學(xué)校、機關(guān)、工廠、車站、碼頭、醫(yī)院、郵電等企事業(yè)單位通常都是以電鈴作為 作息時間信號 , 鈴聲已日益成為人們生活中的一部分。鈴聲作為作息時間信號，最原 始的控制方式就是人工控制。按照作息時間表敲鈴，以及后來出現(xiàn)了電鈴但沒有能實 現(xiàn)自動控制也是由人工按電鈕開關(guān)來電鈴發(fā)出鈴聲都是人工控制方式。隨著計算機技 術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新興的技術(shù) -電氣控制與可編程控制技 術(shù)，而計算機向微型方向的一個分支發(fā)展，則出現(xiàn)了主要是用于控制領(lǐng)域的單片機。 由于這些新興的法實現(xiàn)打鈴的自動化。目前的自動打鈴器，主要包括用單片機控制、 用 PLC 控制、用電腦程序控制、用繼電器控制這幾種控制方式。

機向微型方向的一個分支發(fā)展，則出現(xiàn)了主要是用于控制領(lǐng)域的單片機。由于這 些新興的控制技術(shù)的各種應(yīng)用芯片的發(fā)展，人們用不同的方法實現(xiàn)打鈴的自動化。目 前的自動打鈴器，主要包括用單片機控制、用 PLC 控制、用電腦程序控制、用繼電器 控制這幾種控制方式。 1.2 課題設(shè)計的目的和意義 本次設(shè)計的作息時間控制系統(tǒng)采 用的是可編程控器控制方式。可編程控制器的英文為 ProgrammableController，到

20 世紀(jì) 90 年代，個人計算機發(fā)展起來，也簡稱為 PC；加之可編程序的概念所涵蓋的 范圍太大，所以美國 AB 公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器 (PLC-Programmable Logic Controller)，為了方便，仍簡稱 PLC 為可編程序控制器。 國際電工委員會（IEC）對 PLC 的定義是：“PLC 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專 為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、 順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出， 控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè) 系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。”由于 PLC 具有穩(wěn)定可靠、價格便宜、功能齊全、應(yīng)用靈活方便、操作維護方便的優(yōu)點，所以 PLC 已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、 化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè), 成為工業(yè)自控設(shè)備之首。在 PLC 應(yīng)用方面，我國也很活躍，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。但是與其它國家相比，在機械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用，還需要加大投入�？梢灶A(yù)計 21 世紀(jì)可編程控制器將會有更大的發(fā)展從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè) 計及制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能水平更高的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品 規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大兩個方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性能上看，產(chǎn)品的 品種會更豐富、規(guī)格會更齊備。完美的人機界面、完備的通訊設(shè)備會更好地適應(yīng)各種 工來控制場合的需求。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展?fàn)顩r來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機 網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展主向。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展， 可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)或國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在眾多領(lǐng)域發(fā) 揮越來越大的作用。PLC 對實現(xiàn)我國工業(yè)自動化有重要的意義。雖然用其它三種控制 方式也可以實現(xiàn)作息時間控制的自動化，但是用 PLC 控制方式具可靠性高，抗干擾能 力強的特點，PLC 無故障時間高達 30 萬小時，更能適應(yīng)惡劣的環(huán)境。鈴聲的自動控制 系統(tǒng)擺脫人工打鈴、打鐘的繁瑣，鈴聲的單調(diào)乏味，以及控制時間的長短不便，把人 們從繁煩的操作中解放出來，也最大限度的緩解各企事業(yè)單們的資金負(fù)擔(dān)，真正實現(xiàn) 打鈴的無人看守。

目前，學(xué)校中的作息時間一般是由自動打鈴控制器完成的。盡管這種控制器的功能 單一，用單片機或數(shù)字電路組成的控制器成本較低，市場上就可買的到自動打鈴控制 器一般是用單片機或數(shù)字電路組成的。但是用 PLC 同樣可以完成自動定時打鈴的控 制。在本課程設(shè)計中，把它作為一個典型的時序控制任務(wù)，完成 PLC 的課程設(shè)計實訓(xùn)， 還是很有意義。

本次設(shè)計是采用 PLC 來控制數(shù)碼管的顯示和響鈴的輸出，分，時，星期均采用 7448 進行外部七段譯碼 。其中時間顯示為動態(tài)顯示，星期顯示為靜態(tài)顯示，該系統(tǒng)能根據(jù) 作息時間表自動控制電鈴，有時間星期顯示調(diào)節(jié)及控制功能，當(dāng)秒脈沖計數(shù) 60 次之后 向分鐘進位。當(dāng)分鐘顯示數(shù)碼管顯示到 59 之后又向小時進位，而小時則是用了一個計 數(shù)器，當(dāng)計數(shù)器計了 24 次之后向星期進位，同理星期顯示也是用了一個計數(shù)器，7 次 之后使程序全部復(fù)位。系統(tǒng)接通電源，通過分鐘調(diào)節(jié)按鈕，小時調(diào)節(jié)按鈕，將系統(tǒng)時 間和星期調(diào)節(jié)為當(dāng)前時間和星期；然后按下計時開始按鈕，系統(tǒng)開始計時；系統(tǒng)時間 和星期通過數(shù)碼管顯示出來。按下啟動按鈕，系統(tǒng)進入控制狀態(tài)，將系統(tǒng)當(dāng)前時間和 星期與作息時間表比較，又輸出口端口輸出打鈴控制信號。上課鈴為短音，響 0.5 秒， 停 0.5 秒，共持續(xù) 20 秒；下課鈴為長音，響 2 秒，停 1秒，共持續(xù) 15 秒；起床，早 操等時間的鈴聲為連續(xù)打鈴；為了不影響休息周六周日不打鈴。

