基于PLC控制的作息时间控制系统设计方案

1、目 录第一章绪论11.1 引言11.2 可编程控制器的特点11.3 PLC 的应用领域11.4 PLC 的设计步骤21.4.1 硬件设计21.4.2 软件设计2第二章作息时间控制系统的方案论证22.1 方案论证22.2 控制要求3第三章作息时间 PLC 控制系统设计43.1 输入输出点分配43.2 控制系统的硬件设计53.3 控制系统的程序设计53.3.1 秒脉冲程序的设计53.3.2 分显示程序的设计53.3.3 时显示程序的设计73.3.4 星期显示程序的设计83.3.5 数字显示原理93.3.6 广播、灯、打铃程序设计113.4 作息时间 PLC 控制器总梯形图14第四章参考文献144.

2、1 参考文献14第五章附录14附图（1）作息时间 PLC 控制器接线图错误!未定义书签。附图（2）作息时间 PLC 控制器总梯形图14第一章 绪论1.1 引言本文介绍一种用 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。作息时间控制；PLC；软件设计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

3、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。（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 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电

4、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：（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。1.4.1 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内容。1.4.2 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

5、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 Fx2N 一 48MR PLC 作控制器，有24 个输入点，

6、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。PLC 作息时间控制器采用数码显示，能够准确显示分、时、星期，在一定的时间内能够自动打铃，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。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

7、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。项目起床早操 洗漱 早餐 预备铃第一节课第二节课课间操 第三节课第四节课中餐（广播）起讫6：206：306：406：506：507：007：007：407：407：508：008：509：009：509：5010：1010：1011：0011：1012：0012：-12：30表 1 PLC 作息时间控制器冬季作息时间表午休预备铃 第五节课第六节课

8、文体活动晚餐自由活动预备铃 晚自习熄灯12：3014：2014：2014：3014：3015：2015：3016：2016：3017：3017：3018：0018：0018：5018：5019：0019：0020：3021：00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SB4X3数码管 d 段dY3钮“时

9、”调整按SB5X4数码管 e 段eY4钮“天”调整按SB6X5数码管 f 段fY5钮开广播SB7X6数码管 g 段gY6关广播SB8X7数码管公共端D1Y10开灯SB9X8数码管公共端D2Y11熄灯SB10X9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3.3.1 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

10、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；Y20 为秒闪烁输出；M0、C0 组成分进位脉冲。3.3.2 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”

11、，依次类推。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-

12、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”。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 次计数

13、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。3.3.3 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”。图 3

14、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

15、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”。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。当需要对时状态进行手动调整时，只需按下按钮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

16、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。3.3.4 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。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 M

17、41 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”。当需要对星期状态进行手动调整时，只需按下 SB6，此时 X5 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

18、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。3.3.5 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

19、 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。表 3 显示数字 0-9 的常数值显示输出点状态常数值数字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M21M22M23

20、M24M25M26M27M28M29M30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

21、助继电器 M101-M104 复位，如此周而复始地进行移位。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。3.3.6 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。3.3.6.1 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、M

22、13、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 X6 闭合，输出继电器 Y23 得电并自锁，也能达到放广播的目的。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

23、开触点断开，输出继电器 Y23 断电，停止播放广播。3.3.6.2 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X10 闭合，使输出继电器Y21 得电并自锁，打开电灯开关。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 X11 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。3.3.6.3 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