燕山大学PLC课程设计自动打铃控制器

1、摘要本文基于三菱 PLC 控制器设计了学校自动打铃控制器，通过输出继电 器 Y 与数码管相连显示时间， 具有手动按铃以与自动按铃功能， 能通过 输入继电器 X 对系统时间的调节。 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。该系统用于学校电铃的自 动控制， 具有周末和假期控制功能和星期与时间的显示功能， 实现了作 息时间无人控制的自动化、科学化管理与操作。关键词： PLC 继电器 数码管 自动化第一章 绪论1.1 PLC 可编程控制器的定义与特点：可编程控制器，简称 PLC（ Programmable logic Controller） ,是指以计算机技术为基础

2、的新型工业控制装置。 在 1987 年国际电工委 员会（ International Electrical Committee ）颁布的 PLC 标准草案中 对 PLC 做了如下定义：“ PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子 装置。它采用可以编制程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模 拟式的输入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 与其有关的 外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体， 易于扩展其功能 的原则而设计。”PLC 可编程控制器具有如下特点：（1）可靠性强，抗干扰能力强

3、；（2）通用性强，使用方便；（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便；（4）编程语言简单，易学，便于掌握；（5）系统设计周期短；（6）对生产工艺改变适应性强；（7）安装方便，调试简单，维护工作量小；1.2 PLC 可编程控制器的应用与发展前景：目前， PLC 在国内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、环保与文化娱乐等各个行业，使用 情况大致可归纳为如下几类。（1）开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、 最广泛的应用领域， 它取代传统的继电器电路， 实 现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控 与自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书

4、机械、组合机床、磨床、包 装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、 液位和速度等都是模拟量。 为了使可编程控制器处理模拟量， 必须实现 模拟量（ Analog ）和数字量（ Digital ）之间的 A/D 转换与 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块， 使可编程控制器用于模 拟量控制。（3）运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早 期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构， 现在一般使用 专用的运动控制模块。 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置

5、 控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广 泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。 大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专 用的 PID 子程序。 过程控制在冶金、 化工、热处理、锅炉控制等场合有 非常广泛的应用。（5）数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数 据传送、数据转换、 排序

6、、查表、位操作等功能， 可以完成数据的采集、 分析与处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较， 完成一定 的控制操作， 也可以利用通信功能传送到别的智能装置， 或将它们打印 制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统； 也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系 统。（6）通信与联网PLC通信含PLC间的通信与PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重 视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具 有通信接口，通信非常方便。21 世纪， PLC 会有更大的发展。

7、从技术上看，计算机技术的新成 果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、 存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超 小型与超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、 规格更齐全， 完美的人机界面、 完备的通信设备会更好地适应各种工业 控制场合的需求； 从市场上看， 各国各自生产多品种产品的情况会随着 国际竞争的加剧而打破， 会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面， 会 出现国际通用的编程语言； 从网络的发展情况来看， 可编程控制器和其 它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发 展方向。第二章系统整体设计概述2.1设计要求

8、：根据课程设计任务书，设计的自动打铃控制器要求如下：学校的休息时间表时间内容时间内容6 : 00起床13 : 30第五节上课铃6 : 20早操14 : 20第五节下课铃7 : 50第节预备铃14 : 30第六节上课铃8 : 00第节上课铃15 : 20第六节下课铃8 : 50第节下课铃15 : 30第七节上课铃9 : 00第二节上课铃16 : 20第七节下课铃9 : 50第二节下课铃16 : 30第八节上课铃10 : 10第三节上课铃17 : 20第八节下课铃11 : 00第二节下课铃19 : 00晚自习幵始11 : 10第四节上课铃21 : 00晚自习结束12 : 00第四节下课铃22 :

9、00熄灯13 : 20第五节预备铃 上课铃与下课铃的铃音不同（铃音响的频率不同，上课铃为短音：响0.5秒，停0.5秒；下课铃为长音：响 2秒，停1秒），其他的铃音为连续音。 每次打铃的时间为15秒。 星期六，星期日不打铃。 具有时间显示功能，显示内容为：分，小时与星期 具有时间（分，小时，星期）调整的功能。2.2输入输出点分配：根据设计要求，列出 PLC控制器的输入输出点分配表如下: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SB1X0数码管a段aYO停止按钮SB2X1数码管b段bY1“分”调整按钮SB4X3数码管d段dY3“时”调整按钮SB5X4数

