毕业论文-基于PLC的自动打铃控制器设计18390 (NXPowerLite)

毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 -基于PLC的自动打铃控制器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 18390 (NXPowerLite) 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传～ 本科生毕业设计 基于PLC的自动打铃控制器的设计 学 院、系: 电气与信息工程学院 专 业: 自动化 学 生 姓 名: 班 级: 学号 指导教师姓名: 职称 最终评定成绩 毕业设计课题任务书 院(系):电气与信息工程学院 专业:自动化 指导教师 学生姓名 课题名称 基于PLC的自动打铃控制器的设计 内容: 根据学校作息时间表,该控制系统的要求如下: 1. 上课铃与下课铃要分开(铃声响的频率不一样),起床.晚自习等时 间的铃声为连续打铃,每次打铃的时间为20s. 2. 要具备时间调整功能. 3. 星期六.星期日不打铃,星期一至星期五按下表所示作息时间表打 铃. 4. 具有时间显示功能,要有分.时和星期的显示. 作息时间表 6:00 起床 15:30-16:15 第七节课 6:20-6:40 做操 16:25-17:10 第八节课 6:40-7:30 早餐 17:10-18:00 晚餐 内 8:20 第一节预备上课铃 18:00-18:45 第九节课 8:30-9:15 第一节课 18:55-19:40 第十节课 容 9:25-10:10 第二节课 19:50-20:35 第十一节课 及 10:30-11:15 第三节课 22:00 就寝 11:25-12:10 第四节课 23:00 熄灯 任 12:10-13:20 午餐.午休 13:20 第五节预备铃 务 13:30-14:15 第五节课 14:25-15:10 第六节课 主要任务: 1、确定总统方案和流程框图; 2、根据任务要求选择硬件设备; 3、编出PLC控制程序。 - 2 - 拟达到的基本要求: 能根据学校作息时间表,控制打铃上课铃与下课铃要分开(铃声响的频率不 一样),起床、晚自习等时间的铃声为连续打铃,每次打铃的时间为20s。星期六、 星期日不打铃,星期一至星期五按作息时间表打铃，具有时间显示功能,要有分、 时和星期的显示,要具备时间调整功能。 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 进 起止日期 工作内容 度 2007/4/18,2007/4/20 学生收集资料、熟悉毕业设计课题 安 2007/4/20,2007/4/23 总体方案设计 2007/4/23,2007/4/30 硬件系统设计 排 - 3 - 2007/4/30,2007/5/14 软件系统设计 2007/5/14,2007/6/5 编写毕业设计说明书 2007/6/6,2007/6/11 教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩 2007/6/12,2007/6/15 毕业设计答辩 [1] 陈立定，吴玉香，苏开才(电气控制与可编程控制器(广州:华南理 工大学出版社，2001 [2] 钟肇新，彭侃(可编程控制器原理及应用(第3版)(广州:华南理工 大学出版社，2005 [3] 金广业，李景学编(可编程序控制器原理与应用(北京:电子工业出 版社，1991 (TP301/5) 主 [4] 史国生编(电气控制与可编程控制器技术(北京:化学工业出版社，要 2004 [5] 杨振兴，陈登顺(可编程序控制器原理和应用(长沙:中南工业大学参 出版社，1993 考 [6] 吕景泉(可编程控制器技术教程(北京:高等教育出版社，2001 资 [7] 胡学林(可编程控制器应用技术(北京:高等教育出版社，2001 [8] 日本三菱公司(三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX系列编程手料 册(1998 [9] 日本三菱公司(三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX系列特殊模块编 程手册(1998 [10] 刑郁甫、杨天民、赵积善编. 新编实用电工手册, 北京:地质出版 社，1997 教研室 院(系)主管 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 领导意见 签名: 签名: 年 月 日 年 月 日 - 4 - 大 学 本科毕业设计开题报告 学 院、系: 电气与信息工程学院 专 业: 自动化 学 生 姓 名: 班 级: 学号 指导教师姓名: 职称 - 5 - 题目:基于PLC的自动打铃控制器的设计 1. 结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500,2000字左右的文献综述。 在当今社会，人们的生活质量日益提高、科技的发展也使人们的工作更加轻松。 自动控制工业的发展出现了越来越多的自动化产品，使人们摆脱了以前的烦琐体力劳动。在众多的控制设备中由于PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，所以PLC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，成为工业自控设备之首。在PLC应用方面，我国也很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。可以预计21世纪可编程控制器将会有更大的发展，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及制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能水平更高的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大两个方向发展。从产品的配套性能上看，产品的品种会更丰富、规格会更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工业控制场合的需求。从网络的发展状况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。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或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用。PLC对实现我国工业自动化有重要的意义。 电铃在现代社会中应用的非常广泛，学校、机关、工厂、车站、码头、医院、邮电等企事业单位通常都是以电铃作为作息时间信号,铃声已日益成为人们生活中的一部分。铃声作为作息时间信号，最原始的控制方式就是人工控制。按照作息时间表敲铃，以及后来出现了电铃但没有能实现自动控制而是由人工按电钮开关来使电铃发出铃声都是人工控制方式。随着计算机技术、自动控制技术和通讯技术的发展，出现了新兴的技术-电气控制与可编程控制技术，而计算机向微型方向的一个分支发展，则出现了主要是用于控制领域的单片机。由于这些新兴的控制技术的各种应用芯片的发展。目前的自动打铃器，主要包括用单片机控制、用PLC控制、用电脑程序控制、用继电器控制这几种控制方式。继电器控制的优点是较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强。但是，这也是随之带来的一些问题。绝大多数控制继电器在长期磨损和疲劳工作条件下，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统要是用大量的硬件控制电 I 路，这在更改方案时，工作量相当大，需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。总的来说这种控制方式只适用于对控制对象要求不高的小型控制系统中。单片机靠执行指令来完成各种功能，不论多高的工作时钟频率或多么好的指令时序，其排队式串行指令执行方式使得工作速度和效率大打折扣。在高速实时仿真、高速数据采集等方面显得力不从心。单片机的复位工作方式使单片机工作之初需花一段时间经历复位过程，工作时在某种干扰性突变情况下，也会复位，复杂的复位过程很可能就是工作不可靠的根源。单片机在偶然因素下，会引起程序跑飞。虽然有“看门狗”或其他抗干扰措施，在极复杂的情况下，单片机的程序仍存在跑飞的可能，从而进入“死机”。在单片机系统中，单片机的芯片通过印制板与系统中由其他集成电路组成的逻辑电路相连。一旦改变设计，可能重新制版，加长了开发周期。PLC控制方式可靠性高，抗干扰能力强高,易学易用，系统的设计、建造工作量小，维护方便，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。 2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。 学校以及一些企事业单位通常使用电铃声作为上下班、上下课等作息时间信号。