基于PLC的自動打鈴控制器

《電氣控制與PLC》課程設(shè)計說明書基于PLC的自動打鈴控制器設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號學(xué)院名稱專業(yè)名稱指導(dǎo)教師2023年 12 月1日摘要學(xué)校以及一些企事業(yè)單位通常使用電鈴聲作為上下課、上下班等作息時間信號。電鈴已經(jīng)是學(xué)校以及一些企事業(yè)單位不可缺少的設(shè)備，隨著社會的開展不但對其需求量越來越大，對電鈴制動控制要求也越來越高，于是人們設(shè)計了通過不同控制的方式來實現(xiàn)自動打鈴系統(tǒng)。本文介紹一種采用PLC控制的作息時間自動打鈴控制系統(tǒng)，詳細的闡述了系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)硬件接線和系統(tǒng)軟件設(shè)計，并仔細介紹了系統(tǒng)工作原理。該系統(tǒng)具有外設(shè)電路配置簡單、擴展方便、操作容易，可靠性高實用性強等特點。該系統(tǒng)用于學(xué)校電鈴的自動控制，具有周末和假期控制功能和星期與時間的顯示功能，實現(xiàn)了作息時間無人控制的自動化、科學(xué)化管理與操作。關(guān)鍵詞：自動打鈴控制器；PLC；軟件設(shè)計目錄1緒論12設(shè)計任務(wù)及要求23系統(tǒng)總體設(shè)計33.1系統(tǒng)概述33.2設(shè)計方案33.3編程元件地址分配53.4軟件程序10結(jié)論31參考文獻321緒言PLC即可編程控制器〔ProgrammablelogicController〕，是指以計算機技術(shù)為根底的新型工業(yè)控制裝置。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原那么而設(shè)計。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化開展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器開展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升，這標志著可編程控制器已步入成熟階段。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。所以PLC才被越來越多的人所熟悉，也被廣泛的應(yīng)用于自動化的生產(chǎn)與生活當中。而本課題就來源于學(xué)校的實際情況，包括上下課打鈴程序、雙休日控制程序以及控制學(xué)生宿舍開〔熄〕燈等自動化程序的控制，相信PLC將會更加貼近生活，效勞群眾。2設(shè)計任務(wù)及要求某學(xué)校的作息時間表如下表所示：對自動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；下課鈴為長音：響3秒，停1秒〕，其他的鈴音為連續(xù)音。〔2〕每次打鈴的時間為20秒?！?〕星期六，星期日不打鈴?！?〕具有時間顯示功能，顯示器件為LED數(shù)碼管。顯示內(nèi)容為：分，小時及星期?！?〕具有時間〔分，小時，星期〕調(diào)整的功能?！?〕用MCGS軟件模擬系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)。3系統(tǒng)總體設(shè)計3.1系統(tǒng)概述本次設(shè)計是采用PLC來控制數(shù)碼管的顯示和響鈴的輸出，分，時，星期均采用7448進行外部七段譯碼。其中時間顯示為動態(tài)顯示，星期顯示為靜態(tài)顯示，該系統(tǒng)能根據(jù)作息時間表自動控制電鈴，有時間星期顯示調(diào)節(jié)及控制功能，當秒脈沖計數(shù)60次之后向分鐘進位。當分鐘顯示數(shù)碼管顯示到59之后又向小時進位，而小時那么是用了一個計數(shù)器，當計數(shù)器計了24次之后向星期進位，同理星期顯示也是用了一個計數(shù)器，7次之后使程序全部復(fù)位。有分鐘調(diào)節(jié)、小時調(diào)節(jié)和星期調(diào)節(jié)按鈕各一個，計時開始和假期控制按鈕各1個，啟動和停止按鈕各1個，共7個輸入口，14個輸出口.