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      基于PLC自動打鈴控制系統(tǒng)的設計

      2017-03-16 18:57:27劉曉超
      科技創(chuàng)新與應用 2017年5期
      關鍵詞:控制系統(tǒng)設計

      摘 要:在自動控制中,用PLC可以實現校園自動打鈴系統(tǒng)的控制設計。文章論述了自動打鈴控制系統(tǒng)的主要軟件部分的設計,重點介紹了基于S7-200 PLC控制的校園電鈴自動控制裝置設計。

      關鍵詞:PLC;控制系統(tǒng);設計

      引言

      可編程序控制器(Programmable Controller 英文縮寫為PC后又稱PLC)是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、半導體技術和通信網絡技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高,成為現代工業(yè)控制的三大支柱(PLC、機器人和CAD/CAM)之一。PLC控制技術代表著當前程序控制的先進水平,PLC裝置已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置??删幊绦蚩刂破鳎≒LC)以其可靠性高、靈活性強、使用方便的優(yōu)越性,迅速占領了工業(yè)控制領域,成為先進的、發(fā)展及應用勢頭最強的工業(yè)控制器。

      基于PLC控制的自動打鈴控制系統(tǒng)的設計,使用方便,程序容易修改,可靠性高,作息時間改變時,控制程序只需要稍做修改就可以實現新的控制要求。

      1 控制要求分析及I/O點統(tǒng)計

      上課鈴與下課鈴要能分開(鈴聲響的頻率不一樣),起床,晚自習等時間的鈴聲為連續(xù)打鈴,每次打鈴的時間為15秒;要具備時間調整功能;星期六星期天不打鈴,星期一至星期五按表1所示作息時間表打鈴;具有時間顯示功能,要有秒、分、時和星期的顯示。

      因電鈴功率不大,可直接由PLC驅動,故選擇24V直流工作的電鈴,選擇的具體型號為:HRE-S90D4(24V DC)。時間調整功能可用按鈕來實現,其中分鐘個位,分鐘十位,時鐘個位,時鐘十位各采用一個按鈕,且均選用同一種型號,此處選擇施耐德電氣公司的 XB2B33B1C型號按鈕。

      系統(tǒng)開關選擇:選用圓形選擇開關,具體型號為K22-41K兩段短軸,為保護PLC不因誤操作而被短路燒毀,增加一熔斷器作為短路保護。熔斷器型號選擇為3NE-3340-8,此種熔斷器廣泛用于30/400V及以下電壓,額定工作電流為0.5-125A作為導線和設備的故障保護。

      時間顯示可采用七段LED數碼管。LED數碼管采用共陰極接線方式,即COM端為負時數碼管中相應段為亮,其中工作原理如圖1所示。

      數碼管b、c段為高電平時,LED數碼管顯示數字“1”,其余5段為低電平。這里的高電平一般指TTL/CMOS電路高電平,使用時還需在LED發(fā)光管電路中串入一限流電阻R,如圖2所示,R的阻值是隨外加電壓變化而變化的,U1為發(fā)光管發(fā)光時的電壓(U1約為1.5V),R=(U-U1)/2=(U-1.5V)/0.01A,若U=24V,則R=2.25K,數碼管功率選擇0.5W或1W。

      2 PLC選擇及PLC外部接線

      PLC機型選擇的基本原則是,在功能滿足要求的前提下,選擇最可靠、維護使用最方便以及性價比的最優(yōu)化機型。

      在工藝過程相對較固定、環(huán)境條件稍好的場合,建議優(yōu)先選用整體式結構的PLC,其余場合則最好使用模塊式結構的PLC。西門子S7-200PLC在實時模式下具有速度快,具有通訊功能,該PLC模塊具有強大的性能,最優(yōu)模塊化和開放式通訊、結構緊湊、便于擴展、性價比高。

      S7-200PLC主機的型號種類較多,可以適應不同需求的控制場合。西門子推出的S7-200PLC CPU22X系列產品指令豐富、速度快、具有較強的通信能力。例如,CPU226模塊的輸入、輸出端口總數有40個,其中輸入端口有24個,輸出端口有16個。有控制用模塊7個,存儲器容量空間有6.6字節(jié)。里邊置有高速計數器,具有PID控制器功能。有1對高速的脈沖輸出端口及1對RS-485通信接口。具有PPI通信、MPI通信及自由協議的通信能力。運行的速度很快、功能很強大,常運用于功能要求比較高的中小型控制系統(tǒng)的場合。

      CPU226的24個數字量輸入端口分成2組。第1組由輸入端口I0.0至I0.7、I1.0至I1.4共13個輸入端口組成,每一個由外部輸入的開和關信號均可以由各輸入端口接出,經直流電源到公共端1M;第2組由輸入端口I1.5至I1.7、I2.0至I2.7共11個輸入端口組成,每一個外部輸入的開和關信號均可以由各輸入端口接出,經直流電源到公共端2M。由于是采用直流輸入模塊,因此采用直流電源作為檢測各輸入端口狀態(tài)的電源。M、L+兩個端口提供直流電24V/400mA的傳感器電源,可以作為傳感器的電源輸出,同時也可以作為輸入端口的檢測電源使用。16個數字量輸出端口分成3組,第1組由輸出端口Q0.0至Q0.3共4個輸出端口和公共端1 L組成;第2組由輸出端口Q0.4至Q0.7、Q1.0共5個輸出端口和公共端2L組成;第3組由輸出端口Q1.1至Q1.7共7個輸出端口和公共端3L組成。每一個負載的一端端口和輸出端口相連,另一端口經過電源和公共端口相連。由于是采用繼電器輸出的方式,所以既可以帶動直流的負載,也可以帶動交流的負載。各個負載的激勵源由負載的性質確定。輸出端口排的右端N、L1端口是供電電源交流電120/240V輸入端。該電源的電壓允許范圍為交流85~264V。

      由上自動打鈴控制系統(tǒng)要求分析可知輸入接口有9個,輸出接口有14個,所以可選擇西門子公司的S7-200 PLC主機,CPU選用CPU226型號。

      3 自動打鈴控制系統(tǒng)接線

      根據表2系統(tǒng)I/O分配表,完成圖3自動打鈴控制系統(tǒng)接線圖,經實踐驗證,完全可靠。

      4 結束語

      本文介紹了自動打鈴控制系統(tǒng)的軟件設計,主要從PLC控制系統(tǒng)的選型等方面進行了詳述,同時考慮了控制系統(tǒng)要求,PLC外部器件選擇等,設計性能可靠,計時準確,使用方便,可以根據學生作息時間自動打鈴,控制系統(tǒng)還增加了考試打鈴手動控制按鈕。經過實踐驗證,較好完成了校園自動打鈴控制系統(tǒng)的設計。

      參考文獻

      [1]李國厚.PLC原理與應用[M].清華大學出版社,2005,7.

      [2]李長久.PLC原理及應用[M].機械工業(yè)出版社,2010,12.

      [3]吳中俊,黃永紅.可編程控制器原理及應用[M].機械工業(yè)出版社2005,8.

      作者簡介:劉曉超(1981-),男,講師,工學學士,研究領域:機電一體化技術及數控加工的教育教學。

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