1、基于PLC的数字电子钟毕业设计完整版XX职业技术学院毕业论文（设计）开题报告书开题时间：2012年10月10号学生姓名XXX专业班级11级电气自 动化2班指导教师张XX课题名称基于PLC的数字电子钟设计课题来源教师命题1.课题研究的意义及现状分析：可编程控制器（PLC是以微处理为核心的通用工业控制装置，它将传统 的继电器-接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、通 信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。近几年，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各 业中的应用日益广泛普及。为此，各高校的电器自动化、电气工程、供用电技 术、机电一体化等相关专
2、业相继开设了有关可编程控制器原理及应用的课程。本设计以西门子公司的S7 200CN为基础，设计了 PLC电子时钟的梯形图。本设计共分四大章：第一章是基础部分，介绍了 PLC的概述说明了 PLC的 发展史。第二章主要是数字电子钟设计的软件介绍及应用。第三章是数字电子 钟的设计程序，进一步清楚的了解其内部结果和工作原理。第四章是针对本设 计在制作过程所参考文献及资料的统一说明及介绍。最后是对指导老师及在本 设计过程当中给予我们帮助的老师及领导的感谢。2.课题拟采用的方案和技术路线：本课题设计方案为：数控部分用 PLC带动数模转换芯片提供PLC自身具有 完善的功能线拟采用的技术路线：（1） 采用PL
3、C作为整机的控制单元，利用4X 4键盘输入数字量，通过控制单 元输出数字信号。（2） 经过D/A转换器（DA0832输出模拟量。（3） 经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管的 基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。3.课题计划及进度安排：0102周：查寻收集资料，了解单片机原理，引脚及参数功能，学习与掌 握PLC线路模版的设计，为毕业设计打下基础，并写出开题报 告。0304周：确定控制方案，构思硬件电路。0506周：毕业实习，每天写实习日志，实习结束后写出实习报告。0710周：绘制PLC的版图以及设计出软件程序，并进行上机调试。1112周：撰写毕业设计说明书（毕业论
4、文），打印装订说明书，准备毕业 答辩。1. 参考文献1胡学林 可编程控制器教程 北京 电子工业出版社。2廖常初 S7200PL编程及应用北京机械工业出版社。3康华光 电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社，1999。4康华光 电子技术基础数字部分（第四版）.高等教育出版社，2000。5李振声 实验电子技术 屆防工业出版社，2001。6任为民 电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997。7钟肇新范建东可编程控制器原理及应用.广州：华南理工大学出版社， 2003。学号：040510135密级：XX职业技术学院毕业论文（设计）数字式可调稳压电源姓 名 程XX学科专业 电气自动化研
5、究方向 PLC设计指导教师 张XX完成时间 2013年4月毕业论文（设计）承诺书本人郑重承诺：1、 本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研究，独立撰写而成的。2、 本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。3、 本论文（设计）中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经撰写发表过的研究成果。4、 本论文（设计）如有剽窃他人研究成果的情况，一切后果自负。毕业论文（设计）作者签名： 签字日期： 年 月 日毕业论文（设计）版权使用授权书本论文作者完全了解亳州职业技术学院有关保留、使用论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅
6、和借 阅。本人授权亳州职业技术学院可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。论文作者签名： 指导教师签名：签字日期:年 月曰签字日期:年 月曰摘 要 1前 言 2第一章PLC控制电子钟设计 31.1七段共阴数码管电子钟PLC程序设计原理 31.11控制要求： 41.12总体设计思想 51.13具体设计过程 61.2编程元件地址分配 61.3输入/输出继电器的地址分配 71.31 输入/输出继电器的地址分配 92.4数字电子钟控制系统的方案 102.41方案论证 102.43数码管显示原理 112.44数字电子钟的程序 12第三章 数字
7、电子钟梯形图程序 12第四章结论 13参考文献 14致 谢 15摘要本系统采用计数器、显示器和校时电路组成。由 LED数码管来显示 pic所输出的信号。总体方案设计由主体电路和扩展电路两大部分组成。 其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。20世纪 末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社 会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高， 同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来种定时 电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数 字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。关键字：PLC
