基于PLC的自动打铃控制器的设计毕业设计论文.docx
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基于PLC的自动打铃控制器的设计毕业设计论文
本科生毕业设计
基于PLC的自动打铃控制器的设计
毕业设计课题任务书
院（系）：
电气与信息工程学院专业：
自动化
指导教师
学生姓名
课题名称
基于PLC的自动打铃控制器的设计
内
容
及
任
务
内容：
根据学校作息时间表,该控制系统的要求如下:
1.上课铃与下课铃要分开（铃声响的频率不一样）,起床.晚自习等时间的铃声为连续打铃,每次打铃的时间为20s.
2.要具备时间调整功能.
3.星期六.星期日不打铃,星期一至星期五按下表所示作息时间表打铃.
4.具有时间显示功能,要有分.时和星期的显示.
作息时间表
6:
00起床
15:
30-16:
15第七节课
6:
20-6:
40做操
16:
25-17:
10第八节课
6:
40-7:
30早餐
17:
10-18:
00晚餐
8:
20第一节预备上课铃
18:
00-18:
45第九节课
8:
30-9:
15第一节课
18:
55-19:
40第十节课
9:
25-10:
10第二节课
19:
50-20:
35第十一节课
10:
30-11:
15第三节课
22:
00就寝
11:
25-12:
10第四节课
23:
00熄灯
12:
10-13:
20午餐.午休
13:
20第五节预备铃
13:
30-14:
15第五节课
14:
25-15:
10第六节课
主要任务：
1、确定总统方案和流程框图；
2、根据任务要求选择硬件设备；
3、编出PLC控制程序。
拟
达
到
的
要
求
或
技
术
指
标
拟达到的基本要求：
能根据学校作息时间表,控制打铃上课铃与下课铃要分开（铃声响的频率不一样）,起床、晚自习等时间的铃声为连续打铃,每次打铃的时间为20s。
星期六、星期日不打铃,星期一至星期五按作息时间表打铃，具有时间显示功能,要有分、时和星期的显示,要具备时间调整功能。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2007/4/18～2007/4/20
学生收集资料、熟悉毕业设计课题
2007/4/20～2007/4/23
总体方案设计
2007/4/23～2007/4/30
硬件系统设计
2007/4/30～2007/5/14
软件系统设计
2007/5/14～2007/6/5
编写毕业设计说明书
2007/6/6～2007/6/11
教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩
2007/6/12～2007/6/15
毕业设计答辩
主
要
参
考
资
料
[1]陈立定，吴玉香，苏开才．电气控制与可编程控制器．广州：
华南理工大学出版社，2001
[2]钟肇新，彭侃．可编程控制器原理及应用（第3版）．广州：
华南理工大学出版社，2005
[3]金广业，李景学编．可编程序控制器原理与应用．北京：
电子工业出版社，1991（TP301/5）
[4]史国生编．电气控制与可编程控制器技术．北京：
化学工业出版社，2004
[5]杨振兴，陈登顺．可编程序控制器原理和应用．长沙：
中南工业大学出版社，1993
[6]吕景泉．可编程控制器技术教程．北京：
高等教育出版社，2001
[7]胡学林．可编程控制器应用技术．北京：
高等教育出版社，2001
[8]日本三菱公司．三菱微型可编程控制器MELSEC-FFX系列编程手册．1998
[9]日本三菱公司．三菱微型可编程控制器MELSEC-FFX系列特殊模块编程手册．1998
[10]刑郁甫、杨天民、赵积善编. 新编实用电工手册,北京：
地质出版社，1997
教研室
意见
签名：
年月日
院（系）主管领导意见
签名：
年月日
大学
本科毕业设计开题报告
学院、系：
电气与信息工程学院
专业：
自动化
学生姓名：
班级：
学号
指导教师姓名：
职称
题目：
基于PLC的自动打铃控制器的设计
1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。
在当今社会，人们的生活质量日益提高、科技的发展也使人们的工作更加轻松。
自动控制工业的发展出现了越来越多的自动化产品，使人们摆脱了以前的烦琐体力劳动。
在众多的控制设备中由于PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，所以PLC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，成为工业自控设备之首。
在PLC应用方面，我国也很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。
但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。
可以预计21世纪可编程控制器将会有更大的发展，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及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能水平更高的品种出现。
从产品规模上看，会进一步向超小型及超大两个方向发展。
从产品的配套性能上看，产品的品种会更丰富、规格会更齐备。
完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。
从网络的发展状况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用。
PLC对实现我国工业自动化有重要的意义。
电铃在现代社会中应用的非常广泛，学校、机关、工厂、车站、码头、医院、邮电等企事业单位通常都是以电铃作为作息时间信号,铃声已日益成为人们生活中的一部分。
铃声作为作息时间信号，最原始的控制方式就是人工控制。
按照作息时间表敲铃，以及后来出现了电铃但没有能实现自动控制而是由人工按电钮开关来使电铃发出铃声都是人工控制方式。
随着计算机技术、自动控制技术和通讯技术的发展，出现了新兴的技术-电气控制与可编程控制技术，而计算机向微型方向的一个分支发展，则出现了主要是用于控制领域的单片机。
由于这些新兴的控制技术的各种应用芯片的发展。
目前的自动打铃器，主要包括用单片机控制、用PLC控制、用电脑程序控制、用继电器控制这几种控制方式。
继电器控制的优点是较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强。
