毕业设计（论文）-基于PLC八路抢答器的设计.doc

摘 要 近年来随着科技的飞速发展，PLC 的应用正在不断地走向深入，同时带动 传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点， 已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动 化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制 的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM 将成为工业生产的 三大支柱。PLC 型抢答器是将 PLC 用于对抢答器的控制，主要是考虑其具有对 使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的 抢答器进行精确控制，特别是对多人抢答的控制可方便的实现。 关键词：PLC 定时器 Abstract In recent years along with the rapid development of science and technology, the application of PLC are constantly deepening, led the traditional control test at the same time ever updated. It has the advantages of simple structure, easy programming, high reliability, has been widely used in industrial processes and automatic control of the location. According to statistics, the programmable controller is the most widely used industrial automation equipment in an equipment. The expert thinks, the programmable controller will become the future of industrial control main measure and important basic equipment, PLC, CAD / CAM, the robot will become the industrial production of the three big pillar. Type PLC responder is PLC for Responder control, mainly on account of its having the use of environmental adaptability features, while its internal timer resources are very rich, can be used for the present responder for precise control, especially for people answer in the control can be conveniently realized. Through the design of a responder, enable us to master the principle of programmable logic controller, function, application, programming method and programming skills, is our master some basic models, master PLC control technology and application of the basic principles, and learning the PLC programming diversity, flexibility, is our master PLC in practical application control action, action sequence and the principle of automatic control in the field, for future work to lay a solid foundation. At the same time, during the design process, but also cultivate our independent working ability and creativity, comprehensive use of professional knowledge and ability, ability to solve practical engineering problems, consult books, drawing, report writing ability Key words: PLC responder timer 目录 第一章 绪 论.1 第一节 设计目的 .1 第二节 设计要求 .1 第二章 硬件电路设计.3 第一节 PLC 机型选择步骤与原则.3 第二节 控制器 .5 第三节 硬件控制接线图 .5 第四节 系统结构 .6 第三章 软件设计.8 第一节 I/O 分配.8 第二节 选手选择抢答程序 .8 结束语.10 谢 辞.11 参考文献.12 在电视上我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手 等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、 直观的判力竞赛的电路装置,该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、 锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主断出第 一个抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示第 一抢答者。为了使这种不公平不发生，只能靠电子产品的高准确性来保障抢答 的公平性。八路数字抢答器是一个可供八个参赛组进行智持人开关启动报警电 路,以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在 显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路。 抢答器这个东西经常用于某些竞赛类的电视台及学校，为使竞赛增添了他的刺 激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种抢答器， 能使八个队同时参加比赛的抢答,当前赛场中设有 1 个主席台，8 个参赛台，分 别为 1 号、2 号、3 号、4 号、5 号、6 号、7 号、8 号参赛台.总体设计选用三 菱的 FX-2X 的 GX Developer 软件控制,使选手的抢答操作方便，在许多的场所都可以使用，并且能给予人 的视觉效果非常好。 1 第一章 绪 论 在电视上我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手 等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、 直观的判力竞赛的电路装置,该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、 锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主断出第 一个抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示第 一抢答者。为了使这种不公平不发生，只能靠电子产品的高准确性来保障抢答 的公平性。八路数字抢答器是一个可供八个参赛组进行智持人开关启动报警电 路,以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在 显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路。 通过这次设计，掌握 PIC 单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理， 初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。 同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知 识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系 及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功 能抢答器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。 第一节 设计目的 抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、 客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、 发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使 用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或 抢按后的计时、选手得分显示等功能。从而使竞赛真正达到公正、公平、公开。 第二节 设计要求 1、抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 SB0 SB7 表示。 2、设置一个系统清除和抢答控制开关 REST/START，该开关由主持人控制。 