校园作息时间控制系统的PLC设计.doc
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校园作息时间控制系统的PLC设计.doc
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石家庄铁道大学四方学院毕业设计
校园作息时间控制系统的PLC设计
DesignofCampusSchedulesBasedonPLCControlSystem
2012届 电气工程 系
专业 电气工程及其自动化
学号 20086447
学生姓名 马丽娜
指导教师 石彦辉
完成日期 2012年5月15日
毕业设计成绩单
学生姓名
马丽娜
学号
20086447
班级
方0810-1
专业
电气工程及其自动化
毕业设计题目
校园作息时间控制系统的PLC设计
指导教师姓名
石彦辉
指导教师职称
讲师
评定成绩
指导教师
得分
评阅人
得分
答辩小组组长
得分
成绩:
院长(主任)签字:
年月日
毕业设计任务书
题 目
校园作息时间控制系统的PLC设计
学生姓名
马丽娜
学号
20086447
班级
0810-1
专业
电气工程及其自动化
承担指导任务单位
电气工程系
导师
姓名
石彦辉
导师
职称
讲师
一、主要内容
PLC作息时间控制系统采用数码显示,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作息时间控制系统还设置了手动按钮,用于调整分、时、星期。
二、基本要求
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和时间;
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、作息时间表如表所示;
上午
起床
6:
30
下午
第六节
14:
30~15:
10
早操
6:
30~6:
50
第七节
15:
15~15:
55
早餐
6:
50~7:
20
第八节
16:
05~16:
45
早自习
7:
20~7:
50
第九节
16:
50~17:
30
第一节
8:
00~8:
40
广播
18:
00~18:
50
第二节
8:
45~9:
25
晚上
第十节
10:
00~19:
40
第三节
9:
40~10:
20
第十一节
19:
50~20:
30
第四节
10:
35~11:
15
第十二节
20:
40~21:
20
第五节
11:
20~12:
00
就寝
23:
00
中午
午餐午休
12:
00~14:
15
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。
三、主要技术指标
1、设计应贯彻最新国家标准;
2、根据控制选择PLC型号,分配I/O端口;
3、设计I/O电路,选择电器元件;
4、绘制电气控制系统图,梯形图,绘制用户程序短语表并模拟调试;
5、编写设计、使用说明书。
四、应收集的资料及参考文献
[1]可编程控制器原理与应用高等教育出版社
[2]小型可编程控制器原理与实践辽宁科技出版社
[3]可编程控制器应用技术机械工业出版社
五、毕业设计进度计划
第1周-第2周:
收集资料,完成开题报告;
第3周-第4章:
分析、确定方案;
第5周-第7周:
系统软、硬件设计;
第8周:
中期检查;
第9周-第12周:
模拟调试;
第13周-第14周:
论文审核定稿;
第15周-第16周:
答辩。
教研室主任签字
时 间
毕业设计开题报告
题 目
校园作息时间控制系统的PLC设计
学生姓名
马丽娜
学号
20086447
班级
0810-1
专业
电气工程及其自动化
一、研究背景
校园的生活是丰富多采的,校园的学习是繁重的。
拥有一个良好的作息时间,对我们的学习和生活都是很重要的。
若是没有一个自动的作息时间打铃系统,靠手动来打铃,一个人必须尽职尽责的工作,既是对劳动力的浪费,还难免出现这样那样的时间误差,而且劳动效率也不高。
为了让学生有一个准确的作息时间,营造一个良好的学习环境,也为了减轻教职工的劳动,所以运用学过的知识,通过程序控制器设计了该作息时间打铃器。
从此屏弃那传统的铃声,代之以现代化优美、怡人的环境音乐,让学生在一次次的铃声音乐中受到美的熏陶,体验音乐的魅力,形成愉悦的心境。
既激活学生的艺术细胞,又达到优化育人环境,陶冶学生情操的效果。
无形之中推进了素质教育,营造良好的校园氛围。
二、国内外研究现状
传统的学校广播系统都是按公共广播系统建造的,它需要人工手动控制广播系统的播放、停止等。
现在学校要实现音乐铃声、自动播放等功能,实际上是在原有广播系统的基础上实现广播的自动播出,并将传统的电铃升级成音乐铃声,美妙悦耳的上下课音乐铃声,消除了传统的电铃噪声和紧张气氛,营造出轻松愉快的学习环境。
现今,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟,石英表,石英钟都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校。
目前大多采用来自国外的数字式电子钟,采用集成电路计时时,译码代替机械式传动,LED显示器代替指针显示,减小了计时误差。
这种电子钟具备显示时、分、秒的功能,还可以对时、分、秒进行校对,片选的灵活性好。