电铃已是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备。铃声的自动控制系统摆脱人工打铃、打钟的繁琐，铃声的单调乏味，以及控制时间的长短不便，把人们从繁烦的操作中解放出来，也最大限度的缓解各企事业单们的资金负担, 所以说自动打铃器有着广阔的市场,非常好的前景。用PLC控制方式具可靠性高，抗干扰能力强的特点，更能适应恶劣的环境。 设计采用的是FX2N-32MR-001 PLC来控制数码管的显示和铃声的输出，时、分、星期显示均采用7448进行外部七段译码。其中时间显示为动态显示，星期显示为静态显示，该系统能根据作息时间表自动控制电铃,有时间星期显示调节及周末、假期控制功能。 3.工作进度及具体安排。 2007/4/18,2007/4/20 学生收集资料、熟悉毕业设计课题 2007/4/21,2007/4/23 总体方案设计 2007/4/24,2007/4/30 硬件系统设计 2007/5/1,2007/5/14 软件系统设计 2007/5/15,2007/6/5 编写毕业设计说明书 II 2007/6/6,2007/6/11 教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩 2007/6/12,2007/6/15 毕业设计答辩 4.指导教师意见。 指导教师: 年 月 日 III 摘 要 学校以及一些企事业单位通常使用电铃声作为上下课、上下班等作息时间信号。电铃已是学校以及一些企事业单位不可缺少的设备，随着社会的发展不但对其需求量越来越大，对电铃的自动控制要求也越来越高，于是人们设计了通过不同控制方式来实现的自动打铃系统。 本文介绍一种采用三菱PLC控制的作息时间自动打铃控制系统，详细地阐述了系统的组成、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。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:作息时间控制系统，PLC，I/O接线，软件设计 ABSTRACT IV School uses the electricity tinkle of bells to be work and rest time signal such as on or off duty , going ahead to finish class generally as well as some anxiously expect institution. The electric bell has already been that school and a few anxiously expect essential equipment of institution , has been with the development of society not only more and more big to it's need amounts , the auto control to the electric bell has demanded also more and more highly , people has designed that the automation by the fact that diversity comes true coming the control mode strikes bell system thereupon One kind of the work and rest that PLC controls with adopt Mitsubishi time the main body of a book is introduced has stricken bell naval voluntarily , composition , system hardware connection and system software having set forth system detailedly have designed, and introduced detailedly system operating principle. That system is easy to have the outside setting up the circuit deploy going to the lavatory simple , extended , handle , the good pragmatism of reliability waits for a characteristic by force. Have owed system the auto control being used for school electric bell , have had the weekend and vacation controlling the function and the week display function with time , have realized the automation that the work and rest time self-service controls , have scientist administration and operation. Keywords: Control system of daily schedule, PLC, I/O works a telephone switchboard, The software is designed 目 录 V 第1章 绪论 ............................................................................................ 36 1.1 系统背景 ................................................................................................................ 36 1.2 课题的目的和意义 ................................................................................................ 36 1.3 本人的主要工作 .................................................................................................... 37 第2章 方案的论证 ................................................................................... 38 2.1 继电器控制 ............................................................................................................ 38 2.2 单片机控制 ............................................................................................................ 38 2.3 PLC控制 ................................................................................................................. 39 第3章 可编程控制概述.......................................................................... 40 3.1 可编程控制器的基本概念 .................................................................................... 40 3.2 可编程控制器的发展历史 .................................................................................... 40 3.3 PLC的发展方向及前景 ......................................................................................... 41 3.4 PLC的应用领域 ..................................................................................................... 42 3.5 PLC的主要技术指标 ............................................................................................. 