基于PLC控制的校园作息时间控制系统设计

PAGE第1页共42页基于PLC控制的校园作息时间控制系统设计摘要本设计介绍一种用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。校园作息时间控制系统主要用于学校，对一些以24小时为周期的开关量进行自动控制。如上下课打铃、教学楼照明的定时开与关、学生宿舍灯及校园路灯的定时开关控制等等。该控制系统是采用三菱FX2N系列的PLC且采用数码显示来实现对上述开关量的控制，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、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。该控制系统可广泛用于学校、工厂和机关的自动打铃、电视、室内照明及其他对象控制，也可用于家庭或学生寝室进行时间指示及多点时间提醒。关键词:作息时间控制，PLC，校园，三菱FX2N目录摘要········································································1第一章．校园作息时间控制系统················································31.1校园作息时间控制系统的设计指导········································31.2校园作息时间控制系统的控制要求········································31.2.1校园作息时间控制系统的设计概述·····································41.2.2校园作息时间控制系统输入输出分配表·································51.2.3校园作息时间控制系统PLC外部接线图·································6第二章．PLC概述·····························································72.1PLC发展·······························································72.2PLC的组成·····························································72.2.1中央处理器·························································72.2.2存储器·····························································72.2.3输入输出借口·······················································82.2.4电源模块···························································92.2.5PLC系统的其他设备·················································92.3PLC的基本构成·························································92.3.1硬件系统···························································92.3.2软件系统··························································112.4可编程控制器的工作原理················································112.4.1PLC的逻辑实现原理·················································112.4.2PLC的工作方式·····················································13第三章．作息时间控制系统设计················································153.1秒脉冲系统设计························································153.2分显示系统设计························································153.3时显示系统设计························································163.4星期显示系统设计······················································173.5数码管动态扫描系统设计················································193.6广播控制系统设计······················································203.7灯的控制系统设计······················································203.8电铃控制系统设计······················································213.9双休日控制系统设计····················································21第四章．