但是，这也是随之带来的一些问题。
绝大多数控制继电器在长期磨损和疲劳工作条件下，容易损坏。
而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。
再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。
在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。
并且继电器控制系统要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。
总的来说这种控制方式只适用于对控制对象要求不高的小型控制系统中。
单片机靠执行指令来完成各种功能，不论多高的工作时钟频率或多么好的指令时序，其排队式串行指令执行方式使得工作速度和效率大打折扣。
在高速实时仿真、高速数据采集等方面显得力不从心。
单片机的复位工作方式使单片机工作之初需花一段时间经历复位过程，工作时在某种干扰性突变情况下，也会复位，复杂的复位过程很可能就是工作不可靠的根源。
单片机在偶然因素下，会引起程序跑飞。
虽然有“看门狗”或其他抗干扰措施，在极复杂的情况下，单片机的程序仍存在跑飞的可能，从而进入“死机”。
在单片机系统中，单片机的芯片通过印制板与系统中由其他集成电路组成的逻辑电路相连。
一旦改变设计，可能重新制版，加长了开发周期。
PLC控制方式可靠性高，抗干扰能力强高,易学易用，系统的设计、建造工作量小，维护方便，用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。
学校以及一些企事业单位通常使用电铃声作为上下班、上下课等作息时间信号。
电铃已是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备。
铃声的自动控制系统摆脱人工打铃、打钟的繁琐，铃声的单调乏味，以及控制时间的长短不便，把人们从繁烦的操作中解放出来，也最大限度的缓解各企事业单们的资金负担,所以说自动打铃器有着广阔的市场,非常好的前景。
用PLC控制方式具可靠性高，抗干扰能力强的特点，更能适应恶劣的环境。
设计采用的是FX2N-32MR-001PLC来控制数码管的显示和铃声的输出，时、分、星期显示均采用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周末、假期控制功能。
3.工作进度及具体安排。
2007/4/18～2007/4/20学生收集资料、熟悉毕业设计课题
2007/4/21～2007/4/23总体方案设计
2007/4/24～2007/4/30硬件系统设计
2007/5/1～2007/5/14软件系统设计
2007/5/15～2007/6/5编写毕业设计说明书
2007/6/6～2007/6/11教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩
2007/6/12～2007/6/15毕业设计答辩
4.指导教师意见。
指导教师：
年月日
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。
电铃已是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备，随着社会的发展不但对其需求量越来越大，对电铃的自动控制要求也越来越高，于是人们设计了通过不同控制方式来实现的自动打铃系统。
本文介绍一种采用三菱PLC控制的作息时间自动打铃控制系统，详细地阐述了系统的组成、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。
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：
作息时间控制系统，PLC，I/O接线，软件设计
ABSTRACT
Schoolusestheelectricitytinkleofbellstobeworkandresttimesignalsuchasonoroffduty,goingaheadtofinishclassgenerallyaswellassomeanxiouslyexpectinstitution.Theelectricbellhasalreadybeenthatschoolandafewanxiouslyexpectessentialequipmentofinstitution,hasbeenwiththedevelopmentofsocietynotonlymoreandmorebigtoit'sneedamounts,theautocontroltotheelectricbellhasdemandedalsomoreandmorehighly,peoplehasdesignedthattheautomationbythefactthatdiversitycomestruecomingthecontrolmodestrikesbellsystemthereupon
OnekindoftheworkandrestthatPLCcontrolswithadoptMitsubishitimethemainbodyofabookisintroducedhasstrickenbellnavalvoluntarily,composition,systemhardwareconnectionandsystemsoftwarehavingsetforthsystemdetailedlyhavedesigned,andintroduceddetailedlysystemoperatingprinciple.Thatsystemiseasytohavetheoutsidesettingupthecircuitdeploygoingtothelavatorysimple,extended,handle,thegoodpragmatismofreliabilitywaitsforacharacteristicbyforce.Haveowedsystemtheautocontrolbeingusedforschoolelectricbell,havehadtheweekendandvacationcontrollingthefunctionandtheweekdisplayfunctionwithtime,haverealizedtheautomationthattheworkandresttimeself-servicecontrols,havescientistadministrationandoperation.
