plc課程設計--基于plc四路搶答器的設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　題目：基于PLC四路搶答器的設計</p><p>　　摘要: 近年來隨著科技的飛速發(fā)展， PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。對于搶答器其廣泛用于電視臺、商業(yè)機構、企事業(yè)工會組織、俱樂部及學校等單

2、位組織舉辦各種知識、技術競賽及文娛活動時作搶答之用，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活，并且給人的視覺效果非常好，是各單位開展素質教育、精神文明、娛樂活動的必備產品。</p><p>　　本次設計是利用PLC（Programmable Logic Controller）對PLC控制的四路智力搶答器進行控制。首先，選擇這個題目之后，我對本次設計進行了全面的思考。使自己對本次設計有一個大致的

3、總體思路，然后仔細分析PLC控制的四路智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作過程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、報警、計時及輸出顯示功能等?？紤]到只是PLC控制的四路智力搶答器則輸出端口需要25個，輸入端口需要7個，由于PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優(yōu)點，因此，我決定選用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和數字量擴展模塊EM223作為本次設計的PLC。具有方便靈活，維護使用方便等特點。&

4、lt;/p><p>　　關鍵詞: 智力控制，四路搶答器，PLC </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　1 PLC四路搶答器概述1</p><p>　　1.

5、1 四路搶答器概述1</p><p>　　1.2 PLC智能搶答器的工作原理2</p><p><b>　　2 PLC概述4</b></p><p>　　2.1 PLC的產生4</p><p>　　2.2 PLC的定義5</p><p>　　2.3 PLC的基本結構5</p>

6、;<p>　　2.4 PLC工作原理7</p><p>　　2.5 PLC的編程語言7</p><p>　　2.6 PLC的性能指標8</p><p>　　3 系統硬件設計9</p><p>　　3.1 控制系統選取9</p><p>　　3.2 控制系統的硬件組成9</p>&

7、lt;p>　　3.3 系統控制要求10</p><p>　　3.4 控制系統I/O分配表11</p><p>　　3.5 系統硬件連接圖12</p><p>　　4 系統軟件設計13</p><p>　　4.1 整體設計13</p><p>　　4.2 PLC控制程序14</p><

8、;p>　　5 模擬運行與調試過程16</p><p>　　5.1 程序的模擬運行17</p><p>　　5.2 程序的現場調試18</p><p><b>　　6 結論19</b></p><p><b>　　7 參考文獻20</b></p><p>　　1

9、.PLC四路搶答器概述</p><p>　　1.1 四路搶答器概述</p><p>　　搶答器廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構及學校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。以下介紹一種數字式搶答器，能使四個隊同時參加搶答,賽場中設有1個裁判臺，4個參賽臺，分別為1號、2號、3號、4號參賽臺.總體設計選用西門子PLC控制,搶答操作方便，在很多的場所都可以使用，并且給人的視覺

10、效果非常好。</p><p>　　搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發(fā)展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構、學校及企事業(yè)單位, 它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進行知識競賽搶答器設計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的

11、控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。</p><p>　　PLC智能搶答器與單片機搶答器相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性.首先說一下單片機搶答器，所謂單片機系統就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外圍芯片，根據不同系統設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現場

12、的應用已逐步被PLC所代替。</p><p>　　單片機的可靠性：由于目前國內市場上的單片機芯片的品質良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數離散性也很大，批量小的產品不可能經過篩選配對等技術處理，因此這樣的產品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數偏離設計要求都會引起系統的不穩(wěn)定。另外，單片機的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而

13、國內的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統的不穩(wěn)定。</p><p>　　單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加。</p><p>　　單片機的可維護性：一旦單片機系統出現故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換

14、整個系統，這樣維修成本增加了。</p><p>　　操作：現在國內單片機系統的操作均采用自設計的鍵盤，設定數據用撥碼開關，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長?？傊@樣的人機對話不夠友善。</p>

15、<p>　　特點：不可靠，價格便宜。</p><p>　　可編程控制器（PLC）： 所謂PLC系統就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產的可編程控制器，根據要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業(yè)現場應用最為廣泛。</p><p>　　PLC的可靠性：進口PLC采用的CPU都是生產廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產廠家購買

16、的，經過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調速的干擾下仍能正常工作。</p><p>　　PLC的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。</p><p>　　PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系

17、統出現故障，根據自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。</p><p>　　操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方

18、法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據提示很快排除故障。</p><p>　　特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。</p><p>　　1.2 PLC智能搶答器的工作原理</p><p>　　我所設計的PLC智能搶答器是適合四個人搶答的四路搶答器，現在以四路搶答器為例。給競賽主持人設置了3個控制按鈕，用來控制開始、復位、答題計時，每當

19、主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下搶答器按鈕，則數碼管就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應，選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。當主持人按下搶答器按鈕時定時器T0開始計時（設定30秒）若30秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以