系统调试····························································224.1硬件调试······························································224.2软件调试······························································22结束语·····································································23参考文献···································································24附录·······································································25

第一章、校园作息时间控制系统1.1作息时间控制系统的设计指导校园作息时间控制系统主要用于学校对一些以24小时为周期的开关量进行自动控制。如上下课打铃、教学楼照明、学生宿舍灯、校园路灯开关量等等的精确控制。月时间累计误差≤1分钟。系统设有的键盘电路，方便定期进行时间校准。用PLC来实现对上述开关量的控制，可体现系统简单、工作稳定可靠、廉价、控制时间精确及系统体积小等优点1.2作息时间控制系统的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)可按所设置的时间要求打铃。(4)可根据需要控制其它装置。(5)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。PLC校园作息时间控制器作息时间表见表1-1。表1-1PLC作息时间控制器作息时间表项目时间起床6:20～6:30早点名6:30～6:40洗漱，早餐6:40～7:20早自习7:25～7:40预备铃7:45～7:50第一节课7:50～8:35第二节课8:45～9:30课间操9:30～9:50第三节课9:50～10:35第四节课10:45～11:30午餐11:30～12:00午休12:00～12:50预备铃12:55～13:00第五节课13:00～13:45第六节课13:55～14:40文体活动14:40～16:30晚餐16:30～17:30自由活动17:30～18:00预备铃18:25～18:30晚自习18:30～20：30熄灯21:301.2.1作息时间控制系统的设计概述作息时间控制器采用三菱FX2N系列的PLC且采用数码显示，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。1.2.2校园作息时间控制系统输入输出分配表作息时间PLC控制器I/O地址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开广播SB7X6数码管g段gY6关广播SB8X7数码管公共端D1Y10开灯SB9X10数码管公共端D2Y11熄灯S10X11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宿舍继电器KA3Y221.2.3校园作息时间控制系统PLC外部接线图校园作息时间控制系统PLC外部接线图第二章、PLC概述2.1PLC的发展在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.2PLC的组成PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。2.2.1中央处理器中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。2.2.2存储器

PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。（1)系统程序存储器PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。（2)用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。（3)数据存储器PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。2.2.3输入输出接口输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。（1)输入接口输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。（2)输出接口输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。（3)其它接口若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。