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毕业设计（论文）材料之二（2）安徽工程大学机电学院本科毕业设计开题报告题目：减速离合器噪音在线监测系统的硬件设计 课 题 类 型： 设计R 实验研究 论文 学 生 姓 名： 姜 伟 学 号： 3092105231专 业 班 级： 自动化2092教 学 单 位： 电气工程学院 指 导 教 师： 陈孟元（讲师）开 题 时 间： 201 年 3月11日201 年 3月11日一、 毕业设计论文内容及研究意义设计内容:本文利用三菱FX系列PLC设计一个智力竞赛的抢答器控制系统，和组态软件结合起来，通过上位机和下位机之间的数据传输，以良好的人机交互界面实现对智力竞赛抢答器的实时监控。组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统。研究意义：PLC在我国的应用已有二十几年的历史，随着目前生产自动化水平的提高，以及各种监控系统的需要，PLC其外部电路简单、模块化结构、可靠性高，尤其可以通过方便的编制和修改软件来实现顺序控制的功能等特点，在工业的应用中越来越广泛。它将传统的继电器控制技术与计算机和通信技术融为一体。现在的市场上，各种类型的智力竞赛出现在各种各样的场合，中小学校的智力竞赛，电视上的娱乐活动，很多都要用到抢答器，因此，根据不同的需要，合理的设计抢答器并灵活运用很用意义。虽然市场上有许许多多种抢答器，但功能却各不相同，而所编程序也各不相同。据此，现以三菱FX2N系列进行程序设计，设计了一款智力抢答器，该抢答器集抢答、声音警示、灯光指示和计时于一身，而且其编程简单，容易理解掌握，工作稳定可靠，扩展性能强。二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）可编程控制器（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生、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，但由于其具有灵活的控制性能，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。美国数字设备公司（DEC公司）在1969年首先研制出了全世界第一台可编程控制器。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，并被广泛用于各种场合。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，日本研制出了自己的第一台PLC；1973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)。早期PLC的硬件电路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由二极管矩阵、集成电路等器件组成的所谓“顺序控制器”；20世纪70年代末期曾经出现过以MC14500工业控制单元(Industrial control unit，简称ICU)为核心。由8通道数据选择器（MC14512）、指令计数器（MC14516）、8位可寻址双向锁存器(MC14599)、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，并最终成为当代工业自动控制技术的重要支柱技术之一。目前，PLC在国内国际都有非常好的发展前途。三菱系列、欧姆龙系列、西门子系列都是国际上知名的PLC品牌，国内也有许多知名的PLC品牌。近年来，由于微处理器芯片及有关价格大大下降，是PLC的成本下降，同时又由于PLC的功能大大增强，使PLC的应用越来越广，广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。智力抢答器就是PLC的应用之一。抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快速的新型电器。随着社会科学技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定成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，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。三、 毕业设计论文研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）1. 拟采用的途径：本文设计的是以三菱FX系列PLC为核心的智力抢答器控制系统。FX系列的PLC主要有FX0S、FX0N、FX1S、FX1N、FX2、FX2N、FX2NC等，本设计选用性能高、处理速度快、容量大的FX2N机型，可选用FX2N-32M的PLC，其I/O总点数为32、为基本单元，其输入和输出各占16点，满足设计要求中各硬件电路的需要。该智力抢答器是以组态软件为平台的四路抢答器，即共有四组选手参加抢答。参加抢答竞赛的四组选手通过抢答抢答电路实现抢答。若有人抢答犯规或在规定时间内无人抢答，则可以通过报警灯电路给予提示；若有人在规定时间内抢答成功并答对了题，用音响电路给予提示；在主持人电路中可实现选手答对答错时加分减分功能；各组选手的分数由译码器通过分数显示电路显示出来；由计时电路和时间显示电路来提示该设计中需要的规定时间。最后，结合组态软件，通过上位机和下位机之间的数据传输，实现对智力竞赛抢答器的实时监控。本设计拟采用的原理框图如图1所示： 图1 智力抢答器原理框图2.设计的重点和难点本课题的重点是软件设计及调试，具体就是PLC编程及调试，如何利用组态软件实现良好的人机交互界面。难点是硬件电路的设计，即抢答电路、主持人电路、分数显示电路、显组电路、音响电路、报警电路、计时电路、时间显示电路的硬件设计。 3设计进度计划：第一周（2.212.27）：布置毕业设计课目,查找相关资料,以对题目有初步了解。第二周（2.283.6）：整理资料，编写开题报告。 第三周（3.73.13）：开题报告做最后修改并最终完成。第四周（3.143.20）：将设计任务分解，通过方案比较，选择合适方案以满足设计要求。第五周（3.213.27）：根据确定方案，比较、选择设计所需元器件。第六周（3.284.3）：根据题目要求，设计硬件电路，包括抢答电路、主持人电路、译码器电路、分数显示电路、音响电路、报警灯电路、计时电路、时间显示电路，并进一步优化改进。第七周（4.44.10）：完成这些硬件电路设计，并画出硬件电路原理图。第八周（4.114.17）：根据题目要求和硬件原理图编写软件，并和组态软件结合起来，在上位机和下位机之间进行数据传输。第九周（4.184.24）：上机对软件进行仿真调试，优化软件设计。 第十周（4.255.1）：结合软件对硬件进行调试、修改，并最终使软硬件满足设计要求。 第十一周（5.25.8）：撰写毕业论文。第十二周（5.95.15）：根据规范撰写毕业设计论文。 第十三周（5.165.22）：根据规范撰写毕业设计论文，并完成初稿。第十四周（5.235.29）：修订毕业设计论文、完善毕业设计。第十五周（5.306.5）：熟悉设计的全部内容，准备自述讲稿。第十六周（6.66.12）：提交正式设计论文，准备参加毕业答辩。第十七周（6.136.19）：准备参加毕业答辩。第十八周（6.206.26）：参加毕业答辩，完成毕业设计。四、主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3个页面以上）及其译文）1 李鹏辉. 基于PLC技术的抢答器设计J.电气技术，2010.2 何强. 4路抢答器的PLC程序设计J. 安徽水利水电职业技术学院学报,2005. 3 何强，石惠. 基于监控组态技术的PLC控制应用J.安徽水利水电职业技术学院学报,2009.4 刘红平. PLC在知识竞赛抢答器中的应用J.科技咨询导报,2007.5 徐黎. 智力竞赛抢答器的PLC设计实现J. 信息技术,2006.6 祝秋文. 智力竞赛抢答器实验教学的探索和实践J.中国现代教育装备,2004.7 张瑞惜. 