随着科学技术的迅速发展,电子时钟正迅速取代纸质日历、年历和一般机械电子时钟,以其走时准确、功能多样、外观时尚、使用方便,深受消费者的青睐。
三、研究方案
PLC作息时间控制系统采用数码显示,按下启动按钮SB1开始执行程序,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,SB7、SB8用于开关广播,SB9、SB10用于开关宿舍灯,按下SB2停止一切工作。
该PLC控制程序包括以下几个子程序:
时分秒星期控制子程序,数码管显示控制子程序,灯、广播、打铃程序设计,双休日控制子程序。
选用三菱PLC作为核心部件,主要硬件有开关、数码管、广播继电器、电铃继电器、宿舍灯继电器等。
四、预期达到的结果
所设计出的作息时间系统能很好地满足学校及企事业单位日常工作的需要,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作息时间控制系统还设置了手动按钮,用于调整分、时、星期,还可以进行手动打铃、广播、开关灯,从而可以应对各种紧急情况。
采用PLC进行设计,可靠性高,抗干扰能力强;配套齐全,功能完善,适用性强;易学易用,深受工程技术人员欢迎;系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造;体积小,重量轻,能耗低。
使该系统体积最小,结构简单,且功能较多,操作简单,造价低,能满足多种场合使用。
指导教师签字
时间
年 月日
摘 要
随着社会经济的飞速发展,城市建设规模的不断扩大,人口的增多以及人们生活水平的不断提高,对日常生活的质量也有了越来越高的要求,创建和谐校园,构建和谐社会已经成为时代的发展趋势。
为此我们设计一种更加方便使用的打铃器,通过计算机控制PLC,进而控制灯、电铃、广播等,实现科学的自动化。
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。
利用PLC作的作息时间控制器采用数码显示准确显示星期、时、分,按照学校的作息时间自动打铃、放关广播、放关音乐、开熄学生宿舍灯,同时,该PLC作息时间控制器还设置了手动按钮,用于星期、时、分手动调整。
操作起来也是既方便又简单。
关键词:
作息时间控制 PLC I/O接线 软件设计
Abstract
Withtherapideconomicdevelopmentofsociety,theurbanconstructionandexpansionofthesizeofthepopulationincreaseandthecontinuousimprovementofpeople’slivingstandard,thedailylifeofqualityalsohadmoreandmorehighdemand,establishingharmoniouscampus,andconstructaharmonioussocietyhasbecomethedevelopmentrendofTheTimes.Tothisend,wedesignamoreuse-friendlybelldevicethroughthecomputercontrolPLC,andthuscontrolthelights,bells,broadcasting,scienceautomation.
ThispaperintroducesacontrolscheduleswithPLCcontrolsystem,detaileddescriptiontothesystemcomposition,systemhardwareandsoftwaredesignwiringsystem,andintroducestheworkingprincipleofthesystem.Thesystemhasaperipheralcircuit,configuration,simpleexpansioneasier,easyoperation,highreliabilityandpracticabilityandothercharacteristics,setbell,streetlight,thelight,theclassroomlamp,musicbroadcastingtobeautomaticcontrolatanorganicwhole,andonweekendsandholidayswithcontrolfunctions,realizethecalendarcontrolofautomation,noscientificmanagementandoperation.
UseofPLCforschedulescontrollerbythedigitaldisplayshowweek,andminutes,accordingtotheschoolcalendarringingthebell,putoffautomaticallybroadcast,putoffmusic,openoutthestudents’dormitory,andatthesametime,thePLCcontrolleralsosetthetimetablemanualbuttonforweeks,whenmoving,breakingupadjustment.
