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1、本科毕业设计（论文）中文摘要TitleDeSignOfIibraryintelligentSeatSyStCmbasednilPLCAbstractThispaperintroducesakindoflibraryintelligentseatsystembasedonPLC.Thesystemusesmagneticinductionsensorforuseridentification,usespressuresensorforseatoccupancydetection,andrealizestheexpansionandrecoveryoftheseatthroughPLCcontro
2、lmotor.Atthesametime,combinedwithWinCCtouchscreen,realizesthereal-timemonitoringandcontroloftherunningstateoftheseat.Theexperimentalresultsshowthatthesystemcanaccuratelyjudgewhethertheseatisoccupiedornot.Whenjudgingthattheseatisunoccupied,thesystemwillautomaticallywithdrawtheseat,whichgreatlyimprove
3、stheutilizationefficiencyoftheseat,andalsoprovidesreaderswithamoreconvenientandcomfortablereadingandlearningenvironment.Thelibraryintelligentseatsystemstudiedinthispaperwillbringnewfieldsandideasforlibraryresourcemanagement,andhasimportantapplicationprospectsandpracticalsignificanceinimprovingmanage
4、mentefficiencyandoptimizingresourceutilization.Atthesametime,thePLCcontroltechnologyandsensordetectiontechnologyintroducedinthispapercanalsobeeffectivelyappliedinotherfields,toprovidehugehelpforindustrialautomationandintelligence.KeywordsLibrarySeatOccupyingPLCSensorHMI目录第一章绪论21.1 图书馆智能座椅系统的背景及意义21.
5、2 国内外图书馆智能座椅系统的研究现状31.3 本文主要研究内容与章节安排4第二章系统总体方案设计52. 1永*f52.1 系统结构设计52.2 系统功能设计6第三章系统硬件设计73. 1I/O口的设计分配183.1 控制器的选型73.2 触摸屏的选型93.3 控制元件的选型103.5PLC模拟量模块83.6系统电路图的设计14第四章系统软件设计181.1 梯形图编程设计方法201.2 系统功能流程图设计201.3 梯形图程序的设计与分析231.4 WinCC组态的建立27第五章系统测试结果与分析315. 1PLC程序仿真结果分析316. 2WinCC组态仿真36结论45致谢46参考文献47第
6、一章绪论1.1 图书馆智能座椅系统的背景及意义1.1.1 图书馆智能座椅系统的研究背景随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，智能化已经成为了当今社会的一个重要趋势，而图书馆作为文化传承的重要场所之一，也必须与时俱进，不断进行现代化的改造。与此同时，随着国家实行高校扩招政策的时间越来越久，高校在校人数及考研学生人数越来越多，图书馆的座位资源越发紧张，占座现象也是层出不穷、屡禁不止。近年来，各大高校针对占座现象也采取了自己的方式，根据调查，目前被广泛应用的一种方法是利用微信小程序实现座位的在线预约，当然也有很多高校采取的是传统人工监督的方式。例如我校针对占座现象采取的措施是在每日闭馆前清理桌上书
