1、 PAGE19 / NUMPAGES22 “CETTIC全國可編程控制器（PLC）程序設(shè)計師”職業(yè)培訓(xùn)認(rèn)證結(jié)業(yè)設(shè)計基于PLC控制的作息時間控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師： 王 冠 華 姓 名： 富 貞 摘 要本文介紹一種用PLC控制的作息時間控制系統(tǒng)，詳細(xì)地闡述了系統(tǒng)組成、系統(tǒng)硬件接線和系統(tǒng)軟件設(shè)計，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)工作原理。該系統(tǒng)具有外設(shè)電路配置簡單、擴(kuò)展方便、操作容易、可靠性高、實用性強(qiáng)等特點，集電鈴、路燈、宿舍燈、教室燈、音樂廣播自動控制于一體，并具有周末與假期控制功能，實現(xiàn)了作息時間無人控制的自動化、科學(xué)化管理與操作。關(guān)鍵詞作息時間控制；PLC；I/O接線；軟件設(shè)計目 錄TOC o 1-3 h z

2、uHYPERLINK l _Toc194588530第一章緒論 PAGEREF _Toc194588530 h 1HYPERLINK l _Toc1945885311.1引言 PAGEREF _Toc194588531 h 1HYPERLINK l _Toc1945885321.2可編程控制器的特點 PAGEREF _Toc194588532 h 1HYPERLINK l _Toc1945885331.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc194588533 h 1HYPERLINK l _Toc1945885341.4 PLC的設(shè)計步驟 PAGEREF _Toc194588534 h

3、 2HYPERLINK l _Toc1945885351.4.1 硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc194588535 h 2HYPERLINK l _Toc1945885361.4.2軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc194588536 h 2HYPERLINK l _Toc194588537第二章作息時間控制系統(tǒng)的方案論證 PAGEREF _Toc194588537 h 2HYPERLINK l _Toc1945885382.1 方案論證 PAGEREF _Toc194588538 h 2HYPERLINK l _Toc1945885392.2 控制要求 PAGEREF _Toc19458

4、8539 h 3HYPERLINK l _Toc194588540第三章作息時間PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc194588540 h 4HYPERLINK l _Toc1945885413.1 輸入輸出點分配 PAGEREF _Toc194588541 h 4HYPERLINK l _Toc1945885423.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc194588542 h 5HYPERLINK l _Toc1945885433.3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 PAGEREF _Toc194588543 h 5HYPERLINK l _Toc1945885443.3.1 秒脈沖程

5、序的設(shè)計 PAGEREF _Toc194588544 h 5HYPERLINK l _Toc1945885453.3.2 分顯示程序的設(shè)計 PAGEREF _Toc194588545 h 5HYPERLINK l _Toc1945885463.3.3 時顯示程序的設(shè)計 PAGEREF _Toc194588546 h 7HYPERLINK l _Toc1945885473.3.4 星期顯示程序的設(shè)計 PAGEREF _Toc194588547 h 8HYPERLINK l _Toc1945885483.3.5 數(shù)字顯示原理 PAGEREF _Toc194588548 h 9HYPERLINK l

6、 _Toc1945885493.3.6廣播、燈、打鈴程序設(shè)計 PAGEREF _Toc194588549 h 11HYPERLINK l _Toc1945885503.4 作息時間PLC控制器總梯形圖 PAGEREF _Toc194588550 h 14HYPERLINK l _Toc194588551第四章參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc194588551 h 14HYPERLINK l _Toc1945885524.1 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc194588552 h 14HYPERLINK l _Toc194588553第五章附錄 PAGEREF _Toc194588553 h

7、 14HYPERLINK l _Toc194588554附圖（1）作息時間PLC控制器接線圖 PAGEREF _Toc194588554 h 14HYPERLINK l _Toc194588555附圖（2）作息時間PLC控制器總梯形圖 PAGEREF _Toc194588555 h 14緒論1.1引言可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計算和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器與其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)

8、充其功能的原則設(shè)計。PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC、輸入/輸出（I/O）電路與外圍設(shè)備等組成。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)實際應(yīng)用的需要而定，可大可小。1.2 可編程控制器的特點20世紀(jì)60年代末，為了克服傳統(tǒng)繼電器的種種應(yīng)用上的缺點，人們研制出了一種先進(jìn)的自動控制設(shè)備PLC，由于PLC具有優(yōu)良的技術(shù)性能，因此它一問世就很快得到了推廣應(yīng)用?，F(xiàn)在PLC作為用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的專用計算機(jī)，與商家、家用的微機(jī)不同，由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和工作運行的連續(xù)性，使其在設(shè)計上有許多特點?？煽啃愿?，抗干擾能力強(qiáng)；接口模塊功能強(qiáng)、品種多；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；編程方法簡單、直觀；系統(tǒng)的設(shè)計