Keywords:
WorkandRestTimeControl PLC I/OConnection SoftwareDesign
目 录
第1章 绪论 1
1.1 目的和意义 1
1.2 研究现状 1
1.2.1 国内研究状况 1
1.2.2 国外研究状况 2
1.3 研究内容 2
第2章 相关技术介绍 4
2.1 可编程逻辑控制器技术介绍 4
2.1.1 PLC的结构 4
2.1.2 工作原理 5
2.2 PLC控制技术与其他控制技术的区别 6
2.2.1 PLC与几点接触控制系统的比较 6
2.2.2 PLC与微型计算机的比较 6
2.2.3 PLC与集散系统(DCS)的比较 7
2.3 继电器相关技术介绍 7
第3章 硬件设计 9
3.1 工作原理 9
3.2 硬件选型 10
3.2.1 PLC选型 10
3.2.2 指示灯 10
3.2.3 数码管 11
3.2.4 按钮 11
3.2.4 继电器 11
3.2.5 熔断器 11
3.3 系统接线图 12
第4章 软件设计 13
4.1 系统流程图 13
4.2 输入输出分配 14
4.3 控制系统的程序设计 15
4.3.1 数字显示原理 15
4.3.2 秒脉冲程序的设计 17
4.3.3 分显示程序的设计 17
4.3.4 时显示程序的设计 18
4.3.5 星期显示程序的设计 19
4.3.6 广播控制的设计 20
4.3.7 灯的控制的设计 21
4.3.8 双休日控制的设计 22
4.3.9 电铃控制的设计 22
4.4 校园作息时间控制系统指令表 23
第5章 结论与展望 36
5.1 结论 36
5.2 展望 36
参考文献 37
致 谢 38
附 录 39
附录A 外文资料 39
附录B 系统梯形图 49
II
石家庄铁道大学四方学院毕业设计
第1章 绪 论
1.1 目的和意义
校园的生活是丰富多采的,校园的学习是繁重的。
拥有一个良好的作息时间,对我们的学习和生活都是很重要的。
若是没有一个自动的作息时间打铃系统,靠手动来打铃,一个人必须尽职尽责的工作,既是对劳动力的浪费,还难免出现这样那样的时间误差,而且劳动效率也不高。
为了让学生有一个准确的作息时间,营造一个良好的学习环境,也为了减轻教职工的劳动,所以运用学过的知识,通过程序控制器设计了该作息时间打铃器。
定时打铃器给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。
诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备,甚至各种定时电气的自动启用等,所有这些,都是以定时打铃器为基础的。
因此,研究定是打铃器及扩大其应用,有着非常现实的意义。
随着科学技术经济的不断发展,微电子技术、计算机技术和自动控制技术在生活中得到广泛的使用,自动化控制技术已经进入一个崭新的时代,其应用越来越广,而学校的打铃系统作为准确提示学生作息时间的装置,与同学们的生活紧紧相关,随着人们对其要求的提高,打铃系统得到了快速的发展,其多元化、智能化程度已经发展到了可以编程实现的的高水平,其逻辑控制也由PLC代替了原来的继电器控制。
本文采用PLC对学校的打铃系统进行控制,通过合理的选择和设计,提高了打铃系统的控制水平,并改善了电铃运行的节奏,使学校自动打铃系统达到了较为理想的控制效果。
1.2 研究现状
1.2.1 国内研究状况
打铃器可设定打铃的时间,性能可靠,外形美观,广泛使用于学校、机关、工厂、部队、医院、车站等单位,是自动化的工具。
传统的学校广播系统都是按公共广播系统建造的,它需要人工手动控制广播系统的播放、停止等,学校现在要实现音乐铃声、自动播放等功能,实际上是在原有广播系统的基础上实现广播的自动播出,并将传统的电铃升级成音乐铃声,美妙悦耳的上下课音乐铃声,消除了传统的电铃噪声和紧张气氛,营造出轻松愉快的学习环境。
现今,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟,石英表,石英钟都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校。
目前国内的一些工控方面的公司及研究机构在这方面也开展了部分基础技术研究工作,但起步较晚,现在还没有一家公司或机构可以推出比较完整的产品。
国内有一些著名的自动化软件公司正在研究开发具有自主版权的中文软PLC产品,另外也有一些自动化工程公司开始代理销售这些商用化的软PLC产品。
相信,在不久的将来,PLC控制技术将会有更大的进步,以PLC作控制的自动化产品也会越来越普遍,打铃器也不例外。
1.2.2 国外研究状况
近年来,大多采用来自国外的数字式电子钟,采用集成电路计时时,译码代替机械式传动,LED显示器代替指针显示,减小了计时误差。
这种电子钟具备显示时、分、秒的功能,还可以对时、分、秒进行校对,片选的灵活性好。
随着科学技术的迅速发展,电子时钟正迅速取代纸质日历、年历和一般机械电子时钟,以其走时准确、功能多样、外观时尚、使用方便,深受消费者的青睐。
目前常用的作息时间控制方法有单片机控制和PLC控制。
两种方法的控制原理基本相似,都是分别以各自的主控制器件来完成门信号的采集、运动状态控制和设定,达到自动调节和实时控制运动的功能。
近年来,工业自动化控制系统的规模不断扩大,控制结构更趋分散化和复杂化,需要更多的用户接口。
发展新型PLC控制技术已成为当前:
业自动化控制领域迫切需要解决的技术难题。
因此,人们在综合计算机和PLC控制技术优点的基础上,逐步提出开发一种基于PC的新型控制技术:
软PLC(soft-PLC)控制技术。
软PLC是集计算机技术、自动控制技术、仪表技术和网络通讯技术为一体的新型控制技术[1]。
1.3 研究内容