7、籍物品，将其移至统一地点，但此法只适用于防止隔天占座，当日占座的现象仍无法避免，且还可能会引发学生与图书馆管理员之间的矛盾。因此，本文旨在针对图书馆占座的问题，以PLC技术为核心，设计一种基于PLC的图书馆智能座椅，实现座位管理的智能化，提高图书馆座位的利用率和管理效率，为图书馆管理带来一定的变革。1.1.2 课题研究的目的和意义目前，图书馆座位被占用的情况比较普遍，导致许多学生无法找到座位学习，影响了图书馆的服务质量和效率。通过引入基于PLC的智能座椅，可以自动识别座位是否被占用、自动释放座位、提供座位使用情况查询等功能，有效避免座位被长时间占用，提高图书馆座位利用率，提高学生的学习效率。其
8、次，智能座椅系统可以为学生提供更加便捷的服务，学生只需要在选座屏幕中点击想选择的座位号即可预定座位，避免了长时间寻找空座位的烦恼，提升了学生们的使用体验。本系统主要采用以PLC为核心的设计，实现座椅整体控制。相比其他方案，该系统具有高可靠性和广泛适用性，其程序编写相对简单且日常维护方便。此外，使用相关组态软件可以监控系统运行状态，极大地方便了故障排除工作皿。本课题的研究成果可以为高校图书馆提供一种新型的座位管理方式，为高校图书馆的管理和服务水平提供有力的支持，当技术成熟时，就可以推广其在图书馆座位管理领域的应用，同时也可以为PLC技术在其他领域的推广和应用提供参考。1.2 国内外图书馆智能座椅
9、系统的研究现状1.2.1 国外图书馆智能座椅系统的研究现状国外对于图书馆座位资源的利用与管理，根据各国的具体情况，有着不同的重视程度与研究方向。在欧洲，像英国、德国和法国这样的国家，由于本身的国情和其他原因，其座位资源可以满足日常使用需求。因此，这些国家没有专门的座位管理系统，并且大学图书馆对市民开放，普通市民可以像大学生一样自由进出自习室。在美国，有发达的经济，加上一些城市如纽约等拥有丰富的教育资源以及庞大的人口基数，导致图书馆资源相对紧张。为了解决这个问题，一些大学和大型图书馆实施了座位预约系统。早期的预约系统采用的是客户机/服务器模式，随着互联网的发展，它逐渐演变成浏览器/服务器模式。目
10、前，一些预约系统还提供第三方平台（例如FaCebOok）的预约功能”。在亚洲一些较为发达的国家（如日本和韩国），由于土地面积有限、人口密集，尤其是在教育资源丰富的地区，图书馆座位非常紧缺。因此，这些国家非常注重座位资源的管理和利用，通常也会采用浏览器/服务器模式的系统进行管理，除此之外，学生还需要使用自身的ID来进行身份验证，身份验证成功后才可进行预约加。另外，在南非的一些国家大都会采用基于物联网技术的座位管理系统，通过利用RFlD传感器和FSR传感器来搭建系统，实现座位的预约及显示占用情况网。1.2.2 国内图书馆智能座椅系统的研究现状我国对于图书馆座位管理系统的研究比较多且深入，而图书馆座
11、位资源的紧张问题在国内更典型，这是由高校扩招以及就业形势严峻所引起的问题之一。因此国内有很多学者纷纷研究该如何更高效、更充分地利用图书馆座位资源。上世纪80年代，国内已有研究人员开始逐步发展图书馆管理系统，并于90年代研发出具有局域网功能的图书馆管理系统。而在二十世纪初，各大高校已开始思考如何合理利用图书馆座位资源。从最初的现场监督、凭号码牌入座，到如今的各种座位管理系统，尽管这些措施在很大程度上遏制了占座行为，提高了座位资源的利用率，但仍存在一些缺陷。在图书馆座位管理系统研发的早期，一些高校图书馆只使用硬件进行管理。以东南大学图书馆为例，他们采用红外线接近技术，而东北农业大学图书馆则使用单片
