基于PLC的自動(dòng)打鈴控制器

《電氣控制與PLC》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于PLC的自動(dòng)打鈴控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)學(xué)院名稱(chēng)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)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(shí)間信號(hào)。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(huì)的開(kāi)展不但對(duì)其需求量越來(lái)越大，對(duì)電鈴制動(dòng)控制要求也越來(lái)越高，于是人們?cè)O(shè)計(jì)了通過(guò)不同控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打鈴系統(tǒng)。本文介紹一種采用PLC控制的作息時(shí)間自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)，詳細(xì)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(jì)，并仔細(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：自動(dòng)打鈴控制器；PLC；軟件設(shè)計(jì)目錄1緒論12設(shè)計(jì)任務(wù)及要求23系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)33.1系統(tǒng)概述33.2設(shè)計(jì)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(xiàn)321緒言PLC即可編程控制器〔ProgrammablelogicController〕，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底的新型工業(yè)控制裝置。PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計(jì)。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化開(kāi)展階段，計(jì)算機(jī)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(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器開(kāi)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升，這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)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(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。所以PLC才被越來(lái)越多的人所熟悉，也被廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)化的生產(chǎn)與生活當(dāng)中。而本課題就來(lái)源于學(xué)校的實(shí)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(kāi)〔熄〕燈等自動(dòng)化程序的控制，相信PLC將會(huì)更加貼近生活，效勞群眾。2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求某學(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3秒，停1秒〕，其他的鈴音為連續(xù)音。〔2〕每次打鈴的時(shí)間為20秒。〔3〕星期六，星期日不打鈴?！?〕具有時(shí)間顯示功能，顯示器件為L(zhǎng)ED數(shù)碼管。顯示內(nèi)容為：分，小時(shí)及星期?！?〕具有時(shí)間〔分，小時(shí)，星期〕調(diào)整的功能?！?〕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)那么是用了一個(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)間表比擬，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)20秒；下課鈴為長(zhǎng)音，響3秒，停1秒，共持續(xù)20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設(shè)計(jì)方案〔1〕控制任務(wù)分析①設(shè)計(jì)一個(gè)電子鐘，用LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前的時(shí)間，根據(jù)控制要求，需要顯示的時(shí)間如下：秒：可采用光點(diǎn)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(gè)位〕。小時(shí)：顯示范圍為00-23，用兩只LED數(shù)碼管顯示〔十位和個(gè)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(shí)間作息表自動(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)，打上課鈴的控制程序，可對(duì)這一時(shí)刻的特征進(jìn)行編程。當(dāng)電子鐘顯示8：00的時(shí)候自動(dòng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)鈴音電路和20S的延時(shí)程序?！?〕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(yáng)極。如圖3-1所示〔a〕數(shù)碼管〔b〕共陰極接法〔c〕共陽(yáng)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(gè)脈沖，這個(gè)脈沖是所有計(jì)時(shí)器的基準(zhǔn)，可以通過(guò)編程的方式實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，編程更簡(jiǎn)單，如圖3-3所示。圖3-2秒脈沖發(fā)生器圖3-3用SM0.5來(lái)實(shí)現(xiàn)一秒的脈沖發(fā)生器電子鐘顯示電子鐘的計(jì)數(shù)功能可以采用左移移位指令實(shí)現(xiàn)，0-9顯示譯碼電路可以通過(guò)組合邏輯完成。如對(duì)分鐘的個(gè)位0~9計(jì)數(shù)、譯碼和顯示的真值表如表3-1所示。表3-1分鐘的個(gè)位0~9計(jì)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(duì)每個(gè)LED數(shù)碼管根據(jù)需要的顯示內(nèi)容列出類(lèi)似于表3-1的真值表，就可針對(duì)性的根據(jù)顯示內(nèi)容編程。在本次設(shè)計(jì)中，共用五只LED數(shù)碼管，分別顯示分鐘的個(gè)位和十位、小時(shí)的個(gè)位和十位以及星期幾。