基于PLC控制的作息时间控制系统设计方案与对策.doc

-"CETTIC全国可编程控制器（PLC）程序设计师”职业培训认证结业设计基于PLC控制的作息时间控制系统【摘 要】本文介绍一种用PLC控制的作息时间控制系统，详细地阐述了系统组成、系统硬件接线和系统软件设计，并详细介绍了系统工作原理。该系统具有外设电路配置简单、扩展方便、操作容易、可靠性高、实用性强等特点，集电铃、路灯、宿舍灯、教室灯、音乐广播自动控制于一体，并具有周末与假期控制功能，实现了作息时间无人控制的自动化、科学化管理与操作。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。【关键词】作息时间控制；PLC；I/O接线；软件设计. z.-目 录第一章绪论1聞創沟燴鐺險爱氇谴净。1.1引言1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1.2可编程控制器的特点1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。1.3 PLC的应用领域1彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。1.4 PLC的设计步骤2謀荞抟箧飆鐸怼类薔。1.4.1 硬件设计2厦礴恳蹒骈時盡继價骚。软件设计2茕桢广鳓鯡选块网羈泪。第二章作息时间控制系统的方案论证2鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。2.1 方案论证2籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。2.2 控制要求3預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。第三章作息时间PLC控制系统设计4渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。3.1 输入输出点分配4铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3.2 控制系统的硬件设计5擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.3 控制系统的程序设计5贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.3.1 秒脉冲程序的设计5坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。3.3.2 分显示程序的设计5蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。3.3.3 时显示程序的设计7買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。3.3.4 星期显示程序的设计8綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3.3.5 数字显示原理9驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。广播、灯、打铃程序设计11猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。3.4 作息时间PLC控制器总梯形图14锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。第四章参考文献14構氽頑黉碩饨荠龈话骛。4.1 参考文献14輒峄陽檉簖疖網儂號泶。. z.-第一章 绪论1.1引言可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。PLC控制系统的硬件是由PLC、输入/输出（I/O）电路及外围设备等组成。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。1.2 可编程控制器的特点20世纪60年代末，为了克服传统继电器的种种应用上的缺点，人们研制出了一种先进的自动控制设备-PLC，由于PLC具有优良的技术性能，因此它一问世就很快得到了推广应用。现在PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商家、家用的微机不同，由于控制对象的复杂性，使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使其在设计上有许多特点。硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。（1） 可靠性高，抗干扰能力强；（2） 接口模块功能强、品种多；（3） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；（4） 编程方法简单、直观；（5） 系统的设计/安装、调试工作量少；（6） 维修工作量小、维护方便；（7） 体积小、耗能低、重量轻。1.3 PLC的应用领域目前，PLC在国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。（1） 开关量逻辑控制（2） 运动控制（3） 闭环过程控制（4） 数据处理（5） 通信联网在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），1.4 PLC的设计步骤开发应用PLC的设计任务分为硬件和软件设计两部分。 硬件设计硬件设计主要包括：（1） 确定安排PLC的输入、输出点；（2） 设计外围电路，包括主电路；（3） 选购PLC并进行现场安装接线等容。