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教室电铃的PLC自动控制 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途摘要本文介绍一种用三菱PLC控制学校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、宿舍楼道照明灯、教室楼道照明灯、广播、宿舍大门开启关闭、宿舍网络连接断开,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 PLC I/O接线 软件设计AbstractThis article introduced that one kind the daily schedule controlsystem which controls with PLC, elaborated in detail the systemcomposition， the system hardware wiring and the system softwaredesign， and introduced the system principle of work in detail。 Thissystem has the peripheral device electric circuit disposition to besimple, the expansion is convenient， the operation is easy， thereliability is high， usability strong and so on characteristics，collection electric bell， street light, dormitory lamp, classroomlamp， music broadcast automatic control in a body， ， has realized the daily schedulenobody control automation, the scientific management and theoperation.文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络key word：Daily schedule control; PLC; I/Owiring; Software design目 录摘要.。.IAbstract.。.II目录。III引言 .。1一、PLC的应用领域、发展方向及未来展望 21.1 PLC的应用领域.。2 1。2可编程控制器的发展方向.。.。.。.。.。.。.。.。.。21.3 PLC未来展望.。 .。.。3二、作息时间控制系统的方案论证.。.。.。.。.。.。.。.42.1 方案论证。.42。2 控制要求。5三、作息时间PLC控制系统程序设计。.。.63.1输入输出点分配。.。63.2作息时间控制器连接图.。73.3作息时间控制系统的程序设计.7四、作息时间PLC控制系统硬件设计.12 4.1硬件设计图.。.。.12 4。2硬件焊接注意。.。.12 4。3焊接操作步骤.。.13 4。4实物图。.。13五、测试。15六、总结。16致谢。17参考文献。18附录一。.。19附录二。2325引 言可编程序控制器(Programmable Controller)简称PC，在办公室自动化和工业自动化中广泛使用的个人计算机（Personal Cmputer)也简称PC，为了避免混淆，现在一般将可编程序控制器简称PLC（Programmable Logic Controller）.现在的可编程序控制器是以微处理器为基础的新型工业控制装置,是将计算机技术应用于工业控制领域的崭新产品。1985年国家电工委员会（IEC）的可编程序控制器标准草案第三稿对可编程序控制器作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。”可编程序控制器从诞生至今，在短短的30年来里，得到了异常迅猛的发展，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一.一、PLC的应用领域、发展方向及未来展望1.1 PLC的应用领域 随着PLC的性能价格比的不断提高，过去许多采用专用计算机或继电器控制的场合，都可使用PLC来代替.PLC的应用范围不断扩大，主要有以下几个方面:1、开关量逻辑控制。这是PLC最广泛的应用.逻辑控制是用PLC取代传统继电器和顺序控制器，实现单机或自动化生产线控制。PLC的输入/输出信号都是开关量信号,这种控制与继电器控制非常接近,常作为继电器控制的替代方式。2、运动控制。运动控制是指通过配用PLC生产厂家提供的单轴或多轴等位置控制模块、高速计数模块等来控制步进电机和伺服电机,从而使运动部件能以适当的速度或加速度实现平滑的直线运动或圆周运动。3、闭环过程控制.通过配用A/DD/A转换模块及智能PID模块实现对生产过程中的温度、压力、流量、速度等连续变化的模拟量进行闭环PID调节控制，使这些物理参数保持在设定值上.4、数据处理.现代PLC具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。5、通信。PLC的通信包括PLC之间的通信、PLC和其它智能设备的通信.随着计算机控制技术的发展，现代的PLC可以实现工厂自动化通信网络系统.1。2可编程控制器的发展方向 PLC是一门综合技术,其发展与微电子技术和计算机技术密切相关。随着可编程序控制器应用领域的不断扩大，它本身也在不断发展。