利用PLC作的作息时间控制器采用数码显示准确显示星期、时、分,按照学校的作息时间自动打铃、放关广播、放关音乐、开熄学生宿舍灯,同时,该PLC作息时间控制器还设置了手动按钮,用于星期、时、分手动调整。
具体内容有以下几点:
(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和时间;
(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)按照作息时间表打铃;
(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。
根据研究内容,做出相应的PLC设计,此外,为了让设计更加完美,也为了让大家更好地理解,还要做出以下几项内容:
(1)根据控制选择PLC型号,分配I/O端口;
(2)设计I/O电路,选择电器元件;
(3)绘制电气控制系统图,梯形图,绘制用户程序短语表;
(4)编写设计、使用说明书。
第2章 相关技术介绍
2.1 可编程逻辑控制器技术介绍
可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC),是一种数字运算操作的电子系统,专为在工作环境下应用而设计。
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、计算和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计[2]。
2.1.1 PLC的结构
PLC及其控制系统是从继电接触系统和计算机控制系统发展而来的,因此PLC与这种控制系统有许多相同或相似之处,PLC的输入输出部分与继电接触控制系统的大致相同,PLC的控制部分用微处理器和存储器取代了继电器控制线路,其控制作用是通过用户软件来实现的[3]。
(1)输入与输出部件
这是PLC与输入控制信号和被控制设备连接起来的部件,输入部件接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号,并将这些信号转化成中央处理器能接收和处理的数字信号,输出部件接收经过中央处理器处理过的输出数字信号,并把它转化成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号,以驱动继电器、电磁阀和指示器件等。
(2)中央处理单元
微处理器又称中央处理单元(CPU),它是PLC的核心部件,整个PLC的工作过程都是在中央处理器的统一指挥和协调下进行的,它的主要任务就是按一定的规律和要求读入被控对象的各种工作状态,然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据,最后再向被控对象送出相应的控制(驱动)信号。
PLC中所采用的CPU通常有三种,通用微处理器(如8086、80386等)、单片机芯片(如8031、8096等)、位片式微处理器(如AMD-2900等),CPU位数越多,PLC功能越强。
(3)存储器
存储器是保存系统程序和用户程序的器件。
系统存储器主要用于存放系统正常工作所必需的程序,如管理、监控、指令解释程序,这些程序与用户无直接关系,已由厂家直接固化进EPROM中。
用户存储期主要用于存放用户按控制要求所编制的程序,可通过编程器进行必要的修改。
(4)电源部件
电源部件是把交流电转化成直流稳压电源的装置,它向PLC提供所需要的直流电源(一般为5V)和外部输入设备所需直流稳压电源(一般为24V)。
(5)编程器
编程器是PLC必不可少的重要外围设备。
它主要用于对用户程序进行编辑、输入、检查、调试和修改,用来监视PLC的工作状态。
2.1.2 工作原理
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段[4]。
(1)输入采样阶段
在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次将所有输入信号,读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中存储,这一过程成为采样。
在本工作周期内,这个采样结果的内容不会改变,而且这个采样结果将在PLC执行程序时被使用。
(2)用户程序执行阶段
PLC按顺序对程序进行扫描,即从上到下,从左到右扫描每条指令,并分别从输入映像寄存器中获得所需的数据进行运算、处理,再将程序执行结果写入寄存执行结果的输入映像寄存器中保存。
但这个结果在全部程序执行完毕之前不会送到输出端口上。
(3)输出刷新阶段
在执行完用户所用程序后,PLC将输出映像寄存器中的内容(存放执行的结果)送入到寄存输出状态的输出寄存器中,再去驱动用户设备,这就是输出刷新。
PLC重复执行上述三个阶段,每重复一次的时间称为一个扫描周期。
PLC在一个扫描周期内,输入扫描和输出刷新的时间一般为4ms左右,而程序执行时间可因程序的长度不同而不同。
PLC一个扫描周期一般为40~100ms之间。
PLC采用循环扫描工作方式,PLC工作的主要特点是输入信号集中批处理,执行过程集中批处理和输出控制也集中批处理,PLC的这种“串行“工作方式可以避免继电接触控制中触点竞争和时序失配的问题。
这是PLC可靠性高地原因之一,但是又导致输出对输入在时间上的滞后,这是PLC的缺点之一。
2.2 PLC控制技术与其他控制技术的区别
2.2.1 PLC与几点接触控制系统的比较
从某种意义上来看,PLC是从继电接触控制发展而来的,两者既有相似性又有不同之处:
(1)继电接触控制全部采用硬器件、硬触点和“硬”线
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