8、数码管 计数器.言数字钟已成为人们日常生活中：必不可少的必需品，广泛用于个人家庭 以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、 娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技 术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于计时、 自动报时及自动控制等各个领域。可编程控制器（PLC是以微处理为核心的通用工业控制装置，它将传统 的继电器-接触器控制系统与计算机控制技术紧密结合，集计算机、控制、 通信于一体，为工业自动化提供了几乎完美的现代化自动控制装置。近几年，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行 各业中的应用日益广泛普及。
9、为此，各高校的电器自动化、电气工程、供用 电技术、机电一体化等相关专业相继开设了有关可编程控制器原理及应用的 课程。本设计以西门子公司的S7200CN为基础，设计了 PLC电子时钟的梯形 图。本设计共分四大章：第一章是基础部分，介绍了 PLC的概述说明了 PLC的发展史。第二章主要是数字电子钟设计的软件介绍及应用。第三章是数字 电子钟的设计程序，进一步清楚的了解其内部结果和工作原理。第四章是针 对本设计在制作过程所参考文献及资料的统一说明及介绍。最后是对指导老 师及在本设计过程当中给予我们帮助的老师及领导的感谢。由于我们的水平有限，难免存在错误和疏漏，恳请领导、老师、读者批评 指正第一章PLC
10、的概要1.1 课程设计准备知识学习PLC的最终目的是能把它应用到实际控制系统中去，若遇到实际的 工业控制项目，需用PLC进行控制，应如何着手去设计一个控制系统。1.11PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程） 的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC控制系统时,应遵循以下基本：1.最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查 研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同 拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。2.在满足控制要求的的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维 修方便
11、。3.保证控制系统的安全、可靠。4.考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余地1.12PLC控制系统设计的基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。PLC控制系统的基本内容包括如下几点：1.选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设 备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及输出设备驱动的控制对象（电 动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，自选择方法请参考其他有 关资料。2.PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，对于保证整个控制系 统的技术经济性能指标起着重要作用。选择PLC，应包括机型、容量、I/O点数（模块）、电
12、源模块以及特殊功 能模块的选择等。3.分配I/O点，绘制电气连接接口图，并考虑必要的安全保护措施。4.设计控制程序。梯形图、语句表（可由编程软件自动转换或直接编写）、 控制系统流程图等。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠 的关键，因此控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足为止。5.必要时还需设计控制台（柜）。6.编制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。传统的电气图，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。在PLC 控制系统中，这些图可统称为“硬件图”。它在传统的电气图的基础上增加了 PLC部分，所以，还应增加PLC的I/O输入、输出电气
