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绵阳工业技师学院 PLC课程设计论文 NO: JSJK124120 PLC与机床控制课程设计题 目 PLC四路抢答器控制设计 专 业 机电一体化 专业班级 技师机控1241 学生姓名 钟良锟 指导教师 邓 磊 成 绩 论文撰写时间：2014年 6月22日22 绵阳工业技师学院 PLC课程设计论文目录摘 要3前 言5第一章 可编程控制器PLC概括6 1.1 PLC简介 6 1.2 PLC的结构 6 1.3 PLC工作原理 8 1.4 PLC应用领域 9第二章 四路抢答器硬件介绍11 2.1 四路抢答器设计要求11 2.2 I/O分配及元器件12 2.3 硬件电气连接图12第3章 四路抢答器软件设计13总 结15致 谢16参考文献 17附录一 梯形图程序18附件二 指令表程序20摘 要 本次任务由三菱FX2N系列PLC设计抢答器，并详细分析介绍了控制方案。在我们现在生活中PLC的运用越来越广泛，它能实现自动化控制。而对于抢答器来说，抢答器的运用很广泛，在各种智力竞赛及各种娱乐上用来作为公正的竞争裁判者。抢答器的发展也是很快的，从早期的模拟电路、数字电路或模数混和电路到现在运用单片机、PLC来实现抢答器的功能。本文采用三菱公司的FX2N-48MR作为核心控制器来实现四路抢答器的控制，并且设计出了系统结构图、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据抢答器的控制要求和特点，确定PLC的输入输出分配，并进行调试。关键词：PLC；四路抢答器；PLC程序控制AbstractThe task of the Mitsubishi FX2N series PLC Responder design, and a detailed analysis of the control scheme. We are now living in PLC is used more and more widely, it can realize automatic control. For the responder, responder is used widely, used as competition referee fair in various intelligence contest and a variety of entertainment. Development of responder is very fast, from the early analog circuits, digital circuits or analog digital mixed circuit to now using SCM,PLC to achieve Responder function. The Mitsubishi Cos FX2N-48MR as the core controller to control four way responder, and design of the system structure diagram, ladder diagram as well as input and output terminal assignment. At the same time according to the Responder control requirements and characteristics,determine the PLC input and output distribution, and debug.Keywords: PLC； four way responder； PLC program control前 言目前国内有很多知识类竞赛，在其中一定会有抢答题环节，那么一定会用到抢答器，现在国内的抢答器一般采用对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。而对于科技飞速发展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。可编程序控制器(PLC)是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。 由于PLC的优点和特点，使我们编程更灵活、安装更简单、维修更方便。也使抢答器更加的准确，使竞赛真正达到公平、公正、公开。本次我采用的是三菱公司的FX2N系列PLC进行四路抢答器的设计，运用GX Developer进行程序的编写。第1章 可编程控制器PLC概括1.1 PLC简介 可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。