12、机读卡器来检测座位是否被占用。然而，自2010年起，一些高校图书馆开始通过购买企业产品或用自主研发图书馆座位管理系统的方式解决座位占用问题。比如，清华大学设计了一款基于校园一卡通的智能图书馆座位管理系统，与其门禁系统相结合，实现了座位查询、选择、保留和退出功能。近几年，国内大多数高校都与微信合作，将座位资源管理与微信公众号结合，解决了座位预约、占用判断和释放座位等问题。例如，胡淑霎等人引入了微信小程序在图书馆座位管理系统中，将座位信息与校园卡绑定，以便系统统一管理座位和学生信息。孟子翔等人研发了基于RFID技术的自习室座位动态分配系统，实现对学生的身份验证，同时结合VB6.0技术提高了系统的稳
13、定性咒除此之外，还有基于机器视觉技术以及GPS定位技术的图书馆座位管理系统L总之，虽然国内对图书馆座位管理系统的研究起步较晚，但目前已经有了很多的实践和探索。这些新型技术和服务，不仅可以更加精准地捕捉座位信息，还可以通过数据分析和管理平台优化图书馆座位资源的管理和利用。未来，随着技术的不断发展和应用，我们有理由相信国内图书馆的智能化建设将会迎来更好的发展机遇。1.3 本文主要研究内容与章节安排本文主要对图书馆智能座椅系统进行了完整设计，运用PLC控制、传感器检测、电机驱动和触摸屏等技术，来实现系统的设计。在本系统中以SlMATICS7系列的S7-1200作为控制器，通过开关、检测传感器等输入信
14、号，控制电机的时序动作和状态，最终能够有效地对座椅的展开和收回进行控制。本文的具体研究内容及结构安排如下：第一章，主要介绍了课题的研究背景、目的及意义，图书馆智能座椅国内外的研究现状。第二章，主要讲述了对图书馆智能座椅系统总体方案的设计，对系统设计的步骤、结构以及功能作出了大致的构思，以便更好地进行下面的工作。第三章，通过查阅各项文献资料，对图书馆智能座椅系统各个部分的硬件进行了选型，包括PLC控制器、触摸屏、电机及传感器，最终绘制出了完整的电路原理图,并且通过分析系统的功能需求，给出了PLC的I/O分配表。第四章，重点介绍了图书馆智能座椅系统的软件实现，设计了控制系统整体的软件流程图，给出了
15、系统各功能对应的程序，并对其作出了详细的说明，同时也对WineC组态界面的建立作出了详细的说明。第五章，主要分析了图书馆智能座椅系统梯形图的仿真过程、WinCC组态仿真过程以及实验室PLC组态联调过程。第二章系统总体方案设计图书馆智能座椅系统是一种自动化座位管理系统，而相较于其他用计算机软件实现的座位管理系统，本系统是通过对图书馆现场座椅的展开和收回进行控制而实现的，它可以让寻求座位的读者在现场很清楚的看到座位的占用情况，因为一旦有人超过时限而未回归座位，座椅就会被收回，因此本系统能够切实做到提高座位资源的利用效率和管理效率,而通过PLC控制来实现系统的设计首先就需要对方案进行设计。2.1 系
16、统步骤设计PLC控制器可以利用数字量输入、模拟量输入和输出来管理机械设备和生产过程。其内部存储并执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令。所以在用PLC设计系统时，需要有以下步骤：（1）首先分析具体被控对象，确定系统所需要实现的功能，并列出这些功能所对应的模块。（2）根据系统的控制要求，确定系统所需的输入设备（开关、按钮及传感器等）以及输出设备（指示灯、电机等），从而确定PLC的I/O点数，列出I/O分配表。（3）根据具体的要求对硬件进行选型和配置，选择PLC的型号和规格、确定I/O模块的数量及规模，确定是否选择人机界面、伺服、变频器等等。（4）根据系统的设计方案绘制电气控制原理
17、图，包括主电路、控制电路以及PLC的I/O接线图。（5）绘制出系统的功能流程图，并根据流程图对PLC进行梯形图编程。（6）对编好的程序进行仿真调试，有不到位的地方再进行修改并再次调试，直到符合功能要求。2.2 系统结构设计系统由电机模块、传感器模块、PLC控制模块和人机交互模块组成。其中，传感器模块包括磁感应传感器和压力传感器等；PLC控制模块采用S7-1200PLC,具有高可靠性、良好的扩展性和灵活性，并且具有很高的实时性；人机交互模块采用WinCC触摸屏，可以实现对座椅运行状态的实时监测和控制系统结构关系图如图2.1所示。图2.1图书馆智能座椅系统结构关系传感器模块电机模块人机交互模块2.
