基于s7-300的數(shù)字搶答器的設計畢業(yè)設計

1、<p>　　畢業(yè)設計說明書(論文)</p><p>　　設計(論文)題目: 智能搶答器控制系統(tǒng)的設計（PLC）</p><p>　　專 業(yè):　　　電氣自動化　　 　</p><p>　　班 級:　　　　電氣１1－1　　　　　　 　</p><p>　　學 號:　　　

2、 　　　　 </p><p>　　姓 名:　　　　　 　　　　　　　 </p><p>　　指 導 教 師:　　　　　 　　　　　　 </p><p>　?。玻埃?年 １１月 0１日</p><p><b>　　目 錄</b></p&

3、gt;<p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 選題背景和設計目的1</p><p>　　1.2 PLC智能搶答器的工作原理3</p><p>　　第二章 硬件設計及PLC控制組態(tài)4</p><p>　　2.1控制系統(tǒng)選取4</p><p>　

4、　2.2控制系統(tǒng)的硬件組成5</p><p><b>　　2.3硬件組態(tài)5</b></p><p>　　第三章 控制程序設計6</p><p><b>　　3.1控制要求6</b></p><p>　　3.2 功能FC1和FC2的程序設計6</p><p>　　3.

5、2.1 功能FC1的程序設計6</p><p>　　3.2.2 功能FC2的程序設計8</p><p>　　3.3 OB1的程序設計11</p><p>　　3.4 利用仿真程序對程序進行方案調(diào)試12</p><p>　　3.4.1 打開仿真工具PLCSIM12</p><p>　　3.4.2 下載PLC硬件

6、信息和PLC控制程序程序12</p><p>　　3.4.3 調(diào)試智能搶答器PLC控制系統(tǒng)13</p><p><b>　　結論15</b></p><p><b>　　致 謝16</b></p><p><b>　　參考文獻17</b></p>&l

7、t;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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(tǒng)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

8、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(zhì)教育、精神文明、娛樂活動的必備產(chǎn)品。</p><p>　　本次設計是利用PLC（Programmable Logic Controller）對PLC控制的智能搶答器進行控制。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總體思路，然后仔細分析PLC控制的智能搶答器的工作原理，以及它的一些工作過程，分析后得出它

9、主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、違規(guī)、計時及輸出顯示功能等?？紤]到只是PLC控制的智能搶答器則輸出端口需要5個，輸入端口需要5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作為本次設計的PLC。具有方便靈活，維護使用方便等特點。</p><p>　　關鍵詞： 智能控制；搶答器；PLC</p><p><b>　　第一

10、章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題背景和設計目的</p><p>　　搶答器廣泛用于電視臺、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。本文介紹一種數(shù)字式搶答器，能使四個隊同時參加搶答,賽場中設有1個主持人臺，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

11、給人的視覺效果非常好。</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

12、入PLC的控制程序，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(tǒng)就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統(tǒng)，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(nèi)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，

13、在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被PLC所代替。</p><p>　　單片機的可靠性：由于目前國內(nèi)市場上的單片機芯片的品質(zhì)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(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過篩選配對等技術處理，因此這樣的產(chǎn)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(shù)偏離設計要求都會引起系統(tǒng)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

14、力很弱，而國內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調(diào)速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統(tǒng)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(jù)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(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡單的

15、方法是更換整個系統(tǒng)，這樣維修成本增加了。</p><p>　　操作：現(xiàn)在國內(nèi)單片機系統(tǒng)的操作均采用自設計的鍵盤，設定數(shù)據(jù)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(xiàn)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?，這樣的人機對話不夠友善。</p&

16、gt;<p>　　特點：不可靠，價格便宜。</p><p>　　可編程控制器（PLC）： 所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)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(xiàn)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(chǎn)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

17、產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)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(jīng)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(diào)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

18、能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)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(diào)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(jù)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(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原

19、因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據(jù)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(xiàn)在以四路搶答器為例。4人搶答器有5個按鈕作為輸入信號，分別接I0.1、I0.