10、码管e段eY4“天”调整按钮SB6X5数码管f段fY5数码管g段gY6数码管公共端D1Y10数码管公共端D2Y11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电铃发光二极管POINTY17由于X、Y均采用八进制，所以在输入、输出点中没有X8、X9和Y8、 Y9。当电路板接通电源之后，我们可以通过X0来运行程序，X1为紧急停止按钮。X2为手动打铃按钮，可以在需要的情况下打铃。X3、X4、 X5为时间调整按钮，可分别调整分钟、小时和星期。Y0Y6为数码管的显示端，而Y 10Y14为数码管的公共端，分别对应星期、分个位、 分十位、时个位、时十位。

11、第三章主程序设计与功能3.1主程序流程图设计系统设计是按照每天循环，系统读取PC机时间后，通过比较时间来确定什么时候打铃和打铃时间。工作流程为：启动系统、读取时间、幵启时间比较、按作息时间打铃、结束。工作流程框图如下图X03.2时间控制显示程序设计时间显示程序分秒脉冲显示、分钟显示、小时显示以与星期显示，当秒脉冲计数60次之后向分钟进位。当分钟显示数码管显示到59之后又向小时进位，而小时则是用了一个计数器，当计数器计了 24次之 后向星期进位，同理星期显示也是用了一个计数器， 7次之后使程序全 部复位。秒脉冲显示程序:K5<T1)T1I I20KD/TO) 015teon(RSICO(M

12、O当按下SBO时，X0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 TO、T1组成1S时钟脉冲程序；Y15为秒闪烁 输出；MO、C0组成分进位脉冲。当按下启动按钮 X0之后，M200导通并自锁，而接通电源之后M1、M13、M21、M33 也随之导通，所以幵机接通电源时会立刻显 示星期一 00时00分，M200的导通后，由T0、T1共同发出一个1S的脉冲，使得Y15每秒亮一下。而C0也幵始计数，60次之后使M0 导通。M0 方面使C0清0，另一方面发出的脉冲信号使 SFTL移位。 此时M2导通，使M1断电，分个位由“ 0”变为“ 1 ” 。以此类推。分显示程序:由辅助继电器

13、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 ”；初始状态时，辅助继电器 M1和M13闭合，分的个位与十位均显示“0” 。当计数器C0累计满60个脉冲时，计数器 C0常幵触点闭合，辅助继电器M0线圈得电，其常幵触点闭合，产生一个分个位脉冲与一 个分个位移位脉冲。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，分的个位上显示“ 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” ；以此类推。当分 个位脉冲满 10 个时，

14、 M1 的状态已移位至辅助继电器 M11 中， M11 线圈通电，其常开触点闭合，使辅助继电器 M2M10 复位，辅助继电 器 M1 又闭合， 分个位上又显示为 “ 0 ”，辅助继电器 M2M10 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”， 以此类推。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，其常幵触点闭合，使辅助继电器 M13M18 复位，辅助继电器 M13 闭合，

15、分十位上又显示为“ 0” 。当需要对分进行手动调整时，只需要按下按钮SB4，此时X3闭合,计数器 C10 计数。经过 1 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，产生一个分个位脉冲，改变分的当前显 示，而状态继电器S5的另一常幵触点闭合，使计数器 C10复位，为下 一次计数做好准备。时显示程序初始状态时，因辅助继电器 M21和M33闭合，故时的个位与十位均显示为“ 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线圈通电，其常幵触点闭合，使辅助继电器 M20产生一个扫描周期宽的上升沿脉冲。这个上升脉冲一方面向计数器C1提供脉冲，另一

16、方面使得辅助继电器M21当前的“ 1”状态移位至助继电器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的状态已移位至辅助继电器的M31中，M31线圈得电，其常幵触点闭合，使辅助继电器M32产生一个扫描周期的上升沿脉冲。这个上升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 ”。当脉冲C1累计满24个脉冲时，计数器 C1常幵触点闭合，辅助继电器 M38线圈得电，其常幵触点闭合，使辅助继电器M22M30 与辅助继电器 M33M34 复位，辅助继电器 M21与M33闭合，时个 位和时十位上又显示位“ 0 ”

