PLC课程设计自动打铃控制器.doc

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1、课程设计(论文)题 目 名 称 自动打铃控制器 课 程 名 称 PLC原理及应用 学 生 姓 名 学 号 1241202012 系 、专 业 电气工程系自动化 指 导 教 师 2014年11月14日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业12自动化学生姓名 学号1241202012题目名称自动打铃控制器设计时间2014/11/3 -2014/11/14课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306） 一、 课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计

2、的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、 已知技术参数和条件为我们邵阳学院设计一个自动打铃控制器。对自动打铃控制器的要求如下：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。每次打铃的时间为15秒。星期六，星期日不打铃。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。具有时间（分，小时，星期）调整的功能。三、

3、 任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、设计好顺序功能图3、系统的T形图按照要求书写课程设计报告注： 1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套，FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。 FX2N系列、S7系列产品说明书；FX2N系列实验装置实验指导书；五、进度安排2014年11月3日-4日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2014年11月5日-6日：总体方案设计2014年11月7日-8日：外部接线图

4、2014年11月9日-10日：T形图设计2014年11月11日-12日：系统调试改进2014年11月13日：整理书写设计说明书2014年11月14日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签字）： 学生（签字）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 张贤航 学 号 1241202012 系别 电气工程系 专业班级 12自动化 题目名称 自动打铃控制器 课程名称 PLC原理及应用 一、 学生自我总结 在这次课程设计中，首先我学会了如何团队合作，我们小组成员高效率的完成了这次PLC课程设计，其次我学会了如何使

5、用设计系统的PLC外部接线图，在调试过程中，尽管都把线路给连接出来了，但出现了几处错误，自己研究了很久始终研究不出问题。但经过组长的帮助。问题自然迎刃而解。从而我发现自己在连线方面还不太熟悉。在芯片的链接方便还不够熟练。多应加学习练习！ 学生签名： 2014年 11月14 日二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日摘要 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

6、强等特点。该系统用于学校电铃自动控制，具有周末和假期控制功能和星期与时间的功能。关键词：作息时间控制系统，PLC，I/O接线，软件设计 目 录一、方案论证 1、PLC控制 二、 系统总体设计 1、 系统概述 2、 PLC的选型 3、PLC I/O端口分配 4、系统I/O接线图 5、系统流程图 三、 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 五、 参考文献 概 述PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新

7、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

8、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

9、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、方案论证1、PLC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

10、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。 (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

11、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1002mm，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。 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

12、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

13、；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-

14、32MR-001来控制该系统3、 PLC I/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X000启动按钮Y0时间显示译码芯片7448A脚X001停止按钮Y1时间显示译码芯片7448B脚X005分钟调节Y2时间显示译码芯片7448C脚X004小时调节Y3时间显示译码芯片7448D脚X003星期调节Y4选择小时十位数数码管使能口X002.计时开始Y5 选择小时个位数数码管使能口Y6 选择分钟十位数数码管使能口Y7 选择分钟个位数数码管使能口Y010选择星期天数码管使能口Y15打铃的输出图1.4、 系统I/O接线图图2.系统I/O接线图5、系统流程图系统流程图如下图所

15、示：图3.流程图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图4.（1） m8013为1ms周期振荡，X005为分钟调节按钮，m8014为1min振荡，当X005得电，每过一秒c0实现自动加1。（2） X004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 。（3）X003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。

16、 2. 显示程序 图5.图6. (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M200M207，C1内的小时数据换成BCD码送到M210M217，C2内的星期数据换成BCD码送到M220M223 (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M214M217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-M

17、203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. 作息时间表程序图7.（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【CMP D1 K480 M0】若D1中的数小于480，

18、则 M0=1 ,若D1中的数等于480，则M1=1，若D1中的数大于480，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、电铃控制程序 由作息时间程序知，若是上课时间点时是M0, M6, M12, M18 .,中与时间点对应的辅助继电器的那个运作; 若是下课时间点M3 ,M9 ,M15 ,M21,.中与时间点对应的辅助继电器的那个Y运作; 图8 电铃控制图 当上课信号M0来到时，分别由8013脉冲控制让其分别响0.5秒，停0.5秒并由T2控制让其响铃15秒。当下课信号M3来到时，分别由T3 ,T4定时器控制。T4为你设定铃声响的定时器，为2秒；T3为设定的

19、铃声停的定时器，为1秒，并由T2控制响铃为15秒。四、 设计总结通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，

20、每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法，以此来比较选出最好的方案。参考文献1王也仿主编.机械工业出版社2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，20013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，20054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）5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，20046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，19937吕景泉可编程控制器技术教程北京：高等教育出版社，2001