20、2、I0.3、I0.4，主持人的復位按鈕I0.5與啟動按鈕對應I0.6，違規(guī)輸出燈為Q0.1。要求：1.當主持人按下啟動按鈕后開始搶答，并限定時間，最先按下按鈕的由7段數(shù)碼顯示管顯示該臺臺號，其他搶答按鈕無效。2.如果在限定的時間內(nèi)各參賽選手在30秒內(nèi)沒有按下?lián)尨鸢粹o，此后再按下?lián)尨鸢粹o則無效。3.如果主持人未按下啟動按鈕之前，有人按下?lián)尨鸢粹o，則屬違規(guī)，在顯示該臺臺號時，違規(guī)指示燈亮，其它搶答按鈕無效；4.各臺臺好數(shù)字顯示的消除，及違

21、規(guī)指示燈的關斷，都要通過主持人去按下復位按鈕。</p><p>　　工作原理圖如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 智能搶答器工作原理圖</p><p>　　第二章 硬件設計及PLC控制組態(tài)</p><p><b>　　2.1控制系統(tǒng)選取</b></p><p>　　搶答器對時間間隔的要

22、求很高，而且多在會議、答辯賽等一些正規(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(tǒng)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

23、，采取了隔離和抗干擾措施，使其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(xiàn)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(tǒng)，對不同的控

24、制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，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(tǒng)，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(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便。基于可編程控制器的上述優(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(tǒng)為PLC(西門子S7-300系列)。</p><p>

25、;　　S7-200系列的PLC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(xiàn)：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(shù)字量，所以用西門子S7-300系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　搶

26、答器控制系統(tǒng)有4個答題人搶答按鈕，一個主持人復位與開始按鈕，5個搶答信號燈，5個輸入信號，5個輸出信號，PLC系統(tǒng)可選擇以下配置。</p><p>　　1）PS 307（5A）電源模塊一只，訂貨號為6ES7 307-1EA00-0AA0。</p><p>　　2）CPU 315T-2 DP（1）模塊一只，訂貨號為6ES7 315-1AF03-0AB0。</p><p&g

27、t;　　3）DI8/DO8*24V/0.5A數(shù)字輸出模塊一只，訂貨號為6ES7 323-1BL00-0AA0。</p><p><b>　　2.3硬件組態(tài)</b></p><p><b>　　如圖2.1所示。</b></p><p>　　圖2.1 PLC硬件組態(tài)</p><p>　　搶答器控制系統(tǒng)的

28、I/O端子分配如表2.2所示：</p><p>　　圖2.2 PLCI/O端子分配表</p><p>　　第三章 控制程序設計</p><p><b>　　3.1控制要求</b></p><p>　　參與搶答的四人中只要一人按下?lián)尨鸢粹o，便會接通本組搶答信號燈，改組的搶答信號燈亮，告訴主持人和觀眾該組獲得搶答權，同時切斷

29、其他各組信號燈電路；其他組的答題人不能繼續(xù)搶答，每題的答題時間為5秒，不論答題人是否回答完整，都將進入下一輪搶答，這時主持人第一次按下SB5按鈕，清除上一輪搶答信號，主持人的信號燈亮，當主持人再次按下SB5按鈕，主持人信號燈滅，這時下一輪搶答開始，選手開始搶答。</p><p>　　3.2 功能FC1和FC2的程序設計</p><p>　　3.2.1 功能FC1的程序設計</p>

30、;<p>　　SB1按鈕可以作為SR觸發(fā)器的置位信號，而且要串入其他3路的互鎖信號，否則就不止一盞燈亮，中間儲存位地址為M0.0.其他3路的工作原理相同，中間存儲地址分別為M0.1、M0.2、M0.3，F(xiàn)C1程序如圖3.1，圖3.2，圖3.3，圖3.4所示。如果置位和復位信號同時滿足，復位信號優(yōu)先，即主持人優(yōu)先。</p><p>　　圖3.1 第一組搶答成功</p><p>

31、　　圖3.2 第二組搶答成功</p><p>　　圖3.3 第三組搶答成功</p><p>　　圖3.4 第四組搶答成功</p><p>　　3.2.2 功能FC2的程序設計</p><p>　　在FC2中，設計SB5的下降沿觸發(fā)接通延時定時器T1，在FC1中每一路串入T1的常閉觸點。SB5的上升沿用于復位定時器T1，為下次延時做準備，如圖3

32、.5，圖3.6，圖3.7，圖3.8，圖3.9，圖3.10所示。</p><p><b>　　圖3.5</b></p><p><b>　　圖3.6</b></p><p><b>　　圖3.7</b></p><p><b>　　圖3.8</b></