目前PLC主要朝两个方向发展1、小型化方向发展目前的小型PLC大都局限在开关量的输入输出，而且CPU和其余7部件组装在一个箱体内，今后的小型PLC也将增加模拟量的处理功能，而且也将有灵活的组态特性,并且能与其它机型连用。小型PLC的基本特点是价格低廉、经济可靠，适用于回路或设备的单机控制,便于“机电仪”一体化。但免不了要牺牲一些用户使用的方便性。既要简单经济，又要不断增强功能和使用的方便性是小型PLC的发展方向。2大型化方向发展主要包含以下几个方面：功能不断加强。不仅具有逻辑运算、计数、定时等基本功能，还具数值运算、模拟调节、监控、记录、显示、与计算机接口、通讯等功能。网络功能是PLC发展的一个重要特征。各种个人计算机,图形工作站、小型机等都可以作为PLC的监控主机或工作站，这些装置的结合能够提供屏幕显示、数据采集、记录保持、回路面板显示等功能。大量的PLC联网及不同厂家生产的PLC兼容性增加，使得分散控制或集中管理都能轻易地实现。应用范围不断扩大：不仅能进行一般的逻辑控制，还能进行中断控制、智能控制、过程控制为、远程控制等。用于过程控制的PLC往往对存贮器容量及速度要求较高,为此，开发了高速模拟量输入模块,专用独立的PID控制器，多路转换器等，使得数字技术和模拟量技术在可编程序控制器中得到统一。编程软件的多样化和高级化：采用多种编程语言,有面向顺序语言和面向过程控制系统的流程图语言;还有与计算机兼容的高级语言，如BASICC及汇编语言;另外还有专用的高级语言，例如三菱的MELSAP采用编译的方法将语句变为梯形图程序；也有采用布尔逻辑语言的.PLC也将具有数据库，并可实现整个网络的数据库共享,还将不断发展自适应控制和专家系统。构成形式的分散化和集散化。PLC与I/0口分散，PLC本身也可分散,分散的PLC可以连用，这样可将集中控制存在的“危险集中”化为“危险分散。分散的PLC与上位机结合构成集散系统,分散地进行控制，这就便于构成多层分布式控制，以实现整个工厂或企业的自动化控制和管理1.3 PLC未来展望21世纪,PLC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和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System)中已有大量的可编程控制器应用。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和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用.二、作息时间控制系统的方案论证2.1 方案论证采用PLC控制,PLC有以下几个优点：1、可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少. 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，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。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器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2、硬件配套齐全，功能完善,适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线.PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合.除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域.近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 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。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4、容易改造系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便，容易改造. PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC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。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、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,新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10.它的重量小于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。2。2 控制要求作息时间控制 的控制要求如下:1。按下启动按钮,控制器开始计时工作。2。可按所设置的时间要求打铃.3.可根据需要控制其他装置。4.作息时间表 见表1。