13、连接图（即I/O硬件 接线图）。此外，在PLC控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图），可以称 之为“软件图”，便于用户在生产发展过程或工艺改进时修改程序，或维修时 分析和排除故障。1.13PLC控制系统设计的一般步骤（1） 根据生产的工艺过程分析控制要求：需要完成的动作（动作顺序、动 作条件及必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周 期、单步等）。（2） 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定 PLC的I/O 点数（3） 选择PLC （考虑性价比等）（4） 分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（也可结合第 2步进行）（5） 进行PLC的程序设计，同时可进
14、行控制台（柜）的设计和现场施工 在设计传统的继电器控制系统时，必须在控制线路（接线等）设计完 成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。由此可见，可减少 整个工程的施工量并大大缩短施工周期。（6） 对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，明确给出动作的顺序和条件。(7)设计梯形图(并程序清单)。这是比较困难的但也是关键的一步。要设 计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计 的基础及实践经验。(8)程序输入PLC并检查输入是否正确。(9)调试和修改直至满足要求。(10)控制台(柜)及现场施工完成后，即可进行联机调试，直至满足生产 要求。(11)编制技术文件。(12)交付使用
15、。第二章PLC控制电子钟设计2.1七段共阴数码管电子钟 PLC程序设计原理2.11控制要求：2.用四个七段数码管分别显示“时十位”、“时个位”、“分十位”和“分个位”。3.用特殊继电器SM0.5提供秒脉冲4.有“预置”和“校对”时间功能。I/O分配：X0-运行开关，X1预置按钮；Y0-A, Y1 B, Y2 C, Y3- D, Y4 E, Y5 F, Y6-G; Y7“秒闪烁”指示；Y13- “时十位”显示，Y12- “时个 位”显示，Y11 “分十位”显示，Y10 “分个位”显示。2.12总体设计思想为了减少输出点数和接线，可以将四个共阴数码管的阳极都用 丫0- Y6来 驱动，但让其依次轮班
16、接通；四个数码管的阴极分别用 Y10-Y13来同步控制 其接通“-”极的时间，以期达到四个数码管轮番显示的目的。2.13具体设计过程1.由特殊继电器SM0.5提供秒脉冲，用丫7输出。2.用计数器C0将秒脉冲变成分脉冲。3.用左移位指令SHL-W形成分个位左移码。4.用左移位指令SHL-B形成分十位左移码。5.用左移位指令SHL-W形成时个位左移码。6.用左移位指令SHL-B形成时十位左移码。7.用左移位指令SHL-B安排四个数码管轮番接通。8.将四个左移位码分别译成七段数码管的字显示码，并考虑四个数码管 轮番接通问题。2.3输入/输出继电器的地址分配2.2 编程元件地址分配编程兀件地址分配编程
17、兀件编程地址符号作 用辅助继电 器M0.1M1CO复位及分钟个位显示脉冲M0.2M2分钟十位显示移位脉冲M0.3M3小时个位显示移位脉冲M0.4M4小时十位显示移位脉冲M1.0M10分钟个位显示“ 0 ”M1.1M11分钟个位显示“ 1 ”M1.2M12分钟个位显示“ 2 ”M1.3M13分钟个位显示“ 3 ”M1.4M14分钟个位显示“ 4 ”M1.5M15分钟个位显示“ 5 ”M1.6M16分钟个位显示“ 6 ”M1.7M17分钟个位显示“ 7 ”M2.0M20分钟个位显示“ 8 ”M2.1M21分钟个位显示“ 9 ”M2.2M2210分钟到信号M3.0M30分钟十位显示“ 0 ”M3.1
18、M31分钟十位显示“ 1 ”M3.2M32分钟十位显示“ 2 ”M3.3M33分钟十位显示“ 3”M3.4M34分钟十位显示“ 4 ”M3.5M35分钟十位显示“ 5 ”M3.6M361小时到信号编程元件编程地址符号作 用M3.7M3724小时到信号M4.0M40小时个位显示“ 0 ”M4.1M41小时个位显示“ 1 ”M4.2M42小时个位显示“ 2 ”M4.3M43小时个位显示“ 3 ”M4.4M44小时个位显示“ 4 ”M4.5M45小时个位显示“ 5 ”M4.6M46小时个位显示“ 6 ”M4.7M47小时个位显示“ 7 ”M5.0M50小时个位显示“ 8 ”M5.1M51小时个位显示
19、“ 9 ”M5.2M5210小时到信号M6.0M60小时十位显示“ 0 ”M6.1M61小时十位显示“ 1 ”续表编程兀件编程地址符号作 用辅助继电 器M6.2M62小时十位显示2”M8.0M80分钟个位调整脉冲M8.1M81分钟十位调整脉冲M8.2M82小时个位调整脉冲M8.3M83小时十位调整脉冲M9.0M90选择分钟个位显示M9.1M91选择分钟十位显示M9.2M92选择小时个位显示M9.3M93选择小时十位显示M10.0M100分钟个位a段M10.1M101分钟个位b段M10.2M102分钟个位c段M10.3M103分钟个位d段M10.4M104分钟个位e段M10.5M105分钟个位f
20、段M10.6M106分钟个位g段M11.0M110分钟十位a段M11.1M111分钟十位b段M11.2M112分钟十位c段M11.3M113分钟十位d段M11.4M114分钟十位e段M11.5M115分钟十位f段M11.6M116分钟十位g段M12.0M120小时个位a段M12.1M121小时个位b段2.3 数字电子钟控制系统的方案2.3.1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