9、/安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量小、維護(hù)方便；體積小、耗能低、重量輕。1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保與文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：開關(guān)量邏輯控制運動控制閉環(huán)過程控制數(shù)據(jù)處理通信聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），1.4 PLC的設(shè)計步驟開發(fā)應(yīng)用PLC的設(shè)計任務(wù)分為硬件和軟件設(shè)計兩部分。1.4.1 硬件設(shè)計硬件設(shè)計主要包括：確定安排PLC的輸入、輸出點；設(shè)計外圍電路，包括主電路；選購PLC并進(jìn)行現(xiàn)場安裝接線等容。1.4.2軟件設(shè)計大多數(shù)

10、用梯形圖和指令程序，主要包括：設(shè)計控制流程，根據(jù)工藝要求先畫出工作循環(huán)，如有必要再畫詳細(xì)的狀態(tài)流程圖；根據(jù)工作循環(huán)圖，畫出虛擬的電路圖繼電器梯形圖；按梯形圖編寫指令程序表；系統(tǒng)調(diào)試：根據(jù)設(shè)計要求，對程序進(jìn)行調(diào)試和修改，必要時還可對硬件進(jìn)行修改，直到符合要求為止。本系統(tǒng)用PLC設(shè)計作息時間的控制過程。作息時間控制系統(tǒng)的方案論證2.1 方案論證目前常用的作息時間控制方法有單片機(jī)控制PLC控制。兩種方式的控制原理基本似，都是分別以各自的主控器件來完成門信號的采集、運行狀態(tài)控制和設(shè)定，達(dá)到自動調(diào)節(jié)和時事控制運行的功能。本設(shè)計采用PLC控制方式，選用三菱 Fx2N一48MRPLC作控制器，有24個輸入點

11、，24個輸出點，繼電器輸出，時間顯示用4個數(shù)碼管,星期顯示用l個數(shù)碼管,完成本設(shè)計要求的各項指標(biāo)，實現(xiàn)作息時間控制的目的。PLC作息時間控制器采用數(shù)碼顯示，能夠準(zhǔn)確顯示分、時、星期，在一定的時間能夠自動打鈴，放、關(guān)廣播，放、關(guān)音樂，開熄學(xué)生宿舍燈，且通過改變輸入PLC的程序能夠靈活改變冬、夏季作息時間。 此外，該PLC作息時間控制器還設(shè)置了手動按鈕，用于調(diào)整分、時、星期。2.2 控制要求作息時間控制器的控制要求如下；開機(jī)時初始狀態(tài)顯示為00時00分，顯示星期為“星期一”。按下啟動按鈕，控制器開始計時工作。能將時間顯示調(diào)整到當(dāng)前的日期與時間?？砂此O(shè)置的時間要求打鈴?？筛鶕?jù)需要控制其他裝置。作息

12、時間表（此處只列出冬季作息時間表）見表1。設(shè)置相應(yīng)的手動按鈕，使控制器使用更加方便。為了便于廣大師生過好雙休日，從星期五下午晚餐開始至星期日下午18：00停止打鈴。表1 PLC作息時間控制器冬季作息時間表項目起訖起床6：206：30早操6：406：50洗漱6：507：00早餐7：007：40預(yù)備鈴7：407：50第一節(jié)課8：008：50第二節(jié)課9：009：50課間操9：5010：10第三節(jié)課10：1011：00第四節(jié)課11：1012：00中餐（廣播）12：-12：30午休12：3014：20預(yù)備鈴14：2014：30第五節(jié)課14：3015：20第六節(jié)課15：3016：20文體活動16：3017

13、：30晚餐17：3018：00自由活動18：0018：50預(yù)備鈴18：5019：00晚自習(xí)19：0020：30熄燈21：00作息時間PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 輸入輸出點分配作息時間PLC控制器輸入輸出點分配表見表2。表2 作息時間PLC控制器輸入輸出點分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號啟動按鈕SB1X0數(shù)碼管a段aY0停止按鈕SB2X1數(shù)碼管 b段bY1手動打鈴SB3X2數(shù)碼管c段cY2“分”調(diào)整按鈕SB4X3數(shù)碼管d段dY3“時”調(diào)整按鈕SB5X4數(shù)碼管e段eY4“天”調(diào)整按鈕SB6X5數(shù)碼管f段fY5開廣播SB7X6數(shù)碼管g段gY6關(guān)廣播SB8X7數(shù)碼管公共端D1Y

