PLC的六路抢答器设计

0 PLC 的六路抢答器设计 摘摘 要要 伴随我国经济文化水平以及实业公司的不断的壮大 对于商业活动中公正的 竞争与裁决面临了一个瓶颈 比如很多的证券公司 股票与基金的交易加上不同 单位组织的各种智力竞赛等 面对于交易上遇到的种种障碍 抢答器孕育而生 随着抢答器的不断完善 由最初的优先权编码器组成的抢答器逐渐发展成为 PLC 以及单片机组成的微型抢答器 把原来的复杂线路简单化 运算速度快速化 抗 干扰能力强并且大大提高的它的可靠性 精确性与功能多样性 更能满足商业或 者单位对于公然 公正 公平性质的交易尤其对于参加知识智力竞赛以及一些活 动的抢答器的需求 深受广大群众的青睐 本设计将以西门子 PLC 为核心控制器 设计一个六路抢答器 设计内容包括主要由系统结构图 梯形图 程序指令等实 现在选手知识竞赛时抢答者的座位号的控制 及时公正的反应出抢答者的抢答内 容实现计分功能 关键词 PLC 梯形图 抢答器 可编程序控制器 ABSTRACT With China s economic and cultural levels and industrial company continues to grow for business activities in an impartial competition and award of facing a bottleneck such as many securities companies fund transactions with different units of the various intelligence contest etc in the face of on the hand is easy to encounter all sorts of obstacles conceived and students With the continuous improvement of the responder composed of initial priority encoder responder gradually developed into composed of PLC and single chip micro responder the original complex has the advantages of simple circuit impartial competition and award is strong and greatly improve the reliability accuracy and multiple functions of To meet the business unit or the demand for openness fairness of the transaction the face of by the people of all ages This design will be Siemens PLC with continuous improvement of the responder the design of a six way responder Design content includes mainly by the system structure 1 diagram ladder diagram program instructions now players knowledge contest Responder seat number control impartially and timely response to a responder responder content scoring functions Keywords PLC ladder diagram responder programmable controller 2 目 录 一 绪论 1 1 1 课题的背景和意义 1 1 2 毕业设计研究内容 2 二 可编程控制器 2 2 1 PLC 的定义 2 2 2 PLC 的功能与发展 3 2 3 PLC 的组成 3 2 4 PLC 的组态技术 3 2 5 STEP7 简介 4 三 整体方案选择 5 3 1 设计思想 5 3 2 系统构架图 5 四 硬件配置 6 4 1 西门子 S7 200 CUP226 6 4 2 电气接线图 6 五 