33、p><p><b>　　圖3.9</b></p><p><b>　　圖3.10</b></p><p>　　3.3 OB1的程序設計 </p><p>　　搶答器程序采用模塊式結構，在組織塊OB1中編寫主程序，F(xiàn)C1、FC2在其中是子程序，主程序如圖3.11所示。</p><p

34、>　　圖3.11 OB1中的主程序</p><p>　　3.4 利用仿真程序對程序進行方案調(diào)試 </p><p>　　完成了四路數(shù)字搶答器的控制系統(tǒng)的程序后，用仿真工具PLCSIM進行調(diào)試。</p><p>　　3.4.1 打開仿真工具PLCSIM </p><p><b>　　如圖3.12所示。</b>&

35、lt;/p><p>　　圖3.12 打開仿真工具</p><p>　　3.4.2 下載PLC硬件信息和PLC控制程序程序 </p><p><b>　　如圖3.13所示。</b></p><p>　　圖3.13 下載程序到仿真系統(tǒng)</p><p>　　3.4.3 調(diào)試四路搶答器PLC控制系統(tǒng) &

36、lt;/p><p>　　搶答開始，第一組選手搶答成功，如圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 第一組選手搶答成功</p><p>　　第一組選手搶答成功5秒時間到，第一組燈熄滅，進入下一題，如圖3.15所示。</p><p>　　圖3.15 回答時間5秒到</p><p>　　上一題回答后，進入下一題，主持人清

37、除上一輪搶答信號，HL5亮，如圖3.16所示。</p><p>　　圖3.16 主持人清除上一輪信號</p><p>　　主持人再次按下SB5，下一輪搶答開始，HL5熄滅，如圖3.17所示。</p><p>　　圖3.17 主持人再次按下SB5，下一輪開始</p><p><b>　　結論</b></p>

38、<p>　　本次設計通過利用PLC（Programmable Logic Controller）對PLC控制的四路數(shù)字搶答器進行控制。我對本次設計經(jīng)過了全面的思考，整理總體思路，然后仔細分析PLC控制的四路數(shù)字搶答器的工作原理，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、計時及輸出顯示功能等。我選用了SIMATIC S7-300作為本次設計的PLC。通過多次對程序的修改和仿真調(diào)試，最終實現(xiàn)了基于S7

39、-300的數(shù)字搶答器的設計。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過幾個月的時間，在各位老師、同學的幫助下，在我的不斷努力下，我的畢業(yè)實踐任務書終于要完成了。從設計中我學到許多知識，也理解了做任何事都要細心的道理。知識的積累是一點一滴的，在設計中我也感受頗深。在此我要真誠的感謝XX老師給予我的指導，在設計過程中XX老師嚴格督促我的畢業(yè)設

40、計速度，及時的幫我解決我在設計中遇到的各種問題和困難，在設計中一直對我嚴格要求，在整個畢業(yè)設計過程中都給我耐心的指導和講解，并主動為我提供各種相關技術資料，在XX老師的幫助和指導下我順利完成了本次畢業(yè)設計，也讓我在這次畢業(yè)設計中受益匪淺，在此謹向XX老師致以深切的謝意！</p><p>　　在這次畢業(yè)設計中我也遇到了許多困難得到了學校里其他老師的幫助和指導，我也要感謝我的母校XXX，是她提供了良好的學習環(huán)境和生活

41、環(huán)境，讓我的三年大學生活豐富多彩，為我的人生留下精彩的一筆。</p><p>　　感謝評閱和閱讀本設計論文的老師為此付出的辛勤勞動！</p><p>　　在此還要感謝XXX的全體老師，感謝他們對我的培養(yǎng)！</p><p>　　最后祝愿各位老師：合家歡樂！工作順利！身體健康</p><p><b>　　參考文獻</b>&l

42、t;/p><p>　　[1] 林明星.電氣控制及可編程序控制器[M ].機械工業(yè)出版社，2004 </p><p>　　[2] 周淑珍、高鴻斌.PLC分析與設計應用.電子工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[3] 王玉中.電氣控制及PLC應用技術.河南科學技術出版社，2006</p><p>　　[4] 張新軍.電氣控制與PLC技術及應用.