基于PLC控制的作息时间控制系统.docx

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基于PLC控制的作息时间控制系统

第一章绪论

1。

1引言

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。

作息时间控制；PLC;软件设计

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内容。

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，在一定的时间内能够自动打铃，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及时间.

（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，分的个位及十位均显示“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及分个位移位脉冲。

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中,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的状态已移至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SB6，此时X5闭合，计数器C12经过一次技术后动作，其常开岔点闭合，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。

3.3.5数字显示原理

开机时，时间显示为星期1,00时00分。

数字显示原理如图5所示。

图5数字显示原理

PLC的输出点Y0～Y6分别街道七段数码管的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Y1和Y2有信号输出，它的十进制常数为K6=1ⅹ2+1ⅹ4，即K6转换为二进制数正好满足要求.再把常数值K6有MOV指令传送到相应的数码管中就可以显示数字了。

表3为显示数字0~9的常数值。

各辅助继电器与其对应的时间见表4.

表3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

1

0

K102

5

1

1

0

1

1

0

1

K109

6

1

1

1

1

1

0

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

K11

表4各辅助继电器所对应的时间

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

M25

M46

数码管的动态扫描梯形图如图6初始状态时，辅助继电器M10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的常开触点又使计数器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”，依次类推。

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.

图6作息时间PLC控制器数码管动态扫描梯形图

由于辅助继电器M100—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。

3.3.6广播、灯、打铃程序设计

当到达规定时间时，该时间所对应的辅助继电器将得电，其常开触点闭合，从而对广播、灯、电铃惊醒控制.

3.3.6。

1广播控制的设计

广播控制梯形图如图7所示.当到放广播的时间时，以下各组辅助继电器：

（M34、M27、M16、M1），（M34、M23、M13、M1）,（M27、M15、M1），（M30、M18、M33、M1）中有一组的常开触点闭合,辅助继电器M52得电闭合,使得输出继电器Y23线圈得电并自锁，此时开始放广播.当需要手动放广播时,只需按下按钮SB7,则X6闭合，输出继电器Y23得电并自锁，也能达到放广播的目的。

图7作息时间PLC控制器广播制梯形图

当到关广播的时间时，以下各组辅助继电器：

（M21、M14、M34、M1），（M28、M16、M34、M1）,（M27、M18、M1），（M34、M23、M16、M1）中有一组的常开触点闭合,辅助继电器M53线圈得电闭合,串接在辅助继电器Y23线圈中的常开触点断开，输出继电器Y23断电，停止播放广播。

3.3。

6。

2灯的控制的设计

灯的控制梯形图如图8所示。

图8作息时间PLC控制器灯控制梯形图

当到学校开灯的时间时,以下两组辅助继电器：

（M35、M21、M16、M1）,（M27、M15、M1）的常开触点中有一组闭合，辅助继电器M54线圈得电闭合，其串接在输出继电器Y21上的常开触点闭合，使输出继电器Y31得电并自锁，打开电灯开关.当需要手动开灯时,只要按下按钮SB9，则X10闭合，使输出继电器Y21得电并自锁，打开电灯开关.

当到熄灯的时间时，以下两组辅助继电器:

（M35、M22、M16、M1），（M27、M17、M1）的常开触点中有一组闭合，辅助继电器M55线圈得电闭合并产生一个扫描周期的脉冲信号，使其串接在输出继电器Y21线圈上的常开触点断开，输出继电器Y21断开,电灯熄灭。

当需要手动关灯时，只需按下按钮SB10,则X11闭合，辅助继电器M203得电，串接在输出继电器Y21上的常开触点断开，使输出继电器Y21断电。

3.3。

6.3电铃控制的设计

电铃控制梯形图如图9所示。

当到程序设计的打铃时间时，该时间段辅助继电器的常开触电闭合,使得辅助继电器M50线圈得电，并产生一个扫描周期的上升沿微分脉冲信号，辅助继电器M50的常开触电闭合，接通输出继电器Y22线圈电源，Y22闭合并自锁，电铃开始打铃。

同时,定时器T3开始计时，计满15s后，串接在输出继电器Y22线圈上的定时器T3的常闭触点断开，使输出继电器Y22和定时器T3失电，定时器T3复位，打铃停止。

如果需要手动打铃,只需按下SB3，此时X2闭合,接通输出继电器Y22线圈电源，Y22闭合并自锁，开始打铃.

图9作息时间PLC控制器电铃控制梯形图

3.3。

6。

4双休日控制的设计

双休日控制梯形图如图10所示。

每星期5下午晚餐时，辅助继电器M44、M34、M28、M16、M2的常开触点闭合，辅助继电器M56闭合并自锁，其串接在输出继电器Y21、Y22、Y23上的常闭触点断开，输出继电器Y21、Y22、Y23将得不到脉冲信号。

星期日下午18：

00,辅助继电器M46、M34、M28、M18、M10的常开触点将闭合,辅助继电器M45产生一个扫描周期的输出信号,其串接在辅助继电器M56中的常闭触点断开,辅助继电器M56失电，串接在输出继电器Y21、Y22、Y23上的辅助继电器M56的常闭触点复位,使输出继电器Y21、Y22、Y23能够得到脉冲信号而恢复正常工作。

图10作息时间PLC控制器双休日控制梯形图

3.4作息时间PLC控制器总梯形图

作息时间PLC控制器总梯形图如附图所示.

第四章参考文献

4.1参考文献

1、《电气控制与可编程序控制器》电子工业出版社薛士龙主编

2、《PLC原理与应用》（三菱FX系列）清华大学出版社俞国亮主编

3、《PLC实用程序及设计》西安电子科技大学出版社贺哲荣、石帅军主编

第五章附录

作息时间PLC控制器总梯形