主動性?；蛘吲c其他企業(yè)進行交流合作，通過技術交流和優(yōu)勢互補，總結研發(fā)經驗，從而提高技術人員的專業(yè)技能水平和操作經驗，進而促使其將PLC技術理論知識與自動化控制實踐工作緊密結合。1.2.5加大研究力度PL技術在電氣工程及其自動化控制專業(yè)中的應用已經有段時間了，在這段時間中，是兩種技術的一種融合和互動，現(xiàn)階段，電氣化工程在社會中的需求不斷的被拓展，應用領域越發(fā)高深，為此必須針對PLC技術的應用理論進行研究，通過理論來更好的指導實踐的進行。為了促成PLC技術的深入發(fā)展和研究，應該以大量的實踐經驗和案例進行指導，促成對基礎資料的整理和收集。第2章PLC控制系統(tǒng)設計2.1PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則在研究開發(fā)某種電氣控制體系時，其最終的目的均是達到各類被控對象所提出的具體指標需求，上述的對象包括了生產的過程以及所用的有關設備，這樣產品的質量以及生產的效率都將會得到相應的提升。所以，在進行可編程邏輯控制器的設計過程中，需要參考下述的幾條原則：1.對于被控對象相關的各項控制方面的要求，都要盡可能地去滿足。所以，需要詳細地進行資料數(shù)據(jù)的收集整理，周密地調查其應用的現(xiàn)場，而且需要加強和實操工作人員以及機械設計師之間的溝通交流，以雙方合作的形式來進行電氣控制相關解決方案的合理制定，由此將不同的實際問題處理好。2.首先需要對相關的控制要求給予滿足，盡可能地獲得實用性強、便捷性高的控制系統(tǒng)，而且該系統(tǒng)要便于開展各類維修工作。3.需要有比較高的可靠安全性。4.對于其容量的大小，需要有一定大小的余量，這樣就能夠繼續(xù)完善其生產工藝與過程。2.2PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容PLC控制系統(tǒng)的組成部分包含了輸出設備、用戶輸入以及可編程邏輯控制器。PLC控制系統(tǒng)主要有下述工作內容：1.需要做好控制對象（其驅動是通過輸出設備來實現(xiàn)，主要包括電磁閥以及電動機等）、輸出設備（主要有信號燈、接觸器、繼電器等）和用戶輸入相關設備（主要有傳感器、限位開關、操作開關以及按鈕等）的合理選擇。實際上，上述設備均為常規(guī)元件，可參照相關資料來開展選擇。2.合理地選擇可編程邏輯控制器。作為整個系統(tǒng)的關鍵，可編程邏輯控制器起著十分重要的作用，有助于確保實現(xiàn)該系統(tǒng)具有較好的各項技術經濟相關指標。在進行可編程邏輯控制器的選擇時，需要考慮其各個特殊功能模塊、電源模塊、I/O點數(shù)、容量以及其具體的機型等。3.進而是進行I/O點的科學分配，將各類連接的相關接口圖清楚地繪制出來，此外，針對此，還要采取一些安全保護方面的相關措施。4.設計相關的控制程序。在該工作中需要用到的信息有梯形圖、語句表和流程圖等。在進行系統(tǒng)控制的過程中，需要關注其相關的控制程序，后者可確保整個工作的可靠性，所以需要多次地調試它，然后根據(jù)所得結果來進行相應的修改，最終獲得合理的程序。5.進行控制柜（臺）的合理設計。6.進行有關技術文件的編制工作。這將會涉及元件信息方面的明細電氣圖和有關的說明書。對于常規(guī)的電氣圖來說，所含的內容有其電氣方面的安裝圖、布置圖和原理圖等。在當前的控制系統(tǒng)中，上述各類圖形均稱作所謂的“硬件圖”。實際上，其主要來自經典電氣圖，主要進行了可編程邏輯控制器部分的增加，因此，需要相應地添加輸出電氣的相關連接圖以及可編程邏輯控制器的I/O輸入等方面的信息。而且，對于可編程邏輯控制器相關系統(tǒng)而言，還需在其電氣圖中加入梯形圖（在此處也就輸程序圖），所以就獲得了相關的“軟件圖”，由此，系統(tǒng)的用戶即可進行程序的修改以及故障排除等各項工作。2.3PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟（1）對具體的控制要求進行分析，主要參考了具體的工藝過程來進行分析，這涉及到操作方式（例如單步、連續(xù)或是自動以及手動等不同的類型）以及擬完成的各個動作。