自由口通信PLC课程设计.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 PLCPLC技术及应用技术及应用 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 利用自由口通信实现利用自由口通信实现3组抢答器设计组抢答器设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 起止时间 起止时间 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 测控技术与仪器 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 学 号学生姓名专业班级 设计题目利用自由口通信实现3组抢答器设计 课程设计 论文 任务 设计任务 设计任务 参赛的 A B C 3 人的桌上各有一个抢答按钮 用 3 盏信号灯来显示他们的抢 答信号 主持人通过控制台上的选择开关控制比赛的进行 控制台面板上有选择开关 SF0 开始抢答按钮 SF1 加分按钮 SF2 减分按钮 SF3 还设有 LED 显示器实时显 示各组积分情况 1 比赛开始或宣布下一个题目之前 主持人要拨动一次开关 使 所有指示灯复位 2 为了控制抢答时间 抢答按钮在 15 秒内按下有效 超过 15 秒 则无效 3 当主持人公布题目后 并按下开始抢答按钮 这时控制台上的抢答计时 指示灯亮 自此抢答有效 当 15 秒到而无人抢答时 计时指示灯灭 4 最先按下按 钮的抢答者对应的指示灯亮 与此同时 应禁止另外 2 个抢答者灯亮 5 若回答正 确 其积分器加 10 分 若回答错误 其积分器减 10 分 没有得到抢答权的参赛组不 能得到加分 6 LED 显示器同步显示各组得分情况 最后各参赛组以积分多少论胜 负 设计要求 设计要求 1 根据系统设计要求 选择合适的 PLC 主机和扩展模块 完成系统硬件接线图 2 完成 PLC 控制 I O 端口分配表以及整体程序流程图 3 按系统的控制要求 用梯形图设计程序 4 按统一的书写格式 撰写 打印设计说明书一份 设计说明书在 4000 字以上 技术参数 技术参数 抢答按钮在 15 秒内按下有效 超过 15 秒则无效 积分器初值设置为 50 LED 显示位数为 2 位 工作计划 1 布置任务 查阅资料 理解掌握系统的控制要求 2 天 2 确定系统的输入 输出信号和类型 选择 PLC 主机和扩展模块 1 天 3 建立 I O 分配表 完成 PLC 与输入输出信号的外部接线 1 天 4 按系统的控制要求 设计系统的梯形图 3 天 5 上机调试 修改程序 答辩 2 天 6 撰写 打印设计说明书 1天 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 指导教师签字 总成绩 年 月 日 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 本科生课程设计 论文 II 摘 要 智力竞赛是一种生动活泼的教育方式 而抢答就是智力竞赛中非常常见的一 种答题方式 抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣 并且能在极短的时间内 使 人们迅速增加一些科学知识和生活常识 但是 在这类比赛中 对于谁先谁后抢 答 在何时抢答 如何计算答题时间等等问题 若是仅凭主持人的主观判断 就 很容易出现误判 所以 就需要一种具备自主判断 置位 清零等功能的智能抢 答器来解决这些问题 本次设计就是利用 PLC 自由口通信设计一款 3 线定时可控 可加减分的智能抢答器 关键词 抢答器 PLC 自由口通信 本科生课程设计 论文 III 目 录 第一章 绪论 1 第二章 课程设计的方案 2 2 1 概述 2 2 2 I O 分配与 CPU 选型 2 2 3 PLC 外部接线 3 第 3 章 软件设计 4 3 1 抢答器设计 4 3 1 1 积分累计设计 4 3 1 2 积分显示设计 4 3 2 自由口通信 5 3 2 1 自由口初始状态设定 5 3 2 2 发送数据和接受数据设定 6 3 2 3 特殊存储器的设定 6 3 3 自由口程序流程图 6 3 4 系统源程序 7 3 4 1 自由口初始化程序 7 3 4 2 发送中断与接收中断 8 第 4 章 系统测试与分析 11 第 5 章 总结 13 参考文献 14 本科生课程设计 论文 1 第一章 绪论 PLC 可编程序控制器 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller 中文全 称为可编程逻辑控制器 定义是 一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境 应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运 算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输 入 输出控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是基于电子计算机 且适用于工业现场工作的电控制器 它源于继电控 制装置 但它不像继电装置那样 通过电路的物理过程实现控制 