PLC上下课打铃系统设计.doc

P L C 课 程 设 计

上

下

课

自

动

打

铃

系

统

目 录

绪论………………………………………………………………………………1 PLC可编程控制器的定义…………………………………………………1
1.1 PLC可编程控制器的特点…………………………………………………3
1.2 PLC可编程控制器趋势与动向……………………………………………4
2任务及其要求………………………………………………………………6
2.1设计任务……………………………………………………………………6
2.2设计要求……………………………………………………………………6
3 系统硬件部分设计…………………………………………………………7
3.1控制系统的元器件选择及地址分配………………………………………7
3.2控制系统外部接线图………………………………………………………8
4 主程序设计及功能…………………………………………………………8
4.1主程序流程图设计…………………………………………………………9
4.2主程序顺序功能图设计 …………………………………………………10
4.3主程序梯形图设计…………………………………………………………11
5 程序的调试…………………………………………………………………13
6 系统操作说明………………………………………………………………13
7 收获与体会…………………………………………………………………13
参考文献………………………………………………………………………14

绪论

1 PLC可编程控制器的定义
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、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。
1.1 PLC可编程控制器的特点
（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1/10--1/100，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）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1/2--1/10。它的重量小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。
1.2 PLC可编程控制器的趋势与动向
（1）、当代PLC技术的发展趋势
　　 发展迅速，产品更新换代；开发各种智能化模块，不断增强过程功能；PLC与个人计算机（PC）结合；通信联网功能不断增强；发展新的编程语言，增强容错功能。
　　 （2）、当代PLC技术的发展动向
　 美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：
　　 ①. 编程方便，可在现场修改程序；
　　 ②. 维修方便，最好是插件式；
　　 ③. 可靠性高于继电器控制柜；
　　 ④. 体积小于继电器控制柜；
　　 ⑤. 可将数据直接送入管理计算机；
　　 ⑥. 在成本上可与继电器控制竞争；
　 ⑦. 输入可以是交流115V；
　　 ⑧. 输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；
　　 ⑨. 在扩展时，原有系统只要很小变更；
　　 ⑩. 用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。
　 　1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。 进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。 进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC， 使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。

2 任务及其要求
2.1设计任务
设计一个用PLC控制的学校一天内作息时间的自动打铃控制系统，上课铃声与下课铃声要能分开（铃声响的时间不一样），上课打铃5秒，下课打铃10秒。上下课时按下表作息时间表打铃。
打铃装置（以灯泡表示）
显示器

PLC控制器

手动调整操作面板
电源

作息时间表

上
课

7:30

8:30

9:40

10:40

14:00

15:00

16:00

17:00

19:30

下
课

8:20

9:20

10:30

11:30

14:50

15:50

16:50

17:50

21:50

2.2设计要求
（1）设计出硬件系统的结构图、接线图；
（2）系统有启动、停止功能；
（3）运用功能指令进行PLC控制程序设计；
（4）程序结构与控制功能自行创新设计；

3 系统硬件部分设计

3.1控制系统的元器件选择及地址分配
1. PLC的选择和简介
本机采用CPU224.，它集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模拟量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个独立的高速计数器（100KHz），2个100KHz的高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。
1）按钮开关选择 一般普通型号开关即可.
2）编程元件地址分配

资源分配
地址
功能
I0.0
启动按钮
I0.1
停止按钮
T37
上课响铃控制定时器
T38
下课响铃控制定时器
Q0.2
铃
3.2控制系统外部接线图
系统外部接线图如图:

4 主程序设计及功能

4.1主程序流程图设计
系统设计是按照每天循环，系统读取PC机时间后，通过比较时间来确定什么时候打铃和打铃时间。工作流程为：启动系统、读取时间、开启时间比较、按作息时间打铃、结束。工作流程框图如下：
I0.0
启动

读入时间

比较打铃时间

循环
判断上课、下课

是上课 是下课
打铃10S
打铃5S

结束

4.2主程序顺序功能图设计
通过流程图，有了比较清晰的思路，系统通过并行来实现上课和下课不同频率的打铃，画顺序功能图。
按下I0.0键启动、初始化系统,系统启动后,读入时间,比较时间，控制打铃程序.按I0.1键关闭系统，系统停止工作。

VB0
TRD
M0.0

I0.0启动、初始化系统
读取时间

I0.1
根据作息时间判断是上、下课课
M0.1

M0.1

上课 下课

Q0.2
Q0.2
M0.3
M0.2
下课
T38
T37

5S 10S
T37 T38

M0.4

空步（循环用）

END

结束

4.3主程序梯形图设计
根据流程图和顺序功能图编写梯形图，如图所示：

5 程序的调试

调试程序前首先检查系统是否正常(有时在报警状态),通过外电路图接好导线,把编写好的程序拷进联机电脑并与调试机器通讯,监控并运行程序,检查程序运行是否与任务书要求一致并加以修正。

程序中应该注意的一些事项:
1.程序的优化设计
在设计并联电路时,应将单个触点的支路放在下面;设计串联电路时,应将单个触点放在右边,否则将多使用一条指令。

2.编程元件的位置
输出类元件(例如OUT/MC/SET/RST/PLS/PLF和大多数应用指令)应放在梯形图的最右边,它们不能直接与左侧母线相连.有的指令(例如END和MCR指令)不能用触点驱动,必须直接与左侧母线或临时母线相连。

6系统操作说明

自动打铃控制系统的是一个完全自动的循环打铃的系统,周一到周日不间断的循环,不需要人工操作。SM0.0一直为1状态，按I0.0键后系统初始化,M0.0通电并保持，M0.0常开触点闭合，驱动时钟指令，然后读取当前时间，比较时间、开始工作,通过时间比较来控制上下课打铃时间。并用定时器T37和T38通过延时来确定打铃时间。

7 收获与体会
通过本次课程设计，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没做课程设计之前，对一些细节不太重视，当我们把自己想出来的程运用到PLC上的时候，问题出现了：不是不能运行，就是运行的结果与课程设计的要求不相符合。通过解决一个个在调试过程中出现的问题，我们对PLC的理解与认识得到就加强；看到了理论与实践的差距；意识到没
有理论的知识的支持，实践是无从下手的，理论与实践相结合，可以使我们的整体素质得到提高。
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，我们用到了分工与合作的工作方式，每个人负责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，已解决分工过程中个人不能解决的问题，在交流中相互提出各级的见解，同时我们还向别的同学请教，得到了大家的支持。在设计的过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向对方说出自己的想法。通过比较选出最好的方案。在此过程中也提高了我们的表达能力和沟通能力。
通过此次课程设计，让我加深了对梯形图的理解；使自己根据设计要求画出相应顺序功能图的能力得到提高，也提高了自己根据相应顺序功能图画出相应梯形图的能力。本次课程设计，让我加深了对功能指令的认识和理解，也让我了解了PLC的设计原理。

参考文献

1.廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
2.石洪林. 基于PLC的一种定时控制电路[M].科技咨询导报，2007年7月.
3.李新兵.《电气控制及可编程控制器》课程教学改革与实践[M].中国现代教育装备，2006（12）：33—35.
4.常文平.电气控制与PLC原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，2006.

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