基于s7-300的数字抢答器的设计_毕业设计说明书.doc

四川信息职业技术学院 毕业设计说明书 论文 设计 论文 题目 智能抢答器控制系统的设计 PLC 专 业 电 气 自 动 化 班 级 电气 1 1 学 号 1140021 姓 名 刘佳伟 指 导 教 师 王 刚 3 年 月 0 日 III 目 录 第一章 绪论 1 1 1 选题背景和设计目的 1 1 2 PLC 智能抢答器的工作原理 3 第二章 硬件设计及 PLC 控制组态 4 2 1 控制系统选取 4 2 2 控制系统的硬件组成 5 2 3 硬件组态 5 第三章 控制程序设计 6 3 1 控制要求 6 3 2 功能 FC1 和 FC2 的程序设计 6 3 2 1 功能 FC1 的程序设计 6 3 2 2 功能 FC2 的程序设计 8 3 3 OB1 的程序设计 11 3 4 利用仿真程序对程序进行方案调试 12 3 4 1 打开仿真工具 PLCSIM 12 3 4 2 下载 PLC 硬件信息和 PLC 控制程序程序 12 3 4 3 调试智能抢答器 PLC 控制系统 13 结论 15 致 谢 16 参考文献 17 III 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控制的智能抢答器 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控制的智能抢答器的工作原理 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 违规 计时及输出显示功能等 考虑到只是PLC控制的智能抢答器则输出端口需要5个 输入 端口需要5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 智能控制 抢答器 PLC 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 1 第一章 绪论 1 1 选题背景和设计目的 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 能使四个 队同时参加抢答 赛场中设有 1 个主持人台 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 在很多的场所 都可以使用 并且给人的视觉效果非常好 抢答器 顾名思义就是用于比赛时 跟对手比反应时间 思维运转快慢的 新型电器 随着社会科技技术的不断发展 他的应用场合也随之增加 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 PLC 智能抢答器与单片机抢答器相比 在许多方面都显示出优越性 首先说 一下单片机抢答器 所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机 CPU 及其它 外围芯片 根据不同系统设计电路板 最终设计成一台简易的计算机系统 并 在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能 这种形式在 80 年代国内很流 行 但由于受到本身可靠性及其它方面的限制 目前除了仪表上仍然采用外 在工业现场的应用已逐步被 PLC 所代替 单片机的可靠性 由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐 很 大一部分还是国外筛选出来的次等品 加上其它外围元件 如电阻 电容等 的参数离散性也很大 批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理 因此这 样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性 因为任一元件的参数偏离设计要 求都会引起系统的不稳定 另外 单片机的所有器件均不是工业级的 抗干扰 性特别是抗电源干扰能力很弱 而国内的电源一般都很差 加上压片机的变频 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 2 调速对电源的干扰很大 因此 更可能引起单片机系统的不稳定 单片机的可扩展性 由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的 所以要增加一个功能就要重新设计线路 而且对应的程序都要重新设计 这样 对于增加功能的开发成本和周期都会增加 单片机的可维护性 一旦单片机系统出现故障 很难诊断出故障元件 最 简单的方法是更换整个系统 这样维修成本增加了 操作 现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘 设定数据用拨码 开关 显示用 LED 整个面板显得繁锁 而且为了减少操作键 设计时往往一 键多用 操作人员很难脱开说明书操作 特别是故障显示只能显示故障代码 一旦发生故障 操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在 最终按说明书指 示排除故障 这样排除故障的时间相对较长 总之 这样的人机对话不够友善 特点 不可靠 价格便宜 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 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 3 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 1 2 PLC 智能抢答器的工作原理 我所设计的 PLC 智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器 现在以四路 抢答器为例 4 人抢答器有 5 个按钮作为输入信号 分别接 I0 1 I0 2 I0 3 I0 4 主持人的复位按钮 I0 5 与启动按钮对应 I0 6 违 规输出灯为 Q0 1 要求 1 当主持人按下启动按钮后开始抢答 并限定时间 最先按下按钮的由 7 段数码显示管显示该台台号 其他抢答按钮无效 2 如果 在限定的时间内各参赛选手在 30 秒内没有按下抢答按钮 此后再按下抢答按钮 则无效 3 如果主持人未按下启动按钮之前 有人按下抢答按钮 则属违规 在显示该台台号时 违规指示灯亮 其它抢答按钮无效 4 各台台好数字显示 