17、 ，如此不断循环移位。当需要对时状态进行手动调整时，只需要按下按钮SB5，此时X4闭合，计数器C11计数。经过一次计数后，其常幵触点闭合，使得状态 继电器S6得电，其一常幵触点闭合，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的另一常幵触点闭合，使计数器C11复位，为下一次计数做好准备。星期显示程序由辅助继电器 M40M46 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”，以此类推。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，其常幵触点闭合，接通 计数器C2并幵

18、始计数，另一常幵触点产生一个星期脉冲与星期移位脉燕山大学 PLC 课程设计自动打铃控制器 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 ，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 的状态已移位 M47 ，M47 线圈通电， 其常开触点闭合， 使辅助继电器

19、M41M46 复 位，辅助继电器 M40 又闭合，星期上又显示为“ 1 ”。当需要对星期状态进行手动调整时，只需按下按钮SB6 ，此时 X5闭合，计数器 C12 经过一次计数后动作，其常开触点闭合，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。自动扫描程序初始状态时，辅助继电器M100闭合，特殊辅助继电器 M8011每 闭合一次，计数器C3就计数一次，其常幵触点闭合并接通辅助继电器 M110，辅助继电器M110的常幵触点又是计数器 C3复位。辅 助继电器 M110

20、的另一常幵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“ T移到辅助继电器 M101中，使辅助 继电器M101的当前状态为“ 1 ” ，以此类推。当移到最高位时，辅 助继电器M105 得电闭合，其常幵触点闭合，使辅助继电器 M101-M104 复位，如此周而复始地进行移位。由辅助继电器 M101-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。开机显示程序mo g13RZVIO* |I.&KZY,號|祁叭釣thJLYm |KT*HtViM |MQI

21、rififkSrVMM |1：侧k2¥40«|F刖!l：1 骂kZY404 |EEI.TK¥W«|fi'IE*曲曲 |mu屮皿|V63kFVilM | ovIXKZVIO* | ovl：91K2Y404|1HEh£fWV |利 4>¥附帅.hX¥444i|严MIT忡kJV 皿 |fVI4>KN训車Kjv旃KtW ji-OV昭1KZ.TK+ jMQVKITM& j咖jT®脱1W 1bOV加畑时 nDV1k7Kt*W* vK：1£llKZ.TW* jzwnHik£TWi&

22、#171; MOVK«-3K?*M*5«vKSTW* 】M1Krrw* :幵机时，时间显示为星期1,00时00分。数字显示原理如图3-1-1 所示，PLC的输出点Y0Y6分别接七段数码管的 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只需要Y1和Y2有信号输出，它的 十进制常数为K6=1*2 +1*2*2 ，即K6转换为二进制数正好满足要求。 再把常数K6用MOV指令传送到相应的数码管中就可显示数字了。Y0Y4 Y3 Y2各辅助继电器与其对应的时间数字0123456789分个M1M2M3M4M5M6M

23、7M8M9M1位0分十M1M1M1M1M17M18位3456时个M2M2M2M2M25M26M27M28M2M3位123490时十M3M3M3位345星M4M4M4M43M44M45M46期012显示数字09的常数值显示数字输出点状态常数值Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000111111K6310000110K621011011K9131001111K7941100100K10251101111K10961111111K12570000111K781111111K12791101111K1113.3电铃控制程序作息时间电铃控制I_|I _I I1 I古M45打铃控制是通过每个时间点数值对应的相应寄

24、存器M来进行控制,当对应的M都有信号时幵始打铃，每次打十五秒后停止分别由T21和T20构成响0.5秒停0.5秒的上课铃声，由T22和T23 构成响2秒，停1秒下课铃声，来对上下课的铃声进行区分， 其余的铃 声不需控制让其自然响15秒即可3.4 I/O接口电路第四章 心得总结通过本次课程设计，我们学习了使用三菱 PLC 控制器对学校自动打 铃控制器的实际应用， 也明白了自动打铃控制器的原理。 对于课上所学 知识更产生了进一步的认识， 通过分组合作的形式不仅增进了我们的团 队协作能力，更增强了我们的实践能力，培养了我们自主分析问题，解 决问题的能力。在此次课程设计的过程中， 我们同样遇到了很多问题