国际电工委员会（IEC）于1987年对PLC定义如下: PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器,可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形式一体,易于拓展其功能的原则设计。事实上,PLC就是以嵌入式CPU为核心,配以输入,输出等模块,可以方便的用于工业控制领域的装置。PLC与机器人,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。1.2 PLC结构PLC系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。图1-2-1为PLC结构示意图。电源输入单元输出单元CPU计算器 控制器I/O拓展端口外设I/O端口存储器 ROM RAM系统程序 用户程序图1-2-1 PLC结构示意图1、 CPU中央处理器（CPU）是可编程控制器的控制中枢。根据PLC的不同CPU也不相同，常用CPU有：通用微处理器（如：8086、M6800等）、单片机（如：8039、8031、M6801等）、双极行位片式微处理器（如：AMD2900、AMD2903等）三类。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成，它们被封装在一个集成芯片上，通过地址总线、数据总线、控制总线和存储单元、输入输出接口电路连接。CPU有以下作用：（1）接收从编程器输入的用户程序和数据。（2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。（3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。根据执行的结果，更些PLC还具有制表打印或数据通信等功能。2、 输入输出电路输入输出接口电路是PLC与被控对象间传递输入和输出信号的接口部件。又称为I/O模块或I/O单元。（1）输入单元：用于连接PLC电路中的按钮、行程开关、传感器等主令电器。因为输入单元要将电信号转化为PLC内部CPU能接受的信号，并传输给CPU处理，所以输入单元要有较强的抗干扰能力，以下方法可以提高输入单元的抗干扰能力：1）利用光电耦合器提高抗干扰能力2）利用阻容滤波电路提高抗干扰能力（2）输出单元：输出电路能将CPU发出的信号放大后输出。用于连接PLC电路中的二极管、电动机等负载工作。PLC的输出单元可以分为3种：继电器型、晶体管型和晶闸管型。其中继电器型即可驱动交流负载又可以驱动直流负载；晶体管型只能驱动直流负载；晶闸管型只能驱动交流负载。3、存储器存储器分为系统程序存储器和用户存储器，其中用户存储器又分为：电可擦除型（EPROM）、光可擦除型（EEPROM）和随机存储器（RAM）。存储器主要用于存放系统程序、用户程序和工作数据。系统程序是指制造PLC的公司的控制和完成PLC功能的程序，存放在系统程序存储器中，是不可改变或删除的。用户程序和工作数据主要存放在随机存储器中。4、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。PLC内部配有专用开关式稳压电源，可以将外部电源转化为内部所需电源，并且为外部输入提供电源。输出电源可以有多种，根据负载的需要来确定，可同时输出交流和直流电。5、 编程器 编程器是PLC最重要的外围器件，它可以输入、检查、修改PLC程序、监视PLC的运行。所以PLC必须要有输入程序接口，电脑上必须要有编写程序的软件。1.3 PLC工作原理 PLC的工作原理主要由八个字来概括：“循环扫描，不断循环”,其中主要分为以下三个步骤：1、输入采样阶段 PLC在输入采样阶段首先对输入端口进行扫描，然后将数据存储在相应的输入映像寄存器中。所以在本次扫描周期中，无论输入如何变化输入映像寄存器中的数据都不会改变，直到本周期结束。2、程序执行阶段 PLC在程序执行阶段中对用户的程序进行逐行扫描，并进行相应的运算，并将结果存入元件映像寄存器中。3、输出刷新阶段 将存入元件映像寄存器中的数据在输出刷新阶段存入输出锁存器中，并通过一定方式进行输出，驱动负载。其工作过程如图1-3-1所示：用户输入设备输入端子输入锁存器输入映像寄存器程序执行输出映像寄存器输出锁存器输出端子用户输出设备图1-3-1 PLC工作过程示意图1.4 PLC的应用领域目前，PLC的应用非常的广泛，主要应用在石油、化工、钢铁、机械制造、汽车、建材、娱乐等领域中。主要可以分为：开关量逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理和通信及联网六类。