的消除 及违规指示灯的关断 都要通过主持人去按下复位按钮 工作原理图如图 1 1 所示 图 1 1 智能抢答器工作原理图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 4 第二章 硬件设计及 PLC 控制组态 2 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 300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 300 系列就完 全可以满足电气控制系统方面的要求 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 5 2 2 控制系统的硬件组成 抢答器控制系统有 4 个答题人抢答按钮 一个主持人复位与开始按钮 5 个抢答信号灯 5 个输入信号 5 个输出信号 PLC 系统可选择以下配置 1 PS 307 5A 电源模块一只 订货号为 6ES7 307 1EA00 0AA0 2 CPU 315T 2 DP 1 模块一只 订货号为 6ES7 315 1AF03 0AB0 3 DI8 DO8 24V 0 5A 数字输出模块一只 订货号为 6ES7 323 1BL00 0AA0 2 3 硬件组态 如图 2 1 所示 图 2 1 PLC 硬件组态 抢答器控制系统的 I O 端子分配如表 2 2 所示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 6 图 2 2 PLCI O 端子分配表 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 6 第三章 控制程序设计 3 1 控制要求 参与抢答的四人中只要一人按下抢答按钮 便会接通本组抢答信号灯 改 组的抢答信号灯亮 告诉主持人和观众该组获得抢答权 同时切断其他各组信 号灯电路 其他组的答题人不能继续抢答 每题的答题时间为 5 秒 不论答题 人是否回答完整 都将进入下一轮抢答 这时主持人第一次按下 SB5 按钮 清 除上一轮抢答信号 主持人的信号灯亮 当主持人再次按下 SB5 按钮 主持人 信号灯灭 这时下一轮抢答开始 选手开始抢答 3 2 功能 FC1 和 FC2 的程序设计 3 2 1 功能 FC1 的程序设计 SB1 按钮可以作为 SR 触发器的置位信号 而且要串入其他 3 路的互锁信号 否则就不止一盏灯亮 中间储存位地址为 M0 0 其他 3 路的工作原理相同 中 间存储地址分别为 M0 1 M0 2 M0 3 FC1 程序如图 3 1 图 3 2 图 3 3 图 3 4 所示 如果置位和复位信号同时满足 复位信号优先 即主持人优先 图 3 1 第一组抢答成功 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 7 图 3 2 第二组抢答成功 图 3 3 第三组抢答成功 图 3 4 第四组抢答成功 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 8 3 2 2 功能 FC2 的程序设计 在 FC2 中 设计 SB5 的下降沿触发接通延时定时器 T1 在 FC1 中每一路串 入 T1 的常闭触点 SB5 的上升沿用于复位定时器 T1 为下次延时做准备 如图 3 5 图 3 6 图 3 7 图 3 8 图 3 9 图 3 10 所示 图 3 5 图 3 6 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 9 图 3 7 图 3 8 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 10 图 3 9 图 3 10 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 11 3 3 OB1 的程序设计 抢答器程序采用模块式结构 在组织块 OB1 中编写主程序 FC1 FC2 在其 中是子程序 主程序如图 3 11 所示 图 3 11 OB1 中的主程序 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 12 3 4 利用仿真程序对程序进行方案调试 完成了四路数字抢答器的控制系统的程序后 用仿真工具 PLCSIM 进行调试 3 4 1 打开仿真工具 PLCSIM 如图 3 12 所示 图 3 12 打开仿真工具 3 4 2 下载 PLC 硬件信息和 PLC 控制程序程序 如图 3 13 所示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 13 图 3 13 下载程序到仿真系统 3 4 3 调试四路抢答器 PLC 控制系统 抢答开始 第一组选手抢答成功 如图 3 14 所示 图 3 14 第一组选手抢答成功 第一组选手抢答成功 5 秒时间到 第一组灯熄灭 进入下一题 如图 3 15 所示 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 14 图3 15 回答时间5秒到 上一题回答后 进入下一题 主持人清除上一轮抢答信号 HL5亮 如图 3 16所示 图3 16 主持人清除上一轮信号 主持人再次按下SB5 下一轮抢答开始 HL5熄灭 如图3 17所示 图3 17 主持人再次按下SB5 下一轮开始 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 15 结论 本次设计通过利用PLC Programmable Logic Controller 对PLC控制的四 路数字抢答器进行控制 我对本次设计经过了全面的思考 整理总体思路 然 后仔细分析PLC控制的四路数字抢答器的工作原理 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 计时及输出显示功能等 我选用了SIMATIC S7 300作为本次设计的PLC 通过多次对程序的修改和仿真调 试 最终实现了基于S7 300的数字抢答器的设计 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 论文 16 致 谢 经过几个月的时间 在各位老师 同学的帮助下 在我的不断努力下 我 的毕业