系統(tǒng)接通電源，通過分鐘調(diào)節(jié)按鈕，小時調(diào)節(jié)按鈕，將系統(tǒng)時間和星期調(diào)節(jié)為當前時間和星期；然后按下計時開始按鈕，系統(tǒng)開始計時；系統(tǒng)時間和星期通過數(shù)碼管顯示出來。按下啟動按鈕，系統(tǒng)進入控制狀態(tài)，將系統(tǒng)當前時間和星期與作息時間表比擬，又輸出口端口輸出打鈴控制信號。上課鈴為短音，響0.5秒，停0.5秒，共持續(xù)20秒；下課鈴為長音，響3秒，停1秒，共持續(xù)20秒；起床，早操等時間的鈴聲為連續(xù)打鈴；為了不影響休息周六周日不打鈴。3.2設(shè)計方案〔1〕控制任務(wù)分析①設(shè)計一個電子鐘，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：可采用光點閃爍的顯示形式，每秒鐘閃爍一次。分鐘：顯示范圍為00-59，用兩只LED數(shù)碼管顯示〔十位和個位〕。小時：顯示范圍為00-23，用兩只LED數(shù)碼管顯示〔十位和個位〕。星期：顯示范圍為1、2、3、4、5、6、8〔不用7〕，用一只LED數(shù)碼管顯示。②根據(jù)時間作息表自動打鈴。要使電子鐘在預(yù)先設(shè)定的時刻，如8：00自動啟動，打上課鈴的控制程序，可對這一時刻的特征進行編程。當電子鐘顯示8：00的時候自動啟動驅(qū)動鈴音電路和20S的延時程序。〔2〕LED數(shù)碼管的工作原理一只數(shù)碼管可以看成是一組LED，有兩種接線方式：一種是共陰極，另一種是共陽極。如圖3-1所示〔a〕數(shù)碼管〔b〕共陰極接法〔c〕共陽極接法圖3-1LED數(shù)碼管工作原理及接線方式〔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)，其原理圖如圖3-2所示也可以利用PLC的特殊繼電器，如S7-200的周期為一秒的脈沖發(fā)生器SM0.5來實現(xiàn)，編程更簡單，如圖3-3所示。圖3-2秒脈沖發(fā)生器圖3-3用SM0.5來實現(xiàn)一秒的脈沖發(fā)生器電子鐘顯示電子鐘的計數(shù)功能可以采用左移移位指令實現(xiàn)，0-9顯示譯碼電路可以通過組合邏輯完成。如對分鐘的個位0~9計數(shù)、譯碼和顯示的真值表如表3-1所示。表3-1分鐘的個位0~9計數(shù)、譯碼和顯示的真值表移位脈沖移位存放器的M4-M0顯示數(shù)a~g七段M4M3M2M1M0abcdefg00000001111110100001101100002000112110110130011131111001401111401100115111115101101161111060011111711100711100008110008111111191000091110011對每個LED數(shù)碼管根據(jù)需要的顯示內(nèi)容列出類似于表3-1的真值表，就可針對性的根據(jù)顯示內(nèi)容編程。在本次設(shè)計中，共用五只LED數(shù)碼管，分別顯示分鐘的個位和十位、小時的個位和十位以及星期幾。定時打鈴控制由于是采用移位存放器編程的方法進行時間顯示，可根據(jù)移位存放器的內(nèi)容對特定的作息時間進行編碼。當顯示的時間為特定的作息時間時，就可自動啟動定時打鈴控制。3.3編程元件地址分配輸入/輸出繼電器地址分配自動打鈴控制器是典型的時序控制邏輯，正常工作時是不需要人來干預(yù)的。在未采用UPS時，系統(tǒng)可能遇到臨時停電問題，勢必要影響時間的準確性。可采用手動調(diào)整的方法。對于輸出而言，5只LED數(shù)碼管，如果每一段都占用一個輸出繼電器的話，需要35個輸出點?？梢酝ㄟ^建立輸出矩陣的方法，通過分時掃描的方式，顯示當前的時間，以節(jié)約輸出點的資源。本設(shè)計采用S7-200的CPU226.輸入/輸出繼電器地址分配如表3-2所示。