毕业设计论文基于PLC的自动打铃系统的设计.docx
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毕业设计论文基于PLC的自动打铃系统的设计
毕业论文
题目：
基于PLC的自动打铃系统的设计
第一章绪论
1.1背景
学校，办公室，工厂，车站，码头，医院，电信，和其他企业和机构通常以信号铃作为时间信号，铃声已经成为人们生活的一部分。
铃声作为信号，最原始的方式是手动控制。
后来出现了电铃但没有实现自动控制。
随着计算机技术，自动控制技术和通信技术的发展，出现了新兴的技术-电气控制与可编程控制技术。
由于这些新兴的技术的发展，人们用不同的方法来实现了自动化打铃。
自动打铃，包括使用单芯片控制，PLC控制，计算机控制，继电器控制几种控制方式。
1.2课题的目的和意义
本次设计采用可编程控制器方式来控制，可编程控制器英文PLC，它是通过一个可编程的存储器，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，并通过数字或模拟输入和输出控制各类机械或生产过程。
PLC具有稳定可靠，价格便宜，功能齐全，灵活，方便，易于操作和维护的优点，因此PLC已被广泛用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，纺织，交通，环保，文化和娱乐行业。
随着计算机网络的发展，可编程控制器在许多领域将发挥日益重要的作用。
其他三种方法都可以实现时间控制的自动化，但PLC控制，具有可靠性高，抗干扰能力强，能适应恶劣的环境。
铃声自动控制系统，摆脱了繁琐的手工打铃。
人们从繁琐的操作中解脱出来，减轻了所有企业和机构的财务负担，实现了自动打铃控制。
第二章方案论证
2.1继电器控制
继电器控制的优点是形像直观，设备结构简单，价格低廉，抗干扰能力强。
但也有其缺点。
不耐磨损容易损坏。
继电器触点容易产生电弧，可能会造成严重后果。
大的继电器装置笨重，在满负荷运行时，产生大量的热量和噪音，消耗了大量的能量。
总体而言，这种控制方法只适用于小型的要求不高的控制系统。
2.2单片机控制
单片机的主要特点是：
可靠性高，易于扩展，控制能力能，低电压，低功耗，高集成度，体积小，性价比高，易于产品化。
不过，也有缺点，微控制器低转速的高速实时仿真，高速数据采集显得力不从心。
复位的过程是复杂的和不可靠的。
偶然因素会导致程序跑飞。
“看门狗”或其他干扰措施，在极其复杂的情况下，单片机的程序仍然有失控的可能性，进入“死机”。
此外，微控制器开发周期长。
2.3plc控制
（1）可靠性高，抗干扰能力强
电气控制设备的关键性能可靠性高。
PLC，采用现代大规模集成电路技术和严格的生产工艺，内部电路采用一个国家的最先进的抗干扰技术，具有高可靠性。
从PLC的机外电路，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数百甚至数千，失败也将随大打折扣。
，PLC硬件故障检测功能，未能及时发出报警信息。
在应用软件中，用户还可以被纳入到该设备的故障诊断的程序的外部是plc的外电路中取得自诊断保护系统和设备故障。
因此，整个系统具有很高的可靠性。
（2）齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大，中，小规模的系列产品可用于各种规模的工业控制应用。
除了逻辑处理功能，现代plc的拥有最完整的数据运算能力，可用于数字控制的各种字段。
（3）使用方便，工程技术人员的欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，工业控制设备，工矿企业的编程语言是容易被接受的工程技术人员，如梯形图语言的图形符号和表情继电器电路非常接近，只有少量的开关逻辑控制指令PLC继电器接触器电路的功能可以方便的实现。
（4）系统设计周期短，维护方便，容易改造
PLC代替接线逻辑存储器逻辑控制系统的设计周期，大大减少了控制设备外部的接线，大大降低了短期的维护变得容易。
更重要的是改变程序后，做出同样的设备，改变生产过程成为可能。
因此，它是适用于多品种，小批量的生产场合。
（5）体积小，重量轻，能耗低，
超小型PLC，例如，最近的品种底部尺寸小于100平方毫米，重量小于150克的产品，功耗只有几瓦。
由于体积小，容易加载到内部的机械，机电一体化的理想控制设备。
