基于PLC的自动打铃控制器

《电气控制与PLC》课程设计说明书基于PLC的自动打铃控制器设计学生姓名学生学号学院名称专业名称指导教师2023年 12 月1日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。电铃已经是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备，随着社会的开展不但对其需求量越来越大，对电铃制动控制要求也越来越高，于是人们设计了通过不同控制的方式来实现自动打铃系统。本文介绍一种采用PLC控制的作息时间自动打铃控制系统，详细的阐述了系统的组成、系统硬件接线和系统软件设计，并仔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。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：自动打铃控制器；PLC；软件设计目录1绪论12设计任务及要求23系统总体设计33.1系统概述33.2设计方案33.3编程元件地址分配53.4软件程序10结论31参考文献321绪言PLC即可编程控制器〔ProgrammablelogicController〕，是指以计算机技术为根底的新型工业控制装置。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那么而设计。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化开展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器开展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升，这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。所以PLC才被越来越多的人所熟悉，也被广泛的应用于自动化的生产与生活当中。而本课题就来源于学校的实际情况，包括上下课打铃程序、双休日控制程序以及控制学生宿舍开〔熄〕灯等自动化程序的控制，相信PLC将会更加贴近生活，效劳群众。2设计任务及要求某学校的作息时间表如下表所示：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3秒，停1秒〕，其他的铃音为连续音。〔2〕每次打铃的时间为20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。〔6〕用MCGS软件模拟系统的实际运行状态。3系统总体设计3.1系统概述本次设计是采用PLC来控制数码管的显示和响铃的输出，分，时，星期均采用7448进行外部七段译码。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，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，而小时那么是用了一个计数器，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。有分钟调节、小时调节和星期调节按钮各一个，计时开始和假期控制按钮各1个，启动和停止按钮各1个，共7个输入口，14个输出口.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管显示出来。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拟，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20秒；下课铃为长音，响3秒，停1秒，共持续20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。3.2设计方案〔1〕控制任务分析①设计一个电子钟，用LED数码管显示当前的时间，根据控制要求，需要显示的时间如下：秒：可采用光点闪烁的显示形式，每秒钟闪烁一次。分钟：显示范围为00-59，用两只LED数码管显示〔十位和个位〕。小时：显示范围为00-23，用两只LED数码管显示〔十位和个位〕。星期：显示范围为1、2、3、4、5、6、8〔不用7〕，用一只LED数码管显示。②根据时间作息表自动打铃。要使电子钟在预先设定的时刻，如8：00自动启动，打上课铃的控制程序，可对这一时刻的特征进行编程。当电子钟显示8：00的时候自动启动驱动铃音电路和20S的延时程序。〔2〕LED数码管的工作原理一只数码管可以看成是一组LED，有两种接线方式：一种是共阴极，另一种是共阳极。如图3-1所示〔a〕数码管〔b〕共阴极接法〔c〕共阳极接法图3-1LED数码管工作原理及接线方式〔3〕秒脉冲发生器所谓秒脉冲发生器就是每秒生成一个脉冲，这个脉冲是所有计时器的基准，可以通过编程的方式实现，其原理图如图3-2所示也可以利用PLC的特殊继电器，如S7-200的周期为一秒的脉冲发生器SM0.5来实现，编程更简单，如图3-3所示。图3-2秒脉冲发生器图3-3用SM0.5来实现一秒的脉冲发生器电子钟显示电子钟的计数功能可以采用左移移位指令实现，0-9显示译码电路可以通过组合逻辑完成。如对分钟的个位0~9计数、译码和显示的真值表如表3-1所示。表3-1分钟的个位0~9计数、译码和显示的真值表移位脉冲移位存放器的M4-M0显示数a~g七段M4M3M2M1M0abcdefg00000001111110100001101100002000112110110130011131111001401111401100115111115101101161111060011111711100711100008110008111111191000091110011对每个LED数码管根据需要的显示内容列出类似于表3-1的真值表，就可针对性的根据显示内容编程。