毕业设计（论文）-PLC四路智力抢答器设计.doc

目目 录录 绪 论.1 任务要求1 1 plc 概述 1 1.1 plc 的产生、定义、组成、特点及发展趋势 .36 1.2 plc 的工作原理 36 1.3 plc 的编程语言 36 1.4plc 的分类及性能指标 .36 2 plc 四路抢答器概述 36 2.1 plc 四路抢答器概述1 2.2 plc 智能抢答器的工作原理3 3 系统硬件设计.12 3.1 控制系统选取.12 3.2 控制系统的硬件组成 12 3.3 系统控制要求 13 3.4 控制系统 i/o 分配表 14 3.5 系统硬件连接图 15 4 系统软件设计.17 4.1 整体设计 17 4.2 plc 控制程序.18 5 模拟运行与调试过程.36 5.1 程序的模拟运行 36 5.2 程序的现场调试 37 6 总 结 36 7 致 谢 43 8 参考文献 44 摘摘 要要 近年来随着科技的飞速发展， plc 的应用不断地走向深入，同时带动传统 的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可 靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商 业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛 及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富 了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精 神文明、娱乐活动的必备产品。 本次设计是利用plc（programmable logic controller）对plc控制的四路 智力抢答器进行控制。由于plc具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优 点。因此，我决定选用西门子 s7-200 作为本次设计的plc。具有方便灵活，维 护使用方便等特点。 关键词：四路抢答器， plc abstract with the rapid development of science and technology in recent years, plc applications continue to go deeper, and promote the traditional control constantly updated detection technology, programmable logic controller to control because of its excellent performance, high reliability, in all walks of life increasingly wide spread of applications. responder which are widely used for television, commercial institutions, enterprises and trade unions, clubs and schools and other units to organize all kinds of knowledge, skills competitions and cultural activities for the answer in use, the race added a provocative, entertaining, in the a certain extent, enrich peoples leisure life, and gives the visual effect is very good, is to carry out the various units of quality education, spiritual, recreational activities, essential products. this design is the use of plc (programmable logic controller) control of the plc to control four intelligence responder. as plc has high reliability, small size, versatility, ease of use. therefore, i decided to use siemens s7-200 design as the second plc. with convenient and flexible, easy maintenance features. keywords: quad responder, plc 任任 务务 要要 求求 假设有四组抢答器，有四位选手，一位主持人。主持人有一个开始答题按 钮，一个系统复位按钮。如果主持人按下开始答题按钮后，四位选手开始抢答， 抢先按下按钮的选手的正常抢答指示灯亮，同时选手序号在数码管上显示，其 他选手按钮不起作用。如果主持人未按下开始抢答按钮，就有选手抢答，则认 为犯规，犯规指示灯亮并闪烁；同时选手序号在数码管上显示，其他选手按钮 不起作用。当主持人按下开始答题按钮，时间开始倒计时，在 10s 内仍无选手 抢答，则系统超时指示灯亮，此时不能再有选手抢答。所有各种情况，只有主 持人按下系统复位按钮后，系统回到初始状态。 设计进度要求设计进度要求: : 确定设计,查找资料，根据要求设计流程图、梯形图及进行 i/o 接线图的设 计，最后完成论文。 1 1 plcplc 概述概述 1.11.1 plcplc 的产生、定义、组成、特点的产生、定义、组成、特点及发展趋势及发展趋势 1.1.11.1.1 plcplc 的产生的产生 可编程序控制器(programmable logic controller，简称 plc)，是随着科 学技术的进步与现代社会生产力式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要 而产牛、发展起来的一种新型的工业控制装置。 