基于PLC的自動(dòng)打鈴控制器設(shè)計(jì)

英文題目Arial二號(hào)，大寫，居中電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)黑體初號(hào)，居中文題目黑體二號(hào)，居中說(shuō)明書(shū)基于PLC的自動(dòng)打鈴控制器設(shè)計(jì) 黑體小三，居中學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)院名稱專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師2013年11月29日 電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)小二號(hào)黑體字居中小四號(hào)宋體，首行縮進(jìn)2字符，行距固定值20磅。摘要在學(xué)校和很多公司單位都能看到電鈴，它們被用來(lái)作為上下課、上下班等作息時(shí)間的信號(hào)。隨著社會(huì)的發(fā)展，不僅電鈴的需求量多了而且對(duì)其的要求也高了。通過(guò)不同方式控制的自動(dòng)打鈴系統(tǒng)逐一被設(shè)計(jì)出來(lái)。本文介紹的是三菱PLC控制的作息時(shí)間自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)，詳細(xì)地闡述了系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)硬件接線和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)工作原理。該系統(tǒng)具有外設(shè)電路配置簡(jiǎn)單、擴(kuò)展方便、操作容易，可靠性高實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。該系統(tǒng)用于學(xué)校電鈴的自動(dòng)控制，具有周末和假期控制功能和星期與時(shí)間的顯示功能，實(shí)現(xiàn)了作息時(shí)間無(wú)人控制的自動(dòng)化、科學(xué)化管理與操作。關(guān)鍵詞 PLC；電鈴；控制系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)頂格書(shū)寫，小四號(hào)宋體，“關(guān)鍵詞”三字加粗，各關(guān)鍵詞之間加分號(hào)；最后一詞之后不加標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)目 錄1 緒論11.1課題設(shè)計(jì)的背景11.2 課題設(shè)計(jì)的目的和意義12 設(shè)計(jì)任務(wù)32.1 設(shè)計(jì)題目32.2 設(shè)計(jì)要求33 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)43.1 系統(tǒng)概述43.2 機(jī)型的選擇43.3 設(shè)計(jì)方案53.3.1 控制任務(wù)分析63.3.2 TD-200的設(shè)置63.4 電鈴電路簡(jiǎn)單介紹73.5 編程元件地址分配83.5.1 輸入輸出繼電器地址分配83.5.2 其他元件地址分配83.5.3 輸入輸出接線圖94 軟件設(shè)計(jì)104.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程104.2 設(shè)計(jì)步驟流程圖104.3 總體程序的設(shè)計(jì)10結(jié)論15心得16參考文獻(xiàn)17目錄編至三級(jí)標(biāo)題，致謝、參考文獻(xiàn)、附錄同樣按第一層次（章）的編輯要求處理，另起新頁(yè)，與正文一起順序用阿拉伯?dāng)?shù)字編頁(yè)。目錄中各章題序及標(biāo)題用小四號(hào)黑體，其余用小四號(hào)宋體。16大綱級(jí)別2級(jí)，小三號(hào)黑體，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行大綱級(jí)別1級(jí)，小二號(hào)黑體，居中，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行大綱級(jí)別3級(jí)，四號(hào)黑體，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行1 緒論1.1 課題設(shè)計(jì)的背景電鈴作為常用的作息時(shí)間信號(hào),鈴聲已日益成為人們生活中的一部分。鈴聲作為作息時(shí)間信號(hào)，最原始的控制方式就是人工控制。按照作息時(shí)間表敲鈴，以及后來(lái)出現(xiàn)了電鈴但沒(méi)有能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制也是由人工按電鈕開(kāi)關(guān)來(lái)電鈴發(fā)出鈴聲都是人工控制方式。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新興的技術(shù)-電氣控制與可編程控制技術(shù)，而計(jì)算機(jī)向微型方向的一個(gè)分支發(fā)展，則出現(xiàn)了主要是用于控制領(lǐng)域的單片機(jī)。由于這些新興的控制技術(shù)的各種應(yīng)用芯片的發(fā)展，人們用不同的方法實(shí)現(xiàn)打鈴的自動(dòng)化。目前的自動(dòng)打鈴器，主要包括用單片機(jī)控制、用PLC控制、用電腦程序控制、用繼電器控制這幾種控制方式。