《可编程控制器》课程设计-自动打铃控制器设计.docx

设 计 任 务 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： 专业（方向）年级： 2014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电气工程系2017 年 02 月 20 日可编程控制器课程设计任务书（一）设计题目自动打铃控制器 （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。（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：1.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。2.每次打铃的时间为15秒。3.星期六，星期日不打铃。4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。5.具有时间（分，小时，星期）调整的功能。（四）设计步骤1.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。2.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。3.绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。4.编程。5.调试。6.编写设计说明书。（五）设计说明书要求1.完整的设计任务书。2.确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。3.正确合理地进行编程元件的地址分配。4.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。5.设计梯形图控制程序。6.编制系统的操作说明。7.编制系统的调试说明及注意事项。8.设计体会（可选）。9.参考文献。（六）列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 02月 20 日至 2017 年 03 月 05 日（2周） 指导教师： 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： 3146108093专业（方向）年级： 2014级电气工程及其自动化学生姓名： 刘 焱福建农林大学机电工程学院电气工程系2017年03月02日目 录1 引言11.1背景11.2设计内容及目的12 系统总体方案设计22.1 系统硬件配置及组成原理22.1.1 系统硬件配置22.1.2 PLC系统的结构组成22.2 系统变量定义及分配表22.3 系统接线图设计23 控制系统程序设计43.1 控制程序流程图设计43.2 控制系统的设计思路及程序设计43.2.1设计思路43.2.2程序设计53.3创新设计内容54 控制系统的上位机设计64.1 人机界面选择64.2 人机界面设计64.2.1通讯连接64.2.2变量设置64.2.3画面组态75 系统调试及结果分析85.1 PLC程序调试及解决的问题85.2 PLC与上位机联调85.3 结果分析9结束语10参考文献：10附录：111 引言1.1背景在校园里，电铃通常是作为师生们的作息时间信号，铃声也慢慢成为企事业单位生活中的一部分。铃声作为作息时间信号，最原始的控制方式就是人工控制。按照作息时间表敲铃，以及后来出现了电铃，但没有能实现自动控制，也是人工按电钮开关来实现打铃。随着时代的发展，计算机技术、自动控制技术和通讯技术的发展，出现了新兴的技术电气控制与可编程控制技术，而计算机向微型方向的一个分支发展，则出现了主要是用于控制领域的单片机。由于这些新兴控制技术的各种应用芯片的发展，人们用不同的方法实现打铃的自动化。目前的自动打铃控制器，主要包括用 控制、用PLC控制、用软件控制，以及继电器控制等控制方式。本次课程设计采用PLC的控制方式实现自动打铃，通过用PLC的相关知识进行设计，对课程的掌握具有重要意义。1.2设计内容及目的某学校的作息时间表如表1所示：表1 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：1.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。2.每次打铃的时间为15秒。3.星期六，星期日不打铃。4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。5.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（1）西门子S7200(CPU224XP)CPU（2）Siemens S7-200 CPU224XP PPI触摸屏（3）DC24V直流电源（4）西门子EM222 DO8DC24V2.1.2 PLC系统的结构组成根据设计要求，可知该系统硬件配置需5个输入端口、41个输出端口。若用上位机做，则不需考虑I/O端口的问题。若不用上位机，该系统硬件配置可选用CUP224XP做主机（14 I/10 O），再扩展单元选用4个数字量输出模块EM222 DO8DC24V，即满足了5个输入端口、41个输出端口。具体如图2-1所示：主机CPU224XP模块1EM222 DO8DC24V模块2EM222 DO8DC24V模块4EM222 DO8DC24V模块3EM222 DO8DC24V（图2-1）2.2 系统变量定义及分配表符号地址符号地址符号地址启动开关I0.0辅助位M0.1铃二M1.1调时间按钮I0.1移位辅助位M0.2铃三M1.2调时间换位I0.2调分M0.3调用子二M1.3加I0.3调小时M0.4上位机调时间按钮M1.4减I0.4调星期M0.5上位机调时间换位M1.5铃Q5.0上位开关启动按钮M0.6上位机加M1.6进入调时间M0.0铃一M1.0上位机减M1.7QB0到QB4接5个数码管2.3 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。