作息时间控制器的设计

前言

本次毕业设计的课题是《作息时间控制器》控制的设计，用时间来控制自动打铃，开（熄）学生宿舍灯等。

在指导老师的悉心指导及本组成员的共同努力下，完成了0~24小时循环显示的程序、自动打铃程序、开（熄）学生宿舍灯程序的设计，及电路板的制作。通过本次设计领悟了作为一名技术员所具备分析、解决问题的能力，为今后的工作打下基础。

由于时间仓促、能力有限，程序难免有不足之处，请老师批评指正。

目录

一、设计任务

1、作息时间控制器控制设计大纲 (4)

2、设计步骤 (4)

二、设计过程

1、时间控制显示程序 (5)

1.1秒脉冲显示程序 (5)

1.2分钟显示程序 (6)

1.3小时显示程序 (7)

1.4星期显示程序 (9)

1.5自动扫描秒程序 (11)

1.6开机显示 (12)

2、电铃控制程序 (14)

2.1作息时间电铃控制 (16)

2.2双休日电铃控制 (17)

3、学生宿舍开（熄）灯程序 (18)

4、控制器输入输出点分配 (19)

5、PCB接线图及元器件 (21)

5.1 PCB的外部接线图 (21)

5.2 元器件 (22)

6、作息时间控制器控制梯形图 (22)

7、作息时间控制器使用说明 (23)

三、设计总结 (24)

概述

PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

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。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。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，这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

所以PLC才被越来越多的人所熟悉，也被广泛的应用于自动化的生产与生活当中。而本课题就来源于学校的实际情况，包括上下课打铃程序、双休日控制程序以及控制学生宿舍开（熄）灯等自动化程序的控制，相信PLC将会更加贴近生活，服务大众。

一、设计任务

1、作息时间控制设计大纲

PLC作息时间控制器采用数码显示，能够准确显示分、时、星期，在一定的时间内能够自动打铃，开（熄）学生宿舍灯。

此外，该PLC作息时间控制器还设置了手动按钮，用于调整分钟、小时和星期。

1.2作息时间控制设计大纲控制要求

作息时间控制器的控制要求如下：

（1、开机时初始状态显示为00时00分，显示星期为“1”。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及时间。

（3、可按所设置的时间要求打铃。

（4、可根据需要控制其它装置。

（5、作息时间表见图2-22。

(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17:00至星期日下午17:00停止打铃。

2、设计步骤

1、先设计时间循环显示的程序，设计完成后在实验室进行试运行。

2、根据要求使程序运行到一定时间的时候开始打铃、控制学生宿舍开（熄）灯等。

3、绘制其外部接线图，后使用protel99绘制其外部接线图。根据接线图，使用数码管、按钮、开关、万能板、电烙铁等工具来制电路板。

4、结合时间显示程序、打铃控制程序、学生宿舍开（熄）灯程序之后，在制作好的电路板上实验运行。

二、设计过程

1、时间控制显示程序

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。

1.1秒脉冲显示程序

秒脉冲程序梯形图如图2-11所示。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。

2-11作息时间PLC控制——秒脉冲发生程序

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。

1.2分显示程序

图2-12作息时间PLC控制器——分钟显示程序

分显示程序梯形图如图2-12所示。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。

1.3时显示程序

时显示程序梯形图如图2-13所示。由辅助继电器M21~M30分别接通时个位显示程序。当M21闭合时，时个位显示“0”；当M22闭合时，时个位显示“1”；当M23闭合时，时个位显示“2”。以此类推。由辅助继电器M33~M35分别接通时十位显示程序。当M33闭合时，时十位显示“0”；当M34闭合时，时十位显示“1”；当M35闭合时，时十位显示“2”。

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 ”。

图2-13作息时间PLC控制器——小时显示程序

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。

1.4星期显示程序

星期显示程序设计梯形图如图2-14所示，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的状态已移位至M47，

图2-14作息时间PLC控制器——星期显示程序梯形图

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。

1.5自动扫描程序

数码管的动态扫描梯形图2-15所示。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

图2-15作息时间控制器——自动扫描程序梯形图

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。

1.6开机显示

开机时，时间显示为星期1，00时00分。数字显示原理如图2-16-1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。表2-16-2为显示数字0~9的常数值。各辅助继电器与其对应的时间见表2-16-3。图2-16-4开机显示程序。

Y0

Y5 Y6 Y1

Y4 Y2

Y3

图2-16-1数字显示原理

2-16-3 各辅助继电器与其对应的时间

显示数字

输出点状态

常数值

Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 0 0 1 1 1 1 1 1 K63 1 0 0 0 0 1 1 0 K6 2 1 0 1 1 0 1 1 K91 3 1 0 0 1 1 1 1 K79 4 1 1 0 0 1 0 0 K102 5 1 1 0 1 1 1 1 K109 6 1 1 1 1 1 1 1 K125 7 0 0 0 0 1 1 1 K7 8 1 1 1 1 1 1 1 K127 9 1

