燕山大学PLC课程设计自动打铃控制器

摘要
本文基于三菱PLC控制器设计了学校自动打铃控制器，通过输出继电器Y与数码管相连显示时间，具有手动按铃以及自动按铃功能，能通过输入继电器X对系统时间的调节。

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。

该系统用于学校电铃的自动控制，具有周末和假期控制功能和星期与时间的显示功能，实现了作息时间无人控制的自动化、科学化管理与操作。

关键词：PLC 继电器数码管自动化
第一章绪论
1.1 PLC可编程控制器的定义及特点：
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对PLC做了如下定义：
“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。

”
PLC可编程控制器具有如下特点：
（1）可靠性强，抗干扰能力强；
（2）通用性强，使用方便；
（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便；
（4）编程语言简单，易学，便于掌握；
（5）系统设计周期短；
（6）对生产工艺改变适应性强；
（7）安装方便，调试简单，维护工作量小；
1.2 PLC可编程控制器的应用及发展前景：
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

（1）开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用
于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

（3）运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

（4）过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID 处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（5）数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人
控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（6）通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

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。

第二章系统整体设计概述
2.1 设计要求：
根据课程设计任务书，设计的自动打铃控制器要求如下：
学校的休息时间表
①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。

②每次打铃的时间为15秒。

③星期六，星期日不打铃。

④具有时间显示功能，显示内容为：分，小时及星期。

⑤具有时间（分，小时，星期）调整的功能。

2.2输入输出点分配：
根据设计要求，列出PLC控制器的输入输出点分配表如下：
PLC控制器输入输出点分配表
由于X、Y均采用八进制，所以在输入、输出点中没有X8、X9和Y8、Y9 。

当电路板接通电源之后，我们可以通过X0来运行程序，X1为紧急停止按钮。

X2为手动打铃按钮，可以在需要的情况下打铃。

X3、X4、X5为时间调整按钮，可分别调整分钟、小时和星期。

Y0~Y6为数码管的显示端，而Y10~Y14为数码管的公共端，分别对应星期、分个位、分十位、时个位、时十位。

第三章主程序设计及功能
3.1 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。

工作流程框图如下图。

X0
工作流程框图
3.2 时间控制显示程序设计
时间显示程序分秒脉冲显示、分钟显示、小时显示以及星期显示，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。

3.2.1秒脉冲显示程序：
当按下SB0时，X0闭合，发出启动信号，使辅助继电器M200线圈得电并自锁。

计时器T0、T1组成1S时钟脉冲程序；Y15为秒闪烁输出；M0、
C0组成分进位脉冲。

当按下启动按钮X0之后，M200导通并自锁，而接通电源之后M1、M13、M21、M33也随之导通，所以开机接通电源时会立刻显示星期一00时00分，M200的导通后，由T0、T1共同发出一个1S的脉冲，使得Y15每秒亮一下。

而C0也开始计数，60次之后使M0导通。

M0一方面使C0清0，另一方面发出的脉冲信号使SFTL移位。

此时M2导通，使M1断电，分个位由“0”变为“1”。

以此类推。

3.2.2 分显示程序：
由辅助继电器M1~M10分别接通分个位显示程序。

当M1闭合时，分个位显示“0”；当M2闭合时，分个位显示“1”；
初始状态时，辅助继电器M1和M13闭合，分的个位及十位均显示“0”。

当计数器C0累计满60个脉冲时，计数器C0常开触点闭合，辅助继电器M0线圈得电，其常开触点闭合，产生一个分个位脉冲及一个分个位移位脉冲。

分个位移位脉冲的到来，使得移位指令将M1当前的“1”状态左移一位至M2，辅助继电器M2闭合，分的个位上显示“1”；若再来一个移位脉冲，移位指令将M2当前的状态左移一位至M3，辅助继电器M3闭合，分的个位上显示“2”；以此类推。

当分个位脉冲满10个时，M1的状态已移位至辅助继电器M11中，M11线圈通电，其常开触点闭合，使辅助继电器M2~M10复位，辅助继电器M1又闭合，分个位上又显示为“0 ”，辅助继电器M2~M10复位，为下一次分个位循环显示作好准备。

同时，M11常开触点闭合，使辅
助继电器M12产生一个扫描周期的上升沿脉冲。

这个上升沿脉冲使得辅助继电器M13当前的“1”状态移位至M14中，分的十位上显示“1”，以此类推。

当分十位脉冲满6个时，M13的状态已移位至辅助继电器M19中，M19线圈通电，其常开触点闭合，使辅助继电器M13~M18复位，辅助继电器M13闭合，分十位上又显示为“0”。