25、与难题， 但是因 为得到了韩立强老师和同学们的帮助， 使得许多问题得以迎刃而解， 为 此感谢老师和同学们的不吝赐教！参考文献1 廖常初.S7-200 PLC编程与应用M.北京：机械工业出版社，2007.2 常文平.电气控制与PLC原理与应用M.西安电子科技大学出版社， 2006.3 百度搜索相关资料 .附录 梯形图对应的指令表：0LD X00026ANI M61OR M20027ANI M72ANI X00128ANI M83OUT M20029ANI M94LD M20030ANI M105ANI T031OUT M16OUT T1 K532LD X0039LD T133AND M80121

26、0OUT T0 K534OUT C10 K113OUT Y01537LD C1014OUT C0 K6038OUT S517LD M040LD S518RST C041RST C1020LD C043LD M021OUT M044OR S522LDI M245ANI S623ANI M346ANI S724ANI M447SFTL M1 M2 K10 K125ANI M556LD M1157PLS M1298LDI M2259ZRST M2 M1099ANI M2364LDI M14100ANI M2465ANI M15101ANI M2566ANI M16102ANI M2667ANI M1

27、7103ANI M2768ANI M18104ANI M2869OUT M13105ANI M2970LD M12106ANI M3071SFTL M13 M14 K6 K1107OUT M2180LD M19108LD X00481PLS M20109AND M801283ZRST M14 M18110OUT C11 K188LD M20113LD C1189OR S6114OUT S690OUT C1 K24116LD S693LD C1117RST C1194OUT M38119LD M3895LD M38120OR S696RST C1121ANI S51221231321331341

28、39140142143144145146155156157162163165166167ANI S7168LD M32SFTL M21 M22 K10 K1169SFTL M33 M34 K3 K4LD M38178LD M38OR M31179OR M36ZRST M22 M30180ZRST M34 M35LD M31185LD M36PLS M32186PLS M39LDI M34188LD M38ANI M35189OR S7OUT M33190OUT C2 K7LD M32193LD C2SFTL M33 M34 K3 K1194OUT M48LD M38195RST C2OR M3

29、6197LDI M41ZRST M34 M35198ANI M42LD M36199ANI M43PLS M39200ANI M44LDI M34201ANI M45ANI M35202ANI M46OUT M33203OUT M40LD X005240OUT Y012AND M8012241LD M103OUT C12 K1242OUT Y013LD C12243LD M104OUT S7244OUT Y014LD S7245LDI M101RST C12246ANI M102LD M39247ANI M103OR S7211254 OUT C3 K1ANI S5257LD C3ANI S6

30、258OUT M110SFTL M40 M41 K7 K1259LD M110LD M47260SFTL M100 M101 K5 K1OR M48269LD M105ZRST M41 M46270ZRST M101 M104LD M100275LD M104OUT Y010276ANI M200LD M101277MOV K6 K2Y000OUT Y011282LD M100LD M102283OR M101204205206209210212213215216217218219228229230235236237238239284OR M102308ORB285OR M103309AND

31、M1286ANI M200310ANI M45287MOV K63 K2Y000311ANI M46292LD M33312OUT M50293LD M29313LD M33294OR M30314LD M29295ANB315OR M30296AND M13316ANB297LD M34317AND M18298LD M21318LD M34299OR M22319LD M22300AND M14320OR M23301LD M24321ANB302OR M25322AND M13303OR M26323ORB304OR M27324LD M34305AND M16325LD M25306O

32、RB326OR M26307ANB327OR M27OR M28348ORBANB349LD M34AND M15350AND M30ORB351LD M35AND M1352AND M22ANI M45353ORBANI M46354LD M35OUT M51355AND M23LD M33356ORBAND M27357AND M13LD M13358ORBOR M15359AND M1ANB360ANI M45LD M33361ANI M46AND M28362OUT M52AND M18363LD M50ORB364MPSLD M34365ANI T20AND M24366OUT T2

33、1 K5AND M15369MPP328329330331332333334335336337338339340341342343344345346347370371374375376377380381382385386387388389390391392393394397AND T21398MPSOUT T20 K5399AND M1LD M51400MOV K63 K2Y000MPS405MRDANI T22406AND M2OUT T23 K20407MOV K6 K2Y000MPP412MRDAND T23413AND M3OUT T22 K10414MOV K91 K2Y000LD M50419MRDOR M51420AND M4OR M52421MOV K79 K2Y000ANI T3426MRDMPS427AND M5ANI T21428MOV K102 K2Y000ANI T23433MRDOUT Y017434AND M6MPP435MOV K109 K2Y000OUT T3 K150440MRDLD M100441AND M