基于PLC的校園作息時(shí)間控制系統(tǒng)

孫執(zhí)誠+李永全

摘要：本次所做的設(shè)計(jì)是關(guān)于PLC校園作息控制的，詳細(xì)地闡述了系統(tǒng)組成，系統(tǒng)硬件連接和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，并詳細(xì)地介紹了系統(tǒng)工作原理。通過三菱PLC為例，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園時(shí)間的控制，改變PLC的程序來改變校園時(shí)間按打鈴，廣播及宿舍燈的控制，實(shí)現(xiàn)了作息時(shí)間無人控制的自動(dòng)化，科學(xué)化管理和操作[6]。利用PLC實(shí)現(xiàn)校園作息時(shí)間的控制既保證了時(shí)間控制的準(zhǔn)確性，又達(dá)到了特殊情況下的時(shí)間設(shè)置的靈活性。該控制系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，準(zhǔn)備度高，系統(tǒng)靈活性，實(shí)用性強(qiáng)，成本低，適用于各類院校的作息時(shí)間控制。

關(guān)鍵詞：時(shí)間控制系統(tǒng)；作息時(shí)間；PLC

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）35-0262-03

1 概述

PLC控制系統(tǒng)，Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，是專為工業(yè)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置[1]。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的生產(chǎn)過程[2]。是工業(yè)控制的核心部分。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能[3]。本設(shè)計(jì)是一個(gè)具有打鈴，可調(diào)節(jié)，帶顯示屏的作息時(shí)間控制系統(tǒng)。采用三菱PLC來完成。有五個(gè)數(shù)碼顯示管，兩個(gè)顯示分，兩個(gè)顯示小時(shí)，一個(gè)顯示星期。首先進(jìn)行初始化，開始運(yùn)行程序；觀察數(shù)碼顯示管上的時(shí)間變化。同時(shí)，與電鈴的打鈴時(shí)間像比較如果兩者一致，則開啟電鈴。待打鈴結(jié)束后，通過使繼電器失電來關(guān)閉打鈴。接下來給出本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)步驟。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

2.1 設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)采用的是PLC控制方式。配置如下：

1） 控制器為三菱 Fx2N一48MR PLC的控制器，有24個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)[4]；2） 繼電器作為輸出設(shè)備； 3） 時(shí)間顯示器有5個(gè)數(shù)碼管，分、時(shí)、用兩個(gè)，星期用一個(gè)，來實(shí)現(xiàn)作息時(shí)間的控制。（時(shí)間段的數(shù)碼顯示能有效的控制相關(guān)設(shè)備工作，如開始打鈴，開始廣播，開始放音樂等。）此外，PCL的外部設(shè)計(jì)增加了手動(dòng)按鈕，這樣人們就可以從外部進(jìn)行調(diào)整時(shí)間，修正和校準(zhǔn)更加方便[5]。

本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需元件見表1。

2.2 輸入輸出點(diǎn)分配及硬件選擇

3 軟件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括有秒脈沖，分顯示，時(shí)顯示，星期顯示，七段數(shù)碼管顯示，廣播，電鈴，控制燈和雙休日這些模塊；下文主要介紹幾個(gè)重要模塊的設(shè)計(jì)：分別是秒模塊，分模塊和控制燈模塊。

3.1秒脈沖程序的設(shè)計(jì)

當(dāng)SB0被按下是X0就會(huì)隨之閉合，并發(fā)出系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)，這時(shí)作為輔助繼電器的M200線圈就會(huì)因?yàn)橥姸詣?dòng)上鎖。T0和T1為控制器當(dāng)中的計(jì)時(shí)器，在控制器當(dāng)中二者相互配合共同總成了一個(gè)時(shí)長(zhǎng)為1s的時(shí)鐘脈沖程序，而M0和C0則是配合組成分進(jìn)位脈沖的兩組線圈。在時(shí)鐘脈沖和分進(jìn)位脈沖的影響下輸出繼電器Y20的輸出形式呈現(xiàn)出了秒閃爍。

3.2分顯示程序的設(shè)計(jì)

從圖上看，分顯示程序M1至M10的輔助繼電器都分別與各位顯示程序做了鏈接，并能夠根據(jù)線路的閉合狀況作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。例如，當(dāng)輔助繼電器M1閉合時(shí)其分個(gè)位的顯示將為0，而當(dāng)閉合輔助繼電器M2時(shí)，其分個(gè)位則會(huì)顯示1，同理，閉合M3顯示為2…以此類推。

在分顯示程序中，負(fù)責(zé)分十位顯示程序的是輔助繼電器M13到M18。與分個(gè)位顯示原理相同，當(dāng)M13閉合，分十位將顯示為0，M14閉合則顯示1，M15閉合顯示為2，以該規(guī)律依此向下推導(dǎo)。