当需要对分进行手动调整时，只需要按下按钮SB4，此时X3闭合，计数器C10计数。

经过1计数后，其常开触点闭合，使得状态继电器S5得电，其一常开触点闭合，产生一个分个位脉冲，改变分的当前显示，而状态继电器S5的另一常开触点闭合，使计数器C10复位，为下一次计数做好准备。

3.2.3 时显示程序
初始状态时，因辅助继电器M21和M33闭合，故时的个位及十位均显示为“0”。

当分十位脉冲满6个时，M13的状态已移位至辅助继电器M19，M19线圈通电，其常开触点闭合，使辅助继电器M20产生一个扫描周期宽的上升沿脉冲。

这个上升脉冲一方面向计数器C1提供脉冲，另一方面使得辅助继电器M21当前的“1”状态移位至助继电器M22中，时的个位上显示“1”，
如此不断循环移位。

当时个位脉冲满10个时，M20的状态已移位至辅助继电器的M31中，M31线圈得电，其常开触点闭合，使辅助继电器M32产生一个扫描周期的上升沿脉冲。

这个上升沿脉冲使得辅助继电器M33当前的“1”状态移位至辅助继电器M34中，时的十位上显示为“1 ”。

当脉冲C1累计满24个脉冲时，计数器C1常开触点闭合，辅助继电器M38线圈得电，其常开触点闭合，使辅助继电器M22~M30及辅助继电器M33~M34复位，辅助继电器M21及M33闭合，时个位和时十位上又显示位“0 ”，如此不断循环移位。

当需要对时状态进行手动调整时，只需要按下按钮SB5，此时X4闭合，计数器C11计数。

经过一次计数后，其常开触点闭合，使得状态继电器S6得电，其一常开触点闭合，产生一个时个位移位脉冲，改变时的当前显示。

而状态继电器S6的另一常开触点闭合，使计数器C11复位，为下一次计数做好准备。

3.2.4 星期显示程序
由辅助继电器M40~M46分别接通星期显示程序。

当M40闭合时，星期显示“1”；当M41闭合时，星期显示“2”，以此类推。

初始状态时，因辅助继电器M40闭合，星期显示为“1”。

当时移位脉
冲满24个时，辅助继电器M38得电，其常开触点闭合，接通计数器C2并开始计数，另一常开触点产生一个星期脉冲及星期移位脉冲。

星期移位脉冲的来到，使移位指令将M40当前的“1”状态右移一位至M41中，辅助继电器M41闭合，星期显示“2”；若再来一个移位脉冲，移位指令M41当前的状态右移一位至M42，辅助继电器M42闭合，星期上显示“3”，如此不断移位。

当星期脉冲满7个时，计数器C2的常开触点闭合，一方面使其复位，另一方面接通辅助继电器M48，辅助继电器M48 的常开触点闭合，同时M40的状态已移位M47，M47线圈通电，其常开触点闭合，使辅助继电器M41~M46复位，辅助继电器M40又闭合，星期上又显示为“1 ”。

当需要对星期状态进行手动调整时，只需按下按钮SB6，此时X5闭合，计数器C12经过一次计数后动作，其常开触点闭合，使得状态继电器S7得电，其一常开触点闭合，产生一个星期移位脉冲，改变星期的当前显示。

而状态继电器S7的另一常开触点闭合，使计数器C12复位，为下一次计数作好准备。

3.2.5 自动扫描程序
初始状态时，辅助继电器M100闭合，特殊辅助继电器M8011每闭合一次，计数器C3就计数一次，其常开触点闭合并接通辅助继电器M110，辅助继电器M110的常开触点又是计数器C3复位。

辅
助继电器M110的另一常开触点产生一个移位脉冲，移位脉冲指令将辅助继电器M100的当前状态“1”移到辅助继电器M101中，使辅助继电器M101的当前状态为“1”，以此类推。

当移到最高位时，辅助继电器M105得电闭合，其常开触点闭合，使辅助继电器M101--M104复位，如此周而复始地进行移位。

由辅助继电器M101--M104分别接通输出继电器Y10-Y14，而特殊辅助继电器M8011每10ms闭合一次，因而我们用肉眼很难分辨出数码管是轮流闭合的，我们看到的是同时显示的数码管。

3.2.6开机显示程序
开机时，时间显示为星期1，00时00分。

数字显示原理如图3-1-1所示，PLC的输出点Y0~Y6分别接七段数码管的a~g 。

要显示数字只需要Y0~Y6有输出信号，即Y0~Y7字元件中Y0~Y6有输出为1时才有数字显示出来。

例如，显示1只需要Y1和Y2有信号输出，它的十进制常数为K6=1*2 +1*2*2，即K6转换为二进制数正好满足要求。

再把常数K6用MOV指令传送到相应的数码管中就可显示数字了。

Y0
Y5 Y6 Y1
Y4 Y3 Y2
各辅助继电器与其对应的时间
显示数字0~9的常数值
3.3 电铃控制程序
3.3.1作息时间电铃控制
打铃控制是通过每个时间点数值对应的相应寄存器M来进行控制，当对应的M都有信号时开始打铃，每次打十五秒后停止。

分别由T21和T20构成响0.5秒停0.5秒的上课铃声，由T22和T23构成响2秒，停1秒下课铃声，来对上下课的铃声进行区分，其余的铃声不需控制让其自然响15秒即可。

3.4 I/O接口电路
第四章心得总结
通过本次课程设计，我们学习了使用三菱PLC控制器对学校自动打铃控制器的实际应用，也明白了自动打铃控制器的原理。

对于课上所学知识更产生了进一步的认识，通过分组合作的形式不仅增进了我们的团队协作能力，更增强了我们的实践能力，培养了我们自主分析问题，解决问题的能力。

在此次课程设计的过程中，我们同样遇到了很多问题与难题，但是因为得到了韩立强老师和同学们的帮助，使得许多问题得以迎刃而解，为此感谢老师和同学们的不吝赐教！
参考文献
[1] 廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2] 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.
[3] 百度搜索相关资料.
附录梯形图对应的指令表：
0 LD X000
1 OR M200
2 ANI X001
3 OUT M200
4 LD M200
5 ANI T0
6 OUT T1 K5
9 LD T1
10 OUT T0 K5
13 OUT Y015
14 OUT C0 K60
17 LD M0
18 RST C0
20 LD C0
21 OUT M0
22 LDI M2
23 ANI M3
24 ANI M4
25 ANI M5
26 ANI M6
27 ANI M7
28 ANI M8
29 ANI M9
30 ANI M10
31 OUT M1
32 LD X003
33 AND M8012
34 OUT C10 K1
37 LD C10
38 OUT S5
40 LD S5
41 RST C10
43 LD M0
44 OR S5
45 ANI S6
46 ANI S7
47 SFTL M1 M2 K10 K1 56 LD M11
57 PLS M12
59 ZRST M2 M10
64 LDI M14
65 ANI M15
66 ANI M16
67 ANI M17
68 ANI M18
69 OUT M13
70 LD M12
71 SFTL M13 M14 K6 K1
80 LD M19
81 PLS M20
83 ZRST M14 M18
88 LD M20
89 OR S6
90 OUT C1 K24
93 LD C1
94 OUT M38
95 LD M38
96 RST C1
98 LDI M22
99 ANI M23
100 ANI M24
101 ANI M25
102 ANI M26
103 ANI M27
104 ANI M28
105 ANI M29
106 ANI M30
107 OUT M21
108 LD X004
109 AND M8012
110 OUT C11 K1
113 LD C11
114 OUT S6
116 LD S6
117 RST C11
119 LD M38
120 OR S6
121 ANI S5
122 ANI S7
123 SFTL M21 M22 K10 K1 132 LD M38
133 OR M31
134 ZRST M22 M30
139 LD M31
140 PLS M32
142 LDI M34
143 ANI M35
144 OUT M33
145 LD M32
146 SFTL M33 M34 K3 K1 155 LD M38
156 OR M36
157 ZRST M34 M35
162 LD M36
163 PLS M39
165 LDI M34
166 ANI M35
167 OUT M33
168 LD M32
169 SFTL M33 M34 K3 K4 178 LD M38
179 OR M36
180 ZRST M34 M35
185 LD M36
186 PLS M39
188 LD M38
189 OR S7
190 OUT C2 K7
193 LD C2
194 OUT M48
195 RST C2
197 LDI M41
198 ANI M42
199 ANI M43
200 ANI M44 201 ANI M45
202 ANI M46
203 OUT M40
204 LD X005
205 AND M8012
206 OUT C12 K1
209 LD C12
210 OUT S7
212 LD S7
213 RST C12
215 LD M39
216 OR S7
217 ANI S5
218 ANI S6
219 SFTL M40 M41 K7 K1 228 LD M47
229 OR M48
230 ZRST M41 M46
235 LD M100
236 OUT Y010
237 LD M101
238 OUT Y011
239 LD M102
240 OUT Y012
241 LD M103
242 OUT Y013
243 LD M104
244 OUT Y014
245 LDI M101
246 ANI M102
247 ANI M103
211 254 OUT C3 K1
257 LD C3
258 OUT M110
259 LD M110
260 SFTL M100 M101 K5 K1 269 LD M105