43 3.6 PLC的选型 ............................................................................................................. 44 3.7 FX2N功能介绍 ....................................................................................................... 48 3.8 FX2N规格型号 ....................................................................................................... 49 第4章 系统总体设计 ............................................................................. 53 4.1 系统组成 ................................................................................................................ 53 4.2 显示接口电路 ........................................................................................................ 53 4.3 7448芯片介绍 ....................................................................................................... 55 4.4 电铃电路 ................................................................................................................ 57 4.5 PLC的硬件设计 ..................................................................................................... 57 4.5.1 PLC的选型 ..................................................................................................... 57 4.5.2 PLC I/O端口的分配 ..................................................................................... 58 4.6 系统I/O接线图 .................................................................................................... 59 4.7 系统作息时间表及要求 ........................................................................................ 59 4.8 系统工作原理 ........................................................................................................ 60 第5章 软件设计及调试.......................................................................... 61 VI 5.1 系统流程图 ............................................................................................................ 61 5.2 总体程序的设计 .................................................................................................... 61 5.2.1 计时及时间调节程序 .................................................................................... 62 5.2.2 显示程序 ........................................................................................................ 62 5.2.3 作息时间表程序 ............................................................................................ 63 5.2.4 控制程序 ........................................................................................................ 65 5.3 程序的调试 ............................................................................................................ 66 结 论 ....................................................................................................... 70 致 谢 ....................................................................................................... 71 参考文献.................................................................................................. 71 附 录 程序清单 ..................................................................................... 72 VII 第1章 绪论 1.1 系统背景 学校、机关、工厂、车站、码头、医院、邮电等企事业单位通常都是以电铃作为作息时间信号,铃声已日益成为人们生活中的一部分。铃声作为作息时间信号，最原始的控制方式就是人工控制。按照作息时间表敲铃，以及后来出现了电铃但没有能实现自动控制也是由人工按电钮开关来电铃发出铃声都是人工控制方式。随着计算机技术、自动控制技术和通讯技术的发展，出现了新兴的技术-电气控制与可编程控制技术，而计算机向微型方向的一个分支发展，则出现了主要是用于控制领域的单片机。由于这些新兴的控制技术的各种应用芯片的发展，人们用不同的方法实现打铃的自动化。目前的自动打铃器，主要包括用单片机控制、用PLC控制、用电脑程序控制、用继电器控制这几种控制方式。 1.2 课题的目的和意义 本次设计的作息时间控制系统采用的是可编程控器控制方式。可编程控制器的英文为Programmable Controller，在二十世纪70-80年代一直简称为PC。由于到90年代，个人计算机发展起来，也简称为PC;加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国AB公司首次将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器(PLC-Programmable Logic Controller)，为了方便，仍简称PLC为可编程序控制器。国际电工委员会(IEC)对PLC的定义是:“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，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或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。”由于PLC具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点，所以PLC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,成为工业自控设备之首。在PLC应用方面，我国也很活跃，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。但是与其它国家相比，在机械加工及生产线方面的应用，还需要加大投入。