20、示選手放棄該題。在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據需要調節(jié)，此設定為50秒，選手必須在設定時間內完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。其中以上功能都通過編制的PLC程序來控3個制數碼管和3個指示燈以及一個喇叭來實現，如圖1-1所示:</p><p>　　圖1-1搶答器模型圖</p><p><b>　　2. PLC概述</b&

21、gt;</p><p>　　2.1 PLC的產生</p><p>　　可編程序控制器(Programmable Controller，簡稱PLC)，是在繼電器控制的基礎上開發(fā)出來的。</p><p>　　根據以上要求，1969年，美國數字設備公司(DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并在美國通用汽車公司的生產線上試用，取得了滿意的效果，可編程序控制器由此誕

22、生?？删幊绦蚩刂破鞯某霈F開創(chuàng)了以微電子技術為核心的數字化電氣控制技術的新局面，此后這一全新的技術便以很快的速度發(fā)展起來?，F在的PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數據運算、傳送與處理功能，成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置。</p><p>　　2.2 PLC的定義</p><p>　　可編程序控制器出現以后，名稱一直沒有統一。國際電工委員會(IEC)于1987年2月對可編程序控

23、制器作了如下的規(guī)定：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序控制的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！庇捎谠缙诘目删幊绦蚩刂破髦饕糜陂_關量的邏輯控制，且為了和個人計算機(Personal

24、 Computer)相區(qū)別，人們把可編程序控制器縮寫成為PLC(Programmable Logic Controller)，一直沿用至今。</p><p>　　2.3 PLC的編程語言</p><p>　　PLC是通過程序對系統進行控制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領域，一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電

25、器控制電路形象、直觀的優(yōu)點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎元素。</p><p>　　梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據結果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關系分為“梯級”或網絡。</p><p>　　如圖2-3所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機直接起、停（起、保、停）繼電

26、器控制電路圖相同的功能。</p><p>　　圖2-3PLC控制的梯形圖程序</p><p>　　2.5 PLC的性能指標</p><p><b>　　1、I/O點數</b></p><p>　　I/O點數，即PLC面板上的I/O端子的個數。I/O點數越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性

27、能的重要指標之一。</p><p><b>　　2、存儲容量</b></p><p>　　這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB～2MB。</p><p><b>　　3、掃描速度</b></p><p>　　掃描速度是指PLC執(zhí)行

28、程序的快慢，是一個重要的性能指標，體現了計算機控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度?？删幊炭刂破鞑捎醚h(huán)掃描的工作方式。</p><p><b>　　4、指令系統</b></p><p>　　它是衡量PLC能力強弱的標志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強弱。限定了計算機發(fā)揮運算功能、完成復雜控制的能力。</p><p><b>　　5、通

29、信功能</b></p><p>　　通信有PLC之間的通信和PLC與計算機或其它設備之間的通信。主要涉及通信模塊、通信接口、通信協議、通信指令等。</p><p><b>　　6、擴展能力</b></p><p>　　擴展能力包括I/O點數的擴展和PLC功能的擴展兩方面的內容。</p><p><b&g

30、t;　　7、特殊功能單元</b></p><p>　　特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網等功能。</p><p><b>　　系統硬件設計</b></p><p>　　3.1 控制系統選取</p><p>　　搶答器對時間間隔的要求很高，而且多在會議、答辯賽等

31、一些正規(guī)的需要進行搶答的場合中使用，所以對設備的精準性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統進行了全面的分析對比?？删幊炭刂破鳎≒LC）是由工業(yè)微型計算機、輸入, 輸出設備、保護及抗干擾隔離電路等構成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應用角度看可編程控制器具有如下特點：</p><p>　　1、可靠性高：由于可編程控制器的輸入, 輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其

32、具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。</p><p>　　2、體積?。河捎谠谥圃鞎r采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現了小型化。</p><p>　　3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結構，一般有CPU 模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統，對不同的控制系統，只需選取不同的模塊即可

33、，因而具有很好的適用性。</p><p>　　4、使用方便：對于不同的控制系統，當硬件結構選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應程序即可，無需對系統連線做較大的修改，減少了現場調試的工作量，使用起來靈活方便?；诳删幊炭刂破鞯纳鲜鰞?yōu)點能夠適應和滿足立體車庫高性能的使用要求，所以我確定該車庫控制系統為PLC(西門子S7-200系列)。</p><p>　　S7-200系列的PLC

34、在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應用。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現：極高的可靠性、程序易于掌握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴展功能。搶答器所使用的各種判斷信號均為數字量，所以用西門子S7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統方面的要求。</p><p><b>　　3.2系統控制要求</b></p><p>　　

35、1．搶答器可同時供四組選手參加比賽</p><p>　　2．給主持人設置三個控制按鈕，用來控制搶答的開始、復位和答題計時的開始。</p><p>　　3．每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下搶答按鈕，則數碼管1就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提示信號（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應。選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統才能開始下一