软件设计 7 5 1 I O 分配表 7 5 2 梯形图设计与分析 9 5 3 语句表编程 18 六 程序调试及分析 26 6 1 程序行过程分析说明 26 6 2 调试结果 26 总 结 28 致 谢 29 参考文献 30 0 一 绪论 1 1 课题的背景和意义 在现今计算机技术的普遍提高和电子信息下大数据覆盖的范围不断扩张 抢 答器作为现在商业交易以及各单位各学校之间组织的知识竞赛竞技常用的判断依 据之一 客观的分析判辨出哪位选手最先获得发言权 以及最后的分数统计 最 初开始的智能抢答器简单的由几个三极管 可控制通灭的发光管 可控硅等主要 的元器件构成 经过按钮控制高地位电压来使发光管亮灭 依照指示灯来判断出 参赛选手台号 但是遇到两盏灯相差无几的亮灭只能全靠人为判断大大削弱了抢 答器的实际应用 迫使对抢答器提出了更高的要求 达到更加准确的判断出公开 竞争场合最有效的裁决 实现公平 公正 而单片机以及可编程控制器 PLC 应用大大减轻了抢答器的压力 在众多学者的不约而同目光下 微型 PLC 的应用 更加的广泛开来 当前我国以及国外市场上已逐渐加入种类繁多的 可供选择的 参加知识智力竞赛以及一些活动的抢答器 其中占主流的是 PLC 芯片与单片机 其次为模拟电路 数字电路等计算机控制系统 对于计算机控制系统来说 模拟电路与数字电路的产品 在一段时间内极大 程度的满足了消费者的功能需求 其技术也相当的成熟 但是随着商业交易竞拍 的模式以及知识竞赛的种类增多 新的功能要求也逐渐增多 模拟电路与数字电 路线路逐渐复杂 成本随之升高 稍有不慎 故障频频 显示方式也达不到具体 要求 参数 功能滞后且精确度低 在加上与计算机配套使用 丧失了原来的便 捷 灵巧 精确等理念 可操作性差 显露无疑 限制了其得到广泛应用的权限 而对于经济文化水平以及实业公司的不断的壮大的今天 可编程控制器 PLC 小型控制芯片单片机应用的得到不断的挖掘 取代了原来传统控制检测 技术 由于便捷 灵巧 精确的优点 PLC 单片机逐渐成为控制器件的核心部 位 期中 PLC 的应用更加的广泛 它能对信号所获得的各种抢答信号进行无间差 的分析 本设计运用 PLC 西门子 S7 200 CUP226 为核心 达到既有抢答功能又有 计分系统 能够判断分析选手所得分数进行简单的加 减计算 分别对六个选手 1 进行计分 通过本次的 PLC 六路抢答器毕业设计 让我对课本上所学的理论知识加深和 巩固把所学的在实践中运用起来 加强对可编程控制器 PLC 的基本知识的掌 握与应用从 PLC 实物的制作与调试过程找到自己的不足 通过测试与故障查找来 总结实验中遇到的困难 通过各种解决方法来培养自己的专业技能 通过自己动 手调试 组装来增强自己的动手能力 做到独立自主的完成毕业设计 这些亲身 经历所掌握的技能将为我们步入社会成长立足的根本 1 2 毕业设计研究内容 PLC 掌控六路抢答器体系策划主要是由硬件系统与软件系统组成 硬件系统 又分为 PLC 按钮 指示灯等其中 PLC 系统包括通信接口 扩展接口 I O 单元 以及核心的 CPU 处理器 存储器 而软件系统由系统与用户程序以及组态信息组 成 当然对于本课程设计 硬件设计部分还包含电气原理图以及组装后的调试 检测 软件设计部分 首先在总体设计中提出问题 设定初始方案并画出简单的 草图 根据系统需求来改进方案 拟定方案 然后进行具体的分析选择合适的编 程语言 SFC LAD FBD STL ST 选择合适的编程软件的程序 通过 PLC 的一 些工作时候的原理以及对软件进行调试改进最终达到抢答器的要求 二 可编程控制器 2 1 PLC 的定义 可编程序控制器定义为 通俗的说 PLC 就是程序存储控制器 它是采用数 字运算 在工业环境下产生并运转的 来实现有次序控制 计数 定时 逻辑控 制等操作 并通过数字量 模拟量的方法来进行 I O 掌管 在机电设备以及生产 过程应用 可编程序控制器可以把工业系统控制有机联合起来 PLC 是按照轮回 扫描的方法进行工作的 一般 10ms 左右 大致可分为五个阶段 内部处理 主要进行自检 自诊断工作 通信服务 主要进行设备间的数据交换 输入采样 对所在的输入接口按照固有的顺序进行采样 并且把它们存入输入映 像寄存器中 与此同时其被刷新其中 I0 0 和 I0 1 符号再输入采样时进行映射 执行程序 先上后下 先左后右的规则进行 输出刷新 PLC 将输入采样 的映像寄存器存到输出锁存器中并且驱动外部负载 