3、抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，同时 2 扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直 保持到主持人将系统清除为止。 4、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如 30 秒） 。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响， 声响持续的时间 0.5 秒左右。 5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，并保 持到主持人将系统清除为止。 6、如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。 3 第二章 硬件电路设计 第一节 PLC 机型选择步骤与原则 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能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条 件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的；其它情况则最 好选用模块式结构的。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量 模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带转 换、转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。 而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现 运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档 机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全的分布式控制系统以及整 个工厂的自动化等。 (一) 合理的结构型式 PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。 整体式 PLC 的每一个 I/O 的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一 般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC 的功能扩展灵 活方便,在 I/O、输入点数与输出点数的比例、I/O 块的种类等方面选择余地大， 且维修方便，一般于较复杂的控制系统。 (二) 安装方式的选择 PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 I/式以及多台 PLC 联网的分布式。 集中式不需要设置驱动远程 I/O 件，系统反应快、成本低；远程 I/O 适用 于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 I/O 可以分散安装在现场装置附 近，连线短，但需要增设驱动器和远程 I/O 电源；多台 PLC 联网的分布式适用 于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必须 要附加通讯模块。 (三)相应的功能要求 一般小型(低档)PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关 量控制的设备都可满足。 对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带 A/D 和 D/A 转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档 PLC。 对于控制较复杂，要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等功能，可视 控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC 价格较贵， 一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 4 (四)响应速度要求 PLC 是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次 PLC 的响应速度一般都 能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用 PLC，或者某些功能或信号有 特殊的速度要求时，则应该慎重考虑 PLC 的响应速度，可选用具有高速 IO 处 理功能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。 (五)系统可靠性的要求 对于一般系统 PLC 的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑 是否采用冗余系统或热备用系统。 (六)机型尽量统一 一个企业，应尽量做到 PLC 的机型统一。主要考虑到以下三方面问题： )机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。 )机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平 的提高。 )机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算 机后易于形成一个多级分布式控制系统。 PLC 的容量包括 IO 点数和用户存储容量两个方面。 (一)IO 点数的选择 PLC 平均的 IO 点的价格还比较高，因此应该合理 选用 PLC 的 IO 点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的 IO 点最少， 但必须留有一定的裕量。 通常 IO 点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上 1015的裕量来确定。 (二)存储容量的选择 用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能 实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成 同一复杂功能时，其程序量可能相差 25之多，所以对于初学者应该在存储容 量估算时多留裕量。 PLC 的 IO 点数的多少，在很大程序上反映了 PLC 系统的功能要求，因此 可在 IO 点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加 2030的裕量。 存储容量（字节）开关量 IO 点数10 模拟量 IO 通道数100 另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。 5 第二节 控制器 本设计的控制器采用日本三菱公司生产 PLC，选用 FX2N-32MR（见图 2-1） ，FX2N 系列是三菱 PLCFX 家族中先进的系列。有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功 能模块，灵活性和控制能力强，可扩展到 256 点。三菱 PLC 编程叫采用编程软件 GX- Developer，简单易懂。 当主持人打开启动开关后，在设定时间 TO 内，如果某组抢先按下抢答按 钮，则驱动音效电路发出声响，指示灯亮，并且在 8 段数码管显示器上显示出 抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效; 在抢答成功后，主持人打开限时开关 SW2，启动计时器，在设定的时间 TI 内回答有效，当到达设定时间 10s 时，则定时器复位，表示答题时间到。 图 2-1 三菱 FX2N 系列 PLC 的外形图 第三节 硬件控制接线图 6 图 2-2 抢答器硬件控制连线图 第四节 系统结构 对于抢答部分，当 X0-X7 六个输入按钮中的某一个按下之后，此处采用辅 助继电器 M 来记录抢答结果。由于抢答是按钮为了信号长期有效，还需要将其 自锁，又由于任何时刻，只有一组抢答有效，所以各辅助继电器又要进行互锁。 对于数码显示部分，三菱 PLC 提供了 7 段译码指令 SEGD 使得 PLC 处理数码显示 变为极为方便。 I0.4 I0.5 S7-200 PLC 7 图 2-3 抢答器系统结构 8 第三章 软件设计 第一节 I/O 分配 PLC 的 I/O 分配如下： 表 3-1 I/O 分配 第二节 选手选择抢答程序 选手选择抢答程序本设计采用了自锁与互锁原理。X0-X7 六个输入按钮中 的某一个按下之后，此处采用辅助继电器 M 来记录抢答结果。由于抢答是按钮 为了信号长期有效，还需要将其自锁，又由于任何时刻，只有一组抢答有效， 所以各辅助继电器又要进行互锁。例如当选手 1 按下抢答开关，其对应辅助继 电器 M0 线圈得电，使 M0 常开触点闭合，常闭触点断开。M0 常开触点与 X0 并 联，闭合并自锁。同时 M0 的常闭触点与其他选手的支路串联，断开，其他选手 抢答无效，实现了抢答功能的互锁。选手选择抢答程序图如图 3-1： 9 图 3-1 选手选择抢答程序图 10 结束语 大学生涯马上就将结束，面对这次毕业设计，我从一开始的无从下手，到 现在的毕业设计完成，整个过程让我更加熟悉了从理论到实践的跨越。才真正 体会到理论知识要完美的运用到现实的设计中来，我还存在很多的问题。让我 明白我们的知识面不应该只是停留在书本上。在设计过程中，我也遇到了很多 的问题。主要问题出现在软件设计方面，最开始的梯形图设计过程中不断的报 错，设计的程序达不到预期的效果。设计过程中我不断的检查错误，使程序完 整化。虽然很多困难被克服