18、3 系统功能设计在图书馆智能座椅系统中，最主要的功能就是要控制座椅在没人的情况下自动收回，从而防止占座现象的产生，避免座位资源的浪费。此外，还需考虑到学生中途有事需要短暂离开一段时间，在这段时间内，座椅仍需是展开状态，而超出这段时间，座椅就会自动收回。最后，主动退座功能，学生学习结束后，便可自主选择退座，座椅亦会在此时收回。图书馆智能座椅系统整体功能框架如图2.2所示。图书馆智能座椅系统触摸屏选座刷卡就坐中途离座主动退座图2.2系统整体功能框架图第三章系统硬件设计3.1 PLC控制器3.1.1 PLC控制器的介绍PLC控制器是基于可编程逻辑控制器运行的系统，通过硬件和软件的组合实现对自动化系统
19、进行控制。在基于PLC的图书馆智能防占座座椅系统中，选择合适的PLC控制器非常重要，将直接影响到整个系统的稳定性、可靠性和功能性。因此，在选择PLC控制器时，需要考虑以下几个方面：(1)性能指标PLC控制器的性能指标是选择PLC控制器的关键因素之一，包括处理速度、存储容量、输入输出口数量等。处理速度越快，存储容量越大，输入输出口数量越多，PLC控制器的控制能力也就越强，可以更好地满足图书馆智能防占座座椅系统的需求。(2)通讯方式PLC控制器的通讯方式是选择PLC控制器的另一个重要因素。通讯方式主要分为串口、以太网、PrOfibUS等多种方式。如今，随着网络技术的发展，以太网已成为最常用的通讯方
20、式之一，可以提供高速稳定的数据传输服务。(3)稳定性和可靠性PLC控制器的稳定性和可靠性是选择PLC控制器时必须考虑的因素之一。一个高品质的PLC控制器应具有抗干扰能力强、温度范围宽、运行寿命长等特点，可以保证系统的稳定性和可靠性。(4)易用性PLC控制器的易用性也是选择PLC控制器的重要因素之一，一个易于学习和使用的PLC控制器可以大大降低系统的开发和维护成本，并提高系统的效率和可维护性。3.1.2 PLC控制器的选型S71200是西门子公司推出的新一代小型可编程逻辑控制器(PLC)0它将微处理器、集成电源以及输入输出电路结合在一个紧凑的外壳中，从而具有强大的功能。该设备采用PROFlNET
21、接口集成，并拥有卓越的工艺集成性和灵活的可扩展性等特性。因此，它能够为各种小型设备提供简单的通信和高效的解决方案。以下会根据三个方面来选择S7-1200的具体型号。(1)从输入电源电压来看：对于选择24V直流或220V交流，应根据供电系统的电压进行选择，本设计因实验室要求，选择24V直流的PLC机型西门子S7-1200o（2）从输入输出量来看：根据本系统的功能设计可知，共需用到18个数字量输入点，21个数字量输出点，4个模拟量输入点。（3）从输出信号来看：DC输出端是直流较小（24V）电源，RLY输出端是较大（220V）交流电电源，根据实验室要求，选择DC直流输出信号。根据以上要求及实验室设备
22、要求,最终确定选择S71200,CPU型号为1215CDC/DC/DC,以及数字量输入输出扩展模块SM1223,如表3.1所示，S7-1200的实物图如图3.1所示。表3.1控制器选型型号数量订货号注释CPU1215CDC/DC/DC16ES7215-IAG40-0XB014DI10DQ,2ALSM122316ES7223-1BL32-0XB0DI16DQI6x24VDC图3.1S7-1200实物图3.2 PLC模拟模块3.2.1 模拟量输入模块的选型由于S7-1200PLC的模拟量模块包括模拟量输入模块SMI231、模拟量输出模块SM1232、模拟量输入/输出模块SM1234,而本设计并没有
