基于PLC的校园作息时间控制系统

孙执诚+李永全

摘要：本次所做的设计是关于PLC校园作息控制的，详细地阐述了系统组成，系统硬件连接和系统软件设计，并详细地介绍了系统工作原理。通过三菱PLC为例，实现对校园时间的控制，改变PLC的程序来改变校园时间按打铃，广播及宿舍灯的控制，实现了作息时间无人控制的自动化，科学化管理和操作[6]。利用PLC实现校园作息时间的控制既保证了时间控制的准确性，又达到了特殊情况下的时间设置的灵活性。该控制系统硬件设备结构简单，易操作，准备度高，系统灵活性，实用性强，成本低，适用于各类院校的作息时间控制。

关键词：时间控制系统；作息时间；PLC

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0262-03

1 概述

PLC控制系统，Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，是专为工业设计的一种数字运算操作的电子装置[1]。它采用一种可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的生产过程[2]。是工业控制的核心部分。

随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能[3]。本设计是一个具有打铃，可调节，带显示屏的作息时间控制系统。采用三菱PLC来完成。有五个数码显示管，两个显示分，两个显示小时，一个显示星期。首先进行初始化，开始运行程序；观察数码显示管上的时间变化。同时，与电铃的打铃时间像比较如果两者一致，则开启电铃。待打铃结束后，通过使继电器失电来关闭打铃。接下来给出本次设计的设计步骤。

2 系统结构及原理

2.1 设计方案

本設计采用的是PLC控制方式。配置如下：

1） 控制器为三菱 Fx2N一48MR PLC的控制器，有24个输入点，24个输出点[4]；2） 继电器作为输出设备； 3） 时间显示器有5个数码管，分、时、用两个，星期用一个，来实现作息时间的控制。（时间段的数码显示能有效的控制相关设备工作，如开始打铃，开始广播，开始放音乐等。）此外，PCL的外部设计增加了手动按钮，这样人们就可以从外部进行调整时间，修正和校准更加方便[5]。

本次系统设计所需元件见表1。

2.2 输入输出点分配及硬件选择

3 软件设计

该控制系统的软件设计包括有秒脉冲，分显示，时显示，星期显示，七段数码管显示，广播，电铃，控制灯和双休日这些模块；下文主要介绍几个重要模块的设计：分别是秒模块，分模块和控制灯模块。

3.1秒脉冲程序的设计

当SB0被按下是X0就会随之闭合，并发出系统启动信号，这时作为辅助继电器的M200线圈就会因为通电而自动上锁。T0和T1为控制器当中的计时器，在控制器当中二者相互配合共同总成了一个时长为1s的时钟脉冲程序，而M0和C0则是配合组成分进位脉冲的两组线圈。在时钟脉冲和分进位脉冲的影响下输出继电器Y20的输出形式呈现出了秒闪烁。

3.2分显示程序的设计

从图上看，分显示程序M1至M10的辅助继电器都分别与各位显示程序做了链接，并能够根据线路的闭合状况作出适当的反应。例如，当辅助继电器M1闭合时其分个位的显示将为0，而当闭合辅助继电器M2时，其分个位则会显示1，同理，闭合M3显示为2…以此类推。

在分显示程序中，负责分十位显示程序的是辅助继电器M13到M18。与分个位显示原理相同，当M13闭合，分十位将显示为0，M14闭合则显示1，M15闭合显示为2，以该规律依此向下推导。

本次设计中，当分显示系统正处在初始状态时，其分十位的辅助继电器M13以及分个位的辅助继电器M1都会始终保持闭合状态，这两部分的显示也都为0。此时计数器C0处于开放状态，但是当C0的总计数量达到60个时钟脉冲时，其常开触点就会闭合，导致辅助继电器M0线圈通电，常开触点闭合。M0触点的闭合，M0的这种闭合状态会持续发出分个位的移位脉冲。

分个位移位脉冲的产生将对M1下达位移指令，使其1的状态向左位移到M2，导致M2闭合，并在分个位显示1。当第二个分个位移位脉冲产生，其影响就会波及M2，使之同样产生左向位移，M3闭合，分个位显示变为2。分个位移位脉冲的持续到来最终影响到所有辅助继电器，直到分个位脉冲满10个时后，M1原始的1的状态转移至M11后，使M11的线圈通电，其常开触点重新闭合，M2到M10的继电器才能复位。此时，M1辅助继电器将重新恢复到闭合状态，并在分个位上显示0。

而M11的闭合同时还会造成M12辅助继电器产生一扫描周期的升沿脉冲，该脉冲会影响到辅助继电器M13的，其1的状态将向M14转移，因此分十位上显示1。与分个位的位移变化相同，本次位移和显示变化将逐渐展开，当分十位脉冲满6次之后，M13的状态重新传递至M19，使M19闭合，分十位才重新显示为0。

由上述对分显示程序的作用原理介绍可知，当我们需要对分进行调整时仅需按下按钮SB4，这时X3将处于闭合状态，C10开始计数，并闭合常开触点使S5通电。反复几次，在分位脉冲的影响下就能逐渐改变分当前的显示情况。

3.3 控制灯的设计

Y21的触点也始终闭合，这就使得输出继电器Y31的线圈可以得电，并保持自锁状态。因此这时作息控制器可以完成对点灯开、关的控制。而当需要手动对灯进行开关控制时需按下SB9按钮，以便控制X10，使其处于闭合状态，而输出继电器Y21在此时处于自锁状态，这时就可以完成手动操作，打开电灯了。

而当学校以至熄灯时间，这时上述的两组辅助继电器（M35、M22、M16、M1）和（M27、M17、M1）的常开触点虽然有一组仍处于闭合状态，但是随着辅助继电器M55线圈的通电闭合，继而产生一个扫描周期的脉冲信号，这时Y21输出继电器上的触点由于为串接链接，其线圈上的常开触点就会断开并完成熄灯工作。而当需要进行手动熄灯时，需要按下SB10按钮，这时为了确保X11进入闭合状态并使M203辅助继电器通电，这时Y21输出继电器上的串接常开触点就会断开，切断Y21的电源，完成熄灯工作。

4 结束语

本文通过PLC实现了校园作息时间的控制，经过模拟仿真，证实该系统有良好的自动循环控制功能，且运行稳定，操作简便，给教学管理和学生日常生活带来了便利。

参考文献：

[1] 王海，李洪奎，刘晓. 基于PLC的多轴控制研究[J]. 机械工程学报， 2008， 6（4）：470-472.

[2] 王海涌，张为玮，王卫. 多轴运动控制器在转台控制系统中的应用[J]. 电子技术应用，2010（3）：97-99.

[3] 范文利，姜洪奎，李凡冰. 基于PLC的平面曲线焊接控制系统[J]. 机电产品开发与创新，2009，22（4）：131-133.

[4] 杨东，黄永红，张新华. 用PLC基本指令实现自动运动定位控制的研究[J]. 微计算机信息， 2010，26（2-1）：62-64.

[5] 张强，文怀兴，陈婵娟. 数字量I/O卡在快速成型机多轴控制中的应用[J]. 控制与检测，2008，4（64）：64-70.

[6] 薛开，王平，王文斌. 基于多轴运动控制器的二轴转台控制系统[J]. 哈尔滨工程大学学报， 2006，27（4）： 570-573.