plc 从 1969 年问世以来，虽然至今还不到 40 年，但由于其具有道用灵活 的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能，在工业 自动化各领域取得了广泛的应用。曾经有人将 plc 技术与数控技术(cnc)、 cadcam 技术、工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。 众所周知，制造业中使用的生产设备与生产过程的控制，一般都需要通过 工作机构、传动机构、原动机以及控制系统等部分实现。特别是当原动机为电 动机时，还需要对电动机的启制动、正反转、调速与定位等动作进行控制。 生产设备与生产过程的电器操作与控制部分，称为电气自动控制装置或电气自 动控制系统。 最初的电气自动控制装置(包括日前使用的一些简单机械)，只是一些简单 的手动电器(如刀开关、正反转开关等)。这些电器只适合于电机容量小、控制 要求简单、动作单一的场合。 随着技术的进步，生产机械对电气自动控制提出了越来越高的要求，电气 自动控制装置逐步发展成了各种形式的电气自动控制系统。 作为常用电气自动控制系统的一种，人们习惯上把以继电器、接触器、按 钮、开关等为主要器件所组成的逻辑控制系统，称为“继电接触器控制系统” 。 “继电接触器控制系统”的基本特点是结构简单、生产成本低、抗干扰能力 强、故障检修立观方便、运用范围广。它不仅可以实现生产设备、生产过程的 自动控制，而且还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。因此，直到今 天“继电接触器控制系统”仍是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。 但是，出于“继电接触器控制系统”的控制元件(继电器、接触器)均为 独立元件，它决定了系统的“逻辑控制”与“顺序控制”功能只能通过控制元 件间的不同连接实现，因此，它不可避免地存在以下不足： 通用性、灵活性差。 体积大，材料消耗多。 功能局限性大。 可靠性较低，性用寿命较短。 不具备现代工业控制所需要的数据通信、网络控制等功能。 正因为如此，“继电一接触器控制系统”难以适应现代复杂多变的生产控 制要求与生产过程摔制集成化、网络化需要。 为了解决“继电一接触器控制系统”存在的通用性、灵活性关，功能局限 性大与通信、网络方面欠缺的问题，20 世纪 50 年代末人们曾设想利用计算 机功能先备、通用性和灵活性强的特点来解次以上问题。但由于当时的汁算机 原理复杂，生产成术高，程序编制难度大，加工业上控制需要大量的外围接口 设备，可靠性问题突出，使得它在面广量大的一般工业控制领域难以普及与应 用。 到了 20 世纪 60 年代木，有人这样设想：能否把计算机通用、灵活、功能 完善的特点与“继电一接触器控制系统”的简单易懂、使用方便、生产成本低 的特点结合起来，生产出一种而向生产过程顺序控制，plc 利用简单语言编程， 能让完全不熟悉计算机的人也能方便使用的控制器呢？ 这一设想最早由美国最大的汽车制造商通用汽车公司(gm 公司)于 1968 年提出。当时，该公司为了适应汽车市场多品种、小批量的生产要求，需要解 决汽车生产线“继电一接触器控制系统”中普遍存在的通用性、灵活性问题， 提到了对一种新颖控制器的十大技术要求，并面向社会进行招标。 十大技术要求具体如下： 1) 编样方使，从可以在现场方便地编辑、修改控制程序； 2) 价格便宜，性能价格比要而于继电器系统； 3) 体积要明显小于继电器控制系统； 4) 可靠性要明显高于继电器控制系统： 5) 具有数据通信功能； 6) 输入可以是 ac115v； 7) 输出驱动能力在 ac115v/2a 以上； 8) 硬件维护方便，最好采即 “插接式”结构； 9) 扩展时，只需要对原系统进行很小的改动； 10) 用户存储器容量至少可以扩展到 4kb。 根据以上要求，美国数字设备公司(dec 公司)在 1969 年首先研制比了全世 界第一台可编程序控制器，并称之为“可编程序逻辑制器”programmable logic controller，简称 plc)。试样机在 gm 公司的应用获得了成功。此后， plc 得到了快速发展，并被广泛用于各种开义量逻辑运算与处理的场合。 早期 plc 的硬件主要由分立元件与小规模集成电路构成，它虽然采用了计 算机技术，但指令系统、软件与功能相对较简单，一般只能进行逻辑运算的处 理，同时通过简化计算机的内部结构与改进可靠性等措施，使之能与工业环境 相适应。 正因为如此，在 20 世纪 70 年代初期曾经出现过一些出二极管矩阵、集成 电路等器件组成的所谓“顺序控制器”；20 世纪 70 年末期曾经出现过以 mcl4500 工业控制单元(industrial control unit，简称 icu)为核心出 8 通 道数据选择器mcl4512)、指令计数器(mcl4516)、8 位可寻址双向锁存器 (mcl4599)、存储器(2732)等组成的“可编程序控制器”等产品。这些产品与 plc 相比，虽然具有一定的价格优势，但最终还是因可靠性、功能等多方面的 原因，未能得到进一步的推广与发展；而 plc 则随着微处理器价格的全面下降， 最终以其优良的性能价格比，得到了迅速发展，并最终成为了当代工业自动控 制技术的重要支柱枝术之一。 1.1.21.1.2plcplc 的定义的定义 plc 技术一经出现，立即引起了全世界的广泛关注，1969 年首先将其进行 商品化并推向市场的是美国 gould 公司；1971 年，在引进美国技术后，日木研 制出了自己的第一台 plc；l973 年，德国 siemens 公司也研制出了欧洲第一台 plc；1974 年，法国随之也研制出了 plc。 到了 20 世纪 70 年代中期，plc 开始采用微处理器。plc 的功能也从最初的 逻辑运算拓展到具有数据处理功能，并得到了更为广泛的应用。由于当时的 plc 功能已经不再局限于逻辑处理的范畴，为此，plc 也随之改称为可编程序控 制器(programmable controller，简称 pc)。 1980 年，美国电气制造商协会(national electronic manufacture association，简称 nema)对可编程序控制器进行了如下定义： “可编程序控制器是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口；以 位运算为主；能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能；面向机器或生 产过程的自动控制装置”。