燕山大学PLC课程设计自动打铃控制器.docx
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燕山大学PLC课程设计自动打铃控制器
摘要
本文基于三菱PLC控制器设计了学校自动打铃控制器,通过输出继电器Y与数码管相连显示时间,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:
PLC继电器数码管自动化
第一章绪论
1.1PLC可编程控制器的定义及特点:
可编程控制器,简称PLC(ProgrammablelogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“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。
”
PLC可编程控制器具有如下特点:
(1)可靠性强,抗干扰能力强;
(2)通用性强,使用方便;
(3)采用模块化结构,使系统组合灵活方便;
(4)编程语言简单,易学,便于掌握;
(5)系统设计周期短;
(6)对生产工艺改变适应性强;
(7)安装方便,调试简单,维护工作量小;
1.2PLC可编程控制器的应用及发展前景:
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、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,使用情况大致可归纳为如下几类。
(1)开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
(2)模拟量控制
在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
(3)运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
(4)过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
(5)数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
(6)通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
21世纪,PLC会有更大的发展。
从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
第二章系统整体设计概述
2.1设计要求:
根据课程设计任务书,设计的自动打铃控制器要求如下:
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
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。
2.2输入输出点分配:
根据设计要求,列出PLC控制器的输入输出点分配表如下:
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
SB1
X0
数码管a段
a
Y0
停止按钮
SB2
X1
数码管b段
b
Y1
“分”调整按钮
SB4
X3
数码管d段
d
Y3
“时”调整按钮
SB5
X4
数码管e段
e
Y4
“天”调整按钮
SB6
X5
数码管f段
f
Y5
数码管g段
g
Y6
数码管公共端
D1
Y10
数码管公共端
D2
Y11
数码管公共端
D3
Y12
数码管公共端
D4
Y13
数码管公共端
D5
Y14
秒闪烁发光二极管
POINT
Y15
电铃发光二极管
POINT
Y17
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。
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。
第三章主程序设计及功能
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。
X0
是上课铃是下课铃其他铃
循环
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。
3.2.1秒脉冲显示程序:
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。
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。
3.2.2分显示程序:
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。
3.2.3时显示程序
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”。
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。
3.2.4星期显示程序
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。
3.2.5自动扫描程序
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。
3.2.6开机显示程序
开机时,时间显示为星期1,00时00分。
数字显示原理如图3-1-1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。
Y0
Y5Y6Y1
Y4Y3Y2
各辅助继电器与其对应的时间
数字
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
分个位
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
M10
分十位
M13
M14
M15
M16
M17
M18
时个位
M21
M22
M23
M24
M25
M26
M27
M28
M29
M30
时十位
M33
M34
M35
星期
M40
M41
M42
M43
M44
M45
M46
显示数字0~9的常数值
显示数字
输出点状态
常数值
Y6
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
Y0
0
0
1
1
1
1
1
1
K63
1
0
0
0
0
1
1
0
K6
2
1
0
1
1
0
1
1
K91
3
1
0
0
1
1
1
1
K79
4
1
1
0
0
1
0
0
K102
5
1
1
0
1
1
1
1
K109
6
1
1
1
1
1
1
1
K125
7
0
0
0
0
1
1
1
K7
8
1
1
1
1
1
1
1
K127
9
1
1
0
1
1
1
1
K111
3.3电铃控制程序
3.3.1作息时间电铃控制
打铃控制是通过每个时间点数值对应的相应寄存器M来进行控制,当对应的M都有信号时开始打铃,每次打十五秒后停止。
分别由T21和T20构成响0.5秒停0.5秒的上课铃声,由T22和T23构成响2秒,停1秒下课铃声,来对上下课的铃声进行区分,其余的铃声不需控制让其自然响15秒即可。
3.4I/O接口电路
第四章心得总结
通过本次课程设计,我们学习了使用三菱PLC控制器对学校自动打铃控制器的实际应用,也明白了自动打铃控制器的原理。
对于课上所学知识更产生了进一步的认识,通过分组合作的形式不仅增进了我们的团队协作能力,更增强了我们的实践能力,培养了我们自主分析问题,解决问题的能力。
在此次课程设计的过程中,我们同样遇到了很多问题与难题,但是因为得到了韩立强老师和同学们的帮助,使得许多问题得以迎刃而解,为此感谢老师和同学们的不吝赐教!
参考文献
[1]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京:
机械工业出版社,2007.
[2]常文平.电气控制与PLC原理及应用[M].西安电子科技大学出版社,2006.
[3]XX搜索相关资料.
附录梯形图对应的指令表:
0LDX000
1ORM200
2ANIX001
3OUTM200
4LDM200
5ANIT0
6OUTT1K5
9LDT1
10OUTT0K5
13OUTY015
14OUTC0K60
17LDM0
18RSTC0
20LDC0
21OUTM0
22LDIM2
23ANIM3
24ANIM4
25ANIM5
26ANIM6
27ANIM7
28ANIM8
29ANIM9
30ANIM10
31OUTM1
32LDX003
33ANDM8012
34OUTC10K1
37LDC10
38OUTS5
40LDS5
41RSTC10
43LDM0
44ORS5
45ANIS6
46ANIS7
47SFTLM1M2K10K1
56LDM11
57PLSM12
59ZRSTM2M10
64LDIM14
65ANIM15
66ANIM16
67ANIM17
68ANIM18
69OUTM13
70LDM12
71SFTLM13M14K6K1
80LDM19
81PLSM20
83ZRSTM14M18
88LDM20
89ORS6
90OUTC1K24
93LDC1
94OUTM38
95LDM38
96RSTC1
98LDIM22
99ANIM23
100ANIM24
101ANIM25
102ANIM26
103ANIM27
104ANIM28
105ANIM29
106ANIM30
107OUTM21
108LDX004
109ANDM8012
110OUTC11K1
113LDC11
114OUTS6
116LDS6
117RSTC11
119LDM38
120ORS6
121ANIS5
122ANIS7
123SFTLM21M22K10K1
132LDM38
133ORM31
134ZRSTM22M30
139LDM31
140PLSM32
142LDIM34
143ANIM35
144OUTM33
145LDM32
146SFTLM33M34K3K1
155LDM38
156ORM36
157ZRSTM34M35
162LDM36
163PLSM39
165LDIM34
166ANIM35
167OUTM33
168LDM32
169SFTLM33M34K3K4
178LDM38
179ORM36
180ZRSTM34M35
185LDM36
186PLSM39
188LDM38
189ORS7
190OUTC2K7
193LDC2
194OUTM48
195RSTC2
197LDIM41
198ANIM42
199ANIM43
200ANIM44
201ANIM45
202ANIM46
203OUTM40
204LDX005
205ANDM8012
206OUTC12K1
209LDC12
210OUTS7
212LDS7
213RSTC12
215LDM39
216ORS7
217ANIS5
218ANIS6
219SFTLM40M41K7K1
228LDM47
229ORM48
230ZRSTM41M46
235LDM100
236OUTY010
237LDM101
238OUTY011
239LDM102
240OUTY012
241LDM103
242OUTY013
243LDM104
244OUTY014
245LDIM101
246ANIM102
247ANIM103
211254OUTC3K1
257LDC3
258OUTM110
259LDM110
260SFTLM100M101K5K1
269LDM105
270ZRSTM101M104
275LDM104
276ANIM200
277MOVK6K2Y000
282LDM100
283ORM101
284ORM102
285ORM103
286ANIM200
287MOVK63K2Y000
292LDM33
293LDM29
294ORM30
295ANB
296ANDM13
297LDM34
298LDM21
299ORM22
300ANDM14
301LDM24
302ORM25
303
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