2.2.4电源模块PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。2.2.5PLC系统的其它设备（1）编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。（2）人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。（3）输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。2.3PLC的基本构成2.3.1硬件系统用可编程控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现。入出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点。而入出变换实际上就是信息处理，信息处理当今最常用的是微处理机技术，PLC也是用它，并使其专用化，应用与工业现场。至于物理实现，正是它与普通微机相区别之点，普通微机多只考虑信息本身，别的不多考虑，而PLC要考虑实际的控制需要。物理实现要求PLC的输入，应当排除干扰信号适应于工业现场。输出应放大到工业控制的水平，能为实际控制系统方便使用。这就要求I/O电路专门设计。根据PLC实施控制的基本点的分析，PLC采用了典型的计算结构。主要是由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路组成，如图2-1和图2-2。图2-1PLC的典型结构图2-2PLC的输入输出接口电路2.3.2软件系统（1)．系统程序它由PLC的制造企业编制，固化在PROM或EPROM中，按装在PLC上，随产品提供给用户。系统程序包括系统管理程序、用户指令解释程序和供系统调用的标准程序模块等。系统管理程序其主要功能为：a：时间分配的运行管理，即实现PLC输入、输出运算，自检及提供通信时序；b：存储空间的额分配管理，即生成用户环境，规定各种参数、程序的存放地址，将用户使用的数据参数存储地址转化为实际的数据格式及物理存储地址；c：系统的自检程序，即对系统进行出错检验、用户程序语法检验、句法检验、警戒时钟运行等。在系统管理程序的控制下，整个PLC能正确、有效地工作。用户指令解释程序：它可将用户用各种编程语言（梯形图、语句表等）编制的应用程序翻译成CPU能执行的机器指令。供系统调用的标准程序模块：它由许多独立的程序组成，各自完成包括输入、输出、特殊运算等不同的功能。PLC的各种具体工作都由这部分来完成。(2).用户程序它是根据生产过程控制的要求由用户使用制造企业提供的编程语言自行编制的应用程序。用户程序包括开关量逻辑控制程序、模拟量运算程序、闭环控制程序和操作站系统应用程序等。开关量逻辑控制程序：它是PLC用户程序中最重要的一部分，一般采用梯形图、助记符或功能块图等编程语言编制，不同的PLC制造企业提供的编程语言有不同的形式，至今没有一种能全部兼容的编程语言。模拟量运算程序及闭环控制程序：通常，它是在大中型PLC上实施的程序，由用户根据需要按PLC提供的软件和硬件功能进行编制。编程语言一般采用高级语言或汇编语言。一些制造企业为了方便用户编程，也提供相应编程软件供用户编制模拟量和PID控制等的程序。操作站系统程：它是大型PLC系统经过通信联网后，由用户进行信息交换和管理而编制的程序。它包括各类画面的操作显示程序，一般采用高级语言实现，一些制造企业也提供了人机界面的有关软件，用户可以根据制造企业提供的外交使用说明进行操作站的系统画面组态和编制相应的应用程序。2.4可编程控制器的工作原理2.4.1PLC的控制逻辑实现原理

继电器控制系统是一种“硬件逻辑系统”，如图2-3（a）所示，它的三条支路是并行工作的，当按下按钮SB1，中间继电器K得电，K的两个触点闭合，接触器KM1、KM2同时得电并产生动作。所以继电器控制系统采用的是并行工作方式。

可编程控制器是一种计算机控制系统，它的工作原理是建立在计算机工作原理基础之上的，即通过执行反映控制要求的用户程序来实现的，如图2-3（b）所示。由于CPU是以执行程序来处理各项任务的，所以在每一瞬间只能做一件事，属于串行工作方式。通过程序的执行按程序顺序依次完成各相应的动作。2-3（a）2-3(b)图2-3PLC控制逻辑实现原理示意图2.4.2PLC的工作方式为了满足工业逻辑控制的要求，同时结合计算机控制的特点，PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。CPU从第一条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC工作的全过程可用图2-4所示的运行框图来表示。整个过程可分为以下几个部分：

第一部分是上电处理。PLC上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。