休息时间的自动控制系统，需要长期稳定性，该软件可以被修改和易于维护的设备，各控制系统的特点，使用PLC来控制。
第3章可编程控制器介绍
PLC是一种专门的应用程序，在工业环境和设计的数字运算操作的电子电子设备。
用于在其内部存储执行逻辑运算，操作顺序，定时，计数和算术运算等的指令，并通过数字或模拟输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程中使用的存储器，它可以被编程。
PLC及其外围设备应遵循易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展功能的原则设计。
3.1PLC基本构成
首先，电力
可编程逻辑控制器的功率在整个系统中起着非常重要的作用。
如果你没有一个良好的，可靠的电力系统不能正常工作，因此，可编程逻辑控制器的设计与制造的电源制造商也非常重视。
一般交流电压波动为10％（15％）的范围内，可以不采取其他措施，直接连接到PLC的AC线
其次，中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是中央控制的可编程逻辑控制器。
赋予它的功能与可编程逻辑控制器的系统程序，接收并存储用户程序和数据从程序员的类型按照检查的状态，电源，内存，I/O和看门狗定时器，并且能够诊断用户程序中的语法错误。
当可编程逻辑控制器投入运行，第一个接收器扫描该网站的每个输入设备的状态和数据存储的I/O映象区，然后逐一从用户程序读取用户程序内存后，命令解释器所要求的指示来执行逻辑或算术运算结果转换成的I/O映象区或数据寄存器。
等所有的用户程序执行后，最后的输出状态或输出的每个寄存器内的I/O映像区数据传送到相应的输出设备，如此循环运行，直到它停止运行。
为了进一步提高系统的可靠性的可编程逻辑控制器，近年来，大规模可编程逻辑控制器也构成一个冗余的双CPU系统，或到三个CPU助益系统。
因此，即使在CPU出现故障时，整个系统能够正常运行。
三，存储器
存储器存储系统软件称为系统程序存储器。
内存存储应用软件被称为用户程序存储器。
第四，输入-输出接口电路
1。
免由光耦合电路和计算机的输入接口电路，输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器和现场控制接口的输入通道。
2。
现场输出接口电路由输出数据寄存器，选通电路，和一个中断请求电路集成，可编程逻辑控制器的作用，通过现场输出接口电路，输出相应的控制信号到执行部件的网页。
如图5所示，功能模块
如计数，定位等功能模块。
第六，通信模块
3.2工作原理
首先，输入采样阶段
上面的输入采样阶段，可编程逻辑控制器的扫描顺序地读取所有的输入数据的状态，并将其存储在相应的单元格中的I/O映象区。
结束后的输入采样被转移到用户程序执行和输出刷新期间。
在这两个阶段中的变化，即使输入状态和数据状态，相应的单元的I/O映象区中的数据不会改变。
因此，如果输入的脉冲信号，该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期中，为了确保在任何情况下，该输入可被读入。
其次，用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器始终遵循自顶向下的顺序来扫描用户程序（梯形图）。
扫描每一个阶梯，始终扫描控制电路梯子左边的联系方式，按先左后右，先上后逻辑运算，顺序控制线接触的形式，然后根据逻辑运算的结果，，刷新的逻辑线圈在系统RAM存储区的相应位;或刷新输出线圈在I/O映像区的对应位的状态，或确定是否执行阶梯指定的特殊功能的状态指令。
也就是说，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映射内的状态和数据不会改变，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM的内存区域状态和数据都有可能发生变化，排在上面的阶梯方案实施的结果将排名爬梯使用线圈或数据，相反，排在下面的梯子，线圈或数据的逻辑状态只能到下一个扫描周期被刷新才能正常在其程序。
如果您使用立即I/O指令在执行程序的过程中，你可以直接访问I/O点。
使用I/O指令，输入过程映像寄存器的值是不更新的值直接从I/O模块，输出过程映像寄存器会立即更新，立即进入一些差异?
?
。
三，输出刷新阶段
的扫描结束后的用户程序中，可编程逻辑控制器进入输出刷新阶段。
在这段时间中，CPU根据在I/O相对应的图像区域的刷新所有的输出锁存器电路，输出电路，以驱动相应的外设的状态和数据。
在这个时候，才是真正的可编程逻辑控制器的输出。
3.3功能特点
使用方便，简单的编程
简明阶梯图，逻辑图，或语句表编程语言，而不需要电脑识字，所以系统的开发周期短，便于现场调试。
可在线修改程序变更控制计划，而不是拆除的硬件。
功能，性价比高。
向用户提供数以百计的小型PLC的编程元素，还有一个强大的功能，可以实现非常复杂的控制功能。
相比，具有相同功能的中继系统具有较高的性能和较低的成本。
PLC通过通信网络，分散控制，集中管理。
3完善的硬件设施，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化，系列化，模块化，配备了全方位的各种硬件设备，供用户选择，用户可以灵活方便地配置系统，由不同的功能，不同规模的系统。
PLC安装接线也很方便，外部接线端子连接。
PLC具有承载能力强，可直接驱动电磁阀，交流接触器小。
确定硬件配置，可以修改用户程序，快速，轻松地适应工艺条件的变化。
4，可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器，时间继电器，接触不良，容易出现故障。
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，只留下少量的硬件输入和输出部件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，由于联系不畅引起的故障联系减少。
PLC已采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，数万数千小时的故障之间的平均时间，可以直接用于工业生产现场，具有较强的干扰，PLC用户已确认最可靠的工业控制设备。
系统的设计，安装，调试工作量少
PLC软件功能来代替大量的中间继电器，时间继电器，计数器和其他设备的继电器控制系统，控制柜的设计，安装，接线大大减少工作量。
PLC梯形图程序常用来控制设计，以设计。
这种编程方法很有规律，很容易掌握。
对于复杂的控制系统中，具有相同功能的中继系统的电路图设计梯形图设计要少得多。
PLC用户程序可以被模拟的一个小开关的输入信号，模拟输出信号的状态，在实验室测试中，可以观察到，通过在PLC上的发光二极管。
完成了该系统的安装和接线，在网页中发现的问题一般通过修改程序联动，可以解决系统的调试时间比继电器系统少得多。
维护工作量小，维护方便
PLC的故障率是非常低的，自诊断和显示功能。
根据PLC或外部输入装置和执行机构故障，由PLC提供的信息，发光二极管或编程，迅速查明原因的故障，更换模块可以迅速解决任何
3.4发展历史
起源
1968年，通用汽车取代继电器控制装置的要求;
在1969年，数字设备公司开发的第一台可编程逻辑控制器PDP-14，通用汽车公司在美国的生产线试制成功，第一次使用该程序用于电气控制的手段，这是第一代可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器，简称PLC，是公认的世界上第一台PLC。
在1969年，美国研制出世界上第一台PDP-14;
1971年，日本研制出第一台机组DCS-8;
1973年，德国西门子公司（SIEMENS）开发了欧洲第一台PLC型号用于SIMATICS4;
1974年，中国研制出第一台PLC，于1977年开始在工业应用中。
发展
20世纪70年代早期的微处理器。
人们将很快被引入了可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器，以增加计算，数据传输和处理等功能，完成一个真正的工业控制设备具有电脑功能的。
计算机技术和传统的继电器控制概念相结合的可编程逻辑控制器的商品。
后，在个人计算机的发展，为了方便和反映可编程控制器的功能，可编程逻辑控制器命名为可编程逻辑控制器（PLC）。
在中期到20世纪70年代末进入实用阶段的发展，可编程逻辑控制器，计算机技术已经被完全引入可编程控制器，它具有一个飞跃。
更高的运算速度，超小的体积，更可靠的工业抗干扰设计，模拟操作，PID功能，在现代工业中一个非常高的价格。
在20世纪80年代初，可编程逻辑控制器已广泛应用于先进工业国家。
越来越多的国家，是世界上生产可编程控制器的输出上升。
这标志着可编程控制器已进入了成熟阶段。
从20世纪80年代到90年代中期，可编程逻辑控制器发展最快的时期，年均增长率一直保持在30％至40％。
在此期间，PLC处理模拟量，数字运算，人机接口能力和网络能力已经大大提高，逐渐进入过程控制领域，在某些应用中，在过程控制领域，取而代之的是可编程逻辑控制器的主导地位的DCS系统。
20世纪的结束，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应现代工业的需求。
这个时期的发展，大型机和超小型机，诞生了各种各样的特殊功能单元，生产了各种人机界面单元，通信单元，工业控制设备的配套应用的可编程逻辑控制器更容易。
3.5系统集成
在制造业中，有很多基于交换机的开环的顺序控制，按照按照逻辑条件的计时动作;另一个序列的顺序动作次数，时间无关的逻辑关系，控制运动链保护，大量的开关量，脉冲量，定时，计数器，模拟极限报警状态的主-离散数据采集监控。
控制和监测的要求，PLC发展到更换继电器电路和顺序控制为基础的产品。
近年来，PLC制造商提到在原来的CPU模板逐步增加，多种通信接口，现场总线和以太网技术是PLC应用的同步发展，更广泛。
PLC具有稳定可靠，价格便宜，功能齐全，灵活，方便，易于操作和维护，其中的根本原因是它持久的市场份额优势。
PLC控制器的硬件结构的模块化，主板，数字I/O模块，模拟I/O模板，有一个特殊的定位模板，条形码识别模板中的模块，用户可以根据需要使用在主板上的扩展或采用总线技术与远程I/O从属的方法，以获得所需的I/O数量。
PLC同时实现多种I/O控制的数量，还包括模拟输出电压和数字脉冲的能力，使得它可以控制各种接收到这些信号的伺服电机，步进电机，变频电机等，施耐德PLC加触摸屏人机界面的支持，任何在过程控制水平，以满足您的需求。
3.6选型规则
可编程逻辑控制器系统设计，应确定控制方案，下一步是可编程逻辑控制器工程设计选型。
工艺特点和应用要求是设计选型的主要依据。
可编程逻辑控制器及其相关设备应进行整合，形成一个整体，标准，按照易于与工业控制系统，以扩展其功能的原则选择的可选可编程逻辑控制器在工业领域，应投产应适应，行之有效的系统，可编程逻辑控制器，系统硬件，软件配置和功能与设备的大小和控制要求。
熟悉可编程逻辑控制器，菜单图的编程语言是有利于减少编程时间，工程设计，选择和估计，应该详细的分析过程控制要求，明确控制任务和范围的特点来确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估计输入和输出点，所需的存储容量来确定功能的可编程逻辑控制器，外部设备的特性，高性能和低成本的可编程逻辑控制器，并设计相应的控制系统。
的输入和输出（I/O）点估计
I/O点的估计，应考虑适当的利润，通常是根据输入和输出点的统计，同比增长10％至20％可以延长利润率预测作为输入和输出点。
实际的顺序，需要基于可编程逻辑控制器产品特色的输入和输出点圆制造商。
其次，内存容量的估计
的存储器容量是可编程逻辑控制器本身可以提供硬件存储单元，和用户应用程序的程序存储器存储单元的大小所使用的程序容量，所以程序容量小于存储器容量的大小。
用户应用程序设计阶段，尚未编制，程序容量在设计阶段是未知的，需要调试知道。
为了设计程序容量选择一些估计，估计取代常用的内存容量。
内存内存容量估计也没有固定的公式，许多文件都给予不同的公式，几乎所有的数字I/O点的10至15倍，加上模拟I/O点，以100倍的数量总数单词的记忆（16位字），并考虑额外的25％的保证金点击这里。
三，控制功能选择
选择包括运算功能，然后选择控制功能，通信功能，编程功能，诊断功能和处理速度快的特点。
如图1所示，操作功能
简单的可编程逻辑控制器运算功能包括逻辑运算，计时和计数功能;普通可编程逻辑控制器计算功能包括数据移位，比较运算功能;代数和数据传输更复杂的运算功能;大规模可编程逻辑控制器模拟PID运算其他高级计算功能。
随着开放式系统，可编程逻辑控制器已经具有通信功能，部分产品的校验机或上位机进行通讯机，部分产品，部分产品也有工厂或企业网络数据通信的通信的功能。
设计选择应该是从实际应用需求，合理使用功能所需的计算。
大多数应用程序只需要逻辑和定时计数功能，有些应用程序需要的数据传输和比较，使用代数数值转换和PID运算模拟检测和控制。
要显示的数据需要解码和编码操作。
如图2所示，控制功能
控制功能包括PID控制，前馈补偿的控制操作，比例控制算法等，应根据控制要求。
主要用于对可编程逻辑控制器时序逻辑的控制，因此，在大多数场合，通常使用单或者多回路控制器解决模拟控制，有时与一个专用的智能输入，输出单元完成所需的控制功能，提高进入编程逻辑控制器的处理速度和内存容量节省。
如PID控制单元，高速计数器，速度补偿的模拟单元，ASC码转换单元。
如图3所?
?
示，通信功能
大，中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要与工厂管理网络（TCP/IP）连接。
通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应该是开放的通信网络。
可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口，RIO通信端口，常用DCS接口，大型和中型可编程逻辑控制器的通讯总线（包括接口设备和电缆）应为1:
1冗余配置通讯总线国际标准应该是一致的，通信距离应满足实际要求的设备。
可编程逻辑控制器的系统的通信网络中，较高的网络通信速率应大于1Mbps的通信负荷不大于60％。
可编程逻辑控制器系统通信网络的形式为以下形式：
1），基于PC的站，一个以上的相同型号的可编程逻辑控制器从站，形成了一个简单的可编程逻辑控制器网络;
2），可编程逻辑控制器作为主设备，可编程逻辑控制器从属的其他车型，构成主从可编程逻辑控制器的网络;
3），可编程逻辑控制器网络通过特定的网络接口连接到大型DCSDCS子网;
4），可编程逻辑控制器网络专用（各种厂家专用的可编程逻辑控制器的通信网络）。
以减少CPU的通信任务，根据网络的实际需要，应选择不同的通信功能（例如，点至点，现场总线）通讯处理器。
如图4所示，编程功能
离线编程：
通用CPU编程的可编程逻辑控制器和编程的编程模式，CPU只为程序员提供服务，而不是控制现场设备。
程序员编程完成后，切换到运行模式，CPU控制现场设备不能进行编程。
离线编程，可以降低系统的成本，但也不是很方便使用与调试。
在线编程：
CPU，每个CPU的编程，主机CPU负责现场控制和数据交换与程序员在一个扫描周期，在线编程编写程序或数据发送到主机，在下一个扫描周期，主机运行根据新的方案收到。
在这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，经常在大型和中型可编程逻辑控制器使用。
五个标准化编程语言：
顺序功能图（SFC），梯形图（LD），功能块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL），结构化文本（ST），两种文本语言。
编程语言的选择应符合及其的标准（IEC6113123）也应该支持多国语言编程的形式，如C，基本满足控制要求的特殊控制应用。
5，诊断功能
可编程逻辑控制器诊断功能包括硬件和软件诊断。
硬件诊断硬件逻辑判断年初以来的诊断和外部诊断故障的硬件，软件诊断，以确定位置。
的性能和功能的PLC内部诊断软件内的诊断，诊断是在CPU上的外部输入和输出元件的可编程逻辑控制器的信息交换功能以外的诊断软件。
诊断功能的可编程逻辑控制器的操作和维护人员的技术能力的要求，直接影响的强度，并影响平均修复时间。
6，处理速度
可编程逻辑控制器通过扫描工作。
从实时性的要求，加工速度应该更快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，可编程逻辑控制器将扫描的信号，从而导致在信号数据的损失小于。
处理速度和用户程序的长度，CPU处理速度的软件质量。
目前，可编程逻辑控制器触点的快速响应，高速，每个二进制指令执行时间约0.2至0.4Ls，因此能够满足控制要求的快速应用的需求，相应的要求。
扫描周期（处理器扫描周期）应满足：
一个小型可编程控制器的扫描时间不大于0.5毫秒/K;大型和中型可编程逻辑控制器扫描时间小于0.2毫秒/K。
第四，可编程逻辑控制器的类型
可编程逻辑控制器结构分为整体式和模块类别，现场安装和控制室安装的应用环境分为两类，1，4，8，16，32位，64位CPU字长分为。
从应用的角度来看，通常在控制输入和输出点的选择。
整体可编程逻辑控制器I/O点数是固定的，用户选择小型控制系统，模块化可编程逻辑控制器提供多个I/O卡或存储卡，使用户可以更合理的选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大型和中型控制系统。
五PLC输入/输出类型
开关
开关主要是指二进制输入和输出量，是指进行辅助点的设备，如辅助变压器温控器带来中继点（变压器超温漂移），阀门的开关凸轮（阀门开关位移带来辅助点）进行辅助接触点（接触器动作后变位），热继电器（热继电器排量），这些点一般通过PLC或全面的安全装置，功率一般由PLC或全面的安全提供设备本身无动力，所谓的被动接触，也被称为二进制输入PLC或全面的安全装置。
1，数字
称为数字量的物理量的时间和次数是离散的。
表示的数字信号被称为数字信号。
在所述数字信号的电子电路是数字电路的工作。
例如：
电子电路记录的部分输出从自动生产线的数目，每一个发送的信号的电子电路的一部分，所以要记住，通常不具有的部分发送到电子电路的信号是0，其中的计数。
的可见光信号，无论在时间或数量的零件的数量是不连续的，所以他是一个数字信号。
是一个最小的单位数。
如图2所示，模拟
持续时间或价值的物理量称为模拟。
表示模拟信号被称为一个模拟信号。
被称为工作在模拟信号的模拟电路的电子电路。
例如：
工作中的热电偶输出的电压信号是模拟信号，因为在任何情况下，所测得的温度是不太可能发生突跳，所以在时间或数量的测得的电压信号是连续的。
此外，该电压信号值的连续变化的过程中的任何一个特定的物理意义，这意味着相应的温度。
6个转换原理
数字至模拟转换器，将数字信号转换为模拟信号的系统，一般用一个低通滤波可以实现的。
要被解码的第一数字信号，即数字的代码被转换成相应的电平，以形成梯子状的信号，然后进行低通滤波。
信号与系统的理论根据，数字阶梯信号可以看作是一个理想的脉冲采样信号的矩形脉冲信号的卷积，脉冲然后由卷积定理的数字信号的频谱是被采样的信号的频谱的矩形脉冲的频谱（即，Sa的）的功能的商品。
因此，当逆Sa的频谱特性补偿器中的功能，由数字信号采样的信号可以被恢复。
认为，低通滤波获得的频谱的原始模拟信号的采样定理，采样信号的频谱管理器。
一般实现中，还没有直接根据这些原则，因为锋利的采样信号是很难获得的，因此，这两个滤波（Sa的功能，一个理想的低通），可以组合（层叠），因为滤波器特性在此系统中的物理无法实现的，它可以只是近似真正的系统完成。
模拟-数字转换器系统将模拟信号转换成数字信号，滤波器，采样和保持电路和编码的过程。
由带限滤波，采样和保持电路，成阶梯形状信号的模拟信号，然后由编码器，使得每一个阶梯形的信号电平转换成二进制的代码。
撤消修改
3.7选择型号
广泛的PLC产品。
型号PLC类型，相应的其结构，性能，容量，指令编程，价格是不一样的适用场合也各有侧重。
因此，合理选择PLC，提高PLC控制
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