基于PLC控制的数字显示电子钟毕业设计.doc
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1、摘 要 本文是介绍采用三菱FX240MRCD4511PLC编写数字显示电子钟,显示器采用七段LED显示器,共接入6位,从左至右分别表示秒、时、分的个、时位。采用BCD码驱动器CD4511把PLC输出的时、分、秒等显示BCD码变换成对应的显示器所要求的7段驱动信号。由于显示位数较多,故显示采用动态显示方式,PLC的输出类型为晶体管源输出(正逻辑),其中输出端子Y0Y3输出第一组显示器的BCD信号,Y10Y13输出第二组显示器的BCD信号,Y4Y7依次为各组显示器的选通信号。 关键词:PLC,驱动器, 晶体管Abstract This article is introduced 40MRCD451
2、1PLC - write FX2 mitsubishi electric clock, the display USES digital display of 7 LED display, two groups of eight access, including the first group (above) is used to indicate the four hours, points, from left to right, said the ten months, 10 days of bits and bytes,. Using the PLC CD4511 BCD drive
3、r output month, day, and classification of converting BCD display monitor requested of seven driver signal. Because of that, it shows more digits display mode by using dynamic, PLC output type transistor source output (for), which is logical Y0 output terminals output first group Y3 Y10 signal monit
4、or BCD Y13 the second group displays output signal, Y4 Y7 BCD in groups of communication, display. Keywords: Programmable Logic Controller , Drive , Transistor前 言可编程控制器(Programmable Logical Controller)是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的,现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心,用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等,并通过数字量和模拟量的输入/输
5、出来控制机械设备或生产过程。PLC自身具有完善的功能,模块化的结构,以及开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高的特点和较高的性价比,使其在工业生产中的应用前景广阔,而且随着集成电路的发展和网络时代的到来,PLC必将能够有更大的用武之地。目 录第1章 PLC概述11.1 PLC的产生11.2 PLC的功能和特点11.3 PLC的结构与工作过程41.4 PLC的应用与发展7第2章 PLC控制的数字显示电子钟82.1设计目的82.2设计要求82.3电子钟的显示数值范围、PLC控制的硬件接口及软件设计82.4数字电路CD4511的原理(引脚及功能)12第3章 程序设计203.1数字显示电子钟主程序20
6、3.2梯形图233.3接线图25结 论31致 谢32参考文献33第1章 PLC概述1.1 PLC的产生1.1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界第一台可编程控制器,并成功地应用在美国通用汽车公司(GM)的生产线上。但当时只能进行逻辑运算,故称为可编程逻辑控制器,简称PLC(programmable logic controller)。 2. 70年代后期,随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展,使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域,真正成为一种电子计算机工业控制装置,故称为可编程控制器,简称PC(programmable controller)。但由于PC容易与个人计
7、算机(personal computer)相混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。3. 1985年国际电工委员会(IEC)对PLC的定义如下:可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统,是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器,它采用了可以编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字或模拟式的输入和输出,控制各种类型机械的生产过程。4. PLC是由继电器逻辑控制系统发展而来,所以它在数学处理、顺序控制方面具有一定优势。继电器在控制系统中主要起两种作用:(1)逻辑运算(2)弱电控制强电。5. PLC是集自动控制技术、计算机技术
8、和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置,已跃居工业自动化三大支柱(PLC、ROBOT、CAD/CAM)的首位1.2 PLC的功能和特点PLC是应用面很广,发展非常迅速的工业自动化装置,在工厂自动化(FA)和计算机集成制造系统(CIMS)内占重要地位。今天的PLC功能,远不仅是替代传统的继电器逻辑。1.2.1 PLC的功能1PLC系统一般由以下基本功能构成: 多种控制功能 数据采集、存储与处理功能 通信联网功能 输入/输出接口调理功能 人机界面功能 编程、调试功能 控制功能逻辑控制:PLC具有与、或、非、异或和触发器等逻辑运算功能,可以代替继电器进行开关量控制。 定时控制:它为用户提供了若干个电
9、子定时器,用户可自行设定:接通延时、关断延时和定 时脉冲等方式。 计数控制:用脉冲控制可以实现加、减计数模式,可以连接码盘进行位置检测。 顺序控制:在前道工序完成之后,就转入下一道工序,使一台PLC可作为多部步进控制器使用。2 数据采集、存储与处理功能数学运算功能: 基本算术:加、减、乘、除。 扩展算术:平方根、三角函数和浮点运算。 比较:大于、小于和等于。 数据处理:选择、组织、规格化、移动和先入先出。 模拟数据处理:PID、积分和滤波。 3输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能,通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。 具有温度测量接口,直接连接各
10、种电阻或电偶。 4通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术,有RS232或RS485接口,可进行远程I/O控制,多台 PLC可彼此间联网、通信,外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间,实现程序和数据交换,如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。 通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门 子S7-200的Profibus现场总线口,其通信速率可以达到12Mbps。 在系统构成时,可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络,以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统,现场端和远程端也可以采用PLC作现
