基于PLC自动打铃控制系统的设计

摘 要：在自动控制中，用PLC可以实现校园自动打铃系统的控制设计。文章论述了自动打铃控制系统的主要软件部分的设计，重点介绍了基于S7-200 PLC控制的校园电铃自动控制装置设计。

关键词：PLC；控制系统；设计

引言

可编程序控制器（Programmable Controller 英文缩写为PC后又稱PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。可编程序控制器（PLC）以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域，成为先进的、发展及应用势头最强的工业控制器。

基于PLC控制的自动打铃控制系统的设计，使用方便，程序容易修改，可靠性高，作息时间改变时，控制程序只需要稍做修改就可以实现新的控制要求。

1 控制要求分析及I/O点统计

上课铃与下课铃要能分开（铃声响的频率不一样），起床，晚自习等时间的铃声为连续打铃，每次打铃的时间为15秒；要具备时间调整功能；星期六星期天不打铃，星期一至星期五按表1所示作息时间表打铃；具有时间显示功能，要有秒、分、时和星期的显示。

因电铃功率不大，可直接由PLC驱动，故选择24V直流工作的电铃，选择的具体型号为：HRE-S90D4（24V DC）。时间调整功能可用按钮来实现，其中分钟个位，分钟十位，时钟个位，时钟十位各采用一个按钮，且均选用同一种型号，此处选择施耐德电气公司的 XB2B33B1C型号按钮。

系统开关选择：选用圆形选择开关，具体型号为K22-41K两段短轴，为保护PLC不因误操作而被短路烧毁，增加一熔断器作为短路保护。熔断器型号选择为3NE-3340-8，此种熔断器广泛用于30/400V及以下电压，额定工作电流为0.5-125A作为导线和设备的故障保护。

时间显示可采用七段LED数码管。LED数码管采用共阴极接线方式，即COM端为负时数码管中相应段为亮，其中工作原理如图1所示。

数码管b、c段为高电平时，LED数码管显示数字“1”，其余5段为低电平。这里的高电平一般指TTL/CMOS电路高电平，使用时还需在LED发光管电路中串入一限流电阻R，如图2所示，R的阻值是随外加电压变化而变化的，U1为发光管发光时的电压（U1约为1.5V），R=（U-U1）/2=（U-1.5V）/0.01A，若U=24V，则R=2.25K，数码管功率选择0.5W或1W。

2 PLC选择及PLC外部接线

PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性价比的最优化机型。

在工艺过程相对较固定、环境条件稍好的场合，建议优先选用整体式结构的PLC，其余场合则最好使用模块式结构的PLC。西门子S7-200PLC在实时模式下具有速度快，具有通讯功能，该PLC模块具有强大的性能，最优模块化和开放式通讯、结构紧凑、便于扩展、性价比高。

S7-200PLC主机的型号种类较多，可以适应不同需求的控制场合。西门子推出的S7-200PLC CPU22X系列产品指令丰富、速度快、具有较强的通信能力。例如，CPU226模块的输入、输出端口总数有40个，其中输入端口有24个，输出端口有16个。有控制用模块7个，存储器容量空间有6.6字节。里边置有高速计数器，具有PID控制器功能。有1对高速的脉冲输出端口及1对RS-485通信接口。具有PPI通信、MPI通信及自由协议的通信能力。运行的速度很快、功能很强大，常运用于功能要求比较高的中小型控制系统的场合。

CPU226的24个数字量输入端口分成2组。第1组由输入端口I0.0至I0.7、I1.0至I1.4共13个输入端口组成，每一个由外部输入的开和关信号均可以由各输入端口接出，经直流电源到公共端1M；第2组由输入端口I1.5至I1.7、I2.0至I2.7共11个输入端口组成，每一个外部输入的开和关信号均可以由各输入端口接出，经直流电源到公共端2M。由于是采用直流输入模块，因此采用直流电源作为检测各输入端口状态的电源。M、L+两个端口提供直流电24V/400mA的传感器电源，可以作为传感器的电源输出，同时也可以作为输入端口的检测电源使用。16个数字量输出端口分成3组，第1组由输出端口Q0.0至Q0.3共4个输出端口和公共端1 L组成；第2组由输出端口Q0.4至Q0.7、Q1.0共5个输出端口和公共端2L组成；第3组由输出端口Q1.1至Q1.7共7个输出端口和公共端3L组成。每一个负载的一端端口和输出端口相连，另一端口经过电源和公共端口相连。由于是采用继电器输出的方式，所以既可以带动直流的负载，也可以带动交流的负载。各个负载的激励源由负载的性质确定。输出端口排的右端N、L1端口是供电电源交流电120/240V输入端。该电源的电压允许范围为交流85～264V。

由上自动打铃控制系统要求分析可知输入接口有9个，输出接口有14个，所以可选择西门子公司的S7-200 PLC主机，CPU选用CPU226型号。

3 自动打铃控制系统接线

根据表2系统I/O分配表，完成图3自动打铃控制系统接线图，经实践验证，完全可靠。

4 结束语

本文介绍了自动打铃控制系统的软件设计，主要从PLC控制系统的选型等方面进行了详述，同时考虑了控制系统要求，PLC外部器件选择等，设计性能可靠，计时准确，使用方便，可以根据学生作息时间自动打铃，控制系统还增加了考试打铃手动控制按钮。经过实践验证，较好完成了校园自动打铃控制系统的设计。

参考文献

[1]李国厚.PLC原理与应用[M].清华大学出版社，2005，7.

[2]李长久.PLC原理及应用[M].机械工业出版社，2010，12.

[3]吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用[M].机械工业出版社2005，8.

作者简介：刘晓超（1981-），男，讲师，工学学士，研究领域：机电一体化技术及数控加工的教育教学。