《可编程控制器》课程设计-自动打铃控制器.docx

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 自动打铃控制器 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院 2016年 3 月 2日 可编程控制器课程设计任务书（一） 设计方案自动打铃控制器设计（二） 情况简介目前，学校中的作息时间一般是由自动打铃控制器完成的。尽管这种控制器的功能单一，用单片机或数字电路组成的控制器成本较低，市场上就可买的到自动打铃控制器一般是用单片机或数字电路组成的。但是用PLC同样可以完成自动定时打铃的控制。在本课程设计中，把它作为一个典型的时序控制任务，完成PLC的课程设计实训，还是很有意义。用PLC组成的自动打铃控制器的系统框图如下图所示：（三） 设计要求某学校的作息时间表如下表所示：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第一节预备铃14：30第六节上课铃8：00第一节上课铃15：20第六节下课铃8：50第一节下课铃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第三节下课铃19：00晚自习开始11：10第四节上课铃21：00晚自习结束12：00第四节下课铃22：00熄灯13：20第五节预备铃对自动打铃控制器的要求如下：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，显示器件为LED数码管。显示内容为：分，小时及星期。具有时间（分，小时，星期）调整的功能。（四）设计步骤. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。. 编程。. 调试。. 编写设计说明书。（五）设计说明书要求.完整的设计任务书。. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。.正确合理地进行编程元件的地址分配。.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。.设计梯形图控制程序。.编制系统的操作说明。.编制系统的调试说明及注意事项。.设计体会（可选）. 参考文献.（六）列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 1 日（2周）指导教师 张 翠 云 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 自动打铃控制器 学 院： 机电工程学院 学 号： 3146108068 专业（方向）年级： 14电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 连洛岐 福建农林大学机电工程系2017年 3月 1日目录1、引言- 1 -1.1背景- 1 -1.2设计内容及目的- 1 -2、系统总体方案设计- 3 -2.1 系统硬件配置及组成原理- 3 -2.1.1系统硬件配置- 3 -2.1.2 PLC系统的结构组成- 3 -2.1.3自动打铃控制组成原理- 3 -2.2 系统变量定义及分配表- 4 -2.3 系统接线图设计- 4 -3、控制系统程序设计- 5 -3.1 控制程序流程图设计- 5 -3.2 控制系统的设计思路及设计程序- 5 -3.3创新设计内容- 12 -4、控制系统的上位机设计- 13 -4.1 人机界面选择- 13 -4.2 人机界面设计- 13 -4.2.1通讯连接- 13 -4.2.2变量设置- 14 -4.2.3画面组态- 15 -5、系统调试及结果分析- 16 -5.1 PLC程序调试及解决的问题- 16 -5.2 PLC与上位机联调- 17 -5.3 结果分析- 18 -结束语- 18 -参考文献- 18 -附录- 19 - 1、引言1.1背景目前，学校中的作息时间一般是由自动打铃控制器完成的。尽管这种控制器的功能单一，用单片机或数字电路组成的控制器成本较低，市场上就可买的到自动打铃控制器一般是用单片机或数字电路组成的。但是用PLC同样可以完成自动定时打铃的控制。在本课程设计中，把它作为一个典型的时序控制任务，完成PLC的课程设计实训，还是很有意义。1.2设计内容及目的用PLC组成的自动打铃控制器的系统框图如下图所示：数码屏某学校的作息时间表如下表所示：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第一节预备铃14：30第六节上课铃8：00第一节上课铃15：20第六节下课铃8：50第一节下课铃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第三节下课铃19：00晚自习开始11：10第四节上课铃21：00晚自习结束12：00第四节下课铃22：00熄灯13：20第五节预备铃对自动打铃控制器的要求如下：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，显示器件为LED数码管。显示内容为：分，小时及星期。具有时间（分，小时，星期）调整的功能。