当然在应用中也要注意 2 PLC 的输出滞后问题 2 2 PLC 的功能与发展 PLC 的主要功能 逻辑控制 顺序控制 PID 控制 定时 计数控制 通信 和连网 恰恰因为 PLC 功能种类繁多 把电控 电仪 电气传动控制装置有机的 融在一起 深受工厂设备的青睐 销售量也稳居榜首 成为现代工业自动化的三 大支柱 PLC 机器人 CAD CAM 之一 PLC 技巧是跟着自动控制技术的发展而发展的 PLC 的成长前景广阔 PLC 要向着高效的数据处理能力方向进展 愈来愈多的小型组织模块正在不断地被开 发出来 如数据控制模块 音质处置模块等 模块本身携带中央处理器 CPU 能 够在工作中与 PLC 的核心 CPU 一并作用 这样有助于 PLC 在工程方面的应用 网 络技术将向深层次应用推进 伴随计算机网络和通信网络的飞速发展 工业以太 网络的成熟 人机界面的发展长大 对于网络兼容性 因特网 GSM CDMA 通信 等网络技能的将迅猛发展 单单从技术方面分析 PLC 实验软硬件通用化 标准 化和开放化是今后发展的趋势 2 3 PLC 的组成 PLC 是一种工业控制装置 从装置的组成来说 PLC 是由硬件系统和软件系 统组成的 PLC 的硬件系统包括通信接口 扩展接口 I O 单元以及核心的 CPU 处理器 存储器 其中中央处理器 CPU 是 PLC 运行的核心部分 是机器原件的心 脏 硬件设计部分还包含电气原理图以及组装后的调试 检测 PLC 软件系统由系统程序 组态信息和用户程序三部分组成 系统程序把程 序的编译 解释以及诊断为一体方便进行系统控制 这些程序主要用于对全机设 备的管理并且根据指令把程序语言编译成机器语言并且执行 判断 诊治机器所 发生的故障 系统软件是 PLC 这个计算机系统的编制部分 用户不允许干涉已经 在出厂前固化在 ROM 或 EPROM 之中的系统软件 2 4 PLC 的组态技术 当前的工业控制系统中 我们必不可少组态项目软件 组态在中文中就是设 定 配置的意思 通俗的说 组态就是解决某种任务所需要的方法 配置 可编 程序控制器 PLC 作为是工业生产设备中的控制器 其主要作用就是控制输入 输 3 出信号 这就是 PLC 的核心内容那就是控制 PLC 内部的用户程序以及所提供的 参数程序决定了 PLC 的控制作用 组态参数以及用户程序都是由用户定义的 在上位机里用户要完成组态提供的参数以及用户程序中的要求 通过组态软件 完成组态参数的设置和用户程序的编写 PLC 中用户程序的编写可以使用图形化 的语言 编写的时候灵活多变 与功能块的重组比较类似 不需要再进行编程代 码 这种编程称为程序的组态 STEP7 是西门子公司为了便于编制 PLC 组态和编程而开发的组态软件 它完 全可以使用任何一台计算机作为编写程序的设备 并可实时监控用户程序的执行 状态 使用组态技术进行 PLC 程序的编写 就是将组态软件提供的各种模块进行合 理组织 其过程与硬件的组装雷士 例如 要组装一台计算机 事先提供了各种 型号的主板 机箱 电源 CPU 显示器 硬盘 光驱等 我们的工作就是用这 些部件拼装成要的计算机 当然软件中的组态要比软件的组装有更大的发挥空间 因为他一般要比硬件的 部件 更多 而且每个部件都很灵活 西门子的上位机监控软件 WINCC 和人机界面组态 其中 WINCC Flexible 也 是组态软件 它们用于监控设备的组态 当然还是使用 step7 组态比较方便 省 去某种计算机语言这些步骤 只要经过一些可视化组态的方法 就能够完成编写 监管 测试 维护等设计 降低了控制系统的开发难度 组态软件有多样的工具 设备 图片采集库和操作导向 避免了研究人员在程序设计中许多重复的研制工 作 提高了研究的效率 减少了开发人员研究的工作量 缩短了周期 2 5 STEP7 简介 STEP 7 编程软件用于西门子系列工控产品包括 SIMATIC S7 M7 C7 和基于 PC 的 WinAC 的编程 监控和参数设置 是 SIMATIC 工业软件的重要组成部分 Step7 Micro 西门子 S7 200 的编程软件 STEP 7 具有以下功能 硬件配置 和参数设置 通讯组态 编程 测试 启动和维护 文件建档 运行和诊断功能 等 STEP 7 用 SIMATIC 管理器对项目进行集中管理 它可以方便地浏览 SIMATIC S7 M7 C7 和 WinAC 的数据 实现 STEP 7 各种功能所需的 SIMATIC 软件工具都 集成在 STEP 7 