14、10開燈SB9X8數(shù)碼管公共端D2Y11熄燈SB10X9數(shù)碼管公共端D3Y12數(shù)碼管公共端D4Y13數(shù)碼管公共端D5Y14秒閃爍發(fā)光二極管POINTY15廣播繼電器KA1Y20電鈴繼電器KA2Y21宿舍燈繼電器KA3Y223.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計作息時間PLC控制器接線圖如附圖(1)所示。3.3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計3.3.1 秒脈沖程序的設(shè)計秒脈沖程序梯形圖如圖1所示。圖1 作息時間PLC控制器秒脈沖程序梯形圖當(dāng)按下SB0時，X0閉合，發(fā)出啟動信號，使輔助繼電器M200線圈得電并自鎖。計時器T0、T1組成1s時鐘脈沖程序；Y20為秒閃爍輸出；M0、C0組成分進(jìn)位脈沖。3.3.2 分顯示程序的

15、設(shè)計分顯示程序梯形圖如圖2所示。圖2 作息時間PLC控制器分顯示程序梯形圖由助繼電器M1M10分別接通分個位顯示程序。當(dāng)M1閉合時，分個位顯示“0”；當(dāng)M2閉合時，分個位顯示“1”；當(dāng)M3閉合時，分個位顯示“2”，依次類推。由輔助繼電器M13M18分別接通分十位顯示程序。當(dāng)M13閉合時，分十位提示“0”；當(dāng)M14閉合時，分十位顯示“1”；當(dāng)M15閉合時，分十位顯示“2”，依次類推。初始狀態(tài)時，輔助繼電器M1和M13閉合，分的個位與十位均顯示“0”。當(dāng)計數(shù)器C0累計計滿60個時鐘脈沖時，計數(shù)器C0常開觸點閉合，輔助繼電器M0線圈得電，其常開觸點閉合，產(chǎn)生一個分個位脈沖與分個位移位脈沖。分個位移位

16、脈沖的到來，使得移位指令將M1當(dāng)前的“1”狀態(tài)左移一位至M2，輔助繼電器M2閉合，分個位顯示“1”；若再來一個移位脈沖，移位指令將M2當(dāng)前的狀態(tài)左移一位至M3，輔助繼電器M3閉合，分的個位上顯示“2”，依次類推。當(dāng)分個位脈沖滿10個時，M1的狀態(tài)已移位至輔助繼電器M11中，M11線圈得電，其常開觸點閉合，使輔助繼電器M2-M10復(fù)位，輔助繼電器M1又閉合，分個位上又顯示“0”，輔助繼電器M2-M10復(fù)位，為下一次分個位循環(huán)顯示作好準(zhǔn)備。同時，M11常開觸點閉合，使輔助繼電器M12產(chǎn)生一個掃描周期的上升沿脈沖。這個上升沿脈沖使得輔助繼電器M13當(dāng)前的“1”狀態(tài)移位至M14中，分的十位上顯示“1”

17、，依次類推。當(dāng)分十位脈沖滿6個時，M13的狀態(tài)已移位至輔助繼電器M19中，M19線圈通電，其常開觸點閉合，使輔助繼電器M13-M18復(fù)位，輔助繼電器M13閉合，分十位上又顯示為“0”。 當(dāng)需要對分進(jìn)行手動調(diào)整時，只需要按下按鈕SB4，此時X3閉合，計數(shù)器C10計數(shù)。經(jīng)過1次計數(shù)后，其常開觸點閉合，使得狀態(tài)繼電器S5得電，其一常開觸點閉合，產(chǎn)生一個分位脈沖，改變分的當(dāng)前顯示，而狀態(tài)繼電器S5的另一 常開觸點閉合，使計數(shù)器C10復(fù)位，為下一 次計數(shù)作好準(zhǔn)備。3.3.3 時顯示程序的設(shè)計時顯示程序梯形圖如圖3所示。由輔助繼電器M21-M30分別接通時個位顯示程序。當(dāng)M21閉合時，時個位顯示“0”；當(dāng)