270 ZRST M101 M104
275 LD M104
276 ANI M200
277 MOV K6 K2Y000
282 LD M100
283 OR M101
284 OR M102
285 OR M103
286 ANI M200
287 MOV K63 K2Y000 292 LD M33
293 LD M29
294 OR M30
295 ANB
296 AND M13
297 LD M34
298 LD M21
299 OR M22
300 AND M14
301 LD M24
302 OR M25
303 OR M26
304 OR M27
305 AND M16
306 ORB
307 ANB
308 ORB
309 AND M1
310 ANI M45
311 ANI M46
312 OUT M50
313 LD M33
314 LD M29
315 OR M30
316 ANB
317 AND M18
318 LD M34
319 LD M22
320 OR M23
321 ANB
322 AND M13
323 ORB
324 LD M34
325 LD M25
326 OR M26 327 OR M27 328 OR M28 329 ANB
330 AND M15 331 ORB
332 AND M1 333 ANI M45 334 ANI M46 335 OUT M51 336 LD M33 337 AND M27 338 LD M13 339 OR M15 340 ANB
341 LD M33 342 AND M28 343 AND M18 344 ORB
345 LD M34 346 AND M24 347 AND M15 348 ORB
349 LD M34 350 AND M30 351 LD M35 352 AND M22 353 ORB
354 LD M35 355 AND M23 356 ORB
357 AND M13 358 ORB
359 AND M1 360 ANI M45 361 ANI M46 362 OUT M52 363 LD M50 364 MPS
365 ANI T20 366 OUT T21 K5 369 MPP
370 AND T21
371 OUT T20 K5
374 LD M51
375 MPS
376 ANI T22
377 OUT T23 K20
380 MPP
381 AND T23
382 OUT T22 K10
385 LD M50
386 OR M51
387 OR M52
388 ANI T3
389 MPS
390 ANI T21
391 ANI T23
392 OUT Y017
393 MPP
394 OUT T3 K150
397 LD M100
398 MPS
399 AND M1
400 MOV K63 K2Y000 405 MRD
406 AND M2
407 MOV K6 K2Y000 412 MRD
413 AND M3
414 MOV K91 K2Y000 419 MRD
420 AND M4
421 MOV K79 K2Y000 426 MRD
427 AND M5
428 MOV K102 K2Y000 433 MRD
434 AND M6
435 MOV K109 K2Y000 440 MRD
441 AND M7
442 MOV K125 K2Y000 447 MRD
448 AND M8
449 MOV K7 K2Y000 454 MRD
455 AND M9
456 MOV K127 K2Y000 461 MPP
462 AND M10
463 MOV K111 K2Y000 468 LD M101
469 MPS
470 AND M13
471 MOV K63 K2Y000 476 MRD
477 AND M14
478 MOV K6 K2Y000 483 MRD
484 AND M15
485 MOV K91 K2Y000 490 MRD
491 AND M16
492 MOV K79 K2Y000 497 MRD
498 AND M17
499 MOV K102 K2Y000 504 MPP
505 AND M18
506 MOV K109 K2Y000 511 LD M102
512 MPS
513 AND M21
514 MOV K63 K2Y000 519 MRD
520 AND M22
521 MOV K6 K2Y000 526 MRD
527 AND M23
528 MOV K91 K2Y000 533 MRD
534 AND M24
535 MOV K79 K2Y000
540 MRD
541 AND M25
542 MOV K102 K2Y000 547 MRD
548 AND M26
549 MOV K109 K2Y000 554 MRD
555 AND M27
556 MOV K125 K2Y000 561 MRD
562 AND M28
563 MOV K7 K2Y000 568 MRD
569 AND M29
570 MOV K127 K2Y000 575 MPP
576 AND M30
577 MOV K111 K2Y000 582 LD M103
583 MPS
584 AND M33
585 MOV K63 K2Y000 590 MRD
591 AND M34
592 MOV K6 K2Y000 597 MPP
598 AND M35
599 MOV K91 K2Y000 604 LD M104
605 MPS
606 AND M40
607 MOV K6 K2Y000 612 MRD
613 AND M41
614 MOV K91 K2Y000 619 MRD
620 AND M42
621 MOV K79 K2Y000 626 MRD
627 AND M43
628 MOV K102 K2Y000 633 MRD
634 AND M44
635 MOV K109 K2Y000 640 MRD
641 AND M45
642 MOV K125 K2Y000 647 MPP
648 AND M46
649 MOV K7 K2Y
654 END
燕山大学课程设计评审意见表。