2、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1系统硬件配置系统有2个输入，4个输出，从PLC的机型容量I/O模块等方面加以考虑，选用S7-200 CPU221（6DI/4DO）组成程序。输入单元：启动按钮、停止按钮输出单元：3个数字显示屏、指示灯。2.1.2 PLC系统的结构组成图2-1 PLC系统的结构框图2.1.3自动打铃控制组成原理本次设计是采用 PLC来控制数字显示屏的显示和响铃的输出。驱动plc后，先设置初始时间，修改好时间后，启动上位机，上位机的时间开始计时。当时间到达预定的响铃时间时，实行预设的响铃指令。 铃声驱动数码屏（显示时间）图2-2 自动打铃控制器原理图2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-1所示。表2-1 输入、输出信号的定义及地址分配表输入信号名称地址编码输出信号名称地址编码启动I0.0铃声Q0.0停止I0.12.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。此自动打铃控制器的接线图如图2-3所示：图2-3 系统接线图3、控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计图3-1 自动打铃控制器流程图3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：plc上位机中包括铃声驱动和数码屏：其中时间显示为动态显示，星期显示为静态显示，该系统能根据作息时间表自动控制电铃，有时间星期显示调节及控制功能。 程序如下图：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。系统接通电源，通过分钟调节按钮，小时调节按钮，将系统时间和星期调节为当前时间和星期；然后按下计时开始按钮，系统开始计时；系统时间和星期通过数码屏显示出来。程序如下图：按下启动按钮，系统进入控制状态，将系统当前时间和星期与作息时间表比较，又输出口端口输出打铃控制信号。上课铃为短音，响0.5秒，停0.5秒，共持续15秒；下课铃为长音，响2秒，停1秒，共持续15秒；起床，早操等时间的铃声为连续打铃；为了不影响休息周六周日不打铃。程序如下图：3.3创新设计内容在我的程序中，主要的创新点是我输入时间和显示时间使用不同的端口，输入时间时只有在开启I0.0启动开关的上升沿时，才能将预设的时间读给显示时间的端口；而显示时间的端口是连接I0.0与SM0.0，是在启动I0.0后一直刷新的。这样一来，设置时间的方式变得简单易操作，跟平常修改闹钟时间的机制一样。4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择人机界面（Human Machine Interaction，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。停车场车位控制系统的人机界面，我选择用LeviStudio软件来制作。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接图4-1 通讯连接相关图4.2.2变量设置表4-1 输入、输出信号的定义及地址分配表输入信号名称地址编码输出信号名称地址编码上位机启动M4.0上位机显示_时VB3上位机停止M4.1上位机显示_分VB4上位机_时VB0上位机显示_秒VB6上位机_分VB1上位机显示_星期VB5上位机_星期VB2响铃M5.04.2.3画面组态 点击启动后： 5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为224XP，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试如图5-1所示（因为在电脑仿真 不能用上位机输入时间，所以我在调试时，在程序中用MOV把想要的时间预先给程序。）图5-1 时间为8点时的仿真5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用LeviStudio来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，打开LeviStudio软件将画面装载如触控屏中。紧接着，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序。随后在触控屏中操作界面进行联调。调试结果如图5-2所示图5-2 触控屏调试结果5.3 结果分析调试结果基本能符合题目要求，完成自动响铃控制器。结束语根据课程设计任务书的设计要求，我们通过之前一个星期的学习和实验，为这次设计提供了经验，使我能在规定时间内完成了课程要求，仿真成功并能使自动打铃系统顺利运行，完成了预期目标。 通过本次课程设计，我学会了程序的设计、分析，数码管针脚的寻找。在实际的操作过程中遇到了很多棘手的问题，但是在指导老师以及同学们的共同努力下把问题都一一解决了。通过本次课程设计，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在理论的运用中，提高了我的工程素质，在没做课程设计之前，对一些细节不太重视，当我把自己想出来的程运用到PLC上的时候，问题出现了：不是不能运行，就是运行的结果与课程设计的要求不相符合。通过解决一个个在调试过程中出现的问题，我对PLC的理解与认识得到就加强；看到