河南城建自动打铃控制器设计.docx
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河南城建自动打铃控制器设计
目录
1、设计任务
1、作息时间控制器控制设计大纲……………………………………………
2、具体要求………………………………………………………………
2、系统总体设计
1、系统概述………………………………………………………
2、PLC的选型···········································
3、PLCI/O端口分配…………………………………………………………
4、系统I/O接线图…………………………………………………………
5、系统流程图…………………………………………………………
3、软件设计及简介
1、计时及时间调节程序…………………………………………………………
2、显示程序……………………………………………………………………
3、作息时间表程序…………………………………………………………
4、控制程序…………………………………………………………
5、电铃控制程序……………………………………………………………………
4、控制器输入输出点分配…………………………………………………………
5、作息时间控制器使用说明………………………………………………………
四、设计总结…………………………………………………………………………
参考文献
概述
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController），是指以计算机技术为基础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则而设计。
20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，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发展的特点是大规模、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，服务大众。
一、设计任务
1.作息时间控制设计大纲
PLC作息时间控制器采用数码显示，能够准确显示分、时、星期，在一定的时间内能够自动打铃。
此外，该PLC作息时间控制器还设置了手动按钮，用于调整分钟、小时和星期。
2.具体要求
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。
某学校的作息时间表如下表所示：
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
表1.1
二、系统总体设计
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。
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较，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15秒；下课铃为长音，响0.5秒，停0.5秒，共持续15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。
2、PLC的选型
因需要7个输入点，14个输出点，考虑到实际应用中留有一定的I/O端口余量，且电铃为直流负载，由于三菱FN2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场，本次设计也是小型的控制系统，我们学习的也是三菱的FX2N系列的PLC，根据上一章的知识，所以我们采用我们熟悉的三菱FX2N-32MR-001来控制该系统
3、PLCI/O端口的分配
根据功能的要求，我统一了I/O接点的分配，如下图
输入
输出
X0启动按钮
Y0时间显示译码芯片7448A脚
X1停止按钮
Y1时间显示译码芯片7448B脚
X2分钟调节
Y2时间显示译码芯片7448C脚
X3小时调节
Y3时间显示译码芯片7448D脚
X4星期调节
Y4选择小时十位数7448芯片LTRBIRBO
X5.计时开始
Y5选择小时个位数7448芯片LTRBIRBO
X6假期控制按钮
Y6选择分钟十位数7448芯片LTRBIRBO
Y7选择分钟个位数7448芯片LTRBIRBO
Y10星期显示译码芯片7448A脚
Y11星期显示译码芯片7448B脚
Y12星期显示译码芯片7448C脚
Y13星期显示译码芯片7448D脚
Y14星期显示7448芯片LTRBIRBO
Y15打铃的输出
4、系统I/O接线图
5、系统流程图
系统流程图如下图所示：
控制程序是本系统的核心部分，任何外部硬件都是在程序的控制下进行运转的。
为了便于分析，下面将分段对程序进行注释该系统软件由计时及时间调节程序，显示程序，作息时间表程序和控制程序四个结构组成。
三、软件设计及简介
1.计时及时间调节程序
（1）m8011为1ms周期振荡，x2为分钟调节按钮，m8014为1min振荡，当x5得电，每过一分钟c0实现自动加1。
（2）x2为分钟调节按钮，按x2可通过m8011一起使c0计数增加，从而调节分钟。
（3）x3为小时调节按钮，当c0计满到60时，c0常开闭合小时数c1自动加1并使c0从0开始计数。
（4）X4为星期调节按钮，当小时数c1计满到24时，星期数自动加1并使c1复位。
C2计数满7时也会自动复位。
2.显示程序
（1）BCD转换指令是将源元件中的二进制数转换成BCD码送到目标元件，分别将C0内的数据换成BCD码送到M200—M207，C1内的小时数据换成BCD码送到M210—M217，C2内的星期数据换成BCD码送到M220—M227
（2）通过MOV传送指令将BCD码分别输入，通过7448七段显示译码器驱动共阴极显示器显示数码。
M100导通将M214—M217的数据转移到Y0-Y3中，Y0-Y3接到时间显示译码芯片7448的A,B，C,D脚，由7448内部结构，驱动共阴极显示器显示数码，现实的数为小时的十位数；同理M210-M213,M204-M207,M200-M203分别转移到Y0-Y3,M220-M227的数据转移到Y010-Y013，驱动共阴极显示器显示数码，显示的分别为小时的个位，分钟的十位，分钟的个位，以及星期。
时间继电器T200,T201,T202,T203分别计时一次为10ms，理论上数码管显示是一闪一闪的，但由于频率高，人眼不易看出来。
此时T203又对所有的时间继电器进行复位，以便下一个扫描周期使用。
3.作息时间表程序
（1）MUL和ADD指令一起作用是将当前时间计算为分钟数放到数据寄存器D1中
（2）CMP指令则是将当前分钟值与设定值进行比较决定对哪个辅助继电器输出
例如【CMPD1K360M0】若D1中的数小于360，则‘M0=1’,R若D1中的数等于360，则‘M1=1’，若D1中的数大于360，则‘M2=1’.最后两行指令是判断是否为周六周日，若是，则后面的控制程序就不用运行。
4、控制程序
由作息时间程序知，若是上课时间点时是M10,M16,M22,M28,M37,M43,M49,M55中与时间点对应的辅助继电器的那个运作并上升沿输出M100;若是下课时间点M13,M19,M25,M31,M40,M46,M52,M58中与时间点对应的辅助继电器的那个Y运作并上升沿输出M101;若是其他时间点到，M1,M4,M7,M34,M61,M64,M67,中与时间点对应的那个辅助继电器运作并上升沿输出M102。
5、电铃控制程序
当上课信号M100来到时，分别由T10和T11定时器控制让其分别响0.5秒，停0.5秒并由T9控制让其响铃15秒
当下课信号M101来到时，分别由T20,T21定时器控制。
T20为你设定铃声响的定时器，为2秒；T21为设定的铃声停的定时器，为1秒，并由T9控制响铃为15秒
当信号M102来到时，由T9控制让其连续响铃15秒。
四、设计总结
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，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。
在理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没做课程设计之前，对一些细节不太重视，当我们把自己想出来的程运用到PLC上的时候，问题出现了：
不是不能运行，就是运行的结果与课程设计的要求不相符合。
通过解决一个个在调试过程中出现的问题，我们对PLC的理解与认识得到就加强；看到了理论与实践的差距；意识到没有理论的知识的支持，实践是无从下手的，理论与实践相结合，可以使我们的整体素质得到提高。
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