PLC应用数字电子钟设计

　摘 要

随着信息科学技术的不断发展和进步，在不同的工业领域中正在普及自动化控制技术的使用，由此使得生产的效率和质量都大为提升，作为一类核心的电气领域自动控制技术，PLC很好地综合了当下先进的科学技术与传统控制技术中的诸多优势，工作效率也大幅提升，实现了生产和运行的自动化控制。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。

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。

本设计分三章：第一章为PLC的技术特征和应用。第二章为PLC控制系统设计。第三章为PLC控制电子钟设计。

关键词PLC技术 控制系统 电子钟

第1章 PLC技术概要

1.1 PLC技术特征

该技术实际上指的是所谓的“可编程逻辑控制器”(programmable logic controller)，通过利用可编程储存器（Programmable memory）来进行内部程序的储存处理，从而执行一系列的面向有关用户的指令（具体包括顺序控制、定时以及逻辑运算等）。PLC技术在电气工程的主要方向为自动化控制，不仅可以促使自动化技术水平的明显提升，还能保证整体电气系统的可靠性和安全性，为电气工程行业的稳定发展奠定基础。

1.1.1应用面广阔

PLC语言能够在通过翻译实现计算机编程语言的转化，这就保障了用户在使用PLC语言进行编程后，不需要进行计算机语言学习就可以在计算机中进行编程，这就降低了PLC编程语言的门槛。由于其具有开放性，故能够实现与计算机的完美融合，其连接和操作便能通过多元化的方式来实现，在这个过程中，大大的缩短了系统的运行周期，避免了程序的不兼容问题的出现，这些都是提高工作效率的有效基础。

1.1.2集成程度高

PLC技术是基于集成电路开发的，是一种十分轻小的芯片，这就推动了机电一体化的发展，在很大程度上，由于PLC具有低耗能、轻便、开源等优势，是机电一体化过程中，较为多见的编辑语言和芯片。因为集成程度高，在未来的发展中，其在微型设备中具有良好的应用前景。

1.1.3可靠性能好

PLC技术在实际的应用中，可以和国内端口对接，也可以结合国外端口对接，其端口适用性极强，同时其保密性较高，在进行信号传递的过程中，采用外界隔离的方式，大大的减少了电磁干扰，保障了信息传递的安全、准确。由于PLC自身具有很好的外壳保护，具有一定的抗性，因此在实际应用中，其因为具备屏蔽、监测、电路、稳压等效果，可以保证在极端环境下的正常使用。

1.2 PLC技术的运用

该技术的发展是基于通信、微机以及自控等一系列新技术的发展完善与应用，而且在过去十多年中微处理器技术取得了可喜的应用及研究成果，也推动了该技术的不断完善，从而它也被广泛地应用于不同的生产领域之中，而且处于持续增长的态势。现阶段，使用该技术的范围涵盖了环境保护、交运、汽车、机械制造、化工、石油以及材料等。

1.2.1PLC技术在开关量控制中的应用

使用PLC技术对其进行编程工作，构建一个虚拟的电气运行全过程，了解电气系统在运行时将会存在哪些问题。在实验的过程中发现，继电器在通电的过程中反应时间较长，能够证明继电器在短路时不会受到控制。使用PLC技术对相关的数据进行改进，采取有效的措施，可以将PLC技术与自动切换系统进行有效的结合，改善短路时电气系统反应过慢的情况，提高电气系统的运行效率。使用PLC编程，设置电气系统能够正常运行的阈值范围，如果电气系统在运行时超过这一范围，要对继电器以及系统的电源进行保护，并且发出预警。维修人员根据异常数据发生的区域，及时的维修故障，最终保障电气系统能够正常的运转。在此过程中PLC编辑的数据要不断的进行调整，直到数值达到合理的范围内。

1.2.2PLC技术在电气系统的顺序控制中的应用

在电气工程运行与生产的过程中需要按照相应的顺序进行，如果电气工程在生产或者运行的过程中某一环节发生错误，则会导致严重的系统故障，通过数据程序的编写，可以保障电气工程在运行的过程中按照相应的程序与步骤进行，降低事故出现的频率。在电气工程运行的过程中，首先在PLC中对电气工程正常运行的数值不断的调试，最后进行编程工作，如果电气运行过程中出现电流运行异常、电气设备运行异常，要在终端及时的发出警报，维修人员要根据异常数据发生的阶段及时的进行维修。其次在电气工程运转的过程中，如果某个环节发现故障，通过自动控制系统对故障处进行隔离，并且选择合适的电路保障电气工程能够正常的运转。最后PLC将会对故障处的数据进行存储工作，在下次同一阶段发生相同的故障时，能够根据原有的经验及时的进行维修工作。