1、开关量逻辑控制 取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5、数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC的应用领域仍在扩展，在发达国家，PLC的应用范围已从传统的产业设备和机械的自动控制，扩展到以下应用领域：中小型过程控制系统、远程维护服务系统、节能监视控制系统，以及与生活关连的机器、与环境关连的机器，而且均有急速的上升趋势。值得注意的是，随着PLC、DCS相互渗透，二者的界线日趋模糊的时候，PLC从传统的应用于离散的制造业向应用到连续的流程工业扩展。第2章 四路抢答器硬件介绍2.1 四路抢答器设计要求本设计根据实际要求而定，要满足要以下要求：1、当裁判没有按下“开始”按钮时，如有人开始抢答那么算违规抢答，所代表的灯将闪烁，其它队的灯将不再闪烁，直到裁判按下“复位”按钮后才停止闪烁。2、当裁判按下“开始”按钮后30S内没有队按下抢答按钮，“开始”抢答灯自动熄灭，那么此题自动作废。3、当裁判按下“开始”按钮后30S内有队按下抢答按钮，那么抢到队的LED灯亮起，并在60S秒内给出答案，如果60S内没有答出问题，那么此题算答错，该队的LED灯熄灭，系统自动复位。如果在60S内答出问题，由裁判判断对与错，然后按下“复位”按钮进行下一轮答题。60S没给答案60S给出答案裁判按下“复位”该队LED闪烁30S内没有人抢答有队抢到裁判没有按下“开始”按钮有队抢答裁判按下“开始”按钮初始状态裁判按下“复位”图2-1-1 四路抢答器要求流程图2.2 I/O分配及元器件本次设计总共用到6个输入端子、5个输出端子,所用元件包括：6个不带自锁的按钮、5个LED信号灯、三菱FX2N系列PLC、导线若干、LED灯电源灯。其I/O分配如表2-2-1所示表2-2-1 四路抢答器I/O分配输入端子作用输出端子作用X11号队抢答按钮SB1Y11号队抢答信号灯L1X22号队抢答按钮SB2Y22号队抢答信号灯L2X33号队抢答按钮SB3Y33号队抢答信号灯L3X44号队抢答按钮SB4Y44号队抢答信号灯L4X10“开始抢答”按钮SB5Y10开始抢答信号灯L5X11“复位”按钮SB62.3 硬件电气连接图 通过I/O分配表我们可以画出所对应的电气连接图，在画电气连接图时一定要根据硬件的需要确定公共端的电压。如图2-3-1所示为四路抢答器的电气连接图：图2-3-1 元器件连接图第3章 四路抢答器软件设计 本次程序编写是通过GX Developer软件来完成的，该软件可以对三菱FX2N系列PLC进行梯形图与流程图进行编写，在本次设计中我将用梯形图的方法进行程序编写。 1、图3-1-1梯形图为开始抢答信号与抢答时间的程序，其中，按下X010使M0带电，同时使开始抢答信号灯点亮Y010并开始计抢答时间，如果30S内无人抢答那么开始抢答信号灯点亮Y010会自动熄灭并复位M0，如有人抢答也会使开始抢答信号灯点亮Y010熄灭。图3-1-1 开始抢答信号与抢答时间程序 2、图3-1-2梯形图为一号抢答器的抢答程序。当裁判按下开始抢答按钮X010后，假设一号选手最先抢到，那么代表一号选手的LED显示灯会亮起，并开始计时，如六十秒内没有答出答案那么LED显示灯会自动熄灭，当一号选手抢答，那么因为互锁的原因其他三位选手将没有再抢答的权利，如果选手给出答案，那么裁判按下复位按钮开始下一轮的抢答，如果一号选手抢答了那么上面一排程序将接通，同时使一号LED显示灯闪烁，直到裁判按下“复位”按钮，才停止闪烁，开始下一轮。图3-1-2 一号抢答器抢答程序 其他三位的抢答器可以以相同的方法去编写，只有将其中的互锁与自锁换成相应的按钮，进行编写。如果你还要添加参赛人数 ，可以再进行添加，但一旦要在“复位”与“开始”程序中加入互锁程序。 3、图3-1-3梯形图为抢答器的复位程序。当按下X011或T0T4计时满时都会复位C1C4，使程序回到最初状态。图3-1-3抢答器复位程序通过以上程序的组合我们就可以完成我们要求的抢答器的功能了，只要将抢答器的硬件连接完成，再将附录一中的梯形图程序导入到PLC中就能完成抢答器的制作了。如果是才用触摸屏进行编程，不能应用梯形图程序输入到PLC中，可以通过GX Developer软件的一键转换功能键进行转换，将梯形图程序转化成指令程序，然后输入，附录二就是通过一键转化功能键由梯形图转化成的指令程序。PLC编程是很灵活的，往往要实现一个功能可以有很多种方法，就如以上我所要实现的功能，你也可以用其它的方法来实现，例如：SFC，梯形图的其它方法等。我们老师说过一句话“是你想出的，才是你自己的，才是最适合你的。”我的方