而主要靠运行 存储于 PLC 内存中的程序 进行入出信息变换实现控制 从技术上看 计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制 造上 会有运算速度更快 存储容量更大 智能更强的品种出现 从产品规模上 看 会进一步向超小型及超大型方向发展 从产品的配套性上看 产品的品种会 更丰富 规格更齐全 完美的人机界面 完备的通信设备会更好地适应各种工业 控制场合的需求 从市场上看 各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争 的加剧而打破 会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面 会出现国际通用的编 程语言 从网络的发展情况来看 可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成 大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向 目前的计算机集散控制系统 DCS Distributed Control System 中已有大量的可编程控制器应用 伴随着计算 机网络的发展 可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部 分 将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用 本次设计就是 PLC 在 民用领域的一次正统应用 本科生课程设计 论文 2 第二章 课程设计的方案 2 1 概述 本次设计主要是结合有关 PLC 所学知识 设计一款智能抢答器 并在实践的 基本技能方面进行一次系统的训练 能够较全面地巩固 PLC 课程上知识以及对讲 课中并不详细的自由口通信部分进行更深一步的学习和掌握 抢答器系统通过 PLC 对自由口通信的设置达到主持人的控制 PLC 与抢答者 的控制 PLC 达成通信协议 从而进行数据的发送和接收 系统不但实现了抢答者 的先后判断 还对抢答时间进行了设定 并可以对抢答者的积分进行加减计算 最终达到显示分数的作用并判断抢答过程的胜出选手 2 2 I O 分配与 CPU 选型 根据对系统的分析 采用带有 14 入 10 出的 CPU224 作为 PLC 主机 对系统 的进一步分析发现 需要 4 台 PLC 才能满足要求 其中一台用于主持人控制 PLC 其余三台 PLC 用于作为抢答者 PLC 台系统 I O 分配如表 2 1 表2 1 I O分配 主持人 SF0I0 0主持人 SF1I0 1 主持人 SF2I0 2主持人 SF3I0 3 抢答者 A 抢答按钮I0 0 PLC A 抢答者 B 抢答按钮I0 0 PLC B 抢答者 C 抢答按钮I0 0 PLC C 主持人状态灯Q0 0 抢答计时指示灯Q0 1抢答者 A 状态灯 1Q1 0 PLC A 抢答者 B 状态灯 2Q1 0 PLC B 抢答者 C 状态灯 3Q1 0 PLC C 抢答者 A LED 显示Q0 0 Q0 6抢答者 B LED 显示Q0 0 Q0 6 抢答者 C LED 显示Q0 0 Q0 6 本科生课程设计 论文 3 2 3 PLC 外部接线 如图 2 1 所示 采用直流 24V 供电的 CPU224 作为主持人的控制 PLC 输 入 I0 0 至 I0 3 有支持人控制 输出 Q0 0 和 Q0 1 显示主持人的状态以及抢答计时 状态 图 2 2 也是采用直流 24V 供电的 CPU224 作为三个抢答者的 PLC 输入 I0 0 分别为三个抢答者的按钮 按下后进行抢答 输出 Q0 0 至 Q0 7 接 LED 显示 抢答者的分值 输出 Q1 0 分别显示抢答者的抢答状态 图 2 1 主持人控制 PLC 外部接线 图 2 2 抢答者 PLC 外部接线 其余两台相同 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 22 Dec 2011Sheet of File C Program Files Design Explorer 99 SE Examples BACKUP 34 DDBDrawn By CPU224 1MI0 0I0 1I0 2I0 3I0 4I0 5I0 6I0 7 2MI1 0 I1 1I1 2 M L 1LQ 0 0 Q 0 1 Q 0 2 Q 0 3 Q 0 4 Q 0 5 Q 0 6 Q 0 7 Q 0 82LQ 1 0 Q 1 1 M L 24V SF0 SF1 SF2 SF3 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date 22 Dec 2011Sheet of File C Program Files Design Explorer 99 SE Examples BACKUP 34 DDBDrawn By CPU224 1MI0 0I0 1I0 2I0 3I0 4I0 5I0 6I0 7 2MI1 0 I1 1I1 2M L 1LQ0 0 Q0 1 Q0 2 Q0 3 Q0 4 Q0 5 Q0 6Q0 7Q1 22LQ1 0Q1 1M L 24V 态态态态 态态态态态LED 态态 本科生课程设计 论文 4 第 3 章 软件设计 3 1 抢答器设计 三位抢答者对应的三个抢答器 