项目时间对照表宿舍网络连接时间6：0023:00宿舍大门开门时间6：3023：00 路灯、宿舍楼道照明18：3002：00教学楼楼道照明18:3023：30预备铃7:50第一节课8:008：45第二节课8：559：40第三节课10：0010：45第四节课10：5511：40中午广播时间12：0012：30预备铃14：25第五节课14:3015：15第六节课15：2516：10第七节课16：2017:05下午广播时间18：0018：30预备铃19：25第八节课19:3020：15第九节课20:2521：10表1 PLC作息时间控制器作息时间表三、作息时间PLC控制系统程序设计PLC 提供了较完整的编程语言，以适应PLC 在工业环境中的应用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序,这相当于设计和改变继电器的硬接线线路,这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送到PLC 内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改.PLC 提供的编程语言通常由三种：梯形图、功能图、及布尔逻辑编程。梯形图(Ladder Programming)是应用最广的,梯形图编程有时称为继电器梯形图逻辑图编程.它使用的最广是因为它和以往的继电器控制线路很接近。梯形图是在原电器控制系统中常用的接触器、继电器梯形图基础上演变而来的，它与电气操作原理相呼应。它的最大优点是形象、直观和实用，为广大电气技术人员所熟知。PLC 的梯形图与电气控制系统梯形图的基本思想是一致的，只是在使用符号和表达方式上有一定区别.PLC的梯形图使用的时内部继电器、定时器/计数器，都是由软件实现的，其主要特点为使用方便、修改灵活。功能图编程（Function Chart Programming)是一种较新的编程方法。它的作用使用功能图来表达一个顺序控制过程。布尔逻辑编程(Boolean Logic Programming）包括“与（AND）、或(OR)、非（NOT)以及定时器、计数器、触发器等。3.1 输入输出点分配PLC作息时间控制器输入输出点分配表见表2。输入信号输出信号名称输入点名称输出点开始按钮X1宿舍大门Y0检测一分钟按钮X2电铃Y1检测五分钟按钮X3广播Y2教学楼楼道照明Y3路灯、宿舍楼道照明Y4网络连接Y5表2 PLC作息时间控制器输入输出点分配表3.2 作息时间控制器接线图PLC作息时间控制器接线图 如图1所示。图1 PLC作息时间控制器接线图3。3作息时间控制系统的程序设计 控制系统程序设计包括分脉冲程序的设计，宿舍大门开启关闭、宿舍网络连接、学校上下课打铃、广播、教学楼楼道照明、宿舍楼道照明、学校路灯程序设计以及PLC作息时间控制器总梯形图。3。3.1 时间控制程序的设计 时间控制程序梯形图如图2所示。图2 时间控制程序梯形图在梯形图中,M8014为1分钟脉冲,M8013为1秒钟脉冲。C0为5分钟计数器，当开关X001闭合时，C0当前值每过1分钟加1，当C0当前值等于K5时,即时间过了5分钟。C1为288格计数器,其当前值每5分钟加1。梯形图中，5分钟快速调整与实验开关X002每按一次加1，格数设定快速调整与试验开关X003每1秒钟加1。3。3.2 宿舍大门、宿舍网络连接、广播 、灯程序设计宿舍大门、宿舍网络连接、广播、灯程序设计。当到达规定的时间时，该时间段所对应的辅助继电器将得电，其常开触点闭合，从而对宿舍大门、宿舍网络连接、广播、灯进行控制.1。宿舍大门开启关闭控制梯形图 如图3所示。图3 宿舍大门开启关闭控制梯形图 当到开门的时间时，继电器M7得电，常开触点得电闭合，使得输出继电器Y0线圈通电并自锁，此时宿舍大门开启。当到关门的时间时，继电器M70得电,常闭触点得电断开，使得串接在辅助继电器Y0线圈中的常闭触点断开，输出继电器Y0断电，关闭宿舍大门。2.宿舍网络连接断开控制梯形图如图4所示。图4 宿舍网络连接断开控制梯形图当学生宿舍到网络连接06：00的时间时，继电器M4得电，常开触点得电闭合,使得输出继电器Y5线圈通电并自锁，此时学生宿舍网络连接。当学生宿舍到网络断开23:00的时间时，继电器M70得电，常闭触点得电断开，使得串接在辅助继电器Y5线圈中的常闭触点断开，输出继电器Y5断电,宿舍网络连接断开。3。学校广播开启关闭控制梯形图如图5所示。图5 学校广播开启关闭控制梯形图ZCP比较指令与C1当前值进行比较，当C1当前值在K144K150之间时,学校广播进入中午时间播放段,继电器M76得电,常开触点得电闭合，使得输出继电器Y2线圈通电,此时学校广播开启；当C1当前值不在K144K150之间时，继电器M76失电，触电失电断开，使得输出继电器Y2线圈失电,此时学校中午广播时间结束.ZCP比较指令与C1当前值进行比较，当C1当前值在K216K222之间时,学校广播进入下午时间播放段，继电器M79得电，常开触点得电闭合，使得输出继电器Y2线圈通电,此时学校广播开启；当C1当前值不在K216K222之间时,继电器M79失电，触电失电断开,使得输出继电器Y2线圈失电，此时学校下午广播时间结束。4。学校教学楼楼道照明控制梯形图如图6所示。图6 学校教学楼楼道照明控制梯形图当学校教学楼楼道照明控制到开启18:30的时间时,继电器M55得电,常开触点得电闭合，使得输出继电器Y3线圈通电并自锁，此时学校教学楼楼道照明系统开启。当学校教学楼楼道照明控制到关闭23：30的时间时，继电器M73得电,常闭触点得电断开，使得串接在辅助继电器Y3线圈中的常闭触点断开,输出继电器Y3断电，学校教学楼楼道照明系统关闭。5.学校路灯、宿舍楼道照明控制梯形图如图7所示。图7 学校路灯、宿舍楼道照明控制梯形图当学校路灯、宿舍楼道照明控制到开启18：30的时间时，继电器M55得电,常开触点得电闭合，使得输出继电器Y4线圈通电并自锁，此时学校路灯、宿舍楼道照明系统开启。当学校路灯、宿舍楼道照明控制到关闭02：00的时间时，继电器M1得电,常闭触点得电断开，使得串接在辅助继电器Y4线圈中的常闭触点断开，输出继电器Y4断电，学校路灯、宿舍楼道照明系统关闭。四、作息时间PLC控制系统硬件设计4.1硬件设计图图8硬件设计图设计思路和分析:PLC应用电路只有两种，一是输入，二是输出。所以设计过程要考虑是美观和应用性强，同时因为课题要求，所以只需要用到开关还有LED来显示是否有输入和输出。