11、场机。5、人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用,以便作决策和调整。 实现人机界面功能的手段:从基层的操作者屏幕文字显示,到单机的CRT显示与键盘操作和 用通信处理器、专用处理器、个人计算机、工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 6、编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏,进行编程、调试、监视 、试验和记录,并通过打印机打印出程序文件。 1.2.2 可编程控制器的主要特点 1可靠性高PLC的MTBF一般在4000050000h以上,西门子、ABB、松下等微小型PLC可达10万h以上,而且均有完善的自诊断功
12、能,判断故障迅速,便于维护。 2模块化组合灵活可编程控制器是系列化产品,通常采用模块结构来完成不同的任务组合。I/O从88192点,有多种机型、多种功能模板可灵活组合,结构形式也是多样的。 3功能强PLC应用微电子技术和微计算机,简单型式都具有逻辑、定时、计数等顺序控制功能。基本 型式再加上模拟I/O、基本算术运算、通信能力等。复杂型式除了具有基本型式的功能外,还具有扩展的计算能力、多级终端机制、智能I/O、PID调节、过程监视、网络通信能力、远程I/O、多处理器和高速数据处理能力。 4编程方便PLC适用针对工业控制的梯形图、功能块图、指令表和顺序功能表图(SFC)编程,不需要太多 的计算机编
13、程知识。新的编程工作站配有综合的软件工具包,并可在任何兼容的个人计算机上编程。 5适应工业环境PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作,能在强电磁干扰环境 下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。 6安装、维修简单与计算机系统相比,PLC安装不需要特殊机房和严格的屏蔽。使用时只要各种器件连接无误,系统便可工作,各个模件上设有运行和故障指示装置,便于查找故障,大多数模件可以带电插拔,模件可更换,使用户可以在最短的时间内查出故障,并排除,最大限度地压缩故障停机时间,使生产迅速恢复。然后再对故障模件进行修复,这对大规模生产场合尤为适宜。一些PLC外壳由可在不良工作环境下工作的
14、合金组成,结构简单,上面带有散热槽,在高温 下,该外壳不像塑料制品那样变形,还可抗无线电频率(RF高频)电磁干扰、防火等。 7运行速度快随着微处理器的应用,使PLC的运行速度增快,使它更符合处理高速度复杂的控制任务,它与微型计算机之间的差别不是很明显。 8PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低,虽然软件价格占的比重有所增加,但是各 厂商为了竞争也相应地降低了价格。另外,采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期,使总价格进一步降低。 PLC系统与工业总线计算机和DCS系统相互渗透,互为借鉴,相互竞争而发展。促进了工业的 进步。PLC产品面临现场总线的发展,将再次革新,满足工业与民用控制
15、的更高需要。 1.3 PLC的结构与工作过程1.3.1 PLC系统组成及各部分的功能一系统组成。CPU运算和控制中心,存储器,输入/输出接口,编程器,二各部分的作用。1 CPU运算和控制中心起“心脏”作用。当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中,然后CPU根据系统所赋予的功能(系统程序存储器的解释编译程序),把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。横:输入状态和输入信息从输入接口输进,CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中,然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成:CPU由控制器、运算器和
16、寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。2 存储器具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序,包括管理程序,监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的,内容不可更改,断电不消失。用户存储器:分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器(RAM)组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源,寿命一般为35年。3输入/输出接口(1)输入接口:光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管:在光电耦合器的输入端加上变化的电信号,发
17、光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管:在光信号的照射下导通,导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内,输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程:当开关合上,二极管发光,然后三极管在光的照射下导通,向内部电路输入信号。当开关断开,二极管不发光,三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。(2)输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程:当内部电路输出数字信号1,有电流流过,继电器线圈有电流,然后常开触点闭合,提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0,则没有电流流过,继电器线圈没有
18、电流,然后常开触点断开,断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型:继电器输出:有触点、寿命短、频率低、交直流负载晶体管输出:无触点、寿命长、直流负载晶闸管输出:无触点、寿命长、交流负载4编程器编程器分为两种,一种是手持编程器,方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过PLC的RS232口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR软件(或WINDOWS下软件)向PLC内部输入程序。1.3.2 PLC的基本工作原理一PLC采用“顺序扫描,不断循环”的工作方式1每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2输入
19、刷新过程。当输入端口关闭时,程序在进行执行阶段时,输入端有新状态,新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时,新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样,程序执行,输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。(1)CPU执行指令的速度(2)指令本身占有的时间(3)指令条数6由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象,即输入/输出响应延迟。二PLC与继电器控制系统、微机区别1PLC与继电器控制系统区别前者工作方式是“串行”,后者工作方式是“并行”。前者用“软件”,后者用“硬件”。2PLC与微机区别前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方
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