表3-2輸入/輸出繼電器地址分配表編程元件I/O端子電路元件作用輸入繼電器I0.0S0系統(tǒng)開關(guān)I0.1S1分鐘的個位調(diào)整開關(guān)I0.2S2分鐘的十位調(diào)整開關(guān)I0.3S3小時的個位調(diào)整開關(guān)I0.4S4小時的十位調(diào)整開關(guān)輸出繼電器Q0.0DP秒脈沖輸出信號Q0.1a5個LED數(shù)碼管的a段Q0.2b5個LED數(shù)碼管的b段Q0.3c5個LED數(shù)碼管的c段Q0.4d5個LED數(shù)碼管的d段Q0.5e5個LED數(shù)碼管的e段Q0.6f5個LED數(shù)碼管的f段Q0.7g5個LED數(shù)碼管的g段Q1.0HA鈴音驅(qū)動Q1.1COM1分鐘個位顯示數(shù)碼管的公共端Q1.2COM2分鐘十位顯示數(shù)碼管的公共端Q1.3COM3小時個位顯示數(shù)碼管的公共端Q1.4COM4小時十位顯示數(shù)碼管的公共端Q1.5COM5星期顯示數(shù)碼管的公共端其他編程元件的地址分配表3-3其他編程元件的地址分配表編程元件編程地址符號作用輔助繼電器M0.1M1CO復(fù)位及分鐘個位顯示移位脈沖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M0.5M5星期顯示移位脈沖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〞M2.2M22十分鐘到信號M3.0M30分鐘十位顯示“0〞M3.1M31分鐘個位顯示“1〞M3.2M32分鐘個位顯示“2〞M3.3M33分鐘個位顯示“3〞M3.4M34分鐘個位顯示“4〞M3.5M35分鐘個位顯示“5〞M3.6M361小時到信號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小時個位顯示“1〞M6.2M62小時個位顯示“2〞M7.0M70星期顯示“1〞M7.1M71星期顯示“2〞M7.2M72星期顯示“3〞M7.3M73星期顯示“4〞M7.4M74星期顯示“5〞M7.5M75星期顯示“6〞M7.6M76星期顯示“日〞M8.0M80分鐘個位調(diào)整脈沖M8.1M81分鐘十位調(diào)整脈沖M8.2M82小時個位調(diào)整脈沖M8.3M83小時十位調(diào)整脈沖M8.4M84星期調(diào)整脈沖M8.5M85其他鈴編碼M8.6M86上課鈴編碼M8.7M87下課鈴編碼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M9.4M94選擇星期顯示M9.5M95選擇星期六和星期日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小時個位a段M11.1M111小時個位b段M11.2M112小時個位c段M11.3M113小時個位d段M11.4M114小時個位e段M11.5M115小時個位f段M11.6M116小時個位g段M12.0M120分鐘十位a段M12.1M121分鐘十位b段M12.2M122分鐘十位c段M12.3M123分鐘十位d段M12.4M124分鐘十位e段M12.5M125分鐘十位f段M12.6M126分鐘十位g段M13.0M130小時十位a段M13.1M131小時十位b段M13.2M132小時十位c段M13.3M133小時十位d段M13.4M134小時十位e段M13.5M135小時十位f段M13.6M136小時十位g段M14.0M140星期a段M14.1M141星期b段M14.2M142星期c段M14.3M143星期d段M14.4M144星期e段M14.5M145星期f段M14.6M146星期g段定時器T101T1其他鈴〔20s〕T102T2上課鈴20sT103T3下課鈴響3sT104T4下課鈴聽1sT105T5上課鈴響20s計數(shù)器C0C060秒計數(shù)C1C124小時C2C2星期六C3C3星期日C4C41個星期輸入/輸出接線圖圖3-4輸入/輸出接線圖系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖如圖3-5所示圖3-5系統(tǒng)流程圖3.4軟件程序結(jié)論根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書的設(shè)計要求，我們通過之前一個星期的學(xué)習(xí)和實驗，為這次設(shè)計提供了經(jīng)驗，使我們能在規(guī)定時間內(nèi)完成了課程要求，仿真成功并能使自動打鈴系統(tǒng)順利運行，完成了預(yù)期目標。通過本次課程設(shè)計，我們學(xué)會了程序的設(shè)計、分析，數(shù)碼管針腳的尋找。在實際的操作過程中遇到了很多棘手的問題，但是在指導(dǎo)老師以及同學(xué)們的共同努力下把問題都一一解決了。在此我必須感謝我們的指導(dǎo)老師，在老師的指導(dǎo)及同學(xué)們的共同努力下才順利完成了本次課程設(shè)計的任務(wù)。通過本次課程設(shè)計