第二部分是自诊断处理。PLC每扫描一次，执行—次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、I／O和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强为STOP方式，所有的扫描便停止。第三部分是通讯服务。PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。首先检查有无通讯任务，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作。第四部分是输入处理。PLC在执行程序前，将PLC的整个输入端子的ON／OFF状态写入到输入数据存储器中。在执行程序的过程中，即使输入变化，输入数据存储器的内容也不变，而在下一个周期的输入处理时，写入这种变化。输入滤波器会造成输入响应滞后(约10ms)，如采用数字滤波的输入端子，可以通过程序修改滤波时间。第五部分是程序处理。PLC根据程序存储器的指令内容，从输入数据存储器与其他软器件的数据存储器中读出各软器件的ON／OFF状态，从0步开始进行顺序运算，每次将结果写入数据存储器。因此，各软器件的数据存储器随着程序的执行逐步改变内容。而且，输出继电器的内部触点可利用输出数据存储器的内容执行。第六部分是输出处理。所有命令执行结束时，向输出数据存储器传送输出Y的数据存储器的ON／OFF状态，这成为PLC的实际输出。PLC的外部输出触点的动作按输出用器件的响应滞后时间动作(10ms)。图2-4PLC运行流程图第三章、作息时间控制系统设计3.1秒脉冲系统设计秒脉冲程序梯形图如图3-1所示。当按下SB0时，X0闭合，发出启动信号，是辅助继电器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；M0、C0组成分进位脉冲。图3-1作息时间PLC控制器秒脉冲程序梯形图3.2分显示系统设计分显示程序梯形图如图3-2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”；当M3闭合时，分个位显示“2”；以此类推。由辅助继电器吗M13～M18分别接通分十位显示程序。刚M13闭合时，分十位显示“0”；当M14闭合时，分十位显示“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，产生一个分个脉冲及分个位移位脉冲。分个位移动脉冲的到来，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，只需按下按钮SB4，此时X3闭合，计数器C10计数。经过1次计数后，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，为下一次计数作好准备。图3-2作息时间PLC控制器分显示程序梯形图3.3时显示系统设计时显示梯形图如图3-3所示。由辅助继电器M21～M30分别接通个位显示程序。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的状态已移位至辅助继电器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M2～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，此时闭合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。图3-3作息时间PLC控制器时显示程序梯形图3.4星期显示系统设计星期显示程序梯形图如图3-4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”。图3-4作息时间PLC控制器星期显示程序梯形图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。表3-1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3-2。表3-1显示数字0～9的常数值显示数字输出点状态常数值Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000111111K6310000110K621011011K9131001111K7941100110K10251101101K10961111101K12570000111K781111111K12791101111K111表3-2各辅助继电器所对应的时间0123456789分个位M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10分十位M13M14M15M16M17M18时个位M21M22M23M24M25M26M27M28M29M30时十位M33M34M35星期M40M41M42M43M44M45M46开机时，时间显示为星期一，00时00分。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。再把常数值K6用MOV指令传送相应的数码管中就可显示数字了。3.5数码管动态扫描系统设计数码管的动态扫描梯形图如图3-5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图3-5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，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。3.6广播控制系统设计广播控制梯形图如图3-6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、M13、M1），(M27、M15、M1、M33)，（M30、M16、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线圈通电并自锁，此时开始放广播。