本次設(shè)計(jì)中，當(dāng)分顯示系統(tǒng)正處在初始狀態(tài)時(shí)，其分十位的輔助繼電器M13以及分個(gè)位的輔助繼電器M1都會(huì)始終保持閉合狀態(tài)，這兩部分的顯示也都為0。此時(shí)計(jì)數(shù)器C0處于開放狀態(tài)，但是當(dāng)C0的總計(jì)數(shù)量達(dá)到60個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，其常開觸點(diǎn)就會(huì)閉合，導(dǎo)致輔助繼電器M0線圈通電，常開觸點(diǎn)閉合。M0觸點(diǎn)的閉合，M0的這種閉合狀態(tài)會(huì)持續(xù)發(fā)出分個(gè)位的移位脈沖。

分個(gè)位移位脈沖的產(chǎn)生將對(duì)M1下達(dá)位移指令，使其1的狀態(tài)向左位移到M2，導(dǎo)致M2閉合，并在分個(gè)位顯示1。當(dāng)?shù)诙€(gè)分個(gè)位移位脈沖產(chǎn)生，其影響就會(huì)波及M2，使之同樣產(chǎn)生左向位移，M3閉合，分個(gè)位顯示變?yōu)?。分個(gè)位移位脈沖的持續(xù)到來最終影響到所有輔助繼電器，直到分個(gè)位脈沖滿10個(gè)時(shí)后，M1原始的1的狀態(tài)轉(zhuǎn)移至M11后，使M11的線圈通電，其常開觸點(diǎn)重新閉合，M2到M10的繼電器才能復(fù)位。此時(shí)，M1輔助繼電器將重新恢復(fù)到閉合狀態(tài)，并在分個(gè)位上顯示0。

而M11的閉合同時(shí)還會(huì)造成M12輔助繼電器產(chǎn)生一掃描周期的升沿脈沖，該脈沖會(huì)影響到輔助繼電器M13的，其1的狀態(tài)將向M14轉(zhuǎn)移，因此分十位上顯示1。與分個(gè)位的位移變化相同，本次位移和顯示變化將逐漸展開，當(dāng)分十位脈沖滿6次之后，M13的狀態(tài)重新傳遞至M19，使M19閉合，分十位才重新顯示為0。

由上述對(duì)分顯示程序的作用原理介紹可知，當(dāng)我們需要對(duì)分進(jìn)行調(diào)整時(shí)僅需按下按鈕SB4，這時(shí)X3將處于閉合狀態(tài)，C10開始計(jì)數(shù)，并閉合常開觸點(diǎn)使S5通電。反復(fù)幾次，在分位脈沖的影響下就能逐漸改變分當(dāng)前的顯示情況。

3.3 控制燈的設(shè)計(jì)

Y21的觸點(diǎn)也始終閉合，這就使得輸出繼電器Y31的線圈可以得電，并保持自鎖狀態(tài)。因此這時(shí)作息控制器可以完成對(duì)點(diǎn)燈開、關(guān)的控制。而當(dāng)需要手動(dòng)對(duì)燈進(jìn)行開關(guān)控制時(shí)需按下SB9按鈕，以便控制X10，使其處于閉合狀態(tài)，而輸出繼電器Y21在此時(shí)處于自鎖狀態(tài)，這時(shí)就可以完成手動(dòng)操作，打開電燈了。

而當(dāng)學(xué)校以至熄燈時(shí)間，這時(shí)上述的兩組輔助繼電器（M35、M22、M16、M1）和（M27、M17、M1）的常開觸點(diǎn)雖然有一組仍處于閉合狀態(tài)，但是隨著輔助繼電器M55線圈的通電閉合，繼而產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖信號(hào)，這時(shí)Y21輸出繼電器上的觸點(diǎn)由于為串接鏈接，其線圈上的常開觸點(diǎn)就會(huì)斷開并完成熄燈工作。而當(dāng)需要進(jìn)行手動(dòng)熄燈時(shí)，需要按下SB10按鈕，這時(shí)為了確保X11進(jìn)入閉合狀態(tài)并使M203輔助繼電器通電，這時(shí)Y21輸出繼電器上的串接常開觸點(diǎn)就會(huì)斷開，切斷Y21的電源，完成熄燈工作。

4 結(jié)束語

本文通過PLC實(shí)現(xiàn)了校園作息時(shí)間的控制，經(jīng)過模擬仿真，證實(shí)該系統(tǒng)有良好的自動(dòng)循環(huán)控制功能，且運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，給教學(xué)管理和學(xué)生日常生活帶來了便利。

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