1.2 課題設(shè)計(jì)的目的和意義可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)多品種，小批量生產(chǎn)的需求而產(chǎn)生發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/21/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制器。21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。2 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1設(shè)計(jì)題目基于PLC的自動(dòng)打鈴控制器設(shè)計(jì)2.2 設(shè)計(jì)要求某學(xué)校的作息時(shí)間表如下表所示：對(duì)自動(dòng)打鈴控制器的要求如下：（1）上課鈴與下課鈴的鈴音不同（鈴音響的頻率不同，上課鈴為短音：響0.5秒，停0.5秒；下課鈴為長(zhǎng)音：響2秒，停1秒），其他的鈴音為連續(xù)音。（2）每次打鈴的時(shí)間為15秒。（3）星期六，星期日不打鈴。（4）具有時(shí)間顯示功能，顯示器件TD-200文檔顯示器。顯示內(nèi)容為：年、月、日、時(shí)、分、秒及星期。（5）具有時(shí)間（分，小時(shí)，星期）調(diào)整的功能。（6）用MCGS軟件模擬系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)概述本次設(shè)計(jì)是采用 PLC來(lái)控制數(shù)碼管的顯示和響鈴的輸出，分，時(shí)，星期均采用7448進(jìn)行外部七段譯碼 。其中時(shí)間顯示為動(dòng)態(tài)顯示，星期顯示為靜態(tài)顯示，該系統(tǒng)能根據(jù)作息時(shí)間表自動(dòng)控制電鈴，有時(shí)間星期顯示調(diào)節(jié)及控制功能，當(dāng)秒脈沖計(jì)數(shù)60次之后向分鐘進(jìn)位。當(dāng)分鐘顯示數(shù)碼管顯示到59之后又向小時(shí)進(jìn)位，而小時(shí)則是用了一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)了24次之后向星期進(jìn)位，同理星期顯示也是用了一個(gè)計(jì)數(shù)器，7次之后使程序全部復(fù)位。有分鐘調(diào)節(jié)、小時(shí)調(diào)節(jié)和星期調(diào)節(jié)按鈕各一個(gè)，計(jì)時(shí)開(kāi)始和假期控制按鈕各1個(gè)，啟動(dòng)和停止按鈕各1個(gè)，共7個(gè)輸入口，14個(gè)輸出口.系統(tǒng)接通電源，通過(guò)分鐘調(diào)節(jié)按鈕，小時(shí)調(diào)節(jié)按鈕，將系統(tǒng)時(shí)間和星期調(diào)節(jié)為當(dāng)前時(shí)間和星期；然后按下計(jì)時(shí)開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)；系統(tǒng)時(shí)間和星期通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入控制狀態(tài)，將系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間和星期與作息時(shí)間表比較，又輸出口端口輸出打鈴控制信號(hào)。上課鈴為短音，響0.5秒，停0.5秒，共持續(xù)15秒；下課鈴為長(zhǎng)音，響0.5秒，停0.5秒，共持續(xù)15秒；起床，早操等時(shí)間的鈴聲為連續(xù)打鈴；為了不影響休息周六周日不打鈴。3.2 機(jī)型的選擇PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì)PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。 按結(jié)構(gòu)形式分類 根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒(méi)有CPU?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。 模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。 按功能分類 根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。 低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。 中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 高檔PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 按I/O點(diǎn)數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 小型PLCI/O點(diǎn)數(shù) 2048點(diǎn)；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量816K 按輸出形式分類按輸出形式分可分為:R-繼電器輸出(有觸點(diǎn)，可帶交直流負(fù)載)；S-雙向晶閘管輸出（無(wú)觸點(diǎn)，帶交流負(fù)載）；T-晶體管輸出（無(wú)觸點(diǎn)，帶直流負(fù)載）。