基于PLC的四路抢答器设计

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文I本科毕业设计论文题 目 基于 PLC 的四路抢答器设计 专业名称学生姓名指导教师毕业时间西北工业大学明德学院本科毕业设计论文II毕业 任务书一、 题目基于 PLC 的四路抢答器二、 指导思想和目的要求本次设计主要采用欧姆龙 PLC 来完成一个抢答器。抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛等场合，但目前所使用的抢答器有的电路比较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难。随着电子技术的发展，应用系统向小型化、快速化、大容量，重量轻的方向发展。而 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点，且以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。通过这次毕业设计，使学生对所学传感器技术，转换技术、机械基础、控制电机、自动控制原理、电子技术、PLC 原理与应用、组态软件控制等的基本理论和基本知识加深理解和应用，掌握抢答器的控制原理和控制方法，明确抢答器控制系统的设计步骤和方法。认真复习有关基础理论和技术知识，认真对待每一个设计环节，全身心投入，积极配合老师分配的任务，认真查阅资料，仔细分析被控对象的工作原理、特性和控制要求，按计划完成毕业设计各阶段的任务，重视理论联系实际。三、主要技术指标1.了解抢答器的功能，原理,以及如何实现，保证抢答器稳定运行。2.对 PLC 进行深入的学习，学会外部接线，保证接线无误。3.熟悉编程语言和方法，完成编程。4.掌握程序调试方法，最终利用组态完成实时监控，设计论文西北工业大学明德学院本科毕业设计论文III四、进度和要求1.第 13 周：布置毕业设计及英译汉任务，学习组态软件组态王 V6.53，查阅资料，完成总体设计方案论证，确定控制系统框图。2.第 4 周：研究普通计算器的控制系统的组成和控制方法。3.第 5 周：确定控制系统具体详细的方案。4.第 67 周：对 PLC 进行点的分配，用梯形图编程，组态王上位监控画面。5.第 89 周：实际调试，并按要求编写论文初稿，交予指导老师审阅修改。6.第 1011 周：修改论文第二稿。7.第 1213 周：定终稿打印，复印，交评阅。8.第 1415 周：准备答辩，评阅，答辩。五、主要参考书及参考资料1 孙平可编程序控制器原理及应用北京：高等教育出版社2003 2 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20063 王冬青,丁峰.欧姆龙 CP1 系列 PLC 原理与应用 4 王玉中.电气控制及 PLC 应用技术河南：河南科学技术出版社20065 工业可编程控制器的现状与发展趋势J.航天技术与民品1999 6廖常初.PLC 的编程方法与工程应用M重庆:重庆大学出版社20017赵燕,周新建. 可编程控制器原理与应用. 北京大学出版社201058方承远工厂电气控制设计(第二版)机械工业出版社20059王晋生新标准电气知识图中国水利水电出版社200310杨振兴可编程序控制器原理和应用中南工业大学出版社199311吕景泉可编程控制器技术教程高等教育出版社2001西北工业大学明德学院本科毕业设计论文IV12郑宝林图解欧姆龙 PLC 入门机械工业出版社200813刘永华电气控制与 PLC北京航空航天大学出版社2007学生_ _指导教师 _ 系主任 _摘 要抢答器是在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示等手段指示出第一抢答者。目前知识竞赛之类的活动愈加频繁，凡是有知识竞赛类的活动那么也就必然离不开抢答器。针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。这种数字抢答器杜绝了人为因素的影响，实现了抢答公平公正的原则。所以操作简单、经济实用的小型数字抢答器将流行于各类竞赛中，成为小规模知识竞赛的首选。本次设计利用欧姆龙 CP 系列 PLC 作为核心部件，完成一个四路抢答器控制系统的制作，并给出了结构系统图，梯形图以及输入输出端子分配图等。该系统可供四个或四组分台选手同时抢答，主持人掌握着启动/复位开关按钮，分台则具有一个抢答按钮。抢答器工作原理：当主持人按下开始按钮，开始计时，若有人抢答，其他人抢答无效，在规定时间内完成抢答，抢答结束后，主持人按复位按钮，所有指示灯恢复，开始下一次抢答。基于 PLC 的各种优点，该抢答电路电路工作稳定可靠，响应速度快，实时性强等特点，能够用在生活竞赛场合等。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文V关键词：欧姆龙 PLC，梯形图，抢答器。ABSTRACTResponder is in the race, sports and entertainment activities (Responder activities), and accurate, impartial, who visually determine the answer machine. By Responders indicator shows, and other means of digital display indicates the first Responder. Currently activities like quiz more frequent, where there are activities like quiz then it can not be separated Responder. For questions raised by the host, each group will generally want to answer and answer, the answer, to determine which set of keys first, the interests of justice, which should have a logic circuit Responder as a referee. This digital answering device to eliminate the influence of human factors to achieve a fair and impartial answer. So simple, economical and practical small digital Responder will be popular in various competitions to become the first choice for small-scale knowledge contest. The design uses Omron CP-series PLC as a core component to complete a four-Responder production control system, and gives