18、M22閉合時，時個未顯示“1”；當(dāng)M23閉合時，時個位顯示“2”，依次類推。由輔助繼電器M33-M35分別接通時十位顯示程序。當(dāng)M33閉合時，時十位顯示“0”；當(dāng)M34閉合時，時十位顯示“1”；當(dāng)M35閉合時，時十位顯示“2”。圖3 作息時間PLC控制器時顯示程序梯形圖初始狀態(tài)時，因輔助繼電器M21和M23閉合，故時的個位與十位均顯示為“0”。當(dāng)分十位脈沖滿6個時，M13的狀態(tài)已移位至輔助繼電器M19，M19線圈得電，1一2常開觸點閉合，使輔助繼電器M20產(chǎn)生一個掃描周期的上升沿脈沖。這個上升沿脈沖一方面向計數(shù)器C1提供脈沖，另一 方面使得輔助繼電器M21當(dāng)前的“1”狀態(tài)移位至輔助繼電器M22

19、中，時的個位上顯示“1”，如此不斷循環(huán)移位。當(dāng)時個位脈沖滿10個時，M20的狀態(tài)已移至輔助繼電器M31中，M31線圈得電，其常開觸點閉合，使輔助繼電器M32產(chǎn)生一個掃描周期的上升沿脈沖。這個世上上沿脈沖使得輔助繼電器M33當(dāng)前的“1”狀態(tài)移位至輔助繼電器M34中，時的十位上顯示為“1”。 當(dāng)脈沖C1累計滿24個脈沖時，計數(shù)器C1常開觸點閉合，輔助繼電器M38線圈得電，其常開觸點閉合，使輔助繼電器M22-M30與輔助繼電器M33-M34復(fù)位，輔助繼電器M21與M33閉合，時個位和時十位上又顯示為“0”，如此不斷循環(huán)移位。 當(dāng)需要對時狀態(tài)進(jìn)行手動調(diào)整時，只需按下按鈕SB5，此時X4閉合，計數(shù)器C1

20、1計數(shù)。經(jīng)過一次計數(shù)后，其常開觸點閉合，使得狀態(tài)繼電器S6得電，其一常開觸點閉合，產(chǎn)生一個時個位移位脈沖，改變時的當(dāng)前顯示。而狀態(tài)繼電器S6的另一 常開觸點閉合，使計數(shù)器C11復(fù)位，為下一 次計數(shù)作好準(zhǔn)備。3.3.4 星期顯示程序的設(shè)計星期顯示程序設(shè)計梯形圖如圖4所示。由輔助繼電器M40-M46分別接通星期顯示程序。當(dāng)M40閉合時，星期顯示“1”；當(dāng)M41閉合時，星期顯示“2”，依次類推。 圖4 作息時間PLC控制器星期顯示程序梯形圖 初始狀態(tài)時，因輔助繼電器M40閉合，星期顯示為“1”。當(dāng)時移位脈沖滿24個時，輔助繼電器M38得電，其常開觸點閉合，接通計數(shù)器C2并開始計數(shù)，另一 常開觸點產(chǎn)生

21、一個星期脈沖與星期移位脈沖。星期移位脈沖的來到，使移位指令將M40當(dāng)前的“1”狀態(tài)右移一位至M41中，輔助繼電器M41閉合，星期顯示“2”；若再來一個移位脈沖，移位指令M41當(dāng)前的狀態(tài)右移一位至M42中，輔助繼電器M42閉合，星期上顯示“3”，如此不斷移位。當(dāng)星期脈沖滿7 個時，計數(shù)器C2的常開觸點閉合，一方面使其復(fù)位，另一方面接通輔助繼電器M48，輔助繼電器M48的常開觸點閉合，同時M40的狀態(tài)已移至M47；M47線圈通電，其常開觸點閉合，使輔助繼電器M41-M46復(fù)位，輔助繼電器M40又閉合，星期上又顯示為“1”。當(dāng)需要對星期狀態(tài)進(jìn)行手動調(diào)整時，只需按下SB6，此時X5閉合，計數(shù)器C12經(jīng)

22、過一次技術(shù)后動作，其常開岔點閉合，使得狀態(tài)繼電器S7得電，其一常開觸點閉合，產(chǎn)生一 個星期移位脈沖，改變星期的當(dāng)前顯示。而狀態(tài)繼電器S7的另一常開觸點閉合，使計數(shù)器C12復(fù)位，為下一 次計數(shù)作好準(zhǔn)備。3.3.5 數(shù)字顯示原理開機(jī)時，時間顯示為星期1，00時00分。數(shù)字顯示原理如圖5所示。圖 5 數(shù)字顯示原理PLC的輸出點Y0Y6分別街道七段數(shù)碼管的ag。要顯示數(shù)字只需要Y0Y6有輸出信號，即Y0Y7字元件中Y0Y6有輸出為1時才有數(shù)字顯示出來。例如，顯示1只需Y1和Y2有信號輸出，它的十進(jìn)制常數(shù)為K6=12+14,即K6轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)正好滿足要求。再把常數(shù)值K6有MOV指令傳送到相應(yīng)的數(shù)碼管中