1

1

1

1

1

K111

图2-16-2显示数字0~9的常数值

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 分个位 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 分十位 M13 M14 M15 M16 M17 M18 时个位 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30 时十位 M33 M34 M35 星期

M40

M41

M42

M43

M44

M45

M46

图2-16-4作息时间PLC控制器开机显示梯形图

2、电铃控制程序

2.1作息时间电铃控制

电铃控制梯形图如图2-21所示。打铃时间如图2-22，当到程序运行到该打铃的时间时，该时间段辅助继电器的常开触点闭合，使得辅助继电器M50的线圈得电，并产生一个扫描周期的上升沿微分脉冲信号，辅助继电器M50的常开触点闭合，接通输出继电器Y17线圈电源，Y17闭合并自锁，电铃开始打铃。同时，定时器T3开始计时，计满15S后，串接在出继电器Y17线圈上的定时器T3的常闭触点断开，使输出继电器Y17和定时器T3失电，定时器T3复位，打铃停止。如果需要手动打铃，只需按下SB3，此时X2闭合，接通输出继电器

Y17线圈电源，Y17闭合并自锁，开始打铃。而M2的作用是防止计时器坏了，打铃时间过长。假若计时器T3坏了，电铃每次都要动作1分钟后才断电。

项目时间对照表

起床6：20~6：30 早操6：40~6：50 洗漱6：50~7：00 早餐7：00~7：40 预备铃7：40~7：50 第一节课8：00~8：50 第二节课9：00~9：50 课间操9：50~10：10 第三节课10：10~11：00 第四节课11：10~12：00 中餐12：30~14：20 午休12：30~14：20 预备铃14：20~14：30 第五节课14：30~15：20 第六节课15：30~16：20 文体活动16：30~17：30 晚餐17：30~18：00 自由活动18：00~18：50 预备铃18：50~19：00 晚自习19：00~20：30 熄灯21：30

图2-22 PLC作息时间控制器——作息时间表

图2-21作息时间PLC控制器上下课电铃梯形图

2.2双休日电铃控制

双休日控制梯形图如图2-23所示。因为星期五下午17：00至星期日下午17：00停止打铃。所以每星期5下午17:00时，辅助继电器M44，M34，M28，M13，M1的常开触点闭合，辅助继电器M56闭合并自锁，其串接在输出继电器Y16，Y17上的常闭触点断开，输出继电器Y16，Y17将得不到脉冲信号。星期日下午17:00时，辅助继电器M46，M34，M28，M13，M0的常开触点将闭合，辅助继电器M5产生一个扫描周期的输出信号，其串接在辅助继电器M56中的常闭触点断开，辅助继电器M56失电，串接在输出继电器Y16，Y17上的辅助继电器M6的常闭触点复位，使输出继电器Y16，Y17能够得到脉冲信号而恢复到正常工作。

图2-23作息时间PLC控制器双休日电铃控制梯形图

3、学生宿舍开（熄）灯程序

灯的控制梯形图如2-31所示。当到学校开灯时间时，以下两组辅助继电器：（M35，M21，M16，M1），（M27，M15，M1）的常开触点中有一组闭合，辅助继电器M54线圈得电闭合，其串接在输出继电器Y16上的常开触点闭合，使输出继电器Y16得电并自锁，打开电灯开关。当需要手动开灯时，只要按下按钮SB7，则X6闭合，使输出继电器Y16得电并自锁，打开电灯开关。

当到熄灯时间时，以下两组辅助继电器：（M35，M22，M16，M1），（M27，M17，M1）的常开触点中有一组闭合，辅助继电器M54线圈得电闭合并产生一个扫描周期的脉冲信号，使其串接在输出继电器Y16线圈上的常开触点断开，输出继电器Y16断开，电灯熄灭。当需要手动关灯时，只需按下SB8，则X7闭合，辅助继电器M203得电，串接在输出继电器Y16线圈上的常开触点断开，使输出继电器Y16断电。

项目时间对照表

亮灯06：20~06：40

亮灯20：30~21:30

图2-32学校亮灯时间表

图2-31作息时间控制器灯的控制梯形图

4、PLC控制器输入输出点分配

1、作息时间PLC控制器输入输出点分配表见表4-1所示。

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。X6、X7用来开、关学生宿舍的灯。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。宿舍灯光、电铃均用二极管来替代。

输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号启动按钮SB1 X0 数码管a段 a Y0 停止按钮SB2 X1 数码管b段 b Y1 手动打铃SB3 X2 数码管c段 c Y2 “分”调整按钮SB4 X3 数码管d段 d Y3 “时”调整按钮SB5 X4 数码管e段 e Y4 “天”调整按钮SB6 X5 数码管f段 f Y5 开灯SB7 X6 数码管g段g Y6

关灯SB8 X7 数码管公共端D1 Y10

数码管公共端D2 Y11

数码管公共端D3 Y12

数码管公共端D4 Y13

数码管公共端D5 Y14

POINT Y15

秒闪烁发光二

极管

POINT Y16

宿舍灯发光二

极管

POINT Y17

电铃发光二极

管

图4-1 作息时间控制器——输入输出点分配表