软件设计大多数用梯形图和指令程序，主要包括：（1） 设计控制流程，根据工艺要求先画出工作循环，如有必要再画详细的状态流程图；（2） 根据工作循环图，画出虚拟的电路图-继电器梯形图；（3） 按梯形图编写指令程序表；（4） 系统调试：根据设计要求，对程序进行调试和修改，必要时还可对硬件进行修改，直到符合要求为止。本系统用PLC设计作息时间的控制过程。第二章 作息时间控制系统的方案论证2.1 方案论证目前常用的作息时间控制方法有单片机控制PLC控制。两种方式的控制原理基本似，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，达到自动调节和时事控制运行的功能。本设计采用PLC控制方式，选用三菱 F*2N一48MRPLC作控制器，有24个输入点，24个输出点，继电器输出，时间显示用4个数码管,星期显示用l个数码管,完成本设计要求的各项指标，实现作息时间控制的目的。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。PLC作息时间控制器采用数码显示，能够准确显示分、时、星期，在一定的时间能够自动打铃，放、关广播，放、关音乐，开熄学生宿舍灯，且通过改变输入PLC的程序能够灵活改变冬、夏季作息时间。釷鹆資贏車贖滅獅赘。 此外，该PLC作息时间控制器还设置了手动按钮，用于调整分、时、星期。2.2 控制要求作息时间控制器的控制要求如下；（1） 开机时初始状态显示为00时00分，显示星期为"星期一”。按下启动按钮，控制器开始计时工作。（2） 能将时间显示调整到当前的日期及时间。（3） 可按所设置的时间要求打铃。（4） 可根据需要控制其他装置。（5） 作息时间表（此处只列出冬季作息时间表）见表1。（6） 设置相应的手动按钮，使控制器使用更加方便。（7） 为了便于广大师生过好双休日，从星期五下午晚餐开始至星期日下午18：00停止打铃。表1 PLC作息时间控制器冬季作息时间表项目起讫起床6：206：30早操6：406：50洗漱6：507：00早餐7：007：40预备铃7：407：50第一节课8：008：50第二节课9：009：50课间操9：5010：10第三节课10：1011：00第四节课11：1012：00中餐（广播）12：-12：30午休12：3014：20预备铃14：2014：30第五节课14：3015：20第六节课15：3016：20文体活动16：3017：30晚餐17：3018：00自由活动18：0018：50预备铃18：5019：00晚自习19：0020：30熄灯21：00第三章 作息时间PLC控制系统设计3.1 输入输出点分配作息时间PLC控制器输入输出点分配表见表2。表2 作息时间PLC控制器输入输出点分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号启动按钮SB1*0数码管a段aY0停止按钮SB2*1数码管 b段bY1手动打铃SB3*2数码管c段cY2"分”调整按钮SB4*3数码管d段dY3"时”调整按钮SB5*4数码管e段eY4"天”调整按钮SB6*5数码管f段fY5开广播SB7*6数码管g段gY6关广播SB8*7数码管公共端D1Y10开灯SB9*8数码管公共端D2Y11熄灯SB10*9数码管公共端D3Y12数码管公共端D4Y13数码管公共端D5Y14秒闪烁发光二极管POINTY15广播继电器KA1Y20电铃继电器KA2Y21宿舍灯继电器KA3Y223.2 控制系统的硬件设计作息时间PLC控制器接线图如附图(1)所示。3.3 控制系统的程序设计 秒脉冲程序的设计秒脉冲程序梯形图如图1所示。图1 作息时间PLC控制器秒脉冲程序梯形图当按下SB0时，*0闭合，发出启动信号，使辅助继电器M200线圈得电并自锁。计时器T0、T1组成1s时钟脉冲程序；Y20为秒闪烁输出；M0、C0组成分进位脉冲。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 分显示程序的设计分显示程序梯形图如图2所示。图2 作息时间PLC控制器分显示程序梯形图由助继电器M1M10分别接通分个位显示程序。当M1闭合时，分个位显示"0”；当M2闭合时，分个位显示"1”；当M3闭合时，分个位显示"2”，依次类推。由辅助继电器M13M18分别接通分十位显示程序。当M13闭合时，分十位提示"0”；当M14闭合时，分十位显示"1”；当M15闭合时，分十位显示"2”，依次类推。谚辞調担鈧谄动禪泻類。初始状态时，辅助继电器M1和M13闭合，分的个位及十位均显示"0”。当计数器C0累计计满60个时钟脉冲时，计数器C0常开触点闭合，辅助继电器M0线圈得电，其常开触点闭合，产生一个分个位脉冲及分个位移位脉冲。分个位移位脉冲的到来，使得移位指令将M1当前的"1”状态左移一位至M2，辅助继电器M2闭合，分个位显示"1”；若再来一个移位脉冲，移位指令将M2当前的状态左移一位至M3，辅助继电器M3闭合，分的个位上显示"2”，依次类推。当分个位脉冲满10个时，M1的状态已移位至辅助继电器M11中，M11线圈得电，其常开触点闭合，使辅助继电器M2-M10复位，辅助继电器M1又闭合，分个位上又显示"0”，辅助继电器M2-M10复位，为下一次分个位循环显示作好准备。同时，M11常开触点闭合，使辅助继电器M12产生一个扫描周期的上升沿脉冲。这个上升沿脉冲使得辅助继电器M13当前的"1”状态移位至M14中，分的十位上显示"1”，依次类推。当分十位脉冲满6个时，M13的状态已移位至辅助继电器M19中，M19线圈通电，其常开触点闭合，使辅助继电器M13-M18复位，辅助继电器M13闭合，分十位上又显示为"0”。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 当需要对分进行手动调整时，只需要按下按钮SB4，此时*3闭合，计数器C10计数。