23、就可以顯示數(shù)字了。表3為顯示數(shù)字09的常數(shù)值。各輔助繼電器與其對應(yīng)的時間見表4。表3 顯示數(shù)字0-9的常數(shù)值顯示數(shù)字輸出點狀態(tài)常數(shù)值Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000111111K6310000110K621011011K9131001111K7941100110K10251101101K10961111101K12570000111K781111111K12791101111K11表4 各輔助繼電器所對應(yīng)的時間0123456789分個位M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10分十位M13M14M15M16M17M18時個位M21M22M23M24M25M26M27M28M29M30時十位M3

24、3M34M35星期M40M41M42M43M44M25M46數(shù)碼管的動態(tài)掃描梯形圖如圖6初始狀態(tài)時，輔助繼電器M10閉合，特殊輔助繼電器M8011每閉合一次，計數(shù)器C3就計數(shù)一次，其常開觸點閉合并接通輔助繼電器M110，輔助繼電器M110的常開觸點又使計數(shù)器C3復(fù)位。輔助繼電器M110的另一 常開觸點產(chǎn)生一個移位脈沖，移位脈沖指令將輔助繼電器M100的當(dāng)前狀態(tài)“1”移到輔助繼電器M101中，使輔助繼電器M101的當(dāng)前狀態(tài)為“1”，依次類推。當(dāng)移到最高位時，輔助繼電器M105得電閉合，其常開觸點閉合，使輔助繼電器M101-M104復(fù)位，如此周而復(fù)始地進(jìn)行移位。圖6 作息時間PLC控制器數(shù)碼管動態(tài)

25、掃描梯形圖 由于輔助繼電器M100-M104分別接通輸出繼電器Y10-Y14，而特殊輔助繼電器M8011每10ms閉合一 次，因而我們用肉眼很難分辨出數(shù)碼管是輪流閉合的，我們看到的是同時顯示的數(shù)碼管。3.3.6廣播、燈、打鈴程序設(shè)計當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定時間時，該時間所對應(yīng)的輔助繼電器將得電，其常開觸點閉合，從而對廣播、燈、電鈴驚醒控制。3.3.6.1 廣播控制的設(shè)計廣播控制梯形圖如圖7所示。當(dāng)?shù)椒艔V播的時間時，以下各組輔助繼電器：（M34、M27、M16、M1），（M34、M23、M13、M1），（M27、M15、M1），（M30、M18、M33、M1）中有一組 的常開觸點閉合，輔助繼電器M52得電閉合

26、，使得輸出繼電器Y23線圈得電并自鎖，此時開始放廣播。當(dāng)需要手動放廣播時，只需按下按鈕SB7，則X6閉合，輸出繼電器Y23得電并自鎖，也能達(dá)到放廣播的目的。圖7作息時間PLC控制器廣播制梯形圖 當(dāng)?shù)疥P(guān)廣播的時間時，以下各組輔助繼電器：（M21、M14、M34、M1），（M28、M16、M34、M1），（M27、M18、M1），（M34、M23、M16、M1）中有一組的常開觸點閉合，輔助繼電器M53線圈得電閉合，串接在輔助繼電器Y23線圈中的常開觸點斷開，輸出繼電器Y23斷電，停止播放廣播。3.3.6.2 燈的控制的設(shè)計燈的控制梯形圖如圖8所示。圖8 作息時間PLC控制器燈控制梯形圖當(dāng)?shù)綄W(xué)校開燈的時間時，以下兩組輔助繼電器：（M35、M21、M16、M1），（M27、M15、M1）的常開觸點中有一組閉合，輔助繼電器M54線圈得電閉合，其串接在輸出繼電器Y21上的常開觸點閉合，使輸出繼電器Y31得電并自鎖，打開電燈開關(guān)。當(dāng)需要手動開燈時，只要按下按鈕SB9，則X10閉合，使輸出繼電器Y21得電并自鎖，打開電燈開關(guān)。當(dāng)?shù)较舻臅r間時，以下兩組輔助繼電器：（M35、M22、M16、M1），（M27、M17、M1）的常開觸點中有一 組閉合，輔助繼電器M55線圈得電閉合并產(chǎn)生一個掃描周期的脈沖信號，使其串接在輸出繼電器Y21線圈上的常開觸點斷開，輸出繼電器Y2