Keywords:
Controlsystemofdailyschedule,PLC,I/Oworksatelephoneswitchboard,Thesoftwareisdesigned
第1章绪论
1.1系统背景
学校、机关、工厂、车站、码头、医院、邮电等企事业单位通常都是以电铃作为作息时间信号,铃声已日益成为人们生活中的一部分。
铃声作为作息时间信号，最原始的控制方式就是人工控制。
按照作息时间表敲铃，以及后来出现了电铃但没有能实现自动控制也是由人工按电钮开关来电铃发出铃声都是人工控制方式。
随着计算机技术、自动控制技术和通讯技术的发展，出现了新兴的技术-电气控制与可编程控制技术，而计算机向微型方向的一个分支发展，则出现了主要是用于控制领域的单片机。
由于这些新兴的控制技术的各种应用芯片的发展，人们用不同的方法实现打铃的自动化。
目前的自动打铃器，主要包括用单片机控制、用PLC控制、用电脑程序控制、用继电器控制这几种控制方式。
1.2课题的目的和意义
本次设计的作息时间控制系统采用的是可编程控器控制方式。
可编程控制器的英文为ProgrammableController，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。
由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC；加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器（PLC-ProgrammableLogicController），为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。
国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：
“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令并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。
可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
”由于PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，所以PLC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,成为工业自控设备之首。
在PLC应用方面，我国也很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。
但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。
可以预计21世纪可编程控制器将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及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能水平更高的品种出现。
从产品规模上看，会进一步向超小型及超大两个方向发展。
从产品的配套性能上看，产品的品种会更丰富、规格会更齐备。
完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工来控制场合的需求。
从网络的发展状况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展主向。
伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用。
PLC对实现我国工业自动化有重要的意义[1]。
虽然用其它三种控制方式也可以实现作息时间控制的自动化，但是用PLC控制方式具可靠性高，抗干扰能力强的特点，PLC无故障时间高达30万小时，更能适应恶劣的环境。
铃声的自动控制系统摆脱人工打铃、打钟的繁琐，铃声的单调乏味，以及控制时间的长短不便，把人们从繁烦的操作中解放出来，也最大限度的缓解各企事业单们的资金负担，真正实现打铃的无人看守。
1.3本人的主要工作
本课题主要通过研究PLC来控制打铃和时间星期显示来了解PLC的工作原理及编程方法。
硬件电路的设计,分析电铃电路了解电铃的工作原理,了解各种显示器的型号及工作原理，查阅资料选择七段译码显示器芯片，分析系统控制的输入与输出点数，
根据输入输出点数确定PLC的型号，设计PLC控制系统的I/O接线图，根据系统总体要求编写梯形图，最后用GXDeveloper软件进行仿真调试，调试的结果很成功，该系统能根据作息时间表自动控制电铃,有时间、星期显示及周末、假期控制功能。
第2章方案的论证
2.1继电器控制
继电器控制的优点是较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强。
但是，这也是随之带来的一些问题。
绝大多数控制继电器在长期磨损和疲劳工作条件下，容易损坏。
而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。
再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。
在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。
并且继电器控制系统要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。
总的来说这种控制方式只适用于对控制对象要求不高的小型控制系统中[2]。
2.2单片机控制
单片微型计算机（Single-ChipMicrocomputer），简称单片机，就是将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器/计数器、输入/输出接口（I/O口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。
单片机的主要特点有：
可靠性高、便于扩展、控制功能强、低电压、低功耗、
片内存储容量较小,除此之外单片机还具有集成度高，体积小，性价比高，应用广泛，易于产品化等特点。
但是，单片机存在不可克服的缺点和弱点，如：
低速 单片机靠执行指令来完成各种功能，不论多高的工作时钟频率或多么好的指令时序，其排队式串行指令执行方式使得工作速度和效率大打折扣。
在高速实时仿真、高速数据采集等方面显得力不从心。
复位工作方式 单片机工作之初，需花一段时间经历复位过程；工作时，在某种干扰性突变情况下，也会复位，复杂的复位过程很可能就是工作不可靠的根源。
程序跑飞 偶然因素，会引起程序跑飞。
虽然有“看门狗”或其他抗干扰措施，在极复杂的情况下，单片机的程序仍存在跑飞的可能，从而进入“死机”。
在单片机系统中，单片机的芯片通过印制板与系统中由其他集成电路组成的逻辑电路相连。
一旦改变设计，可能重新制版，加长了开发周期。
2.3PLC控制
（1）可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触控制系统相比，电气接线及开关接点已减少到原来的数百甚至数千分之一，故障也将随之大大降低。
此外，PLC具有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。
在应用软件中，用户还可以编入外围器件的故障自诊断程序，是系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统就具有了极高的可靠性[3]。
（2）配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各个规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能外，现代PLC大多数具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备，其编程语言易于为工程技术人员接受。
像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现继电接触器电路的功能。
（4）系统设计周期短，维护方便，改造容易
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序来改变生产过程成为可能。
因此很适合多品种、小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，其新近产品的品种底部尺寸小于100
，重量小于150g，功耗。
仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
由于作息时间自动控制系统，要求能长期稳定工作，软件可修改性强和设备易于维护，综合上述各控制方式的特点该系统采用PLC来控制。
第3章可编程控制概述
3.1可编程控制器的基本概念
国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：
“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、定时、记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安装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。
”
（1）可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。
事实上，可编程控制器无论从内部构造、功能及工作原理上看都不折不扣的是计算机。
（2）可编程控制器是“为工作环境下应用”而设计的计算机。
工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，是它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。
为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不可能做到的。
因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。
（3）可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。
它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。
也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各个场合，是一种通用的工业控制计算机。
相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，
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