參考具體的系統(tǒng)控制方面的要求，對輸出設備以及用戶輸入等方面進行準確的落實，由此獲得具體的I/O點數(shù)。進行可編程邏輯控制器的合理選擇（該過程要具體地參考其性能價格比等方面的情況）。進行可編程邏輯控制器I/O點的合理分配，進而對其電氣接口中的相關連接圖開展設計。設計可編程邏輯控制器程序，再設計所需的控制臺。當需要開展常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)設計的時候，需要先設計好其控制線路，由此才可設計所需的控制臺，再進入施工階段。這也表明，該工程項目的施工工作量顯著地降低了，所以施工周期也相應地減小。如果控制系統(tǒng)比較復雜，則要進行系統(tǒng)流程圖的準確繪制，在此過程中需要將動作的具體條件以及相應的順序都清晰地給出。進行程序清單（即梯形圖）是準確設計。對于整個工作而言，該步驟十分的重要。為此，需要對控制的具體要求十分地熟悉，此外，需要掌握好必要的電氣設計知識。在可編程邏輯控制器中輸入相關的程序，然后開展相應的檢查。對上述程序進行修改及調試，使其符合有關的指標要求。在已經完成了控制臺的設計和現(xiàn)場的工作以后，就進入到聯(lián)機調試的階段，使其達到生產過程所提出的具體要求。進行有關技術文件的編制。第3章PLC控制電子鐘設計3.1七段共陰數(shù)碼管電子鐘PLC程序設計原理3.11主要控制要求可采用數(shù)碼管進行顯示操作，所用的數(shù)碼管為七段的類型，所現(xiàn)實的內容包括分個位、分十位、時個位以及時十位等?？蛇M行秒脈沖的提供，該過程是通過SM0.5特殊繼電器來實現(xiàn)。具備時間功能（校對及預置等）。3.12總體設計思想為了減少輸出點數(shù)和接線，可以將四個共陰數(shù)碼管的陽極都用Y0—Y6來驅動，但讓其依次輪班接通；四個數(shù)碼管的陰極分別用Y10—Y13來同步控制其接通“-”極的時間，以期達到四個數(shù)碼管輪番顯示的目的。3.13具體設計過程由特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖，用Y7輸出。用計數(shù)器C0將秒脈沖變成分脈沖。用左移位指令[SHL-W]形成分個位左移碼。用左移位指令[SHL-B]形成分十位左移碼。用左移位指令[SHL-W]形成時個位左移碼。用左移位指令[SHL-B]形成時十位左移碼。用左移位指令[SHL-B]安排四個數(shù)碼管輪番接通。8.將四個左移位碼分別譯成七段數(shù)碼管的字顯示碼，并考慮四個數(shù)碼管輪番接通問題。3.2編程元件地址分配編程元件地址分配編程元件編程地址符號作用輔助繼電器M0.1M1C0復位及分鐘個位顯示脈沖M0.2M2分鐘十位顯示移位脈沖M0.3M3小時個位顯示移位脈沖M0.4M4小時十位顯示移位脈沖M1.0M10分鐘個位顯示“0”M1.1M11分鐘個位顯示“1”M1.2M12分鐘個位顯示“2”M1.3M13分鐘個位顯示“3”M1.4M14分鐘個位顯示“4”M1.5M15分鐘個位顯示“5”M1.6M16分鐘個位顯示“6”M1.7M17分鐘個位顯示“7”M2.0M20分鐘個位顯示“8”M2.1M21分鐘個位顯示“9”M2.2M2210分鐘到信號M3.0M30分鐘十位顯示“0”M3.1M31分鐘十位顯示“1”M3.2M32分鐘十位顯示“2”M3..3M33分鐘十位顯示“3”M3.4M34分鐘十位顯示“4”M3.5M35分鐘十位顯示“5”M3.6M361小時到信號編程元件編程地址符號作用M3.7M3724小時到信號M4.0M40小時個位顯示“0”M4.1M41小時個位顯示“1”M4.2M42小時個位顯示“2”M4.3M43小時個位顯示“3”M4.4M44小時個位顯示“4”M4.5M45小時個位顯示“5”M4.6M46小時個位顯示“6”M4.7M47小時個位顯示“7”M5.0M50小時個位顯示“8”M5.1M51小時個位顯示“9”M5.2M5210小時到信號M6.0M60小時十位顯示“0”M6.1M61小時十位顯示“1”M6.2M62小時十位顯示“2”M8.0M80分鐘個位調整脈沖M8.1M81分鐘十位調整脈沖M8.2M82小時個位調整脈沖M8.3M83小時十位調整脈沖M9.0