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的5个输入继电器和41个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU224XP)，这种机型的I/O点数分别为14I/10O；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此自动打铃控制器的接线图可如图2-2所示。（图2-2）3 控制系统程序设计循环X0启动读入时间比较打铃时间响0.5s停0.5s响2s停1s连续音持续15s打铃结束其他铃3.1 控制程序流程图设计 上课铃下课铃（程序控制流程图）3.2 控制系统的设计思路及程序设计3.2.1设计思路主程序：编辑显示程序。目的是不管在系统在正常工作模式下还是在可编辑状态下，数码管显示的时间都能够正常显示。子程序SBR_1：打铃判断程序。用于确定是否打铃。子程序SBR_2：打铃的三种打铃模式，分别为上课铃判断（响0.5s,停0.5s。持续15s）、下课铃判断（响2s,停2s。持续15s）、以及其他铃判断（持续响15s）。子程序SBR_3：调时间子程序。在程序进入子程序SBR_3时，数码管显示的时间进入可编辑状态,在星期（或小时、或分钟）编辑状态下，该数值为闪烁状态。3.2.2程序设计详情请见附录部分。3.3创新设计内容在本人设计的程序中，创新点在于让星期数码管显示的星期得到校正，使其显示正确，因为读时钟指令读出来的星期会有偏差。另外，在进入调时间程序时，使其变为闪烁状态，便于人员操作时一目了然。4 控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我们此次用的是富昌维控公司的触摸屏来制作。使用人机界面有利于认为对PLC和被控设备进行控制与监测，以及一些紧急情况的快速处理和保护等等。本次课程设计使用的触摸屏为Siemens S7-200 CPU224XP PPI该系列设备具有通讯速度快，运行效率高，处理信息快速，编辑简单方便的特点，非常适合做为本次课程设计的人机界面。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接运行LEVI studio，在LEVI studio的工具栏里点击工程，然后新建工程，其余选择如图4-1所示：（图4-1）4.2.2变量设置输入变量地址空间输出变量地址空间启动开关M0.6铃Q5.0调时间按钮M1.4星期数码管Q4.0-Q4.6调时间换位M1.5小时数码管（十位）Q3.0-Q3.6加M1.6小时数码管（个位）Q2.0-Q2.6减M1.7分钟数码管（十位）Q1.0-Q1.6/分钟数码管（个位）Q0.0-Q0.64.2.3画面组态人机界面的设计如下图4-2所示，采用五个数码管从左到右依次显示星期、小时和分钟；以及五个功能按钮（启动开关、调时间按钮、换位按钮、加按钮、减按钮）和一个指示灯代替打铃（如图中绿色所示，铃响时灯亮起）。（图4-2）5 系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题在对程序进行调试时，发现在调时间时无法从9加到10，有可能是BCD码的问题，以及16#09无法直接加到16#10，后面转换成10进制后便解决了此问题。调试时调时间部分还有一个问题，当分钟或小时是0时再减一要变成59和23，而程序却一直是0而不变。在纠正之前梯形图如图5-1所示：（图5-1）纠正后如图5-2所示，问题也由此而解决。（图5-2）5.2 PLC与上位机联调（图5-3显示星期五 08：49）如图5-3所示，按下启动开关（按下显示为灰色），控制器进入运行状态，在未进行界面其他按钮操作的情况下，程序按照主程序继续执行下去。当按下调时间按钮，程序调用子程序SBR-3，进入调时间设置，首先是“分”数码管开始闪烁，进入可编辑状态，可按加、减按钮对分钟数进行设置（范围为00-59）；当按下换位按钮后，“分”数码管退出可编辑状态，“时”数码管进入可编辑状态，可按加、减按钮对小时数进行设置（范围为00-23）；再按下换位按钮，“时”数码管退出可编辑状态，“星期”数码管进入可编辑状态，可按加、减按钮对星期数进行设置（范围为1-日，7种数值）。当再按下换位按钮时重复以上情况，再按下调时间按钮退出可编辑状态。5.3 结果分析经过PLC与上位机的联调，自动控制打铃控制器能按照程序完整运行，保证了在周一至周五工作日按照作息时间表进行打铃；周六周天不打铃的要求。在按下调时间按钮后，上位机界面进入可编辑状态，且可按照时间要求进行修改。不足之处在于当需要编辑的数值与实际的时间相差较多时不能实现长按加（或减）按钮进行快速修改数值，只能一步一步的进行修改，消耗了太多时间，所以该程序还是有待改进。结束语该程序在书写时必须清楚BCD码的转换问题，否则会出现如本人所表述的问题。PLC的课程设计对学生提升时间能力具有极大的帮助和深刻的意义。在设计程序和上位机界面制作中我学到了很多，也弄清楚了一些以前写程序完全不会去考虑的问题。最后感谢老师和同学们在本人程序设计编写和调试过程中的虚心指导，才使得本人顺利完成本次课程设计，在此表示衷心感谢！参考文献：1罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7-200系列）.西安：西安电子科技大学出版社.20062陈在平、赵相宾.可编程序控制器技术及应用系统设计.北京:机械工业出版社，20023王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.2版.北京:北京航天航空大学出版社，2008附录：主程序开机进入正常模式以上为调时间的程序，调时