23、用到模拟量输出模块，故选择SM1231作为本系统的模拟量输入模块。模拟量输入模块SM1231通常用于将现场各种模拟量传感器输出的电流或者电压信号转换成S7-1200PLC内部的数字信号，主要有三种类型，分别是AI4x13/16bit、AI48RTD.AI48TC,直流信号主要有L25V、+2.5V+5V10V020mA、420mA0选择输出420mA的电流信号，而人体重量的测量范围总体在0200kg,所以选择13位的模拟量分辨率，又因为本系统只需用到四个压力传感器，所以只需选择4通道的输入模块,故最终选择SM1231的AI413bit型号。3.2.2 模拟量输入信号转换的原理本文所选取的压力传
24、感器量程为0200kg,转换成对应连续的电流信号420mA输入给PLC,模拟量经过PLC内部的A/D转换后，得到了范围027648的数字量并存储在特定地址的寄存器中，转换流程如图3.2所示。图3.2模拟量转换流程图3.3 触摸屏的选型触摸屏作为人机界面的重要组成部分，需要进行合适的选型。本设计方案采用了西门子公司的WinCC触摸屏，以下是具体的选型过程：（1）屏幕尺寸根据实际应用场景和用户需求，需要选择合适的屏幕尺寸。在这个系统中，需要显示座位信息、占用情况、操作按钮等内容，因此需要考虑到屏幕的可视范围和易用性。选择9寸的WinCe触摸屏，分辨率为800x480像素，能够满足系统对屏幕尺寸的要
25、求。（2）触控技术WinCC触摸屏支持多点触控技术，可以提供更加灵活的操作方式。多点触控技术使得用户可以通过手指进行缩放、拖动和旋转等操作，提高了用户的操作效率和舒适度。（3）显示效果WinCC触摸屏支持16位真彩色显示，清晰度高、亮度均匀，能够提供良好的显示效果。同时，该触摸屏支持背光调节功能，可以根据环境光线的变化自动调节背光亮度，提高显示效果和节能效果。（4）兼容性WinCC触摸屏具有良好的兼容性，可以与S7-1200系列PLC控制器无缝集成。通过TIAPortal中的HMI配置工具，可以实现系统的快速开发和调试。所以在本系统中，选择西门子公司的WinCC触摸屏，具有合适的屏幕尺寸、多点
26、触控技术、良好的显示效果和兼容性等优点，能够满足系统对人机界面的要求。触摸屏选型表如表3.2所示，其实物图如图3.3所示。表3.2触摸屏选型型号数量订货号注释WinCCTP90016AV2124-0JC01-OAXO90,800X480像素图3.3WinCCTP900实物图3.4控制元件的选型3.4.1电动机的选型电动机是一种利用电磁感应定律实现电能转换或传递的电磁设备。它主要用于产生驱动转矩，作为各种机械或用电器的动力来源。在智能图书馆座椅系统中，电机是扭转座位的重要部件之一。因此，正确的电机选型可以有效保证系统的正常运行。根据工作电源的不同，电动机主要可分为直流电动机和交流电动机。在交流电
27、动机中，异步电动机与直流电机相似，都由定子和转子两部分组成。异步电机是通过在定子上加交流电来产生旋转磁场，从而在转子中形成感应电流。由于通电的导线在磁场中会受到力的作用，所以转子上就会产生转矩作用，将电能转换为机械能。而根据实验室的电源要求及现有电机的使用情况，在本次设计中选用三相异步电动机。三相异步电动机按转子结构不同可以分为鼠笼式和绕线式，而鼠笼式相比于绕线式结构简单，重量轻并且价格更便宜，故此选择鼠笼式三相异步电机，各项参数如表3.3所示，实物如图3.4所示。表3.3三相异步电动机各项参数型号电压电流功率转速频率JW-6314380V0.4A180W1400rmin50HZ图3.4三相异
28、步电动机实物图1.1.2 压力传感器的选型在本系统中，压力值的大小是用来判断座位实际使用状态的一个标准，所以就需要有一种传感器将压力值通过触摸屏显示出来，这种传感器就叫压力传感器。本系统的每一个座椅底部都会安装一个压力传感器，传感器每隔一段时间就会将压力数值传送给PLC当实际数值小于设定值（比如30KG）时，PLC就会控制电机收回座椅；当实际数值大于设定值时，系统则认为用户已经就座，不会收回座椅。压力传感器可将压力信号转换为电流或电压等信号输出，按照工作原理主要分为应变式、压阻式、压电式和电容式四类I。根据本系统的设计要求，需选择量程0200kg的传感器，并且容易固定在座位上，故通过查阅资料，
