plc自动打铃系统.doc

课程设计 论文 题 目 名 称 自动打铃控制器设计 课 程 名 称 PLC原理及应用 学 生 姓 名 学 号 系 专 业 电气工程系 09 自动化 指 导 教 师 尹进田 2011 年 12 月 29 日 邵阳学院课程设计 论文 任务书 年级专业09 自动化学生姓名学号0941202046 题目名称自动打铃控制器设计自动打铃控制器设计设计时间 2011 年 12 月 19 日 2011 年 12 月 30 日 课程名称PLC 原理及应用课程编号121200107设计地点 数字控制与 PLC 实验室 306 一 课程设计 论文 目的 PLC 原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一 主要以小型实用 性 PLC 控制系统的软 硬件设计为主 课程设计的目的和任务 全面熟练掌握 PLC 的硬件组成以及各种指令的应用 使学生掌握小型 PLC 应用系统设计的步骤 熟悉和掌握 PLC 开发系统的应用和软件调试过程 通过设计过程中对故障 的分析 判断 检修进一步锻炼和培养学生的动手能力 二 已知技术参数和条件 某学校的作息时间表如下表所示 学校的休息时间表 时间内容时间内容时间内容时间内容 6 00起床9 50第二节下课铃13 30第五节上课铃16 30第八节上课铃 6 20早操10 1 0 第三节上课铃14 20第五节下课铃17 20第八节下课铃 7 50第一节预备铃11 0 0 第三节下课铃14 30第六节上课铃19 00晚自习开始 8 00第一节上课铃11 1 0 第四节上课铃15 20第六节下课铃21 00晚自习结束 8 50第一节下课铃12 0 0 第四节下课铃15 30第七节上课铃22 00熄灯 9 00第二节上课铃13 2 0 第五节预备铃16 20第七节下课铃 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 三 任务和要求 1 设计出硬件系统的结构图 接线图 时序图等 2 系统有启动 停止功能 3 运用功能指令进行 PLC 控制程序设计 并有主程序 子程序和中断程序 4 程序结构与控制功能自行创新设计 5 按照要求书写课程设计报告 注 1 此表由指导教师填写 经系 教研室审批 指导教师 学生签字后生效 2 此表 1 式 3 份 学生 指导教师 教研室各 1 份 四 参考资料和现有基础条件 包括实验室 主要仪器设备等 实验室有 EL 型 PLC 实验系统 4 套 FX2N 系列实验装置 8 台 以及相关的软件 FX2N 系列 S7 系列产品说明书 FX2N 系列实验装置实验指导书 五 进度安排 2011 年 12 月 19 日 20 日 收集和课程设计有关的资料 熟悉课题任务何要求 2011 年 12 月 21 日 22 日 总体方案设计 2011 年 12 月 23 日 24 日 外部接线图 2011 年 12 月 25 日 26 日 T 形图设计 2011 年 12 月 27 日 28 日 系统调试改进 2011 年 12 月 29 日 整理书写设计说明书 2011 年 12 月 30 日 答辩 六 教研室审批意见 教研室主任 签字 年 月 日 七 主管教学主任意见 主管主任 签字 年 月 日 八 备注 指导教师 签字 学生 签字 邵阳学院课程设计 论文 评阅表 学生姓名 学 号 0941202046 系 电气工程系 专业班级 09 自动化 题目名称 自动打铃控制器设计 课程名称 PLC 原理及应用 一 学生自我总结 我通过这次课程设计 使我比较全面熟练地掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用 使我 掌握小型 PLC 应用系统设计的步骤 熟悉和掌握 PLC 开发系统的应用和软件调试过程 通过课程 设计过程中对故障的分析 判断 检修进一步锻炼和培养我的动手能力 让我明白理论和实际操 作是存在很大的差别的 在以后的学习路上必须实践与理论相结合 学生签名 年 月 日 二 指导教师评定 评分项目平时成绩论文答辩综合成绩 权 重304030 单项成绩 指导教师评语 指导教师 签名 年 月 日 注 1 本表是学生课程设计 论文 成绩评定的依据 装订在设计说明书 或论文 的 任务书 页后面 2 表中的 评分项目 及 权重 根据各系的考核细则和评分标准确定 摘要 学校以及一些企事业单位通常使用电铃声作为上下课 上下班等作息时间信号 电铃已是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备 随着社会的发展不但对其需求 量越来越大 对电铃的自动控制要求也越来越高 于是人们设计了通过不同控制方 式来实现的自动打铃系统 本系统是采用三菱 PLC控制 通过输出继电器Y与数码管相连显示时间 为 了操作的方便用LED代替电铃 具有手动按铃以及自动按铃功能 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 作息时间控制系统 PLC 输出继电器Y 数码管 LED 输入继电器 X 目 录 摘要 I 目 录 II 1 绪论 1 1 1 PLC可编程控制器的定义 1 1 2 PLC可编程控制器的特点 1 2 系统硬件部分设计 3 2 1 硬件整体设计 3 2 2 PLC控制器输入输出点分配 3 3 主程序设计及功能 5 3 1 主程序流程图设计 5 3 2 时间控制显示程序设计 5 3 3 秒脉冲显示程序 6 3 4 分显示程序 6 3 5 时显示程序 7 3 6 星期显示程序 8 4 辅助程序设计 10 4 1 自动扫描程序 10 4 2 电铃控制程序 10 4 3 开机显示 12 参考文献 14 附录1 主要元件清单 15 附录2 系统接线图 16 致谢 17 1 绪论 1 1 PLC 可编程控制器的定义 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及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 1 2 PLC 可编程控制器的特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器 仅剩下与输入和输出有关 的少量硬件 接线可减少到继电器控制系统的1 10 1 100 因触点接触不良 造成的故障大为减少 高可靠性是电气控制设备的关键性能 PLC由于采用现代大规模集成电路 技术 采用严格的生产工艺制造 内部电路采取了先进的抗干扰技术 具有很高 的可靠性 