可以预计21世纪可编程控制器将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及制造上，会有运算 36 速度更快、存储容量更大、智能水平更高的品种出现。从产品规模上看，会进一步向超小型及超大两个方向发展。从产品的配套性能上看，产品的品种会更丰富、规格会更齐备。完美的人机界面、完备的通讯设备会更好地适应各种工来控制场合的需求。从网络的发展状况来看，可编程控制器和其他工业控制计算机网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展主向。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或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来越大的作用。PLC [1]对实现我国工业自动化有重要的意义。 虽然用其它三种控制方式也可以实现作息时间控制的自动化，但是用PLC控制方式具可靠性高，抗干扰能力强的特点，PLC无故障时间高达30万小时，更能适应恶劣的环境。铃声的自动控制系统摆脱人工打铃、打钟的繁琐，铃声的单调乏味，以及控制时间的长短不便，把人们从繁烦的操作中解放出来，也最大限度的缓解各企事业单们的资金负担，真正实现打铃的无人看守。 1.3 本人的主要工作 本课题主要通过研究PLC来控制打铃和时间星期显示来了解PLC的工作原理及编程方法。硬件电路的设计,分析电铃电路了解电铃的工作原理,了解各种显示器的型号及工作原理，查阅资料选择七段译码显示器芯片，分析系统控制的输入与输出点数， 根据输入输出点数确定PLC的型号，设计PLC控制系统的I/O接线图，根据系统总体要求编写梯形图，最后用GX Developer软件进行仿真调试，调试的结果很成功，该系统能根据作息时间表自动控制电铃,有时间、星期显示及周末、假期控制功能。 37 第2章 方案的论证 2.1 继电器控制 继电器控制的优点是较直观形象，装置结构简单，价格便宜，抗干扰能力强。 但是，这也是随之带来的一些问题。绝大多数控制继电器在长期磨损和疲劳工作条件下，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在一起产生误操作，引起严重的后果。再者，对一个具体使用的装有上百个继电器的设备，其控制箱将是庞大而笨重的。在全负荷运载的情况下，大的继电器将产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。并且继电器控制系统要是用大量的硬件控制电路，这在更改方案时，工作量相当大，需要花费大量时间及人力和物力去改制、安装和调试，有时甚至相当于重新设计一台新的装置。总的来说这种控制方式只适用于对控制对象要求不高 [2]的小型控制系统中。 2.2 单片机控制 单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)，简称单片机，就是将微处理器(CPU)、存储器(存放程序或数据的ROM和RAM)、总线、定时器/计数器、输入/输出接口(I/O口)和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。 单片机的主要特点有:可靠性高、便于扩展、控制功能强、低电压、低功耗、 片内存储容量较小,除此之外单片机还具有集成度高，体积小，性价比高，应用广泛，易于产品化等特点。 但是，单片机存在不可克服的缺点和弱点，如: 低速 单片机靠执行指令来完成各种功能，不论多高的工作时钟频率或多么好的指令时序，其排队式串行指令执行方式使得工作速度和效率大打折扣。在高速实时仿真、高速数据采集等方面显得力不从心。 复位工作方式 单片机工作之初，需花一段时间经历复位过程;工作时，在某种干扰性突变情况下，也会复位，复杂的复位过程很可能就是工作不可靠的根源。 程序跑飞 偶然因素，会引起程序跑飞。虽然有“看门狗”或其他抗干扰措施，在极复杂的情况下，单片机的程序仍存在跑飞的可能，从而进入“死机”。 在单片机系统中，单片机的芯片通过印制板与系统中由其他集成电路组成的逻辑电路相连。一旦改变设计，可能重新制版，加长了开发周期。 38 2.3 PLC控制 (1)可靠性高，抗干扰能力强 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，严格的生产工艺制造，内部电路采用了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。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控制系统相比，电气接线及开关接点已减少到原来的数百甚至数千分之一，故障也将随之大大降低。此外，PLC具有硬件故障的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。在应用软件中，用户还可以编入外围器件的故障自诊断程序，是系统中除PLC以外的电路及设 [3]备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统就具有了极高的可靠性。 (2)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、小各个规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能外，现代PLC大多数具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 (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，其编程语言易于为工程技术人员接受。像梯形图语言的图形符号和表达方式与继电器电路图非常接近，只用PLC的少量开关逻辑控制指令就可以方便地实现继电接触器电路的功能。 (4)系统设计周期短，维护方便，改造容易 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，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来改变生产过程成为可能。因此很适合多品种、小批量的生产场合。 (5)体积小，重量轻，能耗低 2mm以超小型PLC为例，其新近产品的品种底部尺寸小于100，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。 由于作息时间自动控制系统，要求能长期稳定工作，软件可修改性强和设备易于维护，综合上述各控制方式的特点该系统采用PLC来控制。 39 第3章 可编程控制概述 3.1 可编程控制器的基本概念 国际电工委员会(International Electrical Committee)在1987年颁布的PLC 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 草案中对PLC作了如下定义:“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、定时、记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安装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)可编程控制器是“数字运算操作的电子装置”，其中带有“可以编制程序的存储器”，可以进行“逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算”工作，可以认为可编程控制器具有计算机的基本特征。事实上，可编程控制器无论从内部构造、功能及工作原理上看都不折不扣的是计算机。 (2) 可编程控制器是“为工作环境下应用”而设计的计算机。工业环境和一般办公环境有较大的区别，PLC具有特殊的构造，是它能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制“机械或生产过程”，它又要能“易于与工业控制系统形成一个整体”这些都是个人计算机不可能做到的。因此可编程控制器不是普通的计算机，它是一种工业现场使用的计算机。 (3)可编程控制器能控制“各种类型”的工业设备及生产过程。它“易于扩展其功能”，它的程序能根据控制对象的不同要求，让使用者“可以编制程序”。也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各个场合，是一种通用的工业控制计算机。 相对一般意义上的计算机，可编程控制器并不仅仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制用计算机。但是，从另一个方面来说，它是一种通用机，不经过二次开发，它就不能在任何具体 [4]的工业设备上使用。 3.2 可编程控制器的发展历史 1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技 40 术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。 