29、选择基于应变式的微型测力称重传感器。微型测力称重传感器能够将质量转换为电信号，其工作原理是当弹性元件在外力的作用下产生了弹性形变时，粘贴在其表面的电阻应变片也随之变形，应变片的阻值也将产生变化，再经过相应测量电路，将这一阻值变化转换成为电信号。此电信号再通过信号放大器放大，输出0-5V、1-5V、O-IOV、O-IomA、42OmA等的电压或电流信号，以供PLC处理。由上述PLC模拟量模块的选型，选择输出4-20mA的电流信号，传感器各项参数如表3.4所示，其实物图如图3.5所示。表3.4微型测力称重传感器参数型号里程直径高度精度工作温度范围ZNHM0-200kg20mm12mm0.05%-0
30、.1%-20+70C图3.5微型测力称重传感器实物图1.1.3 磁感应传感器的选型磁感应传感器也被称为磁性接近开关，它是一种将磁力信号转换为电信号的传感器设备。该装置由两片高导磁合金簧片组成，被密封在一个充满惰性气体的玻璃管中。这两个簧片之间保持适当的重叠和间隙，并且末端镀金以形成触点。此外，管外还焊有引线。当传感器周围的磁感应强度足够大时，这两个簧片会相互吸引，使触点导通；当磁场减弱到一定程度时,由于簧片本身的弹力作用，它们会释放并断开触点。如图3.6为其结构原理图。本系统采用的磁感应传感器型号为PS315O常开型（如图3.7所示），对学生校园卡内的磁芯进行识别,一旦识别到校园卡内的磁芯时,
31、磁感应开关便会闭合,从而传输电信号给PLC,解锁选座功能，其各项参数如表3.5所示。表3.5磁感应传感器各项参数型号类别最大电压最大开关电流开关寿命PS3150常开200V0.5A100万次图3.7PS3150磁感应传感器3.5 系统电路图的设计如图3.8所示为系统的主电路图，给出了PLe电源以及三相交流电机的接线部分，一共是四个电机，每一个电机的正反转是通过交换相序实现的，如图3.7所示的电机Ml,当KMl通电时，电源相序为L1L2L3,电机正转；当KM2通电时，电源相序为L3L2L1,电机反转。如图3.9所示为系统的控制电路图，由于PLC不能直接控制电机的运行，所以PLC需要先外中间继电器
32、，通过中间继电器来起动和停止电机。KAlKA2KA3KA4KA5KA6KA7：KA8AC220VKM1jlKM2KM3KM4KM5KM6KM7ljJKM8图3.9控制电路图如图3.10所示是型号为1215CDC/DC/DC的PLC数字量输入输出接线图，如图3.11所示是SM1223DC/DC数字量输入输出扩展模块接线图。启动停止按钮选择座椅1按钮选择座椅2按钮选择座椅3按钮选择座椅4磁感应开关1磁感应开关2磁感应开关3磁感应开关4临时锁座按钮1临时锁座按钮2临时锁座按钮3临时锁座按钮4DC24VS1S24S3B14B2B3B4S71S8伫Ll隹Ll伫Ll忙Ll己ULl也Ll但UH1H2：电机正
33、转1电机反转1电机正转2电机反转2电机正转3电机反转3电机正转4电机反转4运行指示灯可选座指示灯1DC24VDCOVH3可选座指示灯2H4可选座指示灯3H5可诜座指示灯4H6O退座指示灯1H7退座指示灯2H8退座指示灯3H9S退座指示灯4H10右人栽库格示灯1H11O有人就座指示灯2H12有人就座指示灯3H130有人就座指示灯4DC24V,DCOV图3.11数字量输入输出扩展模块接线图如图3.12所示则为SM1231模拟量模块输入的接线图,此模块共有四个模拟量输入通道,正好对应四个压力传感器，且此压力传感器为四线制。图3.12PLC模拟量输入接线图3.6 系统I/O分配表的设计根据系统的设计要