the system structure diagram, ladder and input and output terminal assignment maps. The system is available with four or four players simultaneously Responder component units, the host holds the start / reset switch button, the sub-station will have an answer button. Answer it works: 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文VIWhen the host pressed the start button, start time, if anyone answer, other people answer invalid complete answer within the specified time, after the end of the answer, the moderator press the reset button to restore all the lights, start the next Responder. Based on the various advantages of PLC, the answer circuit circuit stable, reliable, fast response, real-time, and other characteristics, can be used in live competition occasions. Keywords: Omron PLC, ladder, Responder.目 录第一章 引 言 .11.1 课题的研究目的及意义 .11.2 PLC 的组成及结构 .31.3 PLC 的用途和特点 .51.4 设计任务 .7第二章 硬件系统选型 .82.1 PLC 的分类 .82.2 PLC 的选型 .102.3 控制要求 .11第三章 软件编程 .133.1 控制程序流程图设计 .133.2 抢答器的工作原理和设计方案 .133.3 系统变量定义及分配表 .143.4 控制系统程序设计思路图 .153.5 编程软件的介绍 .15西北工业大学明德学院本科毕业设计论文VII3.6 软件连接和梯形图 .16第四章 控制系统人机界面设计 .224.1 人机界面软件介绍-组态王 .224.2 人机界面制作过程 .234.2.1 创建新工程 .234.2.2 设置配置向导 .244.2.3 串口参数设置 .254.2.4 编辑数据词典 .254.2.5 画静态图 .264.2.6 设置动画连接 .264.2.7 编辑命令语言 .284.3 程序调试 .29致 谢 .31参考文献 .32毕业设计小结 .33附 录 .34西北工业大学明德学院本科毕业设计论文VIII西北工业大学明德学院本科毕业设计论文1第一章 引 言1.1 课题的研究目的及意义随着电子技术的发展,现在的抢答器功能越来越强,可靠性和准确性也越来越高。以前的抢答器大部分都是基于数字电路组成的。制作过程复杂,而且准确性与可靠性不高,成品和占地面积较大,安装、维护困难。由于单片机发展迅速,逐渐出现用单片机制作抢答器,制作过程简单近年来 PLC 的快速发展又给抢答器的发展带来了巨大的进步。在这样一种迅速发展的势头下，作为一名普通高等学院的学生就一定要掌握如何实现抢答器的功能，熟悉 PLC 的运行过程和工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 个裁判台，4 个参赛台，分别为 1 号、2 号、3 号、4 号参赛台.总体设计选用欧姆龙 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。 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。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文2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。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。 PLC 的操作： 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。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文3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 的组成及结构PLC 是可编程序控制器，英文称 Programmable Logic Controller，简称PLC。但由于 PC 容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。可编程逻辑控制器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，基本构成为：1电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。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2中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器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。当可编程逻辑控制器投入运行时，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 映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户西北工业大学明德学院本科毕业设计论文4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 映像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。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双 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。3. 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4. 输入输出接口电路1)现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。2)现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。5. 功能模块如计数、定位等功能模块。6. 通信模块。