在本次设计中，共用五只LED数码管，分别显示分钟的个位和十位、小时的个位和十位以及星期几。定时打铃控制由于是采用移位存放器编程的方法进行时间显示，可根据移位存放器的内容对特定的作息时间进行编码。当显示的时间为特定的作息时间时，就可自动启动定时打铃控制。3.3编程元件地址分配输入/输出继电器地址分配自动打铃控制器是典型的时序控制逻辑，正常工作时是不需要人来干预的。在未采用UPS时，系统可能遇到临时停电问题，势必要影响时间的准确性。可采用手动调整的方法。对于输出而言，5只LED数码管，如果每一段都占用一个输出继电器的话，需要35个输出点。可以通过建立输出矩阵的方法，通过分时扫描的方式，显示当前的时间，以节约输出点的资源。本设计采用S7-200的CPU226.输入/输出继电器地址分配如表3-2所示。表3-2输入/输出继电器地址分配表编程元件I/O端子电路元件作用输入继电器I0.0S0系统开关I0.1S1分钟的个位调整开关I0.2S2分钟的十位调整开关I0.3S3小时的个位调整开关I0.4S4小时的十位调整开关输出继电器Q0.0DP秒脉冲输出信号Q0.1a5个LED数码管的a段Q0.2b5个LED数码管的b段Q0.3c5个LED数码管的c段Q0.4d5个LED数码管的d段Q0.5e5个LED数码管的e段Q0.6f5个LED数码管的f段Q0.7g5个LED数码管的g段Q1.0HA铃音驱动Q1.1COM1分钟个位显示数码管的公共端Q1.2COM2分钟十位显示数码管的公共端Q1.3COM3小时个位显示数码管的公共端Q1.4COM4小时十位显示数码管的公共端Q1.5COM5星期显示数码管的公共端其他编程元件的地址分配表3-3其他编程元件的地址分配表编程元件编程地址符号作用辅助继电器M0.1M1CO复位及分钟个位显示移位脉冲M0.2M2分钟十位显示移位脉冲M0.3M3小时个位显示移位脉冲M0.4M4小时十位显示移位脉冲M0.5M5星期显示移位脉冲M1.0M10分钟个位显示“0〞M1.1M11分钟个位显示“1〞M1.2M12分钟个位显示“2〞M1.3M13分钟个位显示“3〞M1.4M14分钟个位显示“4〞M1.5M15分钟个位显示“5〞M1.6M16分钟个位显示“6〞M1.7M17分钟个位显示“7〞M2.0M20分钟个位显示“8〞M2.1M21分钟个位显示“9〞M2.2M22十分钟到信号M3.0M30分钟十位显示“0〞M3.1M31分钟个位显示“1〞M3.2M32分钟个位显示“2〞M3.3M33分钟个位显示“3〞M3.4M34分钟个位显示“4〞M3.5M35分钟个位显示“5〞M3.6M361小时到信号M3.7M3724小时到信号M4.0M40小时个位显示“0〞M4.1M41小时个位显示“1〞M4.2M42小时个位显示“2〞M4.3M43小时个位显示“3〞M4.4M44小时个位显示“4〞M4.5M45小时个位显示“5〞M4.6M46小时个位显示“6〞M4.7M47小时个位显示“7〞M5.0M50小时个位显示“8〞M5.1M51小时个位显示“9〞M5.2M5210小时到信号M6.0M60小时十位显示“0〞M6.1M61小时个位显示“1〞M6.2M62小时个位显示“2〞M7.0M70星期显示“1〞M7.1M71星期显示“2〞M7.2M72星期显示“3〞M7.3M73星期显示“4〞M7.4M74星期显示“5〞M7.5M75星期显示“6〞M7.6M76星期显示“日〞M8.0M80分钟个位调整脉冲M8.1M81分钟十位调整脉冲M8.2M82小时个位调整脉冲M8.3M83小时十位调整脉冲M8.4M84星期调整脉冲M8.5M85其他铃编码M8.6M86上课铃编码M8.7M87下课铃编码M9.0M90选择分钟个位显示M9.1M91选择分钟十位显示M9.2M92选择小时个位显示M9.3M93选择小时十位显示M9.4M94选择星期显示M9.5M95选择星期六和星期日M10.0M100分钟个位a段M10.1M101分钟个位b段M10.2M102分钟个位c段M10.3M103分钟个位d段M10.4M104分钟个位e段M10.5M105分钟个位f段M10.6M106分钟个位g段M11.0M110小时个位a段M11.1M111小时个位b段M11.2M112小时个位c段M11.3M113小时个位d段M11.4M114小时个位e段M11.5M115小时个位f段M11.6M116小时个位g段M12.0M120分钟十位a段M12.1M121分钟十位b段M12.2M122分钟十位c段M12.3M123分钟十位d段M12.4M124分钟十位e段M12.5M125分钟十位f段M12.6M126分钟十位g段M13.0M130小时十位a段M13.1M131小时十位b段M13.2M132小时十位c段M13.3M133小时十位d段M13.4M134小时十位e段M13.5M135小时十位f段M13.6M136小时十位g段M14.0M140星期a段M14.1M141星期b段M14.2M142星期c段M14.3M143星期d段M14.4M144星期e段M14.5M145星期f段M14.6M146星期g段定时器T101T1其他铃〔20s〕T102T2上课铃20sT103T3下课铃响3sT104T4下课铃听1sT105T5上课铃响20s计数器C0C060秒计数C1C124小时C2C2星期六C3C3星期日C4C41个星期输入/输出接线图图3-4输入/输出接线图系统流程图系统流程图如图3-5所示图3-5系统流程图3.4软件程序结论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，使我们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，我们学会了程序的设计、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。在此我必须感谢我们的指导老师，在老师的指导及同学们的共同努力下才顺利完成了本次课程设计的任务。通过本次课程设计