21、电器输出，时间显示用 4个数码 管,完成本设计要求的各项指标，实现数字电子钟的控制。数字电子钟是一个将“时” “分” “秒”显示于人的视觉器官的计时装 置。它的计时周期为24小时，PLC控制数字电子钟采用数码管显示。2.3.2控制要求数字电子钟的控制要求如下：（1） 开机时初始状态显示为00时00分，按下启动按钮，控制器开始计时 工作。（2） 能将时间显示调整到当前的时间。（3） 设置相应的手动按钮，使控制器使用更加方便。2.3.3数码管显示原理开机时显示为00时00分YOY4 Y2Y3PLC的输出点分别接到七段数码管的 丫0丫6上。要显示数字只需要丫0丫6有输出信号。例如，显示 1只需丫1和
22、丫2有信号输出，它的十进制常数为 K6=1*2+1*4,即K6转换为二进制数正好满足要求。再把常数值K6由MOV指 令传送到相应的数码管就可以显示数字了。（1） 控制任务设计一个数字电子钟，用LED数码管显示当前的时间，根据控制要求， 需要显示的时间如下：秒：由SM0.5来实现一秒的脉冲发生器分钟：显示范围为00 59,用两只LED数码管显示小时：显示范围为0023,用两只LED数码管显示（2） LED数码管的工作原理一只LED数码管可以看成是一组LED，有两种接线方式，一种是共阴极 接法，一种是共阳极接法。当发光二极管为正向偏置时，就会点亮。（3） 秒脉冲发生器所谓秒脉冲发生器就是每秒生成一
23、个脉冲，这个脉冲是所有计时器的基准，可以通过编程的方式实现，也可以利用 PIC的特殊继电器，如 S7 200的周期为1秒的脉冲发生器SM0.5来实现，编程更简单。第四章结论由于数字电子钟是采用数字电路实现对 时”分”秒”数字显示的计时 装置。所以数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。与传统机械钟相比， 它具有走时准确、显示直观无机械传动装置等优点。在数字显示方面，目前 以有集成的记数、译码电路，他可以直观的驱动数码显示器件。也可直接采 用CMOS-LED光电组合器件，构成模块式石英晶体数字钟。这些电路装置十 分小巧，安装使用也方便，如果想实现大型光电显示，可以加一定的驱动电 路，采用白炽灯显
24、示系统，做起来也不困难。数字电子钟是以不同的计数器为基本单元构成的，它的用途十分广泛， 只要有计时、计数的存在，便要用到数字钟的原理及结构；同时在日期中， 它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受 广大消费的喜爱。采用PLC的定时中断功能实现定时，不仅定时精度高，编程简单，显示 效果稳定可靠，具有较大的实用价值。高等职业院校的培养目标的首要任务是培养具有创新精神和实践能力的 各类技术人才，人才培养目标的实现必须有一定的实践教学环节。我们通过 实践教学环节的训练与锻炼，才能在实践中不断巩固和加深理论知识，提高 独立工作的能力和创新能力。通过数字电子钟的设计于制作，我们能
25、够掌握一定的汇编语言知识并用 于编写程序，掌握了定时与计数器的使用方法，以及微机常用的输入输出方 式及接口技术。培养了自己的动手操作和实践能力，学习并巩固了程序设计 的基本思路和方法。参考文献1胡学林 可编程控制器教程 北京 电子工业出版社。2廖常初 S7 200PL编程及应用 北京 机械工业出版社。3康华光 电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社，1999。4康华光 电子技术基础数字部分（第四版）.高等教育出版社，2000。5李振声 实验电子技术 屆防工业出版社，2001。6任为民 电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社，1997。7钟肇新 范建东 可编程控制器原理及应用.广州
26、：华南理工大学出版社,2003。三年的大学生活即将划上一个句号， 而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。经过几月的时至今日，毕业设计终于可以告一段 落了，现在回想起做这个设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不 过也乐其中！这次毕业设计使我把书本上的理论知识运用到相关的具体内容上，让我 自身的设计能力得到了培养和提高。在设计过程中，我通过查阅大量相关资 料、自学、同同学交流，向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。虽然 经历了不少艰辛，但收获却也同样令人欣慰！在整个设计开发过程中，我懂 得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了自己工作能力的信心， 相信会对今后的学习工作生活产生非常重要的影响。而且大大提高了动手的 能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。在此我要特别感谢我们指导老师张法老师，他的悉心教导以及孜孜不倦 我才有了这部完整的设计，他时常督促我们认真快速的完成设计以便更好的 投入到工作中！同时还要感谢我的父母，是他们一直默默的支持我、鼓励我，让我顺利 完成学业！还有我的室友们，感谢他们在大学三年给我生活和学习上的帮助!