34、求，设计出了PLC的I/O分配表，但是由于过程映像输入I不能用于WineC组态仿真，而只能用中间变量M代替，所以给出了两个I/O分配表，表3.6为组态仿真所用I/O表，表3.7则为实际的I/O表。表3.6仿真所用I/O分配表输入端实现功能输入端实现功能输出端实现功能M2.0启动MW54压力传感器4M5.7电机正转1M2.1停止M24.4电机反转1M2.3按钮选择座位1M6.0电机正转2M2.4按钮选择座位2M24.5电机反转2M2.5按钮选择座位3M6.1电机正转3M2.6按钮选择座位4M24.6电机反转3M100.1磁感应开关1M6.2电机正转4MlOLl磁感应开关2M24.7电机反转4M1
35、02.1磁感应开关3M2.2运行指示灯M103.1磁感应开关4M2.7可选座指示灯1M3.7临时锁座按钮1M3.0可选座指示灯2M4.0临时锁座按钮2M3.1可选座指示灯3M4.1临时锁座按钮3M3.2可选座指示灯4M4.2临时锁座按钮4M7.3退座指示灯1M5.3退座按钮1M7.4退座指示灯2M5.4退座按钮2M7.5退座指示灯3M5.5退座按钮3M7.6退座指示灯4M5.6退座按钮4M25.0有人就座指示灯1MW48压力传感器1M25.1有人就座指示灯2MW50压力传感器2M25.2有人就座指示灯3MW52压力传感器3M25.3有人就座指示灯4表3.7实际I/O分配表输入端实现功能输入端实
36、现功能输出端实现功能10.0启动IW102压力传感器4Q0.0电机正转110.1停止Q0.1电机反转110.2按钮选择座位1Q0.2电机正转210.3按钮选择座位2Q0.3电机反转210.4按钮选择座位3Q0.4电机正转310.5按钮选择座位4Q0.5电机反转310.6磁感应开关1Q0.6电机正转410.7磁感应开关2Q0.7电机反转411.0磁感应开关3QLO运行指示灯11.1磁感应开关4QLl可选座指示灯I11.2临时锁座按钮1Q2.0可选座指示灯211.3临时锁座按钮2Q2.1可选座指示灯311.4临时锁座按钮3Q2.2可选座指示灯411.5临时锁座按钮4Q2.3退座指示灯112.0退座
37、按钮1Q2.4退座指示灯212.1退座按钮2Q2.5退座指示灯312.2退座按钮3Q2.6退座指示灯412.3退座按钮4Q2.7有人就座指示灯1IW96压力传感器1Q3.0有人就座指示灯21W98压力传感器2Q3.1有人就座指示灯3IWlOO压力传感器3Q3.2有人就座指示灯4第四章系统软件设计SIMATICSTEP7是世界上知名且应用最为广泛的工业自动化编程软件之一，能够在WindOWS环境下运行，通过在此软件上进行梯形图编程以及WinCC组态仿真，可实现图书馆智能座椅系统的运行。通过触摸屏也可以清晰地看到仿真的过程，同时对系统进行监控。4.1 梯形图编程设计方法在遇到一个PLC项目时，我们
38、往往需要对其进行梯形图编程，来实现项目所需要的功能,但是我们在编程的时候并不是没有依据的，一定是有着对应的方法去实现的，比如说经验设计法、逻辑设计法以及顺序控制设计法，而对于我们而言，目前最常用的一种方法就是顺序控制设计法，以下是这三种方法的具体说明。4.1.1 经验设计法经验设计法是一种基于继电器控制电路来设计梯形图的方法，通过选择组合基本控制单元和典型控制环节，并根据被控对象对控制系统的具体要求进行反复调试和修改梯形图来达到所需的控制要求。用这种方法，设计所需的时间及其质量与设计人员的经验相关，并且适用于较为简单的梯形图设计。经验设计法的步骤包括为控制系统中的事件分配输入、输出口，选择必要
39、的软元件，将关键点用梯形图表达出来，并且在本基础上补充一些被遗漏的功能，纠正错误，来展开最后的完善。凭借经验直接设计控制系统需要设计人员能够熟悉并掌握大量实例和典型环节。4.1.2 顺序控制设计法设计控制程序时，首先需要依据功能流程图来描述控制系统的过程、功能和状态。将被控制对象的工作过程细分为多个步骤，并标注每个步骤之间的转换条件以及控制对象。这样的工艺流程图能够集中展现工作的所有关键信息。接下来可以使用中间继电器或顺序控制指令来实现程序设计。一般在完成软件设计后，需要进行模拟调试来验证程序的正确性。我们可以使用仿真软件代替PlC硬件输入，并在计算机上调试程序。如果有PLC硬件，可以用小开关
