基于PLC控制的作息时间控制系统方案.docx
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基于PLC控制的作息时间控制系统方案
“CETTIC全国可编程控制器（PLC）程序设计师”
职业培训认证结业设计
基于PLC控制的作息时间控制系统
指导教师：
王冠华
姓名：
富贞
[摘要]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。
[关键词]作息时间控制；PLC；I/O接线；软件设计
第一章绪论
1.1引言
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器与其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC控制系统的硬件是由PLC、输入/输出（I/O）电路与外围设备等组成。
系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。
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。
1.3PLC的应用领域
目前，PLC在国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、环保与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），
1.4PLC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①单片机控制②PLC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一48MRPLC作控制器，有24个输入点，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与时间。
（3）可按所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。
表1PLC作息时间控制器冬季作息时间表
项目
起讫
起床
6：
20—6：
30
早操
6：
40—6：
50
洗漱
6：
50—7：
00
早餐
7：
00—7：
40
预备铃
7：
40—7：
50
第一节课
8：
00—8：
50
第二节课
9：
00—9：
50
课间操
9：
50—10：
10
第三节课
10：
10—11：
00
第四节课
11：
10—12：
00
中餐（广播）
12：
--12：
30
午休
12：
30—14：
20
预备铃
14：
20—14：
30
第五节课
14：
30—15：
20
第六节课
15：
30—16：
20
文体活动
16：
30—17：
30
晚餐
17：
30—18：
00
自由活动
18：
00—18：
50
预备铃
18：
50—19：
00
晚自习
19：
00—20：
30
熄灯
21：
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
SB1
X0
数码管a段
a
Y0
停止按钮
SB2
X1
数码管b段
b
Y1
手动打铃
SB3
X2
数码管c段
c
Y2
“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
开广播
SB7
X6
数码管g段
g
Y6
关广播
SB8
X7
数码管公共端
D1
Y10
开灯
SB9
X8
数码管公共端
D2
Y11
熄灯
SB10
X9
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
广播继电器
KA1
Y20
电铃继电器
KA2
Y21
宿舍灯继电器
KA3
Y22
3.2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”，依次类推。
由辅助继电器M13~M18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”，依次类推。
初始状态时，辅助继电器M1和M13闭合，分的个位与十位均显示“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与分个位移位脉冲。
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-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，故时的个位与十位均显示为“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与辅助继电器M33-M34复位，辅助继电器M21与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与星期移位脉冲。
星期移位脉冲的来到，使移位指令
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