并将其统一命名为 programmable controller (pc)。 1.1.31.1.3 plcplc 的基本结构的基本结构 plc 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算 机相同，如图所示： plc 硬件结构 1、中央处理单元（cpu） 中央处理单元（cpu）是 plc 的控制中枢。它按照 plc 系统程序赋予的功 能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检查电源、存储器、i/o 以及 警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误，当 plc 投入运行时，首 先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 i/o 映象区， 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执 行逻辑或算数运算的结果送入 i/o 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序 执行完毕之后，最后将 i/o 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到 相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高 plc 的可靠性，灵活性，近年来对大型 plc 还采用双 cpu 构成冗余系统，或采用三 cpu 的表决式系统。这样，即使某个 cpu 出现故障， 整个系统仍能正常运行。 2、存储器（memory） 可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号 的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。cpu 常用 的微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型 plc 的 cpu 多 采用单片机或专用的 cpu。大型 plc 的 cpu 多用位片式结构，具有高速数据处 理能力。 3、基本 i/o 接口电路 （1）输入接口单元。plc 内部输入电路作用是将 plc 外部电路（如行程开 关、按钮、传感器等）提供的、符合 plc 输入电路要求的电压信号，通过光耦 电路送至 plc 内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干 扰能力，输入响应时间一般在 0.115ms 之间。多数 plc 的输入接口单元都相同， 通常有两种类型。一种是直流输入，一种是交流输入。 （2）输出接口单元。plc 输出电路用来将 cpu 运算的结果变换成一定形式 的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等） 。plc 输出电路 结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。 4、接口电路 plc 接口电路分为 i/o 扩展接口电路和外设通信接口电路两类 （1）i/o 扩接口电路 i/o 扩展接口电路用连接 i/o 扩展单元，可以用来扩充开关量 i/o 点数和 增加模拟量的 i/o 端子。i/o 扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路 形式。 根据被控制对象对 plc 控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输 出设备，据此确定 plc 的 i/o 点数。 （2）外设通信接口电路 通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能 组成 plc 的控制网络。plc 通过 pc/ppi 电缆或使用 mpi 卡通过 rs-485 接口和 电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。 5、电源 plc 内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为 plc 内部电源需要的工作电源（5v 直流） 。当输入端子为非干接点结构时，为外部 输入元件提供 24v 直流电源（仅供输入点使用） 。 1.1.41.1.4 plcplc 的特点的特点 1、软硬件功能强 2、使用维护方便 3、运行稳定可靠 4、组织灵活 1.1.51.1.5 plcplc 的发展趋势的发展趋势 从当前产品来看，plc 的发展仍然主要体现在提及的缩小与性能的提高两 大方面。 1向高速度、大容量方向发展 2向超大型、超小型两个方向发展 3plc 大力开发智能模块，加强联网通信能力 4增强外部故障的检测与处理能力 5编程语言多样化 1.21.2 plcplc 工作原理工作原理 1.2.11.2.1 循环扫描的特点循环扫描的特点 1、输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期 内输入映像寄存器的值保持不变，cpu 采用集中输入的控制思想，只能使用输 入映像寄存器的值来控制程序的执行。 2、扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。 3、对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。 4、各个电路和不同扫描阶段会造成输入和输出延迟，这是 plc 的主要缺点。 在读输入阶段，cpu 对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点 的状态锁入映象寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，cpu 按照先左后右、 先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映象寄存器和输出映象寄存器 的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映象寄存器。 