40、和按钮来模拟实际输入信号或反馈信号，并观察输出信号是否符合设计要求。在进行模拟调试时，应该充分考虑各种可能出现的情况，并对各种不同的工作方式和运行条件逐一试验，以确保问题得到及时解决。4.2 系统功能流程图设计系统的流程介绍如下：(1)当系统启动后，用户开始在触摸屏界面选择座位，本系统共设计了四个可供选择的座位，每个座位皆可单独运行。（2）当用户在触摸屏界面选择座位1时，座位1的指示灯变红，表示座位1已被占用。（3）用户若在10分钟内前往座位并刷卡，座位1就会展开，用户便可入座学习，否则座位1的指示灯会变为绿色，表示座位1未被占用。（4）当用户中途有事要离开时，可选择锁定座位，但座位锁定时间不
41、可超过20分钟，否则该座椅将会被收回。（5）用户学习完成后即可点击退座按钮，此时座椅被收回，该座位变为未占用状态。由此可知，该系统完成了学生选座，暂时离座，退座时座椅的展开和收回的运行状态，并且也能够有效防止学生用书包等物品放在座椅上占座的现象。系统工作流程图如下图4.1所示。图4.1系统功能流程图4.3梯形图程序的设计与分析本系统共设计出了四个座椅，每个座椅的程序都是一样的，所以以下就只详细说明座椅1的主要程序设计情况。在本程序中为了仿真方便，所以设置实际的IOmin就是仿真中的10s,实际的20min就是仿真中的20s。4.3.1选择座位并刷卡解锁座位的程序设计在本系统设计中，学生用户在触
42、摸屏中点击选择座椅1按钮后，占座指示灯1亮起，并开始计时，计时IOs,若在IOS内刷卡则解锁座椅，电机驱动座椅展开，这里结合了IOHZ的系统时钟及ADD指令，每0.1s加1,加到30,能够起到定时3s的作用，即电机运行3s,3s后座椅展开到位，流程图以及程序如图4.2、4.3所示。图4.2选座及刷卡解锁座位流程图卷腿2：SS如2版图4.3选座及刷卡解锁座位程序图4.3.2模拟量输入转换程序设计在本系统中，每个座椅底部都安装了一个压力传感器，这个压力传感器连接到PLC模拟量输入模块，当座椅展开到位时，人坐在座椅上时，传感器便会向PLC传输电压信号，PLC又会在内部处理这些信号，将其转换成0-27
43、648这一范围的数值，通过NORM_X指令将此数值归一化，再通过SCALE-X指令将归一化的数值转换为量程为0-200kg的重量数值。此段程序还用了两个比较指令，来判断当转换后的数值大于40时，表明有人就座；反之，则表明无人就座。该段流程图及程序如图4.4、4.5所示。图4.4模拟量输入转换及就座判断流程图图4.5模拟量输入转换及就座判断程序图注：NORM_X：OUT=(VALUE-MIN)/(MAX-MIN)SCALE_X：OUT=VALUE*(MAX-MIN)+MIN4. 3.3判断各计时的超时情况程序设计当座椅展开到位，学生学习了一段时间后，想要中途离座，有两种情况，一种是未按下临时锁座
44、按钮，此时压力传感器识别到无人在座位上，便开始计时；另一种是按下了临时锁座按钮，按下后开始计时。当学生选座但未刷卡计时超过10s、学生未临时锁座计时超过IoS及临时锁座计时超过20s时，这三种超时情况都算是最终以无人就座而自动退座，退座指示灯亮3s,并清空各个计时。该段流程图及程序如图4.6、4.7所示：图4.6判断各计时的超时情况流程图M25.OfM6.7X22363按也临时谈座1。)有无人使用指示,XMO5ADD运行座椅右移到位,灯-CIockJHzAUto(Int)TI1I1/11/1IPlEN.M25.6*tfWl6IXMWI6存储丁座位无人计时一附1OIn-座位无人计时V1IN2”W25.0W73M53KM4.3按由临时谀座Ia)aXMO .5ADDC0Ck.1Hz,Auto (Int)-IP IEN