智力竞赛抢答器设计J. 研究与开发,2007.8 刘开绪,邹立君. 一种竞赛抢答器的设计与实现J.安庆师范学院学报（自然科学版）, 2006.9 韩芝侠. 一款工作可靠的智力竞赛抢答器电路的设计与分析J.集成电路,2005.10 杨晓辉，张彤，姜俊海. 智能抢答器的设计与制作J. 长春大学学报, 2000.11 魏跃国,陈彬兵. PLC技术的发展趋势J. 科技信息,2008.12 Schickhuber Mccarthy.Distributed Fieldbus and Control Network System.Computing&Control Engineering Journal，1997.(1).13 Cox,Richard D. The Development And Application Of PLC Technology，3rd ed.Albany，NY：Delmar，1995. 14 Morriss，Brian C.Programmable Logic Controllers.Upper Saddle River，NJ：Prentice Hall，2000. 附录1：附英文文献The Development and Application Of PLC TechnologyCox, Richard DPLC（programmable logical controller）face ever more complex challenge these days. Where once they quietly relays and gave an occasional report to a corporate mainframe, they are now grounded into cells, give new jobs and new languages, and are forced to compete against a growing array of control products. For this years annual PLC technology update, we queried PLC makers on these topics and more.Programming languagesHigher level PLC programming languages have been around for some time, but lately their popularity has been mushrooming. As Raymond Lavelle, vice president and general manager, Siemens Energy and Automation. Inc, Programmable Controls Division, points out :”As programmable controls are being used for more and more sophisticated operations, languages other than ladder logic become more practical, efficient, and powerful. For example, its very difficult to write a trigonometric function using ladder logic. ”Languages gaining acceptance include Boolean, control system flowcharting, and such function chart languages as Graphtec and its variations. And theses increasing interest in languages like C and BASIC.PLCs in process controlThus far, PLCs have not been used extensively for continuous process control. Will this continue? ”The feeling that Ive gotten,” says Ken Jeannette, manager, product planning, Series One and Series Six products, at GE Frame North America, is that PLCs will be used in the process industry but not necessarily for process control.”Several vendors-obviously betting that the opposite will happen-have introduced PLCs optimized for process applications. Rich Ryan ,manager, commercial marketing, Allen-Bradley Programmable Controls Div, cites PLCs increasing use in such industries as food, chemicals, and petroleum. Ryan feel there are two types of applications in which theyre appropriate.”One, he says, is where the size of the process control system thats being automated doesnt justify DCSdistributed control systems.With the starting price tags of those products being relatively high, a programmable controller makes sense for small, low loop count applications. The seconds where you have to integrate the loop closely with the sequential logic. Batch controller sere prime examples, where the sequence and maintaining the process variable are intertwined so closely that the benefits of having a programmable controller to do the sequential logic outweighs some of the disadvantages of not having a distributed control system.”Communications and MAPCommunications are vital to an individual automation cell and to the automated factory as a whole. Weve heard a lot about MAP in the last few years, and a lot of companies have jumped on the band wagon. Many, however were disappointed when a fully-defined and completed MAP specification didnt appear immediately. Says Larry Kumara:”Right now , MAP is still a moving target for the manufacturers specification that is not final. Presently, for example, people