当需要手动放广播时，只需按下按钮SB7，当到关广播的时间时，以下各组继电器：(M23、M16、M34、M1)，（M28、M16、M34、M1），（M27、M18、M1、M33），(M33、M30、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线圈中的常闭触点断开，输出继电器Y23断电，停止放广播。则X6闭合，输出继电器Y23得电自锁，也能达到放广播的目的。图3-6作息时间PLC控制器广播控制梯形图3.7灯的控制系统设计灯的控制梯形图如图3-7所示。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Y22上的常开触点闭合，使输出继电器Y22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Y22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Y22线圈上的常开触点断开，输出继电器Y22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Y22上的常开触点断开，使输出继电器Y22断电。图3-7作息时间PLC控制器灯控制梯形图3.8电铃控制系统设计电铃控制梯形图如图3-8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点闭合，使辅助继电器M50线圈得电，并产生一个扫描周期的上升沿微分脉冲信号，辅助继电器M50常开触点闭合，接通输出继电器Y21线圈电源，Y21闭合自锁，电铃开始打铃。同时，定时器T3开始计时，计满15s后，串接在输出继电器Y21线圈上的定时器T3的常闭触点断开，使输出继电器Y21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，X2闭合，接通输出继电器Y21线圈电源，Y21闭合自锁，开始打铃。图3-8作息时间PLC控制器打铃控制梯形图3.9双休日控制系统设计双休日控制梯形图如图3-9所示。每星期五下午晚餐时，辅助继电器M44、、M34、M27、M16、M1常开触点闭合，辅助继电器M56闭合自锁，其串接在输出继电器Y21、Y20上的常闭触点断开，输出继电器Y21、Y20得不到脉冲信号。星期日下午18：00，辅助继电器M46、M34、M29、M16、M1的常开触点将闭合，辅助继电器M57产生一个扫描周期的输出信号，其串接在辅助继电器M56中的常闭触点断开，辅助继电器M56失电，串接在输出继电器Y21、Y20上的辅助继电器M56的常闭触点复位，使输出继电器Y21、Y20能够得到脉冲信号而恢复正常工作。图3-9作息时间PLC控制器双休日控制梯形图

第四章、系统调试4.1硬件调试首先在PLC处于编程状态下，检测各种按钮、开关、以确认这些信号能够正确地连接到了输入端口,确认数码管显示是否正常，打铃，放音是否正常工作。4.2软件调试将程序输入PLC当使用简易编程器将程序输入PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到PLC中去。进行软件测试程序输入PLC后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将PLC连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。应用系统整体调试在PLC软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。结束语本设计通过对时间控制的设计，在各时段可以按照需求进行打铃、电灯的亮熄等一系列功能，并且可以实现设计的预期各项功能。通过这次毕业设计自己学到了许多新知识，了解和掌握了产品设计的过程，使自己在质和量上都得到了较大的提高，为出去以后的工作打下了坚实的基础，使自己有能力、有信心面对以后的工作。 在这次毕业设计中，我非常的感谢我的指导教师高老师对我的精心讲解和不懈帮助。在整个毕业设计过程中耐心的指导并不断鼓励我。可以说我毕业设计的顺利完成和高老师的心血是分不开的，没有高老师的精心批改；没有高老师的细心指导；没有高老师的热情帮助；我的毕业设计也不可能这么顺利的完成，我不会有那么大的热情和信心去做毕业设计。参考文献［１］陈立定，苏开才电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社,2001［２］李乃夫可编程控制器原理、应用、实验（第二版）.北京：中国轻工业出版社,2000［３］廖常初PLC编程及应用.北京：机械工业出版社,2003［４］吕景泉可编程控制器技术教程.北京：高等教育出版社,2001［５］台方可编程序控制器应用教程.北京：中国水利水电出版社,2001［６］张万忠可编控制器应用技术.北京：化学工业出版社,2002［７］李俊秀，赵黎明可编程控制器应用技术实训指导.北京：化学工业出版社,2002附录

