摘 要：在自動(dòng)控制中，用PLC可以實(shí)現(xiàn)校園自動(dòng)打鈴系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)。文章論述了自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)的主要軟件部分的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了基于S7-200 PLC控制的校園電鈴自動(dòng)控制裝置設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

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(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（PLC、機(jī)器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平，PLC裝置已成為自動(dòng)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(qiáng)、使用方便的優(yōu)越性，迅速占領(lǐng)了工業(yè)控制領(lǐng)域，成為先進(jìn)的、發(fā)展及應(yīng)用勢(shì)頭最強(qiáng)的工業(yè)控制器。

基于PLC控制的自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使用方便，程序容易修改，可靠性高，作息時(shí)間改變時(shí)，控制程序只需要稍做修改就可以實(shí)現(xiàn)新的控制要求。

1 控制要求分析及I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

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(xí)等時(shí)間的鈴聲為連續(xù)打鈴，每次打鈴的時(shí)間為15秒；要具備時(shí)間調(diào)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(shí)間表打鈴；具有時(shí)間顯示功能，要有秒、分、時(shí)和星期的顯示。

因電鈴功率不大，可直接由PLC驅(qū)動(dòng)，故選擇24V直流工作的電鈴，選擇的具體型號(hào)為：HRE-S90D4（24V DC）。時(shí)間調(diào)整功能可用按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中分鐘個(gè)位，分鐘十位，時(shí)鐘個(gè)位，時(shí)鐘十位各采用一個(gè)按鈕，且均選用同一種型號(hào)，此處選擇施耐德電氣公司的 XB2B33B1C型號(hào)按鈕。

系統(tǒng)開關(guān)選擇：選用圓形選擇開關(guān)，具體型號(hào)為K22-41K兩段短軸，為保護(hù)PLC不因誤操作而被短路燒毀，增加一熔斷器作為短路保護(hù)。熔斷器型號(hào)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(dǎo)線和設(shè)備的故障保護(hù)。

時(shí)間顯示可采用七段LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管采用共陰極接線方式，即COM端為負(fù)時(shí)數(shù)碼管中相應(yīng)段為亮，其中工作原理如圖1所示。

數(shù)碼管b、c段為高電平時(shí)，LED數(shù)碼管顯示數(shù)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(shí)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(shí)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(shù)碼管功率選擇0.5W或1W。

2 PLC選擇及PLC外部接線

PLC機(jī)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(hù)使用最方便以及性價(jià)比的最優(yōu)化機(jī)型。

在工藝過程相對(duì)較固定、環(huán)境條件稍好的場(chǎng)合，建議優(yōu)先選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC，其余場(chǎng)合則最好使用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。西門子S7-200PLC在實(shí)時(shí)模式下具有速度快，具有通訊功能，該P(yáng)LC模塊具有強(qiáng)大的性能，最優(yōu)模塊化和開放式通訊、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴(kuò)展、性價(jià)比高。

S7-200PLC主機(jī)的型號(hào)種類較多，可以適應(yīng)不同需求的控制場(chǎng)合。西門子推出的S7-200PLC CPU22X系列產(chǎn)品指令豐富、速度快、具有較強(qiáng)的通信能力。例如，CPU226模塊的輸入、輸出端口總數(shù)有40個(gè)，其中輸入端口有24個(gè)，輸出端口有16個(gè)。有控制用模塊7個(gè)，存儲(chǔ)器容量空間有6.6字節(jié)。里邊置有高速計(jì)數(shù)器，具有PID控制器功能。有1對(duì)高速的脈沖輸出端口及1對(duì)RS-485通信接口。具有PPI通信、MPI通信及自由協(xié)議的通信能力。運(yùn)行的速度很快、功能很強(qiáng)大，常運(yùn)用于功能要求比較高的中小型控制系統(tǒng)的場(chǎng)合。

CPU226的24個(gè)數(shù)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(gè)輸入端口組成，每一個(gè)由外部輸入的開和關(guān)信號(hào)均可以由各輸入端口接出，經(jīng)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(gè)輸入端口組成，每一個(gè)外部輸入的開和關(guān)信號(hào)均可以由各輸入端口接出，經(jīng)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(cè)各輸入端口狀態(tài)的電源。M、L+兩個(gè)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(shí)也可以作為輸入端口的檢測(cè)電源使用。16個(gè)數(shù)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(gè)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(gè)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(gè)輸出端口和公共端3L組成。每一個(gè)負(fù)載的一端端口和輸出端口相連，另一端口經(jīng)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(dòng)直流的負(fù)載，也可以帶動(dòng)交流的負(fù)載。各個(gè)負(fù)載的激勵(lì)源由負(fù)載的性質(zhì)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(dòng)打鈴控制系統(tǒng)要求分析可知輸入接口有9個(gè)，輸出接口有14個(gè)，所以可選擇西門子公司的S7-200 PLC主機(jī)，CPU選用CPU226型號(hào)。

3 自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)接線

根據(jù)表2系統(tǒng)I/O分配表，完成圖3自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)接線圖，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，完全可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要從PLC控制系統(tǒng)的選型等方面進(jìn)行了詳述，同時(shí)考慮了控制系統(tǒng)要求，PLC外部器件選擇等，設(shè)計(jì)性能可靠，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確，使用方便，可以根據(jù)學(xué)生作息時(shí)間自動(dòng)打鈴，控制系統(tǒng)還增加了考試打鈴手動(dòng)控制按鈕。經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，較好完成了校園自動(dòng)打鈴控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：劉曉超（1981-），男，講師，工學(xué)學(xué)士，研究領(lǐng)域：機(jī)電一體化技術(shù)及數(shù)控加工的教育教學(xué)。