2.2.2 plc 中的存储器中的存储器 plc 中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数 据存储器。 1、用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。 2、用来存储工作数据的区域称为工作数据区。 3、系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的 plc 的指令的系统编写的 系统程序，它决定了 plc 的功能，用户不能更改其内容。 1.31.3 plcplc 的编程语言的编程语言 plc 是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应 用领域，一定有其专用的语言。plc 的编程语言有多种，如梯形图、语句表、 功能图等。梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观 的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的 功能，是 plc 用户程序的基础元素。 梯形图程序让 plc 仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据 结果决定逻辑输出的允许条件。梯形图按逻辑关系分为“梯级”或网络。 如图所示是用 plc 控制的梯形图程序，可完成与继电器控制的电动机直接 起、停（起、保、停）继电器控制电路图相同的功能。 plc 控制的梯形图程序 1.41.4 plcplc 的分类的分类及性能指标及性能指标 1.4.11.4.1 按按 i/oi/o 点数容量分类点数容量分类 1、小型机（i/o 点数小于 256 点） 典型的小型机有 siemens 公司的 s7-200 系列。 2、中型机（i/o 点数在 2561024 之间） 典型的中型机有 siemens 公司的 s7-300 系列、omron 公司的 c200h 系列。 3、大型机（i/o 点数在 1024 点以上） 典型的大型 plc 有 siemens 公司的 s7-400、omron 公司的 cvm1 和 cs1 系列。 1.4.21.4.2 按结构形式分按结构形式分 根据 plc 结构形式的不同，plc 主要可分为整体式和模块式两类。 1、整体式结构 微型和小型 plc 一般为整体式结构。如西门子的 s7-200。 2、模块式结构 目前大、中型 plc 都采用这种方式。如西门子的 s7-300 和 s7-400 系列。 1.4.3plc1.4.3plc 的性能指标的性能指标 1、i/o 点数 i/o 点数，即 plc 面板上的 i/o 端子的个数。i/o 点数越多，外部可以连接 的 i/o 器件就越多，控制规模就越大。它是衡量 plc 性能的重要指标之一。 2、存储容量 这里专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编程序的长短。大、中、 小型 plc 的存储容量变化范围一般为 2kb2mb。 3、扫描速度 扫描速度是指 plc 执行程序的快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算 机控制取代继电器控制的稳合程度。可编程控制器采用循环扫描的工作方式。 4、指令系统 它是衡量 plc 能力强弱的标志，决定了 plc 的处理能力、控制能力的强弱。 限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。 5、通信功能 通信有 plc 之间的通信和 plc 与计算机或其它设备之间的通信。主要涉及 通信模块、通信接口、通信协议、通信指令等。 6、扩展能力 扩展能力包括 i/o 点数的扩展和 plc 功能的扩展两方面的内容。 7、特殊功能单元 特殊功能单元种类多，也可以说 plc 的功能多。典型的特殊功能单元有模 拟量、模糊控制连网等功能。 2 2 plcplc 四路抢答器概述四路抢答器概述 2.12.1 plcplc 四路抢答器概述四路抢答器概述 本文介绍一种抢答器，能使四个队同时参加抢答,这其中设有 1 个裁判台， 4 个参赛台，分别为 1 号、2 号、3 号、4 号参赛台.总体设计选用西门子 plc 控 制,抢答操作方便、简单，普及面很广。 抢答器，是一种用于比赛时，跟对手比反应快慢，思维运转快慢的电器。 随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加，方便、可靠。目前, 应用在各种竞赛中，给竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上丰富了人们 的业余生活。用 plc 进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变 输入 plc 的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。 可编程控制器（plc）： 所谓 plc 系统就是采用目前市场上各大工业控制 厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以 达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。 plc 的可靠性：进口 plc 采用的 cpu 都是生产厂家专门设计的工业级专用 处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件， 另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特 别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正 常工作。 