附录2：可编程控制器技术可编程序控制器（ProgrammableLogicController，习惯上简称为PLC）是以微处理器为核心的通用工业自动化装置。是20世纪60年代末在继电器控制系统的基础上开发出来的，它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通信技术融为一体，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点。具体来说，PLC的特点表现为以下几个方面：①硬件的可靠性高。PLC专业在工业环境的恶劣条件下应用而设计。一个设计良好的PLC能置于有很强电噪声、电磁干扰、机械振动、极端温度和湿度很大的环境中。在硬件设计方面，首先是选用优质器件，再就是采用合理的系统结构，加固、简化安装，使它易于抗振冲击，对印刷电路板的设计、加工和焊接都采取了极为严格的工艺措施，而在电路、结构及工艺上采取了一些独特的方式。由于PLC本身具有很高的可靠性，所以在发生故障的部位大多集中在输入/输出的部位以及如传感器件、限位开关、光电开关、电磁阀、电机等外围装置上。②编程简单，使用方便。用微机实现自动控制，常使用汇编语言编程，难于掌握，要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。PLC采用面向控制过程、面向问题的编程方式，与目前微机控制常用的汇编语言相比，虽然在PLC内部增加了解释程序，增加了程序的执行时间，但对大多数的机电控制设备来说，这种损耗是微不足道的。③接线简单，通用性好。在电信号匹配的情况下，PLC的接线只需将输入信号的设备（按钮、开关等）与PLC输入端子连接，将接受输出信号执行控制任务的执行元件（接触器、电磁阀）与PLC输出端子连接。接线简单、工作量少，省去了传统的继电器控制系统的接线和拆线的麻烦。PLC的编程逻辑提供了能随要求而改变的逻辑关系，这样生产线的自动化过程就能随意改变。这种性能使PLC具有很高的经济效益。用于连接现场设备的硬件接口实际上已经设计成为PLC的组成部分，模块化的自诊断接口电路能指出故障，并易于排除故障与替换故障部件，这样的软硬件设计就使现场电气人员与技术人员易于使用。④可连接为控制网络系统。PLC可连接成为功能很强的网络系统。一般PLC网络可以分为两类：一类是低速网络，采用主从方式通信，传输速率从几千波特到上万波特，传输距离为500～2500m；另一类为高速网络，采用令牌传送方式通信，通信速率1M～10Mbps，传输距离为500～1000m，网上结点达1024。这两类网络相连，可以兼容不同类型的可编程控制器和计算机，从而组成控制范围很大的局部网络。⑤易于安装，便于维护。PLC安装简单而且功能强大，其相对小的体积使之能安装在通常继电器控制箱所需空间的一半的地方。在大型PLC系统的安装中，远程输入/输出安放在最优地点。远程I/O站通过同轴电缆或双轴线连向CPU，这种配置大大减少了物料和劳力，远程子系统方法也意味着系统不同部分可在到达安装场地安装时间。从一开始，PLC便以易维护作为设计目标。由于几乎所有的器件都是模块化的，维护时只需要换模块级插入式部件，故障检测电路将诊断指示器嵌在每一部件中，能指示器件是否正常工作，借阻于编程设备可见输入/输出是ON还是OFF，还可写编程指令来报告故障。另外，PLC把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体，并且还可以完成以下功能：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、A/D和D/A转换、数据处理、通信联网、对控制系统监控。总的来说，PLC的推广应用已在世界范围内形成热潮，目前PLC发展方向主要是朝着小型化、廉价化、标准化、系列化、智能化、高速化、大容量化、网络化方面发展，这将使PLC功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用而更广PLC的内部包含了具有中央处理器的CPU，并带有外部I/O口扩展的I/O接口地址和存储器三大块组成，CPU的核心是由一个或者多个累加器组成，它们具有逻辑的数学运算能力，并能读取程序存储器的内容通过计算后去驱动相应的存储器和I/O接口；I/O口将内部累加器和外部的输入和输出系统连接起来，并将相关的数据存入程序存储器或者数据存储器中；存储器可以将I/O口输入的数据存入存储器中，并在工作时调转到累加器和I/O接口上，存储器分程序存储器ROM和数据存储器RAM,ROM可以将数据永久的存入存储器中，而RAM只能作为CPU计算时临时计算使用的缓冲空间。PLC的抗干扰是极其优秀的，我们根本不用去关心它的使用寿命和工作场合的恶劣，这些所有的问题已不再成为我们失败的主题，而留给我们的是关心如何来利用PLC的内部资源为我们加强设备的控制能力，使我们的设备更加的柔性。PLC的语言并不是我们所想象的汇编语言或C语言来进行编程，而是采用原有的继电器控制的梯形图，使得电气工程师在编写程序时很容易就理解了PLC的语言，而且很多的非电气专业人士也对PLC很快认识并深入。以上仅仅是PLC的优点之一，这也是人们比较容易理解的一部分，在很多的设备中，人们已不再希望看到太多的控制按钮，它们不但容易损坏而且极易产生人为的失误，小的并不是主要的失误也许你还能够接受；但过大的甚至是致命的失误是我们无法容忍的。新的技术总是为了给我们带来更安全和便捷的操作，使得我们面临的一大堆问题一扫而光，你有了解过HMI吗？这里说HMI你根本不清楚它是什么，也没有兴趣了解，换一个中文把它说明为触摸屏或者人机界面你就知道了，它和PLC的结合给了我们更大的空间。