中 PC MPI 适配器用于连接安装了 STEP 7 的计算机的 RS 232C 4 接口和 PLC 的 MPI 接口 计算机一侧的通信速率为 19 2kbit s 或 38 4kbit s PLC 一侧的通信速率为 19 2kbit s 1 5Mbit s 除了 PC 适配器 还需要一根标准的 RS 232C 通信电缆 三 整体方案选择 3 1 设计思想 本课题研究的主要思路是利用 PLC 作为控制核心 对抢答者的座位号 时间 做出准确 公正 直观地判断 以满足选手追求的公平公正 主要内容包括 1 抢答器通过 6 个按钮 SB1 SB6 来供给 6 组选手进行抢答 2 由主持人控制一个系统自动清除与抢答题目时候的控制开关分别对应 SB0 与 SB7 3 当选手按动按钮 SB1 SB6 就会自动锁存相应的台号 并在通过指示灯 上闪烁显示 其他选手再按按钮则无反应 实现选手抢答优先锁存 直到主持人 控制按钮 SB0 系统清除才可消失 4 抢答器设有定时抢答模式 抢答时间一次为 5S 当支持人按下按钮 SB7 开关时抢答 开始 计数器实行 5S 倒计时 倒计时完成发出警告提醒 5 参赛选手只有在规定的答题时间内作答才是有效 当计时器倒计时完毕 继续作答的视为无效 不加分 与此同时在显示器的显示屏上显示问题的作答者 的编号与抢答时间倒计时 直到主持人清除为止 6 抢答指示灯未亮时 任何一名选手按下启动按钮 违规指示灯亮 7 实现计分功能 比赛初始 每位选手给定 10 分 如果能够答对 每题 加上三分 如果答错 每题扣一分 3 2 系统 构架图 PLC SD SR SB1 到 SB6 显 示 器 参赛队号码 指示灯数 码管 蜂鸣器 图 1 2 系统控制结构框图 5 四 硬件配置 4 1 西门子 S7 200 CUP226 S7 200 系列 PLC 可提供 4 种不同的基本单元和 6 种型号的扩展单元 其系 统构成包括基本单元 扩展单元 编程器 存储卡 写入器等 S7 200 系列的 基本单元如表 2 1 所示 表 2 1 S7 200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本单元 型号输入点输出点可带扩展模块 数 S7 200CPU221640 S7 200CPU22286 2 个扩展模块 S7 200CPU2242410 7 个扩展模块 S7 200CPU224XP2416 7 个扩展模块 S7 200CPU2262416 7 个扩展模块 本论文采用的是西门子 CPU226 它具有 24 输入以及 16 输出端口共计 40 个数 字量的 I O 点 可连接扩展 7 个模块 内存最高扩展到 248 个数字量的 I O 点 或 35 个模拟量的 I O 点 以及独立的 26K 字节程序和数据存储空间 6 个独 立的 30kHz 高速计数器 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出 具有 PID 控制器 2 个 RS485 通讯 编程口 具有 PPI 通讯协议 MPI 通讯协议和自由方式通讯能 力 I O 端子排可很容易地整体拆卸 用于较高要求的控制系统 具有更多的 I O 点 达到更多的拓展单元 以及更迅速的运转速率和功能更加稳定的内部 集成功能 完全可以适应于一些复杂的中小型控制系统 4 2 电气接线图 输入部分 6 输出部分 五 软件设计 5 1 I O 分配表 表 4 1 I O 分配表 输入 I0 0 启动按钮 7 I0 1 复位按钮 I0 2 选手 1 抢答按钮 I0 3 选手 2 抢答按钮 I0 4 选手 3 抢答按钮 I0 5 答对按钮 I0 6 答错按钮 I0 7 选手 4 抢答按钮 I1 0 选手 5 抢答按钮 I1 1 选手 6 抢答按钮 I1 2 备用 I1 3 备用 I1 4 备用 I1 5 备用 I1 6 备用 I1 7 备用 I2 0 备用 I2 1 备用 I2 2 备用 I2 3 备用 I2 4 备用 I2 5 备用 I2 6 备用 I2 7 备用 输出 Q0 0 抢答指示灯 Q0 1 抢答违规规报警灯 Q0 2 选手 1 抢答指示灯 8 Q0 3 选手 2 抢答指示灯 Q0 4 选手 3 抢答指示灯 Q0 5 选手 4 抢答指示灯 Q0 6 选手 5 抢答指示灯 Q0 7 选手 6 抢答指示灯 5 2 梯形图设计与分析梯形图设计与分析 9 10 11 12 13 14 15 