are introducing products to meet the MAP 2.1standard.Yet 2.1-based products will be obsolete when the new standard for MAP,3.0is introduced.”Because of this, many PLC vendors are holding off on full MAP implementations. Omron, for example , has an ongoing MAP-compatibility program, but Frank Newborn, vice president of Omrons Industrial Division, reports that because of the lack of a firm definition, Omrons PLCs dont yet talk to MAP.Since its unlikely that an individual PLC would talk to broadband MAP anyway, makers are concentrating n proprietary networks. According to Sal Provanzano, users fear that if they do get on board and vendors withdraw from MAP, they ll pulse width modulation control system be the ones left holding a communications structure thats not supported.PLC IntroductionProgrammable controller is the first in the late 1960s in the United States, then called Plc programmable logic controller (Programmable Logic Controller) is used to replace relays. For the implementation of the logical judgment, timing, sequence number, and other control functions. The concept is presented Plc General Motors Corporation. Plc and the basic design is the computer functional improvements, flexible, generic and other advantages and relay control system simple and easy to operate, such as the advantages of cheap prices combined controller hardware is standard and overall. According to the practical application of target software in order to control the content of the user procedures memory controller, the controller and connecting the accused convenient target.In the mid-1970s, the Plc has been widely used as a central processing unit microprocessor, import export module and the external circuits are used, large-scale integrated circuits even when the Plc is no longer the only logical (IC) judgment functions also have data processing, PID conditioning and data communications functions. International Electro technical Commission (IEC) standards promulgated programmable controller for programmable controller draft made the following definition : programmable controller is a digital electronic computers operating system, specifically for applications in the industrial design environment. It used programmable memory, used to implement logic in their internal storage operations, sequence control, timing, counting and arithmetic operations, such as operating instructions, and through digital and analog input and output, the control of various types of machinery or production processes. Programmable controller and related peripherals, and industrial control systems easily linked to form a whole, to expand its functional design. Programmable controller for the user, is a non-contact equipment, the procedures can be changed to change production processes. The programmable controller has become a powerful tool for factory automation, widely popular replication. 附录2：中文翻译PLC技术的发展应用 Cox,Richard D PLC(可编程逻辑控制器)现在面临着甚至更加复杂的难题。曾经PLC取代继电器并且丢对共同的计算机主机提供不时的信息。现在，她被分解成单元模块，并分给新的任务和应用新的语言。而且被迫与越来越多的一系列控制产品相竞争。每年一度的最新PLC技术会上，我们调查PLC生产者关于以下这些问题。编程语言高级PLC编程语言已经在有些方面很普及。但是最近高级编程语言已经迅速发展。西门子的总经理兼生产部长指出：“可编程控制在被广泛的应用与于精密操作，除了梯形图逻辑以外的编程语言变得更加使用、有效和强大。例如，用梯形图逻辑写一个三角函数公式是非常困难的。”被接收的语言包括Boolean,控制系统流程图编制，和如公式编制语言Graphtec和与它类似的语言，并且还有增加的重要语言如C语言和BASIC语言。过程控制中的PLCPLC还没有广泛的应用于过程控制中。是否会一直这样下去呢？美国南部Fancy的经理Ken Jeannette说：“我觉得PLC将被用于过程控制但是对于过程控制又不是必须的。”一些厂家已经将PLC的优化程序应用于过程控制中，他们十分确定PLC不会广泛用于过程控制这样的事情是不会发生的。Rich Ryan经理提到PLC在食品、化学和石油等工业领域越来越多的应用。他认为PLC适合应用于场合有两种，他说：“第一，过程控制系统的型号不适合离散控制系统，刚开始这些产品的价格非常的高。而一个可编程控制器以