HMI控制不仅仅是减少了控制按钮，增加控制的灵活性，更主要的它是可顺序性的，而且在能够改变数据输入和数据输出反馈，在温度控制曲线的模拟也能直观的显示出来。并且能够通过编写功能帮助程序来提供各种力所能及的帮助，使得操作者减少不必要的失误。HMI的厂商目前也越来越多，功能也越来越强，价格也越来越低，使用的面越来越广。HMI的前景可以说十分的看好。在很多场合，单靠单机的控制是无法保证设备的顺畅运行，而通过设备与设备的信息交流达到我们想要的效果。比如在前包装和后工序的检测，我们就要将包装的信息反馈到检测处，而检测处的信息也要反馈到包装来。这样通过信息共享来使得两者之间链接起来，形成一个共体，从而使的两者间的配合更加的紧密，在彼此间达到映影相挥的效果。PLC的通信已经愈来愈体现它的价值，在PLC与PLC之间的通信，能够通过信息的沟通和数据的共享来保证设备之间的相互协调，已达到互补的效果。PLC之间的数据转换采用RS232接口来传送数据，而RS232接口只能保证10米的传输距离，如果在1000米的距离内我们可以通过RS485来进行通信，更长的距离只能通过MODEL来进行传输。PLC的数据传送只是将内部的数据传送到对方的一块连续的地址中，我们把它称为一个表，对方的PLC通过读取表中的数据来进行操作。如果表中的数据是一个一般设置的数据的话，那只是一般的数据传送，比如今天的油价上升了，我要把油价的价格传送到所有的输油机上，那就是数据的共享；而当表中的数据是一段控制PLC的指令程序，那就很有难度了，比如你要控制一台机器人来按你想象的动作工作，你会给它编制一段程序并以数据的形式发送过去。信息输送的形式有单工位、半双工位和全双工位的分别。单工位的意义也就是说两者之间，一个只能发送，而一个只能接收，比如一个特务他只能接收上司的指示，而无法给上司回复；半双工位也就是两个能都能发送和接受数据，但不能同时发送和接受，比如你打电话时是不能接电话,对方也一样；而全双工位是两者之间都能发送和接受数据，并可同时发送和接受。像互联网就是典型的例子。信息输送的过程也有同步和异步之分：同步的意义在于发送数据时数据线和时钟线是同步的，也就是数据信号和时钟信号同时由CPU进行发送，这需要彼此都要专门的时钟信号来进行传送和接送，并且是强制性的，这种方法的特点在于它的速度极快、但相应占用CPU的工作时间也相对的要长、同时技术难度也非常的大。它的要求在于在一帧的数据传送中不能有一位的误差，不然的话整个数据将发生错误，这在硬件上是一个比较大的难度。在一些专用的设备中应用的越来越广泛，像专用的医疗设备、数字信号设备等，在比较单一数据的传输中，它的效果非常的好。而异步是应用范围最广泛的，这得益于它的技术难度相对要小、同时不需要配制专门的时钟信号、它的特点在于，它的数据是间隔性的，离散性的发送和接受，当CPU太忙的时候可以停顿性去工作，在硬件上也减少了难度，同时数据的丢失相对要少，我们可以通过数据的检测来观察我们发送的数据是否有错误，像奇偶法、累加法和八位效验法等，都可以用来帮助我们检测发送的数据是否有错误发生，通过反馈来进行辨别。信息的传送口线有串口和并口之分：通常的PLC是8位机，当然也有16位机。我们在发送数据的时候可以是一位一位的发送给对方，也可以8位8位的将数据发送到对方，一位和8位区别也就是我们所说的串口发送数据和并口发送数据。串口速度比较慢，但只要两条或者三条口线就能解决问题，并能借用电话线来进行远程控制。而并口的传送速度是极快的，它是串口的256倍，在短距离占有优势，由于是TTL电平，一般限于1米的范围，它并不适用于长距离的数据传送，这样成本太昂贵了。很多的情况下我们总喜欢采用串并转换芯片来进行传输，这种情况下不需要我们进行过于复杂的寄存器设置了，而直接通过数据传送指令进行数据交流，但在通信中并不是一个十分可行的办法，因为在发送数据的时候对方的PLC必须一直等待你的数据输出，它不能去做其他的工作。当你在看书的时候，你听到有人敲门、你停下手上的事情、去打开门、并同敲门者对话、这个时候电话响了、你示意接个电话、在接完电话后、回过头来同敲门者继续对话、对话完毕后、你再继续看你的书，这种情况我们把它称为中断，它具有权威性，也具有优先性，PLC具备了这样的功能。它的特点在于我们在设备的操作过程中可能会遇到紧急的突发事件，我们要立刻的停下手上的工作，去处理更重要的事情，这种情况是我们经常所遇到的，PLC在去执行紧急的任务时，总会先保存目前的状态，比如程序的地址，CPU的累加器数据等，就像我们去开门时要记下我们看的书在第几页了或者干脆作个记号，因为我们待会还要继续接着看后面的书。CPU总是按照我们的意愿去做应该做的事情，但你错误的给它一件事情，它也会同样的去做，这一点我们必须注意。中断并不是只有一个，有时会同时存在几个中断，中断具有优先的级别，他们会根据人的要求去执行更高级别的中断。这种中断中的中断也就形成了中断嵌套。当然中断的级别根据各种PLC内部CPU的资源有关，同时也跟堆栈的容量大小也有关系。中断的内容有很多种，比如外部中断、通信中的发送和接受中断、定时和计数的时钟中断、还有WDT复位中断等，它们丰富了CPU在处理各种事务时响应种类。这样讲也许你并不能完全理解中断的内部结构和操作顺序，我们做一个小小的例子来说明.每一个设备总是不会忘记有一个按钮，它也是在我们遇到紧急情况时使用的，那就是急停按钮。当我们遇到人身事故和意外情况时我们只要按下它，机器立即停止所有的操作，并等待处理完意外后再恢复操作。