5、經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。3.3 設(shè)計(jì)方案大綱級(jí)別4級(jí)，小四號(hào)黑體，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行3.3.1 控制任務(wù)分析在本次設(shè)計(jì)中，主要任務(wù)有兩項(xiàng)：1、 置TD-200，用文本顯示器顯示當(dāng)前的時(shí)間。大綱級(jí)別4級(jí)，小四號(hào)黑體，單倍行距，段前0.5行，段后0.5行2、根據(jù)作息時(shí)間表自動(dòng)打鈴。要使電子鐘在預(yù)先設(shè)定的時(shí)刻，如8：00，自動(dòng)啟動(dòng)上課鈴的控制程序，可對(duì)這一時(shí)刻的特征進(jìn)行編程，當(dāng)文本顯示器顯示8：00時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)鈴音電路和15s的延時(shí)程序。3.3.2 TD-200的設(shè)置VB0 TD /VB2 16#60 /設(shè)置語(yǔ)言為中文，設(shè)置更新速率為盡可能快VB3 16#B1 /設(shè)置顯示為 40 字符模式； ENTER 鍵 V3.1；向上鍵 V3.2；向下鍵 V3.3；VB4 8 /設(shè)置信息條數(shù)VB5 16#00 /設(shè)置功能鍵對(duì)應(yīng)位為 M0.0 - M0.7，F(xiàn) 鍵已配置為置位 M 位VW6 40 /將信息起始地址設(shè)為 VB40VW8 14 /將信息使能位起始地址設(shè)為VW14VW10 65535 /全局密碼（如使能）VW12 256 /字符集 = 簡(jiǎn)體中文/MESSAGE 1/信息使能位 V14.7VB40 年 月 日 ： ： 星期 /MESSAGE 2/信息使能位 V14.6VB80 起床 /MESSAGE 3/信息使能位 V14.5VB120 上課預(yù)備鈴 /MESSAGE 4/信息使能位 V14.4VB160 上課鈴 /MESSAGE 5/信息使能位 V14.3VB200 下課鈴 /MESSAGE 6/信息使能位 V14.2VB240 晚自修開(kāi)始 /MESSAGE 7/信息使能位 V14.1VB280 晚自修結(jié)束 /MESSAGE 8/信息使能位 V14.0VB320 熄燈 /END TD200_BLOCK -/數(shù)據(jù)頁(yè)注釋/3.4 電鈴電路簡(jiǎn)單介紹4N25為光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。SCR-100是雙向晶閘管可以認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)連接的普通晶閘管的組成，它有兩個(gè)主電極T1和T2，以及一個(gè)門極G。門極使器件在主電極的正反兩個(gè)方面均可觸發(fā)導(dǎo)通，因此在50HZ的電壓下，由于每0.01s內(nèi)都有一個(gè)觸發(fā)電壓，使得有一個(gè)主電極觸發(fā)導(dǎo)通，由于接的是交流，所以每個(gè)主電極總會(huì)在下一個(gè)半波時(shí)由于電壓反向而自動(dòng)關(guān)斷，但在這個(gè)半波內(nèi)另一個(gè)主電極卻因?yàn)橛|發(fā)脈沖的到來(lái)而導(dǎo)通。所以整個(gè)周期中不管是哪個(gè)半周期只要有觸發(fā)脈沖就會(huì)使晶閘管導(dǎo)通?？傮w電路工作原理當(dāng)輸入端Y15為低電平時(shí)，4N25輸入端電流為0，輸出相當(dāng)于開(kāi)路。當(dāng)Y15為高電平時(shí)，輸出電鈴回路導(dǎo)通。其電路圖如下圖3-1所示:圖3-1 電鈴控制電路3.5編程元件地址分配3.5.1 輸入輸出繼電器地址分表3-1輸入輸出繼電器地址分配編程元件I/O端子電路器件作用輸入繼電器I0.0S0系統(tǒng)開(kāi)關(guān)I0.1S1系統(tǒng)開(kāi)關(guān)輸出繼電器Q0.0HA鈴音驅(qū)動(dòng)3.5.2 其他元件地址分配表3-2 其他元件地址的分配編程元件編程地址符號(hào)作用輔助繼電器M1.0M10自鎖使系統(tǒng)持續(xù)工作M1.1M11上、下課以外響鈴時(shí)間到M1.2M12上課時(shí)間到M1.3M13下課時(shí)間到時(shí)能繼電器V14.7V開(kāi)啟TD-200定時(shí)器T101T1其他鈴（15秒）T102T2上課鈴（15秒）T103T3下課鈴響（2秒）續(xù)表3-2T104T4下課鈴?fù)＃?秒）T105T5下課鈴（15秒）TD-200VB40-VB66TD顯示時(shí)間3.5.3 輸入輸出接線圖圖2 輸入輸出接線圖 4 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試4.1計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程STEP 7- Micro/WIN SMART： 是專門為S7-200 SMART 開(kāi)發(fā)的編程軟件，能在Windows XP SP3/Windows 7 上運(yùn)行，支持LAD、FBD、STL語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程是通過(guò)專用的PLC編程軟件，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可以