PLC（Programmable Logic Controller）主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成，如图 1-1 所示。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文5图 1-1 PLC 体系结构1.3 PLC 的用途和特点1.用途由于PLC自身的特点和优势，PLC 已经在工业控制中得到大量广泛的应用，包括机械，冶金，化工，电力，建筑等，应用范围也在不断扩大。PLC的主要应用领域包括以下几个方面。1) 逻辑控制逻辑控制是PLC 最基本的应用，它可以取代传统的继电器控制装置，可实现组合逻辑控制，定时控制和顺序逻辑控制等功能。PLC的逻辑控制功能已相当完善，可用于单机控制，也可用于多机群控制及自动生产线控制，其应用领域已普及各行各业。2) 运动控制PLC使用专用的运动控制模块，可对直线运动或圆周运动的位置，速度和加速度进行控制，实现单轴，双轴和多轴位置控制，并使顺序控制和运动控制有机结合在一起。3) 闭环过程控制过程控制是指对温度，压力，流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过其模拟量I/O模块，及数据处理运算功能，实现对模拟量的闭环控制。现代的大中型PLC 一般都有PID 闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的西北工业大学明德学院本科毕业设计论文6PID模块进行控制。4) 数据处理现代PLC具有数学运算，数据传送转换排序和查表功能，可以完成数据的采集分析处理等操作。这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，也可以用通信功能传送到其他智能装置，或将他们打印制表。5) 通信网络PLC的通信包过主机与远程I/O之间的通信，多台PLC之间的通信，PLC与其他智能设备之间的通信。PLC与其他智能设备一起可以组成“集中管理，分散控制”式的分布式控制系统。2.特点1) 可靠性高，抗干扰能力强工业生产一般对控制设备要求很高，应具有很强的抗干扰能力和高的可靠性，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间长，故障修复时间短。这是 PLC 控制优于微机控制的一大特点2）编程简单，使用方便这是 PLC 优于微机的另一个特点。目前大多数 PLC 采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，即有传统控制线路的清晰直观，又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受，与常用的汇编语言相比，更受欢迎。这了进一步简化编程，当今的 PLC 还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。PLC 是为车间操作人员而设计的，一般只要很短时间的训练即能学会使用。而微电脑控制系统则要求具有一定知识的人员操作。当然，PLC 的功能开发，需要有软件专家的帮助。3）控制程序可变，具有很好的柔性在生产工艺流程改变或生产线设备更新的情况下，不必改变 PLC 的硬设备，只要改变程序就可以满足要求。所以 PLC 取代继电器控制，而且具有继电器所不具备的无可比。4）功能完善现代 PLC 具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示功能，使用设备水平大提高。拟的优点。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文75）扩充方便，组合灵活PLC 产品具有各种扩充单元，可以方便地适应不同工业控制需要的不同输入输出点及不同输入输出方式的系统。为了适应各种工业控制需要，除了一些小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。 PLC 的各个部件，包括CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各个模块连接起来，系统的模块和功能可根据用户的需要自行组合。6）减少了控制系统设计及施工的工作量由于 PLC 采用软件编程来达到控制功能，而不同于继电器控制采用接线来达到控制功能，同时 PLC 又能率先进行模拟调试，并且操作化功能和监视化功能很强，这些都减少了许多的工作量。7）丰富的 I/O 接口模块为了实现与工业生产过程控制中的各种工业现场设备的相互连接，PLC 除具有普通计算机的基本部分（如 CPU，存储器等）外，还有丰富的 I/O 接口模块。对不同的工业现场信号（交流或直流，开关量或模拟量，电压或电流，脉冲或电位，强电或弱电），设计有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备直接连接。由于 PLC 是工业控制的专用计算机，其结构紧密、坚固、体积小巧，并由于具备很强的抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现“机电一体化”较理想的控制设备。由于 PLC 具备了以上特点，它把微计算机技术与继电器控制技术很好地融合在一起，最新发展的 PLC 产品，还把直接数字控制（DDC）技术加进去，并具有监控计算机联网的功能。因而它的应用几乎覆盖了所有的工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适用于生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。1.4 设计任务1）根据要求完成四路抢答器的程序设计，要求抢答考虑违规、抢答限时等因素。2）根据程序设计利用组态软件模拟完成抢答器的实时监控。3）根据设计完成毕业论文，论文中包含对抢答器的介绍，硬件的简介和用西北工业大学明德学院本科毕业设计论文8途，软件的编程，梯形图的分析以及设计的总结。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文9第二章 硬件系统选型2.1 PLC的分类1.按结构形式分类 根据PLC的结构形式，可将PLC 分为整体式和模块式两类。 1）整体式PLC ： 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、 I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 2）模块式PLC ： 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O 模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC 由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓的叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 2.按功能分类 根据PLC所具有的功能不同，可将PLC 分为低档、中档、高档三类。