1.2.3PLC技术与计算机技术的融合

PLC技术在使用的过程中要注重与计算机技术进行融合，在计算机中构建信息化的平台，PLC中运行的数据能够在计算机信息显现出来。工作人员可以通过计算机中的信息平台数据实现电气工程的远程监控。在电气工程运行时，工作人员用对异常数据实时的观测，并且联系电气工程的负责人对异常数据发生区域进行检测。所以在PLC使用的过程中要注意与计算机系统进行结合。

1.2.4提高技术人员的专业技能水平

技术人员的专业技能水平和操作经验直接影响着PLC技术的应用和研发，只有具备丰富的操作经验和较高的专业技能水平的技术人员，才能保证PLC技术实际的应用作用。因此，电气企业必须提高技术人员的专业技能水平，通过安排系列培训和实践操作来增加技术人员的认识层面、操作经验，例如开展PLC技术相关的课程学习、成立专门的培训小组、开展实践操作竞赛，以此来提高技术人员参与研发的兴趣和积极主动性。或者与其他企业进行交流合作，通过技术交流和优势互补，总结研发经验，从而提高技术人员的专业技能水平和操作经验，进而促使其将PLC技术理论知识与自动化控制实践工作紧密结合。

1.2.5加大研究力度

PL技术在电气工程及其自动化控制专业中的应用已经有段时间了，在这段时间中，是两种技术的一种融合和互动，现阶段，电气化工程在社会中的需求不断的被拓展，应用领域越发高深，为此必须针对PLC技术的应用理论进行研究，通过理论来更好的指导实践的进行。为了促成PLC技术的深入发展和研究，应该以大量的实践经验和案例进行指导，促成对基础资料的整理和收集，帮助PLC技术的突破和发展。

第2章 PLC控制系统设计

2.1 PLC控制系统设计的基本原则

在研究开发某种电气控制体系时，其最终的目的均是达到各类被控对象所提出的具体指标需求，上述的对象包括了生产的过程以及所用的有关设备，这样产品的质量以及生产的效率都将会得到相应的提升。所以，在进行可编程逻辑控制器的设计过程中，需要参考下述的几条原则：

1.对于被控对象相关的各项控制方面的要求，都要尽可能地去满足。所以，需要详细地进行资料数据的收集整理，周密地调查其应用的现场，而且需要加强和实操工作人员以及机械设计师之间的沟通交流，以双方合作的形式来进行电气控制相关解决方案的合理制定，由此将不同的实际问题处理好。

2. 首先需要对相关的控制要求给予满足，尽可能地获得实用性强、便捷性高的控制系统，而且该系统要便于开展各类维修工作。

3. 需要有比较高的可靠安全性。

4. 对于其容量的大小，需要有一定大小的余量，这样就能够继续完善其生产工艺与过程。

2.2 PLC控制系统设计的基本内容

PLC控制系统的组成部分包含了输出设备、用户输入以及可编程逻辑控制器。

PLC控制系统主要有下述工作内容：

1.需要做好控制对象（其驱动是通过输出设备来实现，主要包括电磁阀以及电动机等）、输出设备（主要有信号灯、接触器、继电器等）和用户输入相关设备（主要有传感器、限位开关、操作开关以及按钮等）的合理选择。实际上，上述设备均为常规元件，可参照相关资料来开展选择。

2. 合理地选择可编程逻辑控制器。作为整个系统的关键，可编程逻辑控制器起着十分重要的作用，有助于确保实现该系统具有较好的各项技术经济相关指标。

在进行可编程逻辑控制器的选择时，需要考虑其各个特殊功能模块、电源模块、I/O点数、容量以及其具体的机型等。

3. 进而是进行I/O点的科学分配，将各类连接的相关接口图清楚地绘制出来，此外，针对此，还要采取一些安全保护方面的相关措施。

4. 设计相关的控制程序。在该工作中需要用到的信息有梯形图、语句表和流程图等。

在进行系统控制的过程中，需要关注其相关的控制程序，后者可确保整个工作的可靠性，所以需要多次地调试它，然后根据所得结果来进行相应的修改，最终获得合理的程序。

5. 进行控制柜（台）的合理设计。

6.进行有关技术文件的编制工作。这将会涉及元件信息方面的明细电气图和有关的说明书。

对于常规的电气图来说，所含的内容有其电气方面的安装图、布置图和原理图等。在当前的控制系统中，上述各类图形均称作所谓的“硬件图”。实际上，其主要来自经典电气图，主要进行了可编程逻辑控制器部分的增加，因此，需要相应地添加输出电气的相关连接图以及可编程逻辑控制器的I/O输入等方面的信息。

而且，对于可编程逻辑控制器相关系统而言，还需在其电气图中加入梯形图（在此处也就输程序图），所以就获得了相关的“软件图”，由此，系统的用户即可进行程序的修改以及故障排除等各项工作。