例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时 一 些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长 从PLC的机外电路来说 使用 PLC 构成控制系统 和同等规模的继电 接触器系统相比 电气接线及开关 接点已减少到数百甚至数千分之一 故障也就大大降低 此外 PLC带有硬件 故障自我检测功能 出现故障时可及时发出警报信息 在应用软件中 应用者还 可以编入外围器件的故障自诊断程序 使系统中除PLC以外的电路及设备也获 得故障自诊断保护 这样 整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了 2 硬件配套齐全 功能完善 适用性强 PLC发展到今天 已经形成了大 中 小各种规模的系列化产品 并且已 经标准化 系列化 模块化 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用 用户 能灵活方便地进行系统配置 组成不同功能 不同规模的系统 PLC的安装接 线也很方便 一般用接线端子连接外部接线 PLC有较强的带负载能力 可直 接驱动一般的电磁阀和交流接触器 可以用于各种规模的工业控制场合 除了逻 辑处理功能以外 现代PLC大多具有完善的数据运算能力 可用于各种数字控 制领域 近年来PLC的功能单元大量涌现 使PLC渗透到了位置控制 温度控 制 CNC等各种工业控制中 加上PLC通信能力的增强及 人机界面技术的发展 使用PLC组成各种控制系统变得非常容易 3 易学易用 深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机 是面向工矿企业的 工控设备 它接口容易 编程语言易于为工程技术人员接受 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器 电路图相当接近 只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电 器电路的功能 为不熟悉电子电路 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机 从事工业控制打开了方便之门 4 系统的设计 安装 调试工作量小 维护方便 容易改造 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法 这种编程方法很有规律 很 容易掌握 对于复杂的控制系统 梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的 时间要少得多 PLC用存储逻辑代替接线逻辑 大大减少了控制设备外部的接线 使控制 系统设计及建造的周期大为缩短 同时维护也变得容易起来 更重要的是使同一 设备经过改变程序改变生产过程成为可能 这很适合多品种 小批量的生产场合 5 体积小 重量轻 能耗低 以超小型PLC为例 新近出产的品种底部尺寸小于100mm 仅相当于几个 继电器的大小 因此可将开关柜的体积缩小到原来的1 2 1 10 它的重量小 150g 功耗仅数瓦 由于体积小很容易装入机械内部 是实现机电一体化的理想 控制设备 2 系统硬件部分设计 2 1 硬件整体设计 设计一个用PLC控制的学校一天内作息时间的自动打铃控制系统 上课铃声 与下课铃声要能分开 铃声响的时间不一样 每次打铃的时间为15秒 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 上下课时按下表作息时间表打铃 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 整体系统设计框图如下图2 1 表2 2 学校的休息时间表 时间内容时间内容时间内容时间内容 6 0 0 起床9 50第二节下课 铃 13 3 0 第五节上课 铃 16 3 0 第八节上课 铃 6 2 0 早操10 1 0 第三节上课 铃 14 2 0 第五节下课 铃 17 2 0 第八节下课 铃 7 5 0 第一节预备 铃 11 0 0 第三节下课 铃 14 3 0 第六节上课 铃 19 0 0 晚自习开始 8 0 0 第一节上课 铃 11 1 0 第四节上课 铃 15 2 0 第六节下课 铃 21 0 0 晚自习结束 8 5 0 第一节下课 铃 12 0 0 第四节下课 铃 15 3 0 第七节上课 铃 22 0 0 熄灯 9 0 0 第二节上课 铃 13 2 0 第五节预备 铃 16 2 0 第七节下课 铃 2 2 PLC控制器输入输出点分配 数码显示时间打铃装置 LED 表示 PLC 控制器 电源 手动调整操作面 板 图2 1 整体系统设计框图 作息时间PLC控制器输入输出点分配表见表2 3所示 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 X6 X7用来开 关学生宿舍的灯 Y0 Y6为数 码管的显示端 而Y10 Y14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 宿舍灯光 电铃均用 LED 来替代 表2 3 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aY0 停止按钮SB2X1 数码管b段bY1 手动打铃SB3X2 数码管c段cY2 分 调整按钮SB4X3 数码管d段dY3 时 调整按钮SB5X4 数码管e段eY4 天 调整按钮SB6X5 数码管f段fY5 开灯SB7X6 数码管g段gY6 关灯SB8X7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 宿舍灯发光二极管POINTY16 电铃发光二极管POINTY17 3 主程序设计及功能 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 开启时间比较 按作息 时间打铃 结束 工作流程框图如下图3 1 X0 是上课铃 是下课铃 其他铃 循环 图3 1 工作流程框图 3 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 小时显示以及星期显示 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 读入时间 响0 5秒停0 5秒响2秒停1秒 比较打铃时间 打铃结束 启动 连续音 3 3 秒脉冲显示程序 秒脉冲程序梯形图如图3 2所示 