1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2）中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、西北工业大学明德学院本科毕业设计论文10算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。 3）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3.按 I/O 点数分类 根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。1) 小型 PLCI/O 点数 2048 点；多 CPU，16 位、32 位处理器，用户存储器容量 816K 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文11如：S7-400 德国西门子公司 GE- GE 公司C-2000 立石公司K3 三菱公司等2.2 PLC 的选型PLC 产品的种类繁多。 PLC 的型号不同,对应着其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均各不相同,适用的场合也各有侧重。因此,合理选用 PLC,对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。1.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 点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 点数、输入点数与输出点数的比例、I/O 模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。2.安装方式的选择PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 I/O 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 硬件,系统反应快、成本低；远程 I/O 式适用于大型系统,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。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文123.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.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。5.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。6.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：1) 机型统一 ,其模块可互为备用,便于备品备件的采购和管理。2) 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。3) 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。2.3 控制要求1) 抢答器同时供 4 名选手进行比赛 ，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用，每组有两个灯，一个抢答灯，一个犯规灯。2 )主持台设置两个按钮，一个开始抢答按钮，一个复位按钮，一个开始抢答的提示灯，这些都由主持人控制。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文133) 具有定时抢答功能，且抢答时间设定为 10 秒。当主持人启动开始抢答按钮后，定时器开始计时。4) 选手在设定时间内进行抢答，抢答成功，该组的抢答成功灯亮，同时其他组灯不会亮。5) 主持人按下开始抢答按钮前，各组若按下抢答按钮则是违规，此时该组违规灯亮。6) 主持人可通过复位按钮将违规灯复位。图2-1是抢答器的系统模拟图，其中包括了三个抢答台和一个主持台。每个抢答台都包含一个抢答按钮和两个指示灯（一个是抢答成功灯，一个抢答违规灯）。支持台包含一个抢答信号开始灯和两个按钮（一个抢答开始按钮，一个复位按钮）。图 2-1 系统模拟图西北工业大学明德学院本科毕业设计论文14图 2-2 硬件图第三章 软件编程3.1 控制程序流程图设计根据设计题目分析整个设计流程，按照设计流程逐步完成设计中的每一项，使整个设计清晰明确，从分析-硬件-软件-仿真逐步进行。如图 3-1 所示。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文15图 3-1 控制流程图3.2 抢答器的工作原理和设计方案抢答器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为四组，抢答时各组对主持人提出的问题要在 10 秒的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则该抢答台上的抢答信号灯亮起，同时其他选手的抢答按钮此时按下均封锁，使其不起作用。回答完问题后，由主持人按复位键将所有的灯恢复，重新开始下一轮抢答。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如,10 秒） 。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，如果没有在抢答时间内按下按钮，此时被定义为违规操作，违规操作的选手此时操作台上的违规灯亮起，支持人可通过复位键进行复位。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。抢答器供 4 名选手进行使用，分别 4 个按钮 SB1-SB4 表示，连接到 0CH 的西北工业大学明德学院本科毕业设计论文1601-04 通道口。给支持台设置一个抢答控制开关 SB0 和一个系统复位 SB5 开关，由主持人控制，连接到 0CH 的 00 和 05 通道，同时 SB0 开关联系一个定时器，开关开始时，同时启动定时功能。3.3 系统变量定义及分配表本次课程设计的 I/O 表，根据系统需要和所用到的硬件，本次设计有输入点 6 个，输出点总共 8 个。因为系统选择的是欧姆龙 CP1H 系列将输入的 6 个按钮分配给 0 通道的 00 至 05 口，将输出指示灯前五个分配给 100 通道的 00 至04 输出口，后五个分配给 101 通道的 00 至 03 输出口。具体输入，输出分配如表 3-1 所示。表 3-1 输入/输出分配表类型 地址 符号 说明0.00 SB0 主持人开始按钮0.01 SB1 1 号抢答按钮0.02 SB2 2 号抢答按钮0.03 SB3 3 号抢答按钮0.04 SB4 4 号抢答按钮输入0.05 SB5 主持人复位按钮100.00 L0 主持人抢答信号灯100.01 L1 1 号抢答灯100.02 L2 2 号抢答灯100.03 L3 3 号抢答灯100.04 L4 4 号抢答灯101.00 L5 1 号违规灯101.01 L6 2 号违规灯101.02 L7 3 号违规灯输出101.03 L8 4 号违规灯3.4 控制系统程序设计思路图根据抢答器的设计要求在抢答开始的时间内，首先按下抢答按钮的抢答成功，在非抢答时间按下，抢答违规，支持人可通过复位键复位。