36、輪搶答。</p><p>　　4．違規(guī)搶答：若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數碼管1顯示其編號，同時紅燈亮，音響電路發(fā)出聲響。</p><p>　　5．搶答限時：當主持人按下開始按鈕后，定時器T0開始計時（設定30S）。若30S時限到仍無人搶答，則黃燈亮、音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。</p><p>　　6. 答題限時：在搶答成功后，主持人

37、按下答題計時開始按鈕，同時數碼管2、3上顯示答題倒計時時間（該時間設定為50S），選手必須在設定的時間內完成答題。否則，音響電路發(fā)出答題超時報警信號</p><p>　　3.3控制系統I/O分配表</p><p>　　表3.1輸出信號對照表</p><p>　　表3.2輸入信號對照表</p><p>　　3.5 系統硬件連接圖</p&g

38、t;<p>　　根據系統要求和所需要的硬件，系統數字量輸入點總計7個點，輸出點總計25個點。綜合考慮到系統的性價比和系統的可擴展性，輸入、輸出點留出一定的富裕量，因此PLC選擇SIEMENS的S7-200系列的CPU226繼電器輸出型和數字量擴展模塊EM223。輸入、輸出端子電氣接線圖如圖3-3所示。（具體請參考表3.1和表3.2）</p><p>　　圖3-3控制系統外部I/O接線圖</p&

39、gt;<p><b>　　4. 系統軟件設計</b></p><p><b>　　4.1 整體設計</b></p><p>　　根據PLC智能搶答器的控制要求，應用程序采用一體化結構。通過PLC控制程序來實現整體的運行，系統僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC配置都可運行。在搶答時只需按動按鈕即可數碼管在系統程序的控制下自動顯示組號

40、以及倒計時時間。</p><p>　　控制軟件應用SIEMENS編程軟件，采用梯形圖語言編寫,工作系統自動控制流程框圖如圖4-1所示。根據系統控制要求，進行針對性設計，要充分保證系統的安全，保證整個系統的運行安全可靠。自動條件下，必須復位后在滿足自動條件下才能進行自動運行程序，當中充分應用各個過程的互鎖來保證系統的安全。</p><p>　　圖4-1PLC工作系統自動控制流程圖</p

41、><p>　　4.2 PLC控制程序</p><p>　　為了編程結構的簡單、明了在主程序中引用了中間繼電器，I1.0—I1.3分別為四組選手的搶答信號， 同時我們用中間繼電器M0.0、M0.1、M1.0—M1.3進行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有I0.0按鈕用以搶答開始，I0.2按鈕用以控制答題時間地開始，I0.1按鈕為復位按鈕。</p><p&g

42、t;　　4.2.1 主持人控制臺控制搶答器的開始、答題計時和復位</p><p>　　當主持人按下I0.0按鈕后，選手才能正常搶答，搶答完畢，當主持人按下按鈕I0.1，系統才能進行下一輪的搶答圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2搶答開始及數碼管重置</p><p>　　4.2.2 選手的搶答</p><p>　　主持人發(fā)出搶答開始指令

43、后，選手開始搶答，四組選手的搶答程序如圖4-3所示：</p><p><b>　　圖4-3選手的搶答</b></p><p>　　4.2.3 組別顯示</p><p>　　每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下搶答按鈕，則數碼管1就顯示該組的組號，且其他組搶答無效，如圖4-4所示：</p><p><b&g

44、t;　　圖4.4 組號顯示</b></p><p><b>　　5 結論</b></p><p>　　在老師和同學的幫助下做完了畢業(yè)設計的工作，通過這次的畢業(yè)設計，我能運用已學的知識解決我在設計中遇到的問題，使自己的動手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設計的過程中我查閱了很多的資料，并認真的閱讀這些與我的設計相關的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高

45、，知識的儲備量也有所增加。在做設計時，我復習了很多專業(yè)課的知識，這使得我的專業(yè)知識在離校之前得到了鞏固。整個設計通過了軟件和硬件上的調試、仿真。我想這對于自己以后的學習和工作都會有很大的幫助的。在這次設計中遇到了很多實際性的問題，在實際設計中才發(fā)現，書本上理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。</p><p>　　但是，通過這次設計我也發(fā)現自

46、己的很多不足之處。在設計過程中我發(fā)現自己考慮問題很不全面，自己的專業(yè)知識掌握的很不牢固，所掌握的計算機應用軟件還不夠多，我希望自己的這些不足之處能在今后的工作和學習中得到改善。而且，通過這次設計，我懂得了學習的重要性，學會了堅持和努力，這將為以后的工作、學習做出了最好的榜樣！</p><p><b>　　6 參考文獻</b></p><p>　　[1] 蔣圣平、 顏景

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