当按下SB0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T0 T1组成1S时钟脉冲程序 Y15为秒闪烁输出 M0 C0组成分进位脉冲 图3 2 秒脉冲程序梯形图 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 所以开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也开始计数 60次之后使M0导通 M0一方面使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 3 4 分显示程序 分显示程序梯形图如图3 3所示 由辅助继电器M1 M10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 分的个位及十位均显示 0 当 计数器C0累计满60个脉冲时 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 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M2 M10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 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 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 开触点闭合 使计数器C10复位 为下一次计数做好准备 图3 3 分显示程序梯形图 3 5 时显示程序 时显示程序梯形图如图3 4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 时个位显示 1 当M23闭合时 时个位显示 2 以此类推 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 初始状态时 因辅助继电器M21和M33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 线圈通电 其常开触点闭合 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 图3 4 小时显示程序梯形图 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位 0 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 为下一次计数做好准备 3 6 星期显示程序 星期显示程序设计梯形图如图3 5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 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 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 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 图3 5 星期显示程序设计梯形图 4 辅助程序设计 4 1自动扫描程序 数码管的动态扫描梯形图4 1所示 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的常开触点又是计数器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 以此类推 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 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 图4 1 数码管的动态扫描梯形图 4 2 电铃控制程序 1 作息时间电铃控制 作息时间电铃控制梯形图如图4 2所示 当到程序运行到该打铃的时间时 该 时间段辅助继电器的常开触点闭合 使得辅助继电器M50 M51或M52的线圈 得电 a 其他铃控制梯形图 b 上课铃控制梯形图 c 下课铃控制梯形图 图4 2 三种电铃控制梯形图 2 打铃程序 辅助继电器M50 M51或M52的常开触点闭合 接通输出继电器Y17线圈 电源 Y17闭合 电铃开始打铃 同时 定时器T3开始计时 计满15S后 串接 在出继电器M50 M51或M52线圈上的定时器T3的常闭触点断开 使输出继 电器Y17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X2闭合 接通输出继电器Y17线圈电源 Y17闭合并自锁 开始打铃 而M2的作用是防止计时器坏了 打铃时间过长 假若计时器T3坏了 电铃每次都要动作1分钟后才断电 如M51通电 Y17通电响铃 T3开始计 15S T4开始计5S T5开始计10S 当T4计满5S T4的常开触点闭合 常闭 触点断开这时Y17断电不响 等T5计满10S T5常开触点闭合 常闭触点断开 使T5 T4复位 Y17继续通电如此循环直至T3计满15S后 系统停止响铃 这样实现了上课铃响0 5秒 停0 5秒 M52与M51响铃类似 如图4 3所示 图4 3 不同频率的打铃程序 4 3 开机显示 开机时 时间显示为星期1 00时00分 数字显示原理如图4 4所示 PLC 的输出点Y0 Y6分别接七段数码管的a g 要显示数字只需要Y0 Y6有输出信 号 即Y0 Y7字元件中Y0 Y6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 表4 6为显示数字0 9的常数值 各辅助继电器与其对应的时间见表 4 5 图4 7开机显示程序 Y0 表4 5 各辅助继电器与其对应的时间 表4 6 显示数字0 9的常数值 输出点状态 显示数字Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0常数值 00111111K63 10000110K6 21011011K91 31001111K79 41100100K102 51101111K109 61111111K125 70000111K7 81111111K127 91101111K111 图4 7 开机显示程序 数字0123456789 分个位M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10 分十位M13M14M15M16M17M18 时