定時(shí)打鈴控制由于是采用移位存放器編程的方法進(jìn)行時(shí)間顯示，可根據(jù)移位存放器的內(nèi)容對(duì)特定的作息時(shí)間進(jìn)行編碼。當(dāng)顯示的時(shí)間為特定的作息時(shí)間時(shí)，就可自動(dòng)啟動(dòng)定時(shí)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(dòng)打鈴控制器是典型的時(shí)序控制邏輯，正常工作時(shí)是不需要人來(lái)干預(yù)的。在未采用UPS時(shí)，系統(tǒng)可能遇到臨時(shí)停電問(wèn)題，勢(shì)必要影響時(shí)間的準(zhǔn)確性。可采用手動(dòng)調(diào)整的方法。對(duì)于輸出而言，5只LED數(shù)碼管，如果每一段都占用一個(gè)輸出繼電器的話，需要35個(gè)輸出點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)建立輸出矩陣的方法，通過(guò)分時(shí)掃描的方式，顯示當(dāng)前的時(shí)間，以節(jié)約輸出點(diǎn)的資源。本設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)I0.1S1分鐘的個(gè)位調(diào)整開(kāi)關(guān)I0.2S2分鐘的十位調(diào)整開(kāi)關(guān)I0.3S3小時(shí)的個(gè)位調(diào)整開(kāi)關(guān)I0.4S4小時(shí)的十位調(diào)整開(kāi)關(guān)輸出繼電器Q0.0DP秒脈沖輸出信號(hào)Q0.1a5個(gè)LED數(shù)碼管的a段Q0.2b5個(gè)LED數(shù)碼管的b段Q0.3c5個(gè)LED數(shù)碼管的c段Q0.4d5個(gè)LED數(shù)碼管的d段Q0.5e5個(gè)LED數(shù)碼管的e段Q0.6f5個(gè)LED數(shù)碼管的f段Q0.7g5個(gè)LED數(shù)碼管的g段Q1.0HA鈴音驅(qū)動(dòng)Q1.1COM1分鐘個(gè)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(shí)個(gè)位顯示數(shù)碼管的公共端Q1.4COM4小時(shí)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(hào)作用輔助繼電器M0.1M1CO復(fù)位及分鐘個(gè)位顯示移位脈沖M0.2M2分鐘十位顯示移位脈沖M0.3M3小時(shí)個(gè)位顯示移位脈沖M0.4M4小時(shí)十位顯示移位脈沖M0.5M5星期顯示移位脈沖M1.0M10分鐘個(gè)位顯示“0〞M1.1M11分鐘個(gè)位顯示“1〞M1.2M12分鐘個(gè)位顯示“2〞M1.3M13分鐘個(gè)位顯示“3〞M1.4M14分鐘個(gè)位顯示“4〞M1.5M15分鐘個(gè)位顯示“5〞M1.6M16分鐘個(gè)位顯示“6〞M1.7M17分鐘個(gè)位顯示“7〞M2.0M20分鐘個(gè)位顯示“8〞M2.1M21分鐘個(gè)位顯示“9〞M2.2M22十分鐘到信號(hào)M3.0M30分鐘十位顯示“0〞M3.1M31分鐘個(gè)位顯示“1〞M3.2M32分鐘個(gè)位顯示“2〞M3.3M33分鐘個(gè)位顯示“3〞M3.4M34分鐘個(gè)位顯示“4〞M3.5M35分鐘個(gè)位顯示“5〞M3.6M361小時(shí)到信號(hào)M3.7M3724小時(shí)到信號(hào)M4.0M40小時(shí)個(gè)位顯示“0〞M4.1M41小時(shí)個(gè)位顯示“1〞M4.2M42小時(shí)個(gè)位顯示“2〞M4.3M43小時(shí)個(gè)位顯示“3〞M4.4M44小時(shí)個(gè)位顯示“4〞M4.5M45小時(shí)個(gè)位顯示“5〞M4.6M46小時(shí)個(gè)位顯示“6〞M4.7M47小時(shí)個(gè)位顯示“7〞M5.0M50小時(shí)個(gè)位顯示“8〞M5.1M51小時(shí)個(gè)位顯示“9〞M5.2M5210小時(shí)到信號(hào)M6.0M60小時(shí)十位顯示“0〞M6.1M61小時(shí)個(gè)位顯示“1〞M6.2M62小時(shí)個(gè)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(gè)位調(diào)整脈沖M8.1M81分鐘十位調(diào)整脈沖M8.2M82小時(shí)個(gè)位調(diào)整脈沖M8.3M83小時(shí)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(gè)位顯示M9.1M91選擇分鐘十位顯示M9.2M92選擇小時(shí)個(gè)位顯示M9.3M93選擇小時(shí)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(gè)位a段M10.1M101分鐘個(gè)位b段M10.2M102分鐘個(gè)位c段M10.3M103分鐘個(gè)位d段M10.4M104分鐘個(gè)位e段M10.5M105分鐘個(gè)位f段M10.6M106分鐘個(gè)位g段M11.0M110小時(shí)個(gè)位a段M11.1M111小時(shí)個(gè)位b段M11.2M112小時(shí)個(gè)位c段M11.3M113小時(shí)個(gè)位d段M11.4M114小時(shí)個(gè)位e段M11.5M115小時(shí)個(gè)位f段M11.6M116小時(shí)個(gè)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(shí)十位a段M13.1M131小時(shí)十位b段M13.2M132小時(shí)十位c段M13.3M133小時(shí)十位d段M13.4M134小時(shí)十位e段M13.5M135小時(shí)十位f段M13.6M136小時(shí)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(shí)器T101T1其他鈴〔20s〕T102T2上課鈴20sT103T3下課鈴響3sT104T4下課鈴聽(tīng)1sT105T5上課鈴響20s計(jì)數(shù)器C0C060秒計(jì)數(shù)C1C124小時(shí)C2C2星期六C3C3星期日C4C41個(gè)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(jì)任務(wù)書(shū)的設(shè)計(jì)要求，我們通過(guò)之前一個(gè)星期的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，為這次設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)，使我們能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了課程要求，仿真成功并能使自動(dòng)打鈴系統(tǒng)順利運(yùn)行，完成了預(yù)期目標(biāo)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了程序的設(shè)計(jì)、分析，數(shù)碼管針腳的尋找。在實(shí)際的操作過(guò)程中遇到了很多棘手的問(wèn)題，但是在指導(dǎo)老師以及同學(xué)們的共同努力下把問(wèn)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(jì)的任務(wù)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)