plc 的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序， 而 plc 的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。 plc 的可维护性：plc 本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据 自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序 设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。 操作：plc 的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计 了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了 对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面 自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机 器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。 特点：价格与前二种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。 2.22.2 plcplc 抢答器的工作原理抢答器的工作原理 我所设计的 plc 智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器，现在以四路 抢答器为例。给竞赛主持人设置了两个控制按钮，用来控制开始、复位、答题 计时，每当主持人发出开始抢答指令后，哪组选手最先按下抢答器按钮，则数 码管就显示该组的序号，同时指示灯亮，以指示抢答成功，并对其后的抢答信 号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。 若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其序号。 当主持人按下抢答器按钮时定时器开始倒计时（设定 10 秒）若 10 秒限制到时 仍无人抢答则系统超时指示灯亮，以示选手放弃该题。其中以上功能都通过编 制的 plc 程序来控两个制数码管和两个指示灯，如图所示: hl1hl2 hl3hl4 sb3 sb4 sb5 sb6 hl5 hl6 抢答器模型图 plc 控制器 sb1 sb2 开始 复位 3 3 系统硬件设计系统硬件设计 3.13.1 控制系统选取控制系统选取 抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要 进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。为此，我们 对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。可编程控制器（plc）是由工业微 型计算机、输入, 输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置， 具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点： 1、可靠性高：由于可编程控制器的输入, 输出端口均采用继电器或光电耦 合器件，采取了隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在恶 劣环境下可靠工作。 2、体积小：由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程 代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。 3、通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有cpu 模块、电源 模块、pid模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同 的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的 适用性。 4、使用方便：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入、输出 作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减 少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。基于可编程控制器的上述优点能 够适应和满足立体车库高性能的使用要求，所以我确定该车库控制系统为 plc(西门子s7-200系列)。 s7-200 系列的 plc 在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。 由于其具有极高的性价比，在以下几方面都有优越的表现：极高的可靠性、程 序易于掌握，实时特性功能、编程语言指令丰富，操作简便，有丰富的扩展功 能。抢答器所使用的各种判断信号均为数字量，所以用西门子 s7-200 系列就完 全可以满足电气控制系统方面的要求。 3.23.2 控制系统的硬件组成控制系统的硬件组成 在抢答器的工作过程中，主控单元的主要控制对象首先是输入信号，控制 系统就是判别这个事件有没有发生，不同的情况给出不同的结果，让大家都很 快的明白。 其硬件组成结构图如图所示: plc 系统硬件结构 3.33.3 系统控制要求系统控制要求 1抢答器可同时供四组选手参加比赛 2给主持人设置两个控制按钮，用来控制抢答的开始、复位。 3每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，则数 码管就显示该组的编号，以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应。选 手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。 4违规抢答：若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，违规指 示灯亮并闪烁。 