设计上就不用考虑很多，但是在实际上PLC控制系统的设计中,经常碰到系统的输入信号、输出设备较多、而现有的PLC输入、输出点不够用的问题。通常的解决办法是提高PLC选用的档次,或者加装扩展单元，增加输入、输出点.但PLC的每一个I/O点平均价格通常高达几十、上百元，且增加扩展单元的点数也有限制。因此，节省使用PLC的输入、输出点，达到精减控制系统结构、降低设备投资费用的目的具有一定的实际意义。4。2硬件焊接注意1。焊接时间不宜过久,但要完全熔着，以免造成冷焊.2.焊点的表面要平滑、有光泽。3。焊点完全冷却前，不可移动.4。电烙铁不用时要放置于电烙铁架上,并随时保持烙铁头的清洁。5.焊接完毕，要在烙铁头镀上薄层焊锡，避免氧化,并等冷却后再收存。4。3焊接操作步骤（1)从烙铁架上拿出电烙铁,以45度靠紧焊接面进行预热;（2）然后将焊锡丝同时伸向被焊的元件脚及焊盘，一起接触被焊处；(3）焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与元件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝(应控制焊锡丝的熔化量不能过多,以免造成浪费;（4)在焊锡完全熔化后，移去烙铁头。如焊锡过多，可把烙铁头上的焊锡甩干净，然后不用焊锡丝或极少量的焊锡丝重焊一遍，移去时正好吸去多余的焊锡；（5）如果焊点有连焊，也应将焊锡线(其中有助焊剂）与烙铁头一起接触在连焊的焊点之间，待焊锡丝与助焊剂一起熔化后，移去焊锡丝，再将烙铁头侧放着向下移走，吸去多余的焊锡；（6）如果要用电烙铁去除焊盘孔中的锡( 即挑孔），应该将印制板拿高，把烙铁头置于比印制板低的位置，将烙铁头在焊盘孔上擦几下，可以将焊盘孔中的焊锡吸流到烙铁头上去.如果印制板较小，可以用烙铁将焊盘上的锡熔化， 然后迅速开烙铁，将印制板在工作台上轻敲一下，使焊盘上的熔锡振落;(7）将烙铁头上的多余焊锡甩在废锡盒中，再将电烙铁插入烙铁筒中。（8)正常焊接时，电烙铁与平面应保持角度是45度.(9）手拿锡线时，锡线头长度应留出3- 5CM.（10）焊点的标准是：焊点呈锥形，焊锡要适量,表面有光泽,光滑,清洁等。（11）常见的不良焊点有：虚焊,假焊，漏焊,锡球，锡尖等。（12）烙铁尖上有锡渣时在焊锡棉上擦掉，焊锡棉要清洗干净，使用时要保持湿润。（13）烙铁使用后必须放在烙铁架上,不充许传递，防止意外烫伤.（14）元件脚突出线路板太短会导致锡球或焊。（15)排焊时，要把握用锡量，速度要快，拖到最后点应还有助焊剂。（16）防止不良焊点的发生除要正确有焊接技术外,还应注意待焊接面必须是清洁的,如发现待焊接面不洁净，必须先处理光亮后,方可重焊。4。4实物图焊接后的实物图如图9，板上的的插孔是用来接PLC的输入还有输出线的，而LED灯是用来显示是否有输入还有就是输出的显示的。十个按钮都是自锁按钮，用来表示输入的控制信号。图9 事物焊接图五、测 试为了对做好的实验控制面板进行测试，将程序写入三菱PLC进行简易的测试,其效果图如下。图10是开启程序运行的效果，图11是开启大门时的运行效果，图12是网络连接、开启广播时的运行效果，图13是打铃、教学楼楼道照明、学校路灯、宿舍楼道照明开启时的运行效果；图14是检测一分钟时的效果，图15是检测五分钟时的效果。 图10 图11 图12 图13 图14 图15六、总 结经过设计得出了一个具有外设电路配置简单、扩展方便、操作容易、可靠性高、实用性强等特点的PLC作息时间控制系统，该PLC作息时间控制器在一定的时间内能够自动打铃，放、关广播，开、关宿舍大门，及宿舍楼道照明灯、教学楼楼道照明灯、学校路灯，自动连接、断开学生宿舍网络，且通过改变输入PLC的程序能够灵活改变冬、夏季节作息时间,还具有手动控制按钮。实现了作息时间无人控制的自动化、科学化管理与操作.因为我以前的基础知识掌握得不牢固，在这次设计中确实是遇到了很多的问题，但在这过程，我又学会了很多东西，在以前的课程小设计中，有些能马马虎虎过去的问题,就糊里糊涂过去了，可这次是一切正规化，不能有半点含糊,因此压力又大了很多,但是只要有一个明确的目标,就乐在其中。在这次毕业设计的过程中，让我了解PLC的组成、特点、应用的领域以及设计的方法和步骤,让我更深入的学习了PLC在实际上的运用，在设计时参阅了大量的资料,了解到知识的重要性，学到了更多.致 谢 在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师廖兴展老师的热情关怀和悉心指导.在我撰写论文的过程中，廖兴展老师倾注了大量的心血和汗水,无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了廖兴展老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益,在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，我也得到了许多同学的宝贵建议，在此一并致以诚挚的谢意.感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙之中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心的感谢！参考文献1 廖常初：S7-200 PLC编程与应用,机械工业出版社，2002年第2版，第10页。 2 苏昆哲：深入浅出西门子WinCC C6，北京航空航天大学出版社，1998年第7版，第3页。3 苏家健：可编程序控制器应用实训（三菱机型），电子工业出版社，2009年第1版，第172184页. 4史宜巧、孙业明、景绍学：PLC技术及应用，机械工业出版社,2009年第1版，第2页.附 录 一主程序：附 录 二指令表: