基于PLC自動打鈴控制系統的設計

摘 要：在自動控制中，用PLC可以實現校園自動打鈴系統的控制設計。文章論述了自動打鈴控制系統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；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展起來的一種通用工業自動控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應工業環境、操作方便、可靠性高，成為現代工業控制的三大支柱（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的基本裝置。可編程序控制器（PLC）以其可靠性高、靈活性強、使用方便的優越性，迅速占領了工業控制領域，成為先進的、發展及應用勢頭最強的工業控制器。

基于PLC控制的自動打鈴控制系統的設計，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為發光管發光時的電壓（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化機型。

在工藝過程相對較固定、環境條件稍好的場合，建議優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。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 自動打鈴控制系統接線

根據表2系統I/O分配表，完成圖3自動打鈴控制系統接線圖，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的軟件設計，主要從PLC控制系統的選型等方面進行了詳述，同時考慮了控制系統要求，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。