设计流程图如图3-2所示。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文17图3-2设计流程图3.5 编程软件的介绍本次设计采用的编程软件是欧姆龙的CX-Programmer。CX-Programmer 是OMRON公司新的编程软件，适用于C、CV、CS1系列 PLC，它可完成用户程序的建立、编辑、检查、调试以及监控，同时还具有完善的维护等功能，使得程序的开发及系统的维护更为简单、快捷。CX-P编程软件可以实现梯形图或语句表的编程、编译检查程序、程序和数据的上载及下载、设置PLC的设定区、对PLC的运行状态或内存数据进行监控和测试、打印程序清单、文档管理等功能。打开软件并建立新程序：双击桌面上的软件图标，进入软件，在菜单栏中文件下单击新建出现 PLC 对话框，设置设备类型为CP1H,网络类为SYSMAC WAY,确定完成设置，就可以输入抢答器梯形图了。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文18图3-3 建立梯形图文件3.6 软件连接和梯形图1.打开软件后，输入目的梯形图，程序输入完成后就可以进行调试了。将梯形图输入软件后连接电脑和PLC让程序在线工作，单击菜单栏的在线工作，梯形图连接PLC生成在线工作状态。如图3-4所示。图 3-4 在线工作2.软件与 PLC 的端口连接后，将编好的梯形图下载传送至 PLC 使，程序被写入至 PLC，单击菜单栏的传送至 PLC，就会将梯形图下载到 PLC 中，下载选项默认即可。如图 3-5，图 3-6 所示。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文19图 3-5 下载选项设置图 3-6 下载窗口3.程序写入完成后，软件即可切换到运行模式，可通过外部输入按钮控制梯形图完成模拟抢答的过程，此时软件界面接通的线路都用绿色的表示。如图3-7 所示。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文20图 3-7 系统连接成功4.主持人按下开始按钮 0.00 接通，抢答信号灯 100.00 亮起，同时定时TIM1 开始减计时 10 秒，抢答信号灯保持亮起，在 10 秒时间内，无人抢答，则抢答作废，100.00 输出灯灭，即抢答信号灯熄灭。如图 3-8 所示。图 3-8 抢答开始5.在抢答时间内，100.00 接通，主持人复位按钮断开，一号选手首先按下抢答按钮 0.01 接通，抢答成功，此时选手所在的抢答信号灯 100.01 亮起，其他选手的信号灯均断开，此时再抢答无任何响应。如图 3-9 所示。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文21图 3-9 一号抢答6.在抢答时间内，100.00 接通，主持人复位按钮断开，二号选手首先按下抢答按钮 0.02 接通，抢答成功，此时选手所在的抢答信号灯 100.02 亮起，其他选手的信号灯均断开，此时再抢答无任何响应。如图 3-10 所示。图 3-10 二号抢答7.在抢答时间内，100.00 接通，主持人复位按钮断开，三号选手首先按下抢答按钮 0.03 接通，抢答成功，此时选手所在的抢答信号灯 100.03 亮起，其他选手的信号灯均断开，此时再抢答无任何响应。如图 3-11 所示。图 3-11 三号抢答8.在抢答时间内，100.00 接通，主持人复位按钮断开，四号选手首先按下抢答按钮 0.04 接通，抢答成功，此时选手所在的抢答信号灯 100.04 亮起，其他西北工业大学明德学院本科毕业设计论文22选手的信号灯均断开，此时再抢答无任何响应。如图 3-12 所示。图 3-12 四号抢答9.当主持人没有按下抢答开始按钮时，即 100.00 没有接通，此时一号选手按下抢答按钮 0.01 是违规操作，当选手出现违规操作时，选手所在的违规信号灯 101.00 亮起，主持人可通过复位键 0.05 恢复。如图 3-13 所示。图 3-13 一号违规10.当主持人没有按下抢答开始按钮时即 100.00 没有接通，此时二号选手按下抢答按钮 0.02 是违规操作，当选手出现违规操作时，选手所在的违规信号灯 101.01 亮起，主持人可通过复位键 0.05 恢复。如图 3-14 所示。图 3-14 二号违规西北工业大学明德学院本科毕业设计论文2311.当主持人没有按下抢答开始按钮时即 100.00 没有接通，此时三号选手按下抢答按钮 0.03 是违规操作，当选手出现违规操作时，选手所在的违规信号灯 101.03 亮起，主持人可通过复位键 0.05 恢复。如图 3-15 所示。图 3-15 三号违规12.当主持人没有按下抢答开始按钮时即 100.00 没有接通，此时四号选手按下抢答按钮 0.04 是违规操作，当选手出现违规操作时，选手所在的违规信号灯 101.04 亮起，主持人可通过复位键 0.05 恢复。如图 3-16 所示。图 3-16 四号违规西北工业大学明德学院本科毕业设计论文24第四章 控制系统人机界面设计4.1 人机界面软件介绍-组态王组态王开发的监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。组态王 kingview6.55 是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或数据库为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。此外，还可以实现值的行列统计功能。组态王在 web 发布方面取得新的突破，全新版的 Web 发布可以实现画面发布，数据发布和 OCX 控件发布，同时保留了组态王 Web 的所有功能：IE 浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE 客户端与 Web 服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与 Web 服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。组态王集成了对 KingHistorian 的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian 是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达 100 万点、256 个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过 20,000 条记录的强大功能。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文251. 主要亮点：1）可视化操作界面。2）自动建立 I/O 点。3）分布式存储报警和历史数据。4）设备集成能力强，可连接几乎