经过1次计数后，其常开触点闭合，使得状态继电器S5得电，其一常开触点闭合，产生一个分位脉冲，改变分的当前显示，而状态继电器S5的另一 常开触点闭合，使计数器C10复位，为下一 次计数作好准备。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 时显示程序的设计时显示程序梯形图如图3所示。由辅助继电器M21-M30分别接通时个位显示程序。当M21闭合时，时个位显示"0”；当M22闭合时，时个未显示"1”；当M23闭合时，时个位显示"2”，依次类推。由辅助继电器M33-M35分别接通时十位显示程序。当M33闭合时，时十位显示"0”；当M34闭合时，时十位显示"1”；当M35闭合时，时十位显示"2”。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。图3 作息时间PLC控制器时显示程序梯形图初始状态时，因辅助继电器M21和M23闭合，故时的个位及十位均显示为"0”。当分十位脉冲满6个时，M13的状态已移位至辅助继电器M19，M19线圈得电，1一2常开触点闭合，使辅助继电器M20产生一个扫描周期的上升沿脉冲。这个上升沿脉冲一方面向计数器C1提供脉冲，另一 方面使得辅助继电器M21当前的"1”状态移位至辅助继电器M22中，时的个位上显示"1”，如此不断循环移位。当时个位脉冲满10个时，M20的状态已移至辅助继电器M31中，M31线圈得电，其常开触点闭合，使辅助继电器M32产生一个扫描周期的上升沿脉冲。这个世上上沿脉冲使得辅助继电器M33当前的"1”状态移位至辅助继电器M34中，时的十位上显示为"1”。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 当脉冲C1累计满24个脉冲时，计数器C1常开触点闭合，辅助继电器M38线圈得电，其常开触点闭合，使辅助继电器M22-M30及辅助继电器M33-M34复位，辅助继电器M21及M33闭合，时个位和时十位上又显示为"0”，如此不断循环移位。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 当需要对时状态进行手动调整时，只需按下按钮SB5，此时*4闭合，计数器C11计数。经过一次计数后，其常开触点闭合，使得状态继电器S6得电，其一常开触点闭合，产生一个时个位移位脉冲，改变时的当前显示。而状态继电器S6的另一 常开触点闭合，使计数器C11复位，为下一 次计数作好准备。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 星期显示程序的设计星期显示程序设计梯形图如图4所示。由辅助继电器M40-M46分别接通星期显示程序。当M40闭合时，星期显示"1”；当M41闭合时，星期显示"2”，依次类推。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 图4 作息时间PLC控制器星期显示程序梯形图 初始状态时，因辅助继电器M40闭合，星期显示为"1”。当时移位脉冲满24个时，辅助继电器M38得电，其常开触点闭合，接通计数器C2并开始计数，另一 常开触点产生一个星期脉冲及星期移位脉冲。星期移位脉冲的来到，使移位指令将M40当前的"1”状态右移一位至M41中，辅助继电器M41闭合，星期显示"2”；若再来一个移位脉冲，移位指令M41当前的状态右移一位至M42中，辅助继电器M42闭合，星期上显示"3”，如此不断移位。当星期脉冲满7 个时，计数器C2的常开触点闭合，一方面使其复位，另一方面接通辅助继电器M48，辅助继电器M48的常开触点闭合，同时M40的状态已移至M47；M47线圈通电，其常开触点闭合，使辅助继电器M41-M46复位，辅助继电器M40又闭合，星期上又显示为"1”。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。当需要对星期状态进行手动调整时，只需按下SB6，此时*5闭合，计数器C12经过一次技术后动作，其常开岔点闭合，使得状态继电器S7得电，其一常开触点闭合，产生一 个星期移位脉冲，改变星期的当前显示。而状态继电器S7的另一常开触点闭合，使计数器C12复位，为下一 次计数作好准备。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 数字显示原理开机时，时间显示为星期1，00时00分。数字显示原理如图5所示。图 5 数字显示原理PLC的输出点Y0Y6分别街道七段数码管的ag。要显示数字只需要Y0Y6有输出信号，即Y0Y7字元件中Y0Y6有输出为1时才有数字显示出来。例如，显示1只需Y1和Y2有信号输出，它的十进制常数为K6=12+14,即K6转换为二进制数正好满足要求。再把常数值K6有MOV指令传送到相应的数码管中就可以显示数字了。表3为显示数字09的常数值。各辅助继电器与其对应的时间见表4。塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。表3 显示数字0-9的常数值显示数字输出点状态常数值Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000111111K6310000110K621011011K9131001111K7941100110K10251101101K10961111101K12570000111K781111111K12791101111K11表4 各辅助继电器所对应的时间0123456789分个位M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10分十位M13M14M15M16M17M18时个位M21M22M23M24M25M26M27M28M29M30时十位M33M34M35星期M40M41M42M43M44M25M46数码管的动态扫描梯形图如图6初始状态时，辅助继电器M10闭合，特殊辅助继电器M8011每闭合一次，计数器C3就计数一次，其常开触点闭合并接通辅助继电器M110，辅助继电器M110的常开触点又使计数器C3复位。