急停按钮连接PLC内部CPU的内部I/O接口上，当按钮给CPU一个外部触发信号时，CPU对I/O进行再次检测，当确认有外部触发信号时，CPU保护现场并将程序计数器自动转到相应的外部I/O中断程序中去，当外部中断程序处理完毕，程序计数器返回到主程序继续工作。有一点可以说明的是我们一般会把急停按钮的外部中断升至最高级别，从而保证安全。当我们在工作完一个工件时，给PLC一个信号，将PLC的内部计数器加1来计算我们一天的工作量时，一个简单的计数器能解决问题，当然它们也能够在掉电的情况下保持数据，促使数据不丢失，这也是我们所渴望的。PLC还具有高级计数器的功能，当我们在接受一些高速的数据时，这里所说的高速是在在微秒级的数据，比如条码扫描机在不断的扫描数据，数据处理器DSP计算的高速信号等，我们就要采用到高级计数器来帮助我们进行计数。它在PLC执行程序时一旦发现高级计数器对应的中断，就会立即放下手上的工作。经过再次编程的梯形图程序说明我们在执行程序时高级计数器会自动的执行对应的工作，从而将高级计数器的级别升至高一级别。你也许听过太多的这个词:“死机”，大致的意思是CPU工作量过大，内部资源不足等情况造成程序无法运行。PLC也有类似的情况，在PLC内部有一个看门狗WDT，我们可以设置WDT一个程序运行的时间，当程序运行过程中出现程序跳转错误时或者程序繁忙时，程序的运行时间超过WDT的设置时间，CPU转而WDT复位状态。程序重新开始运行，但对中断不会进行破坏。PLC的发展已经从单一的模式进入了通信的网络时代，并同其它的工控网板和I/O卡板轻易的进行共享。组态软件可以将所有的这些硬件连接起来，通过更直观的动画图片来进行控制，并可以通过互联网在异地进行控制，像神舟五号的发射就是采用这种办法来使飞船升空。更高层次的发展需要我们不断的努力来取得。PLC的出现已经足足影响了几代人，我们也从上一辈的经验中获取了更多的知识和教训，来不断的发展PLC技术，将它推向更高浪潮。了解可用的PLC网络的最佳选择，其应用将确保有效率和灵活的控制系统设计。可编程逻辑控制器（PLC的）能够支持多种通信方法的范围，使之成为一个理想的控制和工业自动化和控制应用各种设施数据采集装置。然而，有一些混乱，因为这么多的可能性存在。为了帮助消除这种混乱，让我们的通讯名单，可什么时候他们会是最好的应用。为了了解PLC的通信多功能性，让我们首先定义描述的各种制度的用语：ASCII码：这代表着信息交换。1，当字母“A”是传播，例如，它会自动编码为“65由发送设备”。接收设备转换的“65”回答。因此，不同的设备可以相互通信既是使用ASCII代码的其他长。ASCII的模块：这个智能PLC模块是用于连接到PLC的通信也使用ASCII码作为车辆等设备的能力。总线拓扑结构：这是一个线性局部区域网络（LAN）的安排。A条，其中个别节点成为窃听通讯电缆主要在单点和广播消息。这些消息对旅游的连接点从两个方向的巴士，直到它们被消耗在每个终端的巴士底。CPU：这代表“中央处理单元”，这其实就是一台计算机，可编程控制器，智能设备或其他地方的算术和逻辑运算的执行和指令被解码和执行的一部分。菊花链：这是对单个设备中的PLC网络，连接描述在那里，每个设备连接到下一个和通信信号从一个单位传递到下一个顺序的方式。分布式控制：这是一个自动化的概念，即一个自动化系统的部分是由单独的控制器，这是在位于其附近地区的直接控制（控制分散控制系统及遍布出）。主机电脑：这是一个被用来转移的PLC/计算机网络的数据，或接收从一个PLC数据的计算机。智能设备：这个术语描述了自己的CPU配备任何设备。I/O：这代表“输入和输出”，这些模块处理数据到PLC（输入），或从PLC（输出信号）至外部设备。Kbps：这代表“千比特每秒”，这是一个衡量的电子数据传输速率。Mbps：这第一个字母。“百万比特每秒”节点：本术语适用于任何立场或在网络电台之一。每个节点包含一个装置，可以与网络上的所有其他设备。议定书：数据的定义是怎样安排的编码和传输网络上。环形拓扑结构：这是一个局域网的安排，其中每个节点连接到两个其他节点，在一个连续的，封闭的，圆形的路径或导致邮件循环流通，通常在一个方向。有些环拓扑结构有一个特殊的“环回”功能，让它们继续发挥作用，即使主缆斩断。RS232：这是描述具体的线路连接，电压等级的串行通信IEEE标准，和其他经营通信电子数据参数。此外，还有其他一些遥感的标准。串行：这是一个电子数据传输计划，信息传输一次一个位。串行端口：这通讯上，它被设置为串行通讯设备接入点了。星型拓扑结构：这是一个局域网的安排方式，节点连接到彼此通过一个中央枢纽，它可以主动或被动。活跃的中心执行诸如路由和维护信息网络的职责。中央枢纽只是一个被动的传递沿线的所有连接到它的节点的信息。拓扑：这涉及到一个节点的具体安排在彼此的关系网络。透明：这个术语描述事件或过程的自动成一个系统，不需要特殊的编程或操作员提示兴建。现在，我们正在与这些条款熟悉，让我们看看它们是如何在现有的描述PLC网络选项。PLC网络方案PLC的网络提供一个网络方案，以满足特定的控制和通信需求的各种你。典型的方案包括远程I/O，同辈对同辈，和主机通信，以及局域网。这些网络可以提供可靠和成本之间的有效沟通少两个或几个100的PLC，计算机很多，和其他智能设备。许多PLC的厂商提供的专用网络系统，是独一无二的，不会与另一作出的PLC。这是因为不同的通信协议，命令序列，错误检查计划，并通过传播媒介每个制造商使用。但是，它有可能使不同的PLC的“交谈”彼此;什么是需要的，是为连接（第ASCII码接口），以及与软件的大量工作。远程I/