M90選擇分鐘個位顯示M9.1M91選擇分鐘十位顯示M9.2M92選擇小時個位顯示M9.3M93選擇小時十位顯示M10.0M100分鐘個位a段M10.1M101分鐘個位b段M10.2M102分鐘個位c段M10.3M103分鐘個位d段M10.4M104分鐘個位e段M10.5M105分鐘個位f段M10.6M106分鐘個位g段M11.0M110分鐘十位a段M11.1M111分鐘十位b段M11.2M112分鐘十位c段M11.3M113分鐘十位d段M11.4M114分鐘十位e段M11.5M115分鐘十位f段M11.6M116分鐘十位g段M12.0M120小時個位a段M12.1M121小時個位b段3.3數(shù)字電子鐘控制系統(tǒng)的方案3.3.1方案論證目前常用的數(shù)字電子鐘控制方法有①單片機控制②PLC控制。兩種方式的控制原理基本相似，都是分別以各自的主控器件來完成門信號的采集、運行狀態(tài)控制和設定，達到自動調節(jié)和控制運行的功能。本設計采用PLC控制方式，選用西門子S7--200PLC作控制器，繼電器輸出，時間顯示用4個數(shù)碼管,完成本設計要求的各項指標，實現(xiàn)數(shù)字電子鐘的控制。作為一類新型的計時設備，數(shù)字電子鐘可將秒，分鐘以及小時等在人體的相關視覺器官中進行顯示。該設備以24小時作為其計時的相關周期，對于可編程邏輯控制器所控制的此類計時設備，其顯示是通過數(shù)碼管來實現(xiàn)。3.3.2控制要求對于此類計時設備來說，控制方面的具體要求有：在其開機之后，所處的初始態(tài)將會為00時00分，如果將啟動所對應的按鈕按下，則該設備進行計時?？蓪r間顯示進行相應的調整，使之變?yōu)樗幍南鄳獣r間。對手動按鈕進行設置，由此確?？刂破骶哂懈鼮楸憬莸氖褂眯阅堋?.3.3數(shù)碼管顯示原理在處于七段數(shù)碼管之上的Y0~Y6中連接可編程邏輯控制器的相關輸出點。只要Y0~Y6中存在著相關的輸出信號，則即可進行數(shù)字的顯示。比如說，只要Y1以及Y2存在著信號的輸出，那么即可進行1的顯示，也就是說，對K6進行相應的轉換，使其變成二進制數(shù)，則即達到了相關的要求。再把常數(shù)值K6由MOV指令傳送到相應的數(shù)碼管就可以顯示數(shù)字了。（1）控制任務設計一個數(shù)字電子鐘，用LED數(shù)碼管顯示當前的時間，根據(jù)控制要求，需要顯示的時間如下：秒：由SM0.5來實現(xiàn)一秒的脈沖發(fā)生器分鐘：顯示范圍為00—59，用兩只LED數(shù)碼管顯示小時：顯示范圍為00—23，用兩只LED數(shù)碼管顯示（2）LED數(shù)碼管的工作原理一只LED數(shù)碼管可以看成是一組LED，有兩種接線方式，一種是共陰極接法，一種是共陽極接法。當發(fā)光二極管為正向偏置時，就會點亮。（3）秒脈沖發(fā)生器所謂秒脈沖發(fā)生器就是每秒生成一個脈沖，這個脈沖是所有計時器的基準，可以通過編程的方式實現(xiàn)，也可以利用PIC的特殊繼電器，如S7—200的周期為1秒的脈沖發(fā)生器SM0.5來實現(xiàn)。第4章數(shù)字電子鐘梯形圖程序第5章結論對于數(shù)字電子鐘來說，其時間的顯示是通過數(shù)字電路來實現(xiàn)的，因此其穩(wěn)定性及精準性都顯著地優(yōu)于傳統(tǒng)的機械式時鐘，而且它采用了非常直觀的數(shù)字顯示方式，便于讀數(shù)。當前的數(shù)字顯示主要是通過譯碼電路以及集成記數(shù)等來實現(xiàn)，由此對其顯示器件進行相應的驅動。此外，還可對CMOS-LED光電組合器件進行直接的使用，由此設計并制得具有模塊式特征的石英類型數(shù)字鐘。其電路裝置方面具有方便安裝且體積小巧的優(yōu)勢，還可對其增加有關的驅動電路，從而實現(xiàn)大規(guī)模的光電顯示效果。該類計時設備的最基礎組成單元為各類計數(shù)器，在各類計數(shù)以及計時的場合中有著不可替代的作用；而且因為其生產制造成本較低，有較高的精準性，涵蓋了各類不同的功能，而且體積較小，所以得到用戶的青睞。通過可編程邏輯控制器中所具備的定時中斷相關功能，則就能達到定時的目的，具有可靠性和精準