2.3 PLC控制系统设计的一般步骤

（1）对具体的控制要求进行分析，主要参考了具体的工艺过程来进行分析，这涉及到操作方式（例如单步、连续或是自动以及手动等不同的类型）以及拟完成的各个动作。

参考具体的系统控制方面的要求，对输出设备以及用户输入等方面进行准确的落实，由此获得具体的I/O点数。进行可编程逻辑控制器的合理选择（该过程要具体地参考其性能价格比等方面的情况）。进行可编程逻辑控制器I/O点的合理分配，进而对其电气接口中的相关连接图开展设计。设计可编程逻辑控制器程序，再设计所需的控制台。当需要开展常规继电器控制系统设计的时候，需要先设计好其控制线路，由此才可设计所需的控制台，再进入施工阶段。这也表明，该工程项目的施工工作量显著地降低了，所以施工周期也相应地减小。如果控制系统比较复杂，则要进行系统流程图的准确绘制，在此过程中需要将动作的具体条件以及相应的顺序都清晰地给出。进行程序清单（即梯形图）是准确设计。对于整个工作而言，该步骤十分的重要。为此，需要对控制的具体要求十分地熟悉，此外，需要掌握好必要的电气设计知识。在可编程逻辑控制器中输入相关的程序，然后开展相应的检查。对上述程序进行修改及调试，使其符合有关的指标要求。在已经完成了控制台的设计和现场的工作以后，就进入到联机调试的阶段，使其达到生产过程所提出的具体要求。进行有关技术文件的编制。

第3章PLC控制电子钟设计

3.1 七段共阴数码管电子钟PLC程序设计原理

3.11主要控制要求

可采用数码管进行显示操作，所用的数码管为七段的类型，所现实的内容包括分个位、分十位、时个位以及时十位等。可进行秒脉冲的提供，该过程是通过SM0.5特殊继电器来实现。具备时间功能（校对及预置等）。

3.12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Y0—Y6来驱动，但让其依次轮班接通；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。

3.13具体设计过程

由特殊继电器SM0.5提供秒脉冲，用Y7输出。用计数器C0将秒脉冲变成分脉冲。用左移位指令[SHL-W]形成分个位左移码。用左移位指令[SHL-B]形成分十位左移码。用左移位指令[SHL-W]形成时个位左移码。用左移位指令[SHL-B]形成时十位左移码。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。

3.2编程元件地址分配

编程元件地址分配

　3.3 数字电子钟控制系统的方案

3.3.1方案论证

目前常用的数字电子钟控制方法有①单片机控制②PLC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。

作为一类新型的计时设备，数字电子钟可将秒，分钟以及小时等在人体的相关视觉器官中进行显示。该设备以24小时作为其计时的相关周期，对于可编程逻辑控制器所控制的此类计时设备，其显示是通过数码管来实现。

3.3.2控制要求

对于此类计时设备来说，控制方面的具体要求有：

在其开机之后，所处的初始态将会为00时00分，如果将启动所对应的按钮按下，则该设备进行计时。可对时间显示进行相应的调整，使之变为所处的相应时间。对手动按钮进行设置，由此确保控制器具有更为便捷的使用性能。

3.3.3数码管显示原理

在处于七段数码管之上的Y0~Y6中连接可编程逻辑控制器的相关输出点。只要Y0~Y6中存在着相关的输出信号，则即可进行数字的显示。比如说，只要Y1以及Y2存在着信号的输出，那么即可进行1的显示，也就是说，对K6进行相应的转换，使其变成二进制数，则即达到了相关的要求。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00—23，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。

第4章 结论

对于数字电子钟来说，其时间的显示是通过数字电路来实现的，因此其稳定性及精准性都显著地优于传统的机械式时钟，而且它采用了非常直观的数字显示方式，便于读数。当前的数字显示主要是通过译码电路以及集成记数等来实现，由此对其显示器件进行相应的驱动。此外，还可对CMOS-LED光电组合器件进行直接的使用，由此设计并制得具有模块式特征的石英类型数字钟。其电路装置方面具有方便安装且体积小巧的优势，还可对其增加有关的驱动电路，从而实现大规模的光电显示效果。

该类计时设备的最基础组成单元为各类计数器，在各类计数以及计时的场合中有着不可替代的作用；而且因为其生产制造成本较低，有较高的精准性，涵盖了各类不同的功能，而且体积较小，所以得到用户的青睐。

通过可编程逻辑控制器中所具备的定时中断相关功能，则就能达到定时的目的，具有可靠性和精准性高的优点，此外，进行采用较为简单的编程就能实现所需的功能，所以它具有较大的实用价值。

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致 谢

大学学习期间，各位老师对我的学习和工作都给予了很大帮助与关心，使我的认知能力、学习能力都得到了提升，使我体会到在创造过程中探索的艰难和成功的喜悦，借此向所有关心帮助过我的老师、同学表达应由衷谢意！

衷心感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！

PLC应用数字电子钟设计

价格 ¥5.50 发布时间 2022年11月5日

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