PLC 產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對 PLC 的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu) 形式的不同、功能的差異和 I/O 點數(shù)的多少等進行大致分類。

（1） 整體式 PLC 整體式 PLC 是將電源、CPU、I/O 接口等部件都集中裝在一個 機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC 一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。 整體式 PLC 由不同 I/O 點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有 CPU、I/O 接口、與I/O 擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或 EPROM 寫入器相連 的接口等。擴展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒有 CPU�；�本單元和擴展單元之間一般 用扁平電纜連接。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制 單元等，使其功能得以擴展。

（2） 模塊式 PLC 模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別做成若干個單獨的模 塊，如 CPU 模塊、I/O 模塊、電源模塊（有的含在CPU 模塊中）以及各種功能模塊。 模塊式 PLC 由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊 式 PLC 的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型 PLC 一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。

還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。疊裝式 PLC 其 CPU、電源、I/O 接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接， 并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。

（1）低檔 PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能， 還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于 邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。

（2）中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術(shù) 運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程 I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可 增設(shè)中斷控制、PID 控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。

（3）高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、 位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔 PLC 機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。

（1）小型 PLC——I/O 點數(shù)< 256 點；單 CPU、8 位或 16 位處理器、用戶存儲器 容量 4K 字以下。   

（3）大型 PLC——I/O 點數(shù)> 2048 點；多 CPU，16 位、32 位處理器，用戶存儲 器容量 8～16K。

選擇 PLC 時，應(yīng)考慮性能價格比�？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、 可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。

用。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，因 此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和 選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。

4N25 為光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。SCR-100 是雙向晶閘管可以 認(rèn)為是一對反并聯(lián)連接的普通晶閘管的組成，它有兩個主電極 T1 和 T2，以及一個門 極 G。門極使器件在主電極的正反兩個方面均可觸發(fā)導(dǎo)通，因此在 50HZ 的電壓下， 由于每 0.01s 內(nèi)都有一個觸發(fā)電壓，使得有一個主電極觸發(fā)導(dǎo)通，由于接的是交流， 所以每個主電極總會在下一個半波時由于電壓反向而自動關(guān)斷，但在這個半波內(nèi)另一 個主電極卻因為觸發(fā)脈沖的到來而導(dǎo)通。所以整個周期中不管是哪個半周期只要有觸 發(fā)脈沖就會使晶閘管導(dǎo)通�？傮w電路工作原理當(dāng)輸入端 Y15 為低電平時，4N25 輸入 端電流為 0，輸出相當(dāng)于開路。當(dāng) Y15 為高電平時，輸出電鈴回路導(dǎo)通。其電路圖見

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顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)。它們的驅(qū)動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉， 因此，得到了廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計要用到 5 個數(shù)字作為時間和星期的顯示, 不需顯示

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此外，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用于顯示小數(shù) 點。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。 LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法：  

把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極,使用時公共陰極接地，這樣陽極端 輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入低電平的則不點亮。

把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時公共陽極接+5V。這樣陰極 端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點亮，而輸入高電平的則不點亮。  

七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計八段。因此提供給 LED 顯示器的字 型代碼正好一個字節(jié)。各代碼位的對就關(guān)系如下表3-1。

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此次計設(shè)采用的共陰極 LED 顯示器，其中時間顯示為動態(tài)顯示，星期顯示為靜態(tài) 顯示

計算機輔助設(shè)計編程是通過專用的 PLC 編程軟件，在計算機上進行程序設(shè)計，可 以進行在線編程或者離線編程，也可以進行離線仿真或者在線調(diào)試。通過專用的 PLC 編程軟件，還可以方便地實現(xiàn)程序存取、加密或生成 EXE 類型的應(yīng)用程序。

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控制程序是本系統(tǒng)的核心部分，任何外部硬件都是在程序的控制下進行運轉(zhuǎn)的。 為了便于分析，下面將分段對程序進行注釋該系統(tǒng)軟件由計時及時間調(diào)節(jié)程序，顯示 程序，作息時間表程序和控制程序四個結(jié)構(gòu)組成。

根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書的設(shè)計要求，我們通過之前一個星期的學(xué)習(xí)和實驗，為這次 設(shè)計提供了經(jīng)驗，使我能在規(guī)定時間內(nèi)完成了課程要求，仿真成功并能使自動打鈴系 統(tǒng)順利運行，完成了預(yù)期目標(biāo)。 通過本次課程設(shè)計，我學(xué)會了程序的設(shè)計、分析， 數(shù)碼管針腳的尋找。在實際的操作過程中遇到了很多棘手的問題，但是在指導(dǎo)老師以 及同學(xué)們的共同努力下把問題都一一解決了。 通過本次課程設(shè)計，我學(xué)會了 PLC 的 基本編程方法，對 PLC 的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在理論的運用中， 提高了我的工程素質(zhì)，在沒做課程設(shè)計之前，對一些細(xì)節(jié)不太重視，當(dāng)我把自己想出 來的程運用到 PLC 上的時候，問題出現(xiàn)了：不是不能運行，就是運行的結(jié)果與課程設(shè)計的要求不相符合。通過解決一個個在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，我對 PLC 的理解與認(rèn) 識得到就加強；看到了理論與實踐的差距；意識到?jīng)]有理論的知識的支持，實踐是無 從下手的，理論與實踐相結(jié)合，可以使我的整體素質(zhì)得到提高。

[1] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)（第二版）[M].北京:北京航空航天大學(xué)出 版社,2007:34-89.