plc cpu224 数字输入数字输出 主 持 人 输 入 信 号 选 手 输 入 信 号 组 别 显 示 输 出 信 号 倒 计 时 输 出 信 号 指 示 灯 输 出 信 号 5抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器开始计时（设定 10s） 。 若 10s 时限到仍无人抢答，则超时指示灯亮，以示选手放弃该题。 3.43.4 控制系统控制系统 i/oi/o 分配表分配表 3.4.13.4.1 抢答器的抢答器的 plcplc 控制系统的输出端口控制系统的输出端口 抢答器的 plc 控制系统的输出端口如表所示： 输出信号对照表 信号名称内部地址指示灯名称内部地 址 数码管 a 段 q1.0hl1q0.0 数码管 b 段 q1.1hl2q0.1 数码管 c 段 q1.2hl3q0.2 数码管 d 段 q1.3hl4q0.3 数码管 e 段 q1.4hl5(无人抢答灯)q0.4 数码管 f 段 q1.5 hl6（犯规灯） q0.5 数码管 g 段 q1.6 3.4.23.4.2 抢答器的抢答器的 plcplc 控制系统的输入端口控制系统的输入端口 抢答器的 plc 控制系统的输入端口如表所示： 输入信号对照表 信号名称内部地址信号名称内部地址 抢答开始按钮 sb1 i0.0 第二组抢答按钮 sb4 i0.3 主持人复位按钮 sb2 i0.1 第三组抢答按钮 sb5 i0.4 第一组抢答按钮 sb3 i0.2 第四组抢答按钮 sb5 i0.5 3.53.5 系统硬件连接图系统硬件连接图 根据系统要求和所需要的硬件，系统数字量输入点总计 6 个点，输出点总 计 13 个点。综合考虑到系统的性价比和系统的可扩展性，输入、输出点留出一 定的富裕量，因此 plc 选择 siemens 的 s7-200 系列的 cpu224 继电器输出型和 数字量扩展模块 em223。输入、输出端子电气接线图。 如图所示： 控制系统外部 i/o 接线图 4 4 系统软件设计系统软件设计 4.14.1 整体设计整体设计 根据 plc 智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过 plc 控 制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的 plc 配置都 可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答 时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。 安全、可靠、省时、省力、价格便宜。 控制软件应用 siemens 编程软件，采用梯形图语言编写,工作系统自动控制 流程框图如图 4.1.所示。根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系 统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。自动条件下，必须复位后在满足自 动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的 安全。如下图所示，有主程序和若干子程序组成，其整体设计工作系统自动控 制流程图如图所示： sb6 sb5 sb4 sb3 sb2 sb1 plc 工作系统自动控制流程图 抢 答 按 钮 主 持 人 按 钮 plc cpu224 组 显 电 路 违 规 电 路 计 时 电 路 时 间 显 示 4.24.2 plcplc 控制程序控制程序 为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，i0.2i0.5 分 别为四组选手的抢答信号， 同时我们用中间继电器 m0.0、m0.1、m1.0m1.3 进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。主持人控制台有 i0.0 按钮用 以抢答开始，i0.2 按钮用以控制答题时间地开始，i0.1 按钮为复位按钮。 4.2.14.2.1 主持人控制台控制抢答器抢答或复位主持人控制台控制抢答器抢答或复位 抢答如图所示： 复位如图所示： 4.2.24.2.2 组别显示组别显示 每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答按钮，就显示该 组的组号，依次如下图所示： 4.2.3超时无人抢答指示灯亮超时无人抢答指示灯亮 4.2.4 犯规指示灯亮并闪烁犯规指示灯亮并闪烁 5 5 模拟运行与调试过程模拟运行与调试过程 5.15.1 程序的模拟运行程序的模拟运行 将设计好的程序写入 plc 后，首先要做的就是仔细检查程序，并改正写入 时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，一般不用接 plc 实际的负 载(如接触器、电磁阀等)。也可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮 来模拟实际的反馈信号。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不 同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线， 都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和 plc 中的程序，直 到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求，下面图 1.11.3 是程序运行调试中的几个过程图。 图 1.1 程序下载 图 1.2 程序运行 图 1.3 程序停止 如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以 在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模 拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，plc 之外的其他硬件的 安装、接线工