辅助继电器M110的另一 常开触点产生一个移位脉冲，移位脉冲指令将辅助继电器M100的当前状态"1”移到辅助继电器M101中，使辅助继电器M101的当前状态为"1”，依次类推。当移到最高位时，辅助继电器M105得电闭合，其常开触点闭合，使辅助继电器M101-M104复位，如此周而复始地进行移位。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。图6 作息时间PLC控制器数码管动态扫描梯形图 由于辅助继电器M100-M104分别接通输出继电器Y10-Y14，而特殊辅助继电器M8011每10ms闭合一 次，因而我们用肉眼很难分辨出数码管是轮流闭合的，我们看到的是同时显示的数码管。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。广播、灯、打铃程序设计当到达规定时间时，该时间所对应的辅助继电器将得电，其常开触点闭合，从而对广播、灯、电铃惊醒控制。.1 广播控制的设计广播控制梯形图如图7所示。当到放广播的时间时，以下各组辅助继电器：（M34、M27、M16、M1），（M34、M23、M13、M1），（M27、M15、M1），（M30、M18、M33、M1）中有一组 的常开触点闭合，辅助继电器M52得电闭合，使得输出继电器Y23线圈得电并自锁，此时开始放广播。当需要手动放广播时，只需按下按钮SB7，则*6闭合，输出继电器Y23得电并自锁，也能达到放广播的目的。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。图7作息时间PLC控制器广播制梯形图 当到关广播的时间时，以下各组辅助继电器：（M21、M14、M34、M1），（M28、M16、M34、M1），（M27、M18、M1），（M34、M23、M16、M1）中有一组的常开触点闭合，辅助继电器M53线圈得电闭合，串接在辅助继电器Y23线圈中的常开触点断开，输出继电器Y23断电，停止播放广播。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。.2 灯的控制的设计灯的控制梯形图如图8所示。图8 作息时间PLC控制器灯控制梯形图当到学校开灯的时间时，以下两组辅助继电器：（M35、M21、M16、M1），（M27、M15、M1）的常开触点中有一组闭合，辅助继电器M54线圈得电闭合，其串接在输出继电器Y21上的常开触点闭合，使输出继电器Y31得电并自锁，打开电灯开关。当需要手动开灯时，只要按下按钮SB9，则*10闭合，使输出继电器Y21得电并自锁，打开电灯开关。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。当到熄灯的时间时，以下两组辅助继电器：（M35、M22、M16、M1），（M27、M17、M1）的常开触点中有一 组闭合，辅助继电器M55线圈得电闭合并产生一个扫描周期的脉冲信号，使其串接在输出继电器Y21线圈上的常开触点断开，输出继电器Y21断开，电灯熄灭。当需要手动关灯时，只需按下按钮SB10，则*11闭合，辅助继电器M203得电，串接在输出继电器Y21上的常开触点断开，使输出继电器Y21断电。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。.3 电铃控制的设计电铃控制梯形图如图9所示。当到程序设计的打铃时间时，该时间段辅助继电器的常开触电闭合，使得辅助继电器M50线圈得电，并产生一个扫描周期的上升沿微分脉冲信号，辅助继电器M50的常开触电闭合，接通输出继电器Y22线圈电源，Y22闭合并自锁，电铃开始打铃。同时，定时器T3开始计时，计满15s后，串接在输出继电器Y22线圈上的定时器T3的常闭触点断开，使输出继电器Y22和定时器T3失电，定时器T3复位，打铃停止。如果需要手动打铃，只需按下SB3，此时*2闭合，接通输出继电器Y22线圈电源，Y22闭合并自锁，开始打铃。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。图9 作息时间PLC控制器电铃控制梯形图.4 双休日控制的设计双休日控制梯形图如图10所示。每星期5下午晚餐时，辅助继电器M44、M34、M28、M16、M2的常开触点闭合，辅助继电器M56闭合并自锁，其串接在输出继电器Y21、Y22、Y23上的常闭触点断开，输出继电器Y21、Y22、Y23将得不到脉冲信号。星期日下午18：00，辅助继电器M46、M34、M28、M18、M10的常开触点将闭合，辅助继电器M45产生一个扫描周期的输出信号，其串接在辅助继电器M56中的常闭触点断开，辅助继电器M56失电，串接在输出继电器Y21、Y22、Y23上的辅助继电器M56的常闭触点复位，使输出继电器Y21、Y22、Y23能够得到脉冲信号而恢复正常工作。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。图10 作息时间PLC控制器双休日控制梯形图3.4 作息时间PLC控制器总梯形图作息时间PLC控制器总梯形图如 附图(2)所示。第四章 参考文献4.1 参考文献1、PLC原理与应用（三菱F*系列） 清华大学 俞国亮主编2、可编程序控制器应用技术第二版 化学工业 万忠主编3、PLC实用程序及设计 电子科技大学 贺哲荣、石帅军主编. z.