20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中获得了广泛的应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机;从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各种控制场合;从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设置的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用得到了长足的发展。 PLC经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。 世界上PLC产品可按地域分成三大流派:一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的: 美国:AB通用电气、莫迪康公司; 日本:三菱、富士、欧姆龙、松下电工等; 德国:西门子公司; 法国:TE 施耐德公司; 韩国:三星、LG公司等。 3.3 PLC的发展方向及前景 目前，国外PLC制造商不断推出新产品。西门子最初推出S5系列，然后推出S7系列;三菱开始是F系列，FX系列，现在是A系列(A1、A2、A2X)。大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。特别是网络，因为联网是一个大潮流。 (1)产品规模向大、小两个方向发展 大: I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、 41 扫描速度高速化。 小: 由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 (2)PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 (3)不断加强通讯功能 (4)新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 (5)编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。 (6)发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 (7)追求软硬件的标准化。 预计21世纪可编程控制器将会有更大的发展目前的积散控制系统(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或国际通用网络的重要组成部分，将在众多领域发挥越来 [5]越大的作用。 3.4 PLC的应用领域 (1)开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。 (2)模拟量控制 在工业生产过程中，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能处理模拟量信号，PLC厂家生产有配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器可用于模拟量控制。 (3)运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配制来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可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。 (4)过程控制 42 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控制是一般闭环控制系统中常用的控制方法。目前不仅大中型PLC都有PID模块，而且许多小型PLC也具有PID功能。PID处理一般是运行专用的PID子程序。 (5)数据处理 现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、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。这些数据可以与储存在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作。 (6)通信及联网 PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展将会加快，各PLC厂商都十分重视PLC的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统。最新生产的PLC都具有通讯接口，实现通讯非常方便。 3.5 PLC的主要技术指标 1. 存储器容量 存储器用来存储程序和系统参数等，其容量是由用户程序存储器组成的。程序存储器容量大小决定了用户所能编写程序的最大长度，一般中小型的PLC的存储器容量在16KB以下，大型的PLC可达到2MB左右。 2. 输入/输出(I/O)点数 输入/输出点数是指根据工业系统控制所得到的对应PLC的输入/输出端的个数。I/O点数越多，说明需要控制的器件和设备就越多。 3. 扫描时间 扫描时间是指CPU内部根据用户程序，按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。PLC用户手册一般给出执行指令所用的时间。 4. 指令种类和数量 指令的种类和数量决定用户编制程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。 5. 内部寄存器的种类的数量 内部寄存器主要包括定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。它们主要用来完成计时、技术、中间数据存储、数据存储还有其他一些功能。种类和数量越多，PLC的功能就越强大。 6. 扩展能力 PLC扩展能力是指PLC是否具有I/O扩展、联网等一些功能。 43 7. 智能模块的种类的数量 智能模块是指能完成模拟量控制、远程控制以及通信等功能的模块。智能模块种类和数量越多。说明PLC功能越强大。 8. 编程工具 可以使用编程器或者使用专用的编程软件。一般编程只能使用助记符语言，而用编程 [6]软件则可使用梯形图和助记符等语言来进行编程。 3.6 PLC的选型 1、输入输出(I/O)点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%,20%的可扩展。 2、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10,15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数(16位为一个字)，另外再按此数的25%考虑余量。 3、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 (1)运算功能 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能;普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能;较复杂运算功能有代数运算、数据传送等;大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 44 (2)控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 (3)通信功能 大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 (如TCP/IP)，需要时应能与工厂管理网(TCP/IP)相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。 PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等;大中型PLC通信总线(含接口设备和电缆)应1:1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 PLC系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。PLC系统的通信网络主要形式有下列几种形式: ? PC为主站，多台同型号PLC为从站，组成简易PLC网络; ? 1台PLC为主站，其他同型号PLC为从站，构成主从式PLC网络; ? PLC网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网; ? 专用PLC网络(各厂商的专用PLC通信网络)。 为减轻CPU通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的(如 [7]点对点、现场总线、工业以太网)通信处理器 。 (4)编程功能 离线编程方式:PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式:CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五种标准化编程语言: 顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能模块图(FBD)三种图形化语言和语句表(IL)、结构文本(ST)两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准(IEC6113123)，同时，还应支持多种语言编程形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 45 (5)诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 PLC的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 (6)处理速度 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.2,0.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期(处理器扫描周期)应满足:小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K;大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。 4、机型的选择 (1)PLC的类型 PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。 ? 按结构形式分类 根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。 ? 整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元(又称主机)和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 ? 模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块(有的含在CPU模块中)以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。 还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式 46 PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 ? 按功能分类 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。 ? 低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入,输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 ? 中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入,输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 ? 高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 ? 按I/O点数分类 根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。 ? 小型PLC——I/O点数< 256点;单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。 如:GE-I型 美国通用电气(GE)公司 TI100 美国德洲仪器公司 F、F1、F2 日本三菱电气公司 C20 C40 日本立石公司(欧姆龙) S7-200 德国西门子公司 EX20 EX40 日本东芝公司 SR-20/21 中外合资无锡华光电子工业有限公司 ? 中型PLC——I/O点数256,2048点;双CPU，用户存储器容量2,8K 如:S7-300 德国西门子公司 SR-400 中外合资无锡华光电子工业有限公司 SU-5、SU-6 德国西门子公司 C-500 日本立石公司 GE-? GE公司 ? 大型PLC——I/O点数> 2048点;多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8,16K 47 如:S7-400 德国西门子公司 GE-? GE公司 C-2000 立石公司 K3 三菱公司 ? 按输出形式分类 按输出形式分可分为: R-继电器输出(有触点，可带交直流负载); S-双向晶闸管输出(无触点，带交流负载); T-晶体管输出(无触点，带直流负载)。 5、经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。 输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 因需要7个输入点，14个输出点，考虑到实际应用留有一定的I/O端口余量，且电铃为直流负载，由于三菱FX2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场，本次设计也是小型的控制系统，我们学习的也是三菱FX2N系列的PLC，所以我们采用 [8]-32MR-001 来控制该系统我们熟悉的三菱FX2N 。 3.7 FX2N功能介绍 FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。 控制规模: 16,256点(基本单元:16/32/48/64/80/128点) 特点: (1)集成型高性能。 CPU、电源、输入输出三位一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单元连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。 (2)高速运算 基本指令:0.08μs/指令 应用指令:1.52,数100μs/指令 48 (3)安心、宽裕的存储器规格 内置8000步RAM存贮器，安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。 (4)丰富的软元件范围 辅助继电器:3072点 定时器:256点 计数器:235点 数据寄存器:8000点 (5)除了具有输入输出16,256点的一般速途，还有模拟量控制、定位控制等特殊控制。 (6)面向海外的产品适合各种安全规格 ? 为大量实际应用而开发的特殊功能: 开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要----模拟I/O，高速计数器。 定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K型热电偶或Pt传感器开发了温度模块。 对每一个FX2N主单元可配置总计达8个特殊功能模块。 ? 网络和数据通信: 连接到世界上最流行的开放式网络 CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。 3.8 FX2N规格型号 FX2N系列PLC可以分为交流输入和直流输入两大类。交流输入见表3.1，直流输 [9]入见表3.2。 表3.1 交流电源、24V直流输入类型 模型 I/O总数 输入 输出 尺寸 mm(英寸) (宽)x(厚)x(高) 数目 类型 数目 类型 FX2N-16MR-001 16 8 漏型 8 继电器 130x87x90 (5.12x3.4x3.5) FX2N-16MT 晶体管 FX2N-32MR-001 32 16 漏型 16 继电器 150x87x90 FX2N-32MT 晶体管 (5.9x3.4x3.5) FX2N-48MR-001 48 24 漏型 24 继电器 182x87x90 (7.2x3.4x3.5) FX2N-48MT 晶体管 49 FX2N-64MR-001 64 32 漏型 32 继电器 220x87x90 (8.7x3.4x3.5) FX2N-64MT 晶体管 FX2N-80MR-001 80 40 漏型 40 继电器 285x87x90 FX2N-80MT 晶体管 (11.2x3.4x3.5) FX2N-128MR-001 128 64 漏型 64 继电器 350x87x90 (13.8x3.4x3.5) FX2N-128MT 晶体管 表3.2 24V直流电源、24V直流输入类型 模型 I/O总数 输入 输出 尺寸 mm(英寸) (宽)x(厚)x(高) 数目 类型 数目 类型 FX2N-32MR-D 32 16 漏型 16 继电器 150x87x90 FX2N-32MT-D 晶体管 (5.9x3.4x3.5) FX2N-48MR-D 48 24 漏型 24 继电器 182x87x90 (7.2x3.4x3.5) FX2N-48MT-D 晶体管 FX2N-64MR-D 64 32 漏型 32 继电器 220x87x90 (8.7x3.4x3.5) FX2N-64MT-D 晶体管 285x87x90 FX2N-80MR-D 80 40 漏型 40 继电器 (11.2x3.4x3.5) FX2N系列PLC 的技术指标包括一般技术指标、电源技术指标、输入技术指标、输 [10]出技术指标和性能技术指标。表3.3给出了性能技术指标。 