16 17 5 35 3 语句表编程语句表编程 18 19 20 21 22 23 24 25 六 程序调试及分析 6 1 程序行过程分析说明 上电脑后初始化 并给6名参赛者各10分做初始分 按下启动按钮 抢答指 示灯亮 五秒无人抢答 抢答指示灯灭 抢答指示灯亮时 计时五秒 按下 i0 2 i0 3 i0 4 i0 5 i0 6 i0 7时复位CO 同时不许再让其计时 在抢答完成 能够显示抢答的时间 抢答指示灯未亮时 任何一名参赛者按下启动按钮 违规 指示灯亮 如果参赛者1迅速拍打自己桌面上的按键 自己对应的指示灯亮了 其他5名参赛者 拍下抢答按键无效 按下复位按钮q0 2失电 如果参赛者2迅速 拍打自己桌面上的按键 自己对应的指示灯亮了 其他5名参赛者 拍下抢答按 键无效 按下复位按钮q0 3失电 如果参赛者3迅速拍打自己桌面上的按键 自 己对应的指示灯亮了 其他5名参赛者 拍下抢答按键无效 按下复位按钮q0 4 失电 如果参赛者4迅速拍打自己桌面上的按键 自己对应的指示灯亮了 其他5 名参赛者 拍下抢答按键无效 按下复位按钮q0 5失电 如果参赛者5迅速拍打 自己桌面上的按键 自己对应的指示灯亮了 其他5名参赛者 拍下抢答按键无 效 按下复位按钮q0 6失电 如果参赛者6迅速拍打自己桌面上的按键 自己对 应的指示灯亮了 其他5名参赛者 拍下抢答按键无效 按下复位按钮q0 4失电 如果参赛者抢到答题权 答对 主持人按下答对按钮加3分 答错 主持人按下 答错按钮扣一分 6 2 调试结果 能够实现课题实现的要求 欠缺的是数码管显示参赛者号码 七段译码管显示器如图所示 26 ab c d e f g 七段译码管显示器 其中显示器 b c 亮显示数字 1 a b d e g 亮显示数字 2 a b c d g 亮那么当前显示 3 这个数字 b c f g 亮就更换成 4 这个 数字 a c d f g 亮显示数字 5 a c d e f g 亮显示数字 6 只是个 显示的作用 指示灯完成可以指示当前哪个参赛者抢答成功 抢答时间可以在组 态画面上显示 27 总总 结结 经过长达将近半个学期的努力 在老师的悉心教导与朋友同学的大力支持 下成功的完成了这次 PLC 的毕业设计 但是由于本身对于 PLC 知识的学习与动手 能力有限 没能够把六路抢答器完成这样的抢答环节 继续抢答模式 6 支代表 队在同一时间题目出现瞬间进行抢答 主持人在读题过程中开始计时 参赛者可 以选择抢答 计时到 0 为止 希望在以后的学习中能够把这一项添加进去 通过 此次毕业设计 让我深深体会到了亲手操作的内涵 不动手永远停留在书本没法 发现自己的不足 当然在在做此次毕业设计的过程中我的阅读能力以及文献检索 能力得到了极大的提成能够准确的找到问题的关键点 在 PLC 软件和硬件系统上 进行调试 仿真 让我积累了宝贵的经验 对自己以后踏入社会工作以及继续学 习都有着举足轻重的作用 完整的抢答环节一般由以下抢答环节组成 抢答环节半自动抢答模式 抢 答环节全自动抢答模式 抢答环节继续抢答模式 抢答环节任意抢答模式等不同 的模式有不同的要求 通过实现这些模式严重突显出所掌握的计算机应用软件以 及 PLC 相关知识还远远不够多 通过本次的毕业设计 让我深深的懂得了学习的 重要性 学海无涯苦作舟 学会了坚持和努力 当然这次设计也缺少使用完整的 三位一体的大主屏数码管实现抢答成功 抢答犯规 台号显示 答题计时的显示 功能 而只是使用七段译码管显示器来实现部分功能 迫使我将会在以后的学习 中继续学习 28 致 谢 大学三年的学习生涯不知不觉中接近了尾声 伴随我下半年的大学毕业论文也将 落下帷幕 这段令我刻苦铭心的论文写作中 留给我的是满脑子的美好回忆 在这里 首先感谢我的母校能给我这样的舞台来展现我的才能 在这里再次深深的向您鞠一躬 我的指导教师 您从开始的论文选择定论文题目时开始 直到最后我的整篇毕业论文 设计完成 您一直伴随着我的左右督促着我去完成 当我遇到无法解决的困难时即使 是很小的问题 您都耐心的给我讲解用笔笔画 甚至亲自动手操作相类似的环节 给 我论文 PLC 六路抢答器的设计提供了大量的宝贵经验 并且教会我怎么运用知网 联 合体资源来查找自己所需要的知识材料 教我怎么来快速的阅读芯片的说明书 在我 论文完成的时候您细心地阅读我几个月来的收获 并不放过一点细节的给我论文修改 建议 我才能如此顺利的完成此次设计 在此请接受我最真实的感谢 谢谢老师 同 时我还要感谢我的家人对我的