毕业设计-基于PLC八路抢答器的设计.doc

毕业设计（论文）-基于PLC八路抢答器的设计【毕业论文】 济源职业技术学院毕 业 设 计题目 基于PLC八路抢答器的设计 系别 电气工程系 专业 应用电子技术 班级 电技0802 姓名 学号 08020219 指导教师 日期 2010年12月 设计任务书设计题目:基于PLC八路抢答器的设计设计要求:1. 抢答器可同时供八组选手参加比赛2. 主持人有三个控制按钮，用来控制抢答开始、复位和答题计时的开始。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1就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路给出信箱提示信号（持续3S），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，违规时数码管1显示其编号，同时红灯亮，音响电路发出声响。5抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S）。若30S时限到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路3发出声响，以示选手放弃该题。6答题限时：在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S），选手必须在设定的时间内完成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号设计进度要求:第一、二周：确定题目,查阅资料，根据要求分析抢答器的设计、工作原理。第三、四周：根据工作原理画流程图并编译梯形图，并进行硬件设计。第五、六周：对软件设计，进行上机调试,找出问题,进行修改,并改进设计。第七、八周：撰写论文,毕业答辩。指导教师（签名） 摘 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控制的八路智力抢答器进行控制。首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的八路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。考虑到只是PLC控制的八路智力抢答器则输出端口需要25个，输入端口需要11个，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SIMATIC S7-200 系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为本次设计的PLC。具有方便灵活维护使用方便。目 录摘 要II1 PLC八路抢答器概述11.1 PLC八路抢答器概述11.2 PLC智能抢答器的工作原理32 PLC概述42.1 PLC的产生、定义、组成、特点及发展趋势42.2 PLC工作原理92.3 PLC的编程语言102.4 PLC的分类及性能指标103 系统硬件设计123.1控制系统选取123.2控制系统的硬件组成123.3系统控制要求133.4控制系统I/O分配表143.5系统硬件连接图154 系统软件设计174.1整体设计174.2 PLC控制程序185模拟运行与调试过程315.1 程序的模拟运行315.2 程序的现场调试32致 谢34参考文献351 PLC八路抢答器概述1.1 PLC八路抢答器概述抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，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。本文介绍一种数字式抢答器，能使个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，个参赛台，分别为1号、2号、3号、4号参赛台.总体设计选用PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。与相比，在许多方面都显示出优越性1.2 PLC智能抢答器的工作原理我所设计的PLC智能抢答器是适合八个人抢答的八路抢答器，现在以八路抢答器为例。给竞赛主持人设置了3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，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号（持续三秒）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编号同时红灯亮音响电路发出声响。当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时（设定30秒）若30秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响，以示选手放弃该题。在抢答成功后，主持人按下答题计时按钮，同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节，此设定为50秒，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。其中以上功能都通过编制的PLC程序来控3个制数码管和3个指示灯以及一个喇叭来实现，如图1.1所示:图1.1抢答器模型图2 PLC概述2.1 PLC的产生、定义、组成、特点及发展趋势 PLC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。，材料消耗多。功能局限性大。可靠性较低，性用命较短。不具备现代工业控制所要的数据、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。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2.1 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，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。存储器）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内部电源需要的电源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 图2.2PLC控制的梯形图程序2.4 PLC的分类及性能指标/O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。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。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。3 系统硬件设计3.1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。各种信号均为数字量，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。图3.1系统硬件结构3.3系统控制要求1抢答器可同时供八组选手参加比赛2给主持人设置三个控制按钮，用来控制抢答的开始、复位和答题计时的开始。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1就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路给出信箱提示信号（持续3S），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，违规时数码管1显示其编号，同时红灯亮，音响电路发出声响。5抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S）。若30S时限到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路发出声响，以示选手放弃该题。6. 答题限时：在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S），选手必须在设定的时间内完成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号3.4控制系统I/O分配表 抢答器的PLC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3.1所示：表3.1输出信号对照表信号名称内部地址信号名称内部地址数码管1a段Q0.0数码管2g段Q1.6数码管1b段Q0.1数码管3a段Q2.0数码管1c段Q0.2数码管3b段Q2.1数码管1d段Q0.3数码管3c段Q2.2数码管1e段Q0.4数码管3d段Q2.3数码管1f段Q0.5数码管3e段Q2.4数码管1g段Q0.6数码管3f段Q2.5数码管2a段Q1.0数码管3g段Q2.6数码管2b段Q1.1音响Q3.0数码管2c段Q1.2绿色指示灯Q3.1数码管2d段Q1.3黄色指示灯Q3.2数码管2e段Q1.4红色指示灯Q3.3数码管2f段Q1.5的PLC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3.2所示：表3.2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SB1I0.0第四组抢答按钮SB7I1.3主持人复位按钮SB2I0.1第五组抢答按钮SB8I1.4答题计时按钮SB3I0.2第六组抢答按钮SB9I1.5第一组抢答按钮SB4I1.0第七组抢答按钮SB10 I1.6第二组抢答按钮SB5I1.1第八组抢答按钮SB11 I2.0 第三组抢答按钮SB6I1.23.5系统硬件图点总计个点。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CPU226继电器输出型图3.2控制系统外部I/O接线图4 系统软件设计4.1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，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图4.1PLC工作系统自动控制流程图4.2 PLC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，I1.0I2.0分别为八组选手的抢答信号， 同时我们用中间继电器M0.0、M0.1、M1.0M2.0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。 主持人控制台控制抢答器的开始、答题计时和复位当主持人按下I0.0按钮后，选手才能正常抢答，否则视为违规抢答开始程序如下图4.2所示：图4.2抢答开始当选手抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮I0.2后，答题计时开始，程序如图4.3所示：图4.3答题计时开始抢答完毕，当主持人按下按钮I0.1，系统才能进行下一轮的抢答，如图4.4所示：图4.4复位 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，则数码管1就显示该组的组号，如图4.5所示：图4.5组别显示 选手的抢答主持人发出抢答开始指令后，选手开始抢答，否则抢答无效视为违规抢答，八组选手的抢答程序如图4.6所示：图4.6八组选手的抢答 答题限时在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S）。如图4.7所示：图4.7倒计时程序路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音响电路给出音响提示信号（持续3S），以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应；若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，音响电路发出声响警告；当主持人按下开始按钮后，若30S时限时到仍无人抢答，音响电路发出声响，以示选手放弃该题；在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，选手必须在设定的时间内完成答题，否则音响电路发出答题超时报警信号。如图4.8所示：图4.8音响电路电路每当主持人发出开始抢答指令后，若有选手最先按下抢答按钮，则绿色指示灯亮以指示其抢答成功；若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，同时红灯亮以示其违规抢答；当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S），若30S时限时到仍无人抢答，则黄灯亮，以示选手放弃该题。每当主持人发出开始抢答指令后，若有选手最先按下抢答按钮，则绿色指示灯亮以指示其抢答成功；当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S），若30S时限时到仍无人抢答，则黄灯亮，以示选手放弃该题。如图4.9所示：图4.9成功、无人抢答若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，同时红灯亮以示其违规抢答。如图4.10所示：图4.10违规抢答5模拟运行与调试过程5.1 程序的模拟将设计好的程序写入PLC后，首先仔细检查，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 。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、接线工作也可以同时进行。2 程序的现场调试完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能。全部调试通过后，经过一段时间的，系统可以投入。致 谢经过一个月的时间在各位老师、同学的帮助下，在我的努力下，我的毕业设计我也要感谢我的母校，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多，为我的人生留下精彩的一笔。合家欢乐！工作顺利体健康 PLC 在抢答器中的应用J 。测试技术学报，20002 林明星。电气控制及可编程序控制器M 。北京：机械工业出版社，2004 3 周淑珍、高鸿斌。PLC分析与设计应用。北京：电子工业出版社，20045 王玉中。电气控制及PLC应用技术。河南：河南科学技术出版社，20066 孙平。可编程序控制器原理及应用，北京：高等教育出版社，20037 张新军。电气控制与PLC技术及应用。济源：济源职业技术学院出版社，20068 王芳。立体车库及其控制J。电器传动，19989 邹其洪、黄智伟、高嵩、等编著。电工电子实验与计算机仿真M。电子工业出版社，200510 王成福主编。可编程序控制器原理及应用。北京：机械工业出版社，200611 张进秋主编。可编程控制器原理及应用实例M。北京：机械工业出版社，200412 江秀汉、汤楠主编。可编程序控制器原理及应用。西安：西安电子科技大学出版社，200313 陈新华主编。电工技术与可编程序控制器实践。北京：机械工业出版社，2002感谢您的使用 “小萍，晚上10点以后你为什么老关机？”陈飞很直接的发过来一条这样的疑问。有些按捺不住心头的怒火得力萍想起白天母亲那无休止的唠叨，在看看陈飞所发过来的令人气愤的短信，。平日有着高雅素养的她也很难一下子控制住心头怒火中烧的情绪，“我忙忙碌碌一整天，下班以后我只想回家安安静静好好的睡一觉，沉沉香甜的睡梦中，我不