表3.3 FX2N性能技术指标 项目 规格 备注 运转控制方法 通过储存的程序周期运转 I/O控制方法 批次处理方法(当执行END指令时) I/O指令可以刷新 运转处理方法 基本指令:0.08μs; 应用指令:1.52至几百μs指令 编程语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步进梯形图能生成SFC类型程序 程式容量 8000步内置 使用附加寄存器盒可扩展到16000步 基本顺序指令:27 指令数目 步进梯形指令:2 最大可用298条应用指令 应用指令:128 I/O配置 最大硬体I/O配置256，依赖于用户的选择(最大软件可设定地址输入256、输出 50 256) 辅助一般 500点 M0到M499 继电锁定 2572点 M384至M3071 器(M 特殊 256点 M8000至8255 线圈) 状态一般 490点 S0至S499 继电初始 10点(子系统) S0至S9;T0至T199 器 锁定 400点 S500至S899 (S信号报100点 S900至S999 线圈) 警器 100毫秒 范围:0至3276.7秒200点 T0至T199 10毫秒 范围:0至3276.7秒46点 T200至T245 1毫秒保定时范围:0.001至32.767秒4点 T246至T249 持型 器(T) 100毫秒 保持型 范围:0至3276.7秒6点 T250至T255 C0至C199 一般 范围:0至32767数200点 类型:16位上计数器 锁定16C100至C199 100点(子系统) 位 类型:16位上计数器 计数范围:-2147483648至+32147483648器(C) 一般32C200至C219 数目 位 类型:32位上/下计数器 35点 锁定32C220至C234 15点 位 类型:32位上/下计数器 单相 范围:-2147483648+2147483648数 C235至C240 一般规则:选择组合计数频率不 6点 大于20KHz.计数器组合 单相c/wC241至C245 高速注意所有的计数器都锁定。 起始 5点 计数停止输 器 入 51 (C) 双相 C246至C250 5点 A/B相 C251至C252 5点 数据一般 200点 D0至D199 寄存类型:32位元件的16位数据存储寄存器 器 锁定 7800点 D200至D7999 (D) 类型:32位元件的16位数据存储寄存器 文件寄7000点 D1000至D7999通过14块500程式步的参 存器 数设置类型:16位数据存储寄存器 特殊 256点 从D8000至D8255 类型:16位数据存储寄存器 变址 16点 V0至V7和Z0至Z7 类型:16位数据存储寄存器 指标用于128点 N0至P127 (P) CALL 嵌套层次 用于MC和MRC时8点 N0至N7 常 十进位K 16位:-32768至32768 32位:-2147483648至+2147483647 数 十六进16位:-32768至+32768 位H 32位:-214783648至+2147483647 浮点 32位:?1.175x1033，?3.403x1033(不能直接输入) 52 第4章 系统总体设计 4.1 系统组成 该系统采用FX2N-32MR-001 PLC作控制器。时间显示4个数码管，星期显示1个数码管，均采用7448进行外部七段译码，其中时间显示为动态显示，星期显示为静态显示;有电铃输出功能。有分钟调节、小时调节和星期调节按钮各1个，计时开始和假期控制按钮各1个，启动和停止按钮各一个。共用7个输入口，14个输出口 。下图是总体设计框图4.1: 显示器译码器按钮输 入信号FX2N32MR-001电铃电路 图4.1 系统框图 4.2 显示接口电路 此方法是利用PLC的定时计数功能计时，通过用户编辑的内部逻辑将二进制数转换成BCD码送到目标元件产生输出信号，通过常用的7448七段显示译码器驱动共阴极显示器显示数码。 目前最常用的显示器是LED(发光二极管显示器)和LCD(液晶显示器)。这两种显示器可显示数字、字符及系统的状态。它们的驱动电路简单、易于实现且价格低廉，因此，得到了广泛应用。本次设计要用到5个数字作为时间和星期的显示, 不需显示图形或字符,采用LED做显示器。LED显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器。 53 图4.2 七段LED数码管显示原理图 此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管(在图中以dp表示)，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法: 共阳极接法如图4.2(b) 把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。 共阴极接法如图4.2(a) 把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极,使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。 使用LED显示器时要注意区分这两种不同的接法。 七段发光二极管，再加上一个小数点位，共计八段。因此提供给LED显示器的字型代码正好一个字节。各代码位的对就关系如下表4.1 表4.1 LED显示器的字型代码 代码位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 显示段 dp G f E d c b a 用LED显示器显示十六进制数的字形代码如下表4.2 54 表4.2 LED显示器显示十六进制数的字形代码 字型 共阳极代码 共阴极代码 字型 共阳极代码 共阴极代码 0 C0H 3FH 9 90H 6FH 1 F9H 06H A 88H 77H 2 A4H 5BH b 83H 7CH 3 B0H 4FH c C6H 39H 4 99H 66H d A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 82H 7DH F 8EH 71H 7 F8H 07H 灭 FFH 00H 8 80H 7FH 此次计设采用的共阴极LED显示器，其中时间显示为动态显示，星期显示为静态显示。 4.3 7448芯片介绍 7448芯片的外部的引脚图 图4.3 7448芯片引脚图 7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 55 表4.3 7448的功能表 十进制 输入 输出 字BI/RBO 或功能 形 LT RBI AAAA a b c d e f g 3 2 1 0 0 H H L L L L H H H H H H H L 0 1 H × L L L H H L H H L L L L 1 2 H × L L H L H H H L H H L H 2 3 H × L L H H H H H H H L L H 3 4 H × L H L L H L H H L L H H 4 5 H × L H L H H H L H H L H H 5 6 H × L H H L H L L H H H H H 6 7 H × L H H H H H H H L L L L 7 8 H × H L L L H H H H H H H H 8 9 H × H L L H H H H H L L H H 9 10 H × H L H L H L L L H H L H 11 H × H L H H H L L H H L L H 12 H × H H L L H L H L L L H H 13 H × H H L H H H L L H L H H 14 H × H H H L H L L L H H H H 15 H × H H H H H L L L L L L L 消隐 × × × × × × L L L L L L L L 脉冲消隐 H L L L L L L L L L L L L L 灯测试 L × × × × × H H H H H H H H 8 7448的逻辑功能: (1)正常译码显示。LT=1，BI/RBO=1时，对输入为十进制数l,15的二进制码(0001,1111)进行译码，产生对应的七段显示码。 (2)灭零。当LT=1，而输入为0的二进制码0000时，只有当RBI =1时，才产生0的七段显示码,如果此时输入RBI =0 ，则译码器的a,g输出全0，使显示器全灭;所以RBI称为灭零输入端。 (3)试灯。当LT=0时，无论输入怎样，a,g输出全1，数码管七段全亮。由此可以检测显示器七个发光段的好坏。 LT称为试灯输入端。 (4)特殊控制端BI/RBO。BI/RBO可以作输入端，也可以作输出端。 作输入使用时，如果BI=0时，不管其他输入端为何值，a,g均输出0，显示器全灭。因此BI称为灭灯输入端。 作输出端使用时，受控于RBI。当RBI=0，输入为0的二进制码0000时，RBO=0，用以指示该片正处于灭零状态。所以，RBO 又称为灭零输出端 56 4.4 电铃电路 4N25为光电耦合器由发光二极管和光敏晶体管组成。SCR-100是双向晶闸管可以认为是一对反并联连接的普通晶闸管的组成，它有两个主电极T1和T2，以及一个门极G。门极使器件在主电极的正反两个方面均可触发导通，因此在50HZ的电压下，由于每0.01s内都有一个触发电压，使得有一个主电极触发导通，由于接的是交流，所以每个主电极总会在下一个半波时由于电压反向而自动关断，但在这个半波内另一个主电极却因为触发脉冲的到来而导通。所以整个周期中不管是哪个半周期只要有触发脉冲就会使晶闸管导通。总体电路工作原理当输入端Y15为低电平时，4N25输入端电流为0，输出相当于开路。当Y15为高电平时，输出电铃回路导通。其电路图如下图4.4所示: 图4.4 电铃控制电路 4.5 PLC的硬件设计 4.5.1 PLC的选型 因需要7个输入点，14个输出点，考虑到实际应用留有一定的I/O端口余量，且电铃为直流负载，由于三菱FX2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场，本次设计也是小型的控制系统，我们学习的也是三菱FX2N系列的PLC，根据上一章的知识所以我们采用我们熟悉的三菱FX2N-32MR-001来控制该系统。 57 4.5.2 PLC I/O端口的分配 根据功能要求，我统一了I/O接点的分配。见表4.4: 表4.4 I/O端口分配表 输 入 输 出 X0 启动按钮(SB1) Y0—时间显示译码芯片7448A脚 X1 停止按钮(SB2) Y1—时间显示译码芯片7448B脚 X2分钟调节按钮(SB3) Y2—时间显示译码芯片7448C脚 X3 小时调节按钮(SB4) Y3—时间显示译码芯片7448D脚 X4 星期调节按钮(SB5) Y4—选择小时十位数7448芯片LT RBI RBO X5计时开始按钮(SB6) Y5—选择小时个位数7448芯片LT RBI RBO X6 假期控制按钮(SB7) Y6—选择分钟十位数7448芯片LT RBI RBO Y7—选择分钟个位数7448芯片LT RBI RBO Y8—星期显示译码芯片7448A脚 Y10—星期显示译码芯片7448B脚 Y11—星期显示译码芯片7448C脚 Y12—星期显示译码芯片7448D脚 Y13—星期显示7448芯片LT RBI RBO Y14—打铃的输出 58 4.6 系统I/O接线图 abcdefgabcdefgabcdefgabcdefgRBORBORBO8RBOLTRBILTRBILTRBIDACBADDCBACBLTRBIDCBA NN,220VLLSB1YOX0SB2Y1X1Y2SB3Y3X2Y4SB4Y5X3Y6SB5Y7X4Y10SB6Y11X5Y12SB7FY13X2X6Y14Y15N-打铃32MR COMCOM abcdefg 7448LTRBIRBO DCBA 图4.5 系统I/O接线图 4.7 系统作息时间表及要求 表4.5 作息时间表 6:00 起床 15:30-16:15 第七节课 6:20-6:40 做操 16:25-17:10 第八节课 6:40-7:30 早餐 17:10-18:00 晚餐 8:20 第一节预备上课铃 18:00-18:45 第九节课 8:30-9:15 第一节课 18:55-19:40 第十节课 59 9:25-10:10 第二节课 19:50-20:35 第十一节课 10:30-11:15 第三节课 22:00 就寝 11:25-12:10 第四节课 23:00 熄灯 12:10-13:20 午餐、午休 13:20 第五节预备铃 13:30-14:15 第五节课 14:25-15:10 第六节课 (1)上课铃与下课铃要分开(铃声响的频率不一样),起床、晚自习等时间的铃声为 连续打铃,每次打铃的时间为20s。 (2)具备时间调整功能。 (3)星期六、星期日不打铃,星期一至星期五按下表所示作息时间表打铃。 (4)具有时间显示功能,要有分、时和星期的显示。 4.8 系统工作原理 系统接通电源，通过分钟调节按钮、小时调节按钮和星期调节按钮，将系统时间和星期调节为当前时间和星期;然后按下计时开始按钮，系统开始计时;系统时间和星期通过数码管显示出来。按下启动按钮，系统进入控制状态，将系统当前时间和星期与作息时间表比较，由输出口端口输出打铃控制信号。上，下课打铃20秒钟，上课铃声响的频率为20Hz，起床，晚息等时间的铃声为连续打铃。为了不影响休息周末不打铃。时间用4个数码管显示，采用动态显示方式;星期用1个数码管显示，采用静态显示方式。 60 第5章 软件设计及调试 5.1 系统流程图 系统流程图如5.1所示: 开始 已调好 调时 未调好 显示 是是否为周末 否 否与作息时间比较是否相等 是 输出 图5.1 系统流程图 5.2 总体程序的设计 控制程序是本系统中的核心部分,是重中之重,任何外部硬件设备都是在程序的控 制下进行运转的。下面我将分段对程序进行注释该系统软件由计时及时间调节程序(图 5.1)、显示程序 (图5.2)、作息时间表程序 (图5.3)和控制程序(图5.4)四个结构组 成。 61 5.2.1 计时及时间调节程序 (1) M8013为1ms周期振荡，X2为分钟调节按钮，8014为1min周期振荡，当X005得电，每过一分钟C0实现自动加1。 (2)X3为小时调节按钮，当C0计满到60时，C0常开闭合小时数C1自动加1并使C0复位从0开始计数。 (3)X4为星期调节按钮。当小时数C1计满到24时，星期数自动加1且C1复位。 5.2.2 显示程序 62 (1)BCD转换指令是将源元件中的二进制数转换成BCD码送到目标元件， C0内的分钟数据换成BCD码送到M200-M207 ,C1内的小时数据换成BCD码送到M210-M217, C2内的星期数据换成BCD码送到M220-M227。 (2)通过MOV传送指令将BCD码分别输入，通过7448七段显示译码器驱动共阴极显示器显示数码。 5.2.3 作息时间表程序 63 (1)MUL和ADD指令一起作用是将当前时间计算为分钟数放到数据寄存器中D1中。 (2)CMP指令则是将当前分钟值与设定值进行比较决定对哪个辅助继电器输出。 64 5.2.4 控制程序 65 5.3 程序的调试 本次的程序调试使用的软件是MELSOFT系列GX Developer其界面如下图5.1: 图5.1 MELSOFT系列GX Developer界面图 为了调试方便节省时间将作息时间表里360分钟时和510分钟时的响铃的时间改为第2分钟和第3分钟响铃，其中第360分钟时为起床铃声，第510分钟 为第一节课上课铃。调出软件测试对话框如下图5.2所示接通X000和X005。 66 图5.2 软件测试对话框 当D1的数据到2时，也就是到2分钟时。 67 得到输出如下: Y015在输出20秒钟后失电。 当D1的数据到3，也是3分钟到时。 得到的Y015的输出如下: 68 Y015以频率为20HZ得电与失电20秒后失电。 在调试过程中也遇到了不少问题，比如先前的比较程序中总共超过了24行，以及上课铃不输出的问题，在对程序作了修改后，实现了设计要求,达到了目的。 69 结 论 通过两个多月的学习实验，终于完成了PLC自动打铃控制系统的设计，并使自动打铃系统能顺利运行,完成了预期的目标。 通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉软硬件设计的方法、内容及步骤;巩固、加深和扩大PLC应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力;培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。 本次毕业设计可以说是对我大学四年学习的一次总结，对于取得的成果，我还是比较满意的。但是，有些缺憾还是令我比较遗憾，比如说此系统在可调模式下，不能实现把当前显示时间如原来不是打铃点设定为打铃声点，如是打铃点则被清除的功能。在程序编写上存在不足，希望能够在以后的不断深入学习中能够弥补自己的不足之处。同时更是朝着PLC应用领域迈进。 70 致 谢 通过两个月的不断努力，终于完成了此次毕业设计。在此，首先感谢我的导老师，正是她在百忙之中还抽出宝贵的时间对我进行精心的指导，才使我顺利完成了我的毕业设计。在此，谨向陈老师表示我最衷心的感谢! 其次,在整个设计过程中也得到电气与信息工程系很多领导和老师的支持和鼓励，在此表示感谢。 最后感谢所有帮助过我的老师和同学! 衷心的谢谢你们～ 参考文献 [1] 王也仿主编. <<可编程控制器应用技术>> 机械工业出版社 [2] 陈立定，吴玉香，苏开才(电气控制与可编程控制器(广州:华南理工大学出版 社，2001 [3] 钟肇新，彭侃(可编程控制器原理及应用(第3版)(广州:华南理工大学出版社， 2005 [4] 金广业，李景学编(可编程序控制器原理与应用(北京:电子工业出版社，1991 (TP301/5) [5] 史国生编(电气控制与可编程控制器技术(北京:化学工业出版社，2004 [6] 杨振兴，陈登顺(可编程序控制器原理和应用(长沙:中南工业大学出版社，1993 [7] 吕景泉(可编程控制器技术教程(北京:高等教育出版社，2001 71 [8] 胡学林(可编程控制器应用技术(北京:高等教育出版社，2001 [9] 日本三菱公司(三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX系列编程手册(1998 [10] 日本三菱公司(三菱微型可编程控制器MELSEC-F FX系列特殊模块编程手册(1998 附 录 程序清单 72 73 74 75 76 77 78