三位抢答者在其对应抢答到时他们对应的 LED 灯将会第一时间点亮以显示其状态 抢答必须在主持人按下开始键后 15S 内 进行 如果超过定时则抢答信息将会被过滤掉 同时为了判断三位抢答者抢答的 先后顺序 设计中采用了互锁形式 对进入的信号进行互锁 主持人的控制 PLC 在收到信号时进行判断 从而通过互锁滤掉抢答失败的信号 主持人的 PLC 将会 把信号对应位发送给抢答者的 PLC 然后 PLC 通过比较判断发送来的数据 通过 段码显示 使 LED 显示对应的分数 从而实现加减分操作 抢答者状态灯受到主持人复位按键的控制 受开始抢答按键和定时器的限制 开始抢答按键按下三位抢答者的抢答方才有效 同时定时器的定时时间在 15S 内 抢答有效超过则无效 3 1 1 积分累计设计 抢答结束后 抢答者对题目进行回答 主持人通过抢答者的回答进行加减分 操作 这个操作必须进行积分的计算 起始积分设定为 50 分 然后把数据存在 某地址单元里 通过段码即可显示分值 当主持人判断抢答者的答案是正确的时 将会按下 SF2 对应的 I0 2 按钮 主持人的 PLC 将会对此时已经抢答到题目的选 手发送加分信号 抢答者的 PLC 对接收到的加分信号进行处理 利用 ADD 模块 对对应地址的数值进行加 10 操作 同样 如果抢答者回答错误 主持人按下 SF3 对应的按键 I0 3 主持人的 PLC 将信号发送给抢答者的 PLC 抢答者的 PLC 对 接收到的信号进行处理 利用 SUB 模块执行减 10 操作 3 1 2 积分显示设计 初始状态为设定每个抢答者的数据存储单元的数据为 50 因为设计中对应数 值是整数 通过转换指令 将整数转换成 BCD 码 然后通过 SEG 进行显示 由 于实验台只有以为 LED 显示 所以只显示其高 8 位 即只显示 10 位 七段码显示原理 利用 7 个输出分别显示数字的各个笔画的亮灭 7 个输出 本科生课程设计 论文 5 对应 a g7 个显示位 本设计中对应位 0 a 1 b 2 c 依次到 7 g 例如 Q0 0 接 a 顺序到 Q0 7 接 g 显示数据 3 2 自由口通信 首先必须使 CPU 处于 RUN 模式状态下 才能进行自由口通信 对于 CPU224 只有端口 0 所以可以通过设置 SMB30 的值 可以允许自由端口模式 以及数据传输的波特率 处于自由端口模式时 PPI 通信被禁止 此时 PC 机不能 对程序进行监控也不能下载程序 只有使 CPU 处于 STOP 状态才可以下载程序 3 2 1 自由口初始状态设定 SMB30 和 SMB130 分别配置通信端口 0 和 1 为自由端口通信选择波特率 奇偶校验和数据位数 本设计采用端口 0 所以只需对 SMB30 进行设置即可 给 SMB30 位置 09 即表示为 2 00001001 表示自由口通信模式 9600 波特率 每字符 8 位 无奇偶校验 具体设置参照表 3 1 表 3 1 特殊寄存器位 SMB30 和 SMB130 的设置 端口 0端口 0描述自由口模式控制字节 SMB30 格式SMB130 格式PPDBBBMM 对应位 SMB30 6 和 SMB30 7SMB130 6 和 SMB130 700 无奇偶校验 01 偶校验 10 无奇偶校验 11 奇校验 SMB30 5SMB130 5D 每个字符的数据位 0 每个字符 8 位 1 每个字符 7 位 SMB30 2 和 SMB30 4SMB130 2 和 SMB130 4BBB 自由口波特率 000 38400 波特 001 19200 010 9600 011 4800 100 2400 101 1200 波特 110 115 2k 波特 111 57 6k 本科生课程设计 论文 6 SMB30 0 和 SMB30 1SMB130 0 和 SMB130 1MM 协议选择 00 PPI 从站模式 默认设置 01 自由口协议 10 PPI 主站模式 11 保留 3 2 2 发送数据和接受数据设定 XMT 指令和 RCV 指令分别为自由口通信的发送指令和接收指令 TBL 指定 的是数据缓冲区 PORT 指发送数据的端口 对于 CPU224 只有端口 0 3 2 3 特殊存储器的设定 因为选择的是端口 0 模式 所以只需对 SMB87 SMB89 SMB90 SMB94 进行 设置即可 具体设置参照表 3 2 表 3 2 特殊储存器 SMB87 SMB89 SMB90 SMB94 3 3 自由口程序流程图 端口 0各位的设定值表示功能 SMB8716 0B 2 00001011 定时器是信息定时器 使用中断条件检测起始信息 SMB8916 0A 2 00001010 描述信息字符的结束 回车 SMB905 空闲线时间位 5MS SMB94100 接收的最大字符为 100 字节 本科生课程设计 论文 7 图 3 1 程序流程图 3 4 系统源程序 抢答器系统程序主要包括主持人控制程序和抢答者抢答程序 主持人控制程 序又包括自由口初始化程序 发送与接收中断程序和主程序 抢答者程序包括自 由口初始化程序 发送与接收中断程序和主程序 3 4 1 自由口初始化程序 抢答灯 A 开 开始按钮 SF0 开始按钮 开始按钮 SF1 定时 定时时间到复位 信号判断 信号判断 抢答灯 B 抢答 按钮 抢答灯 C 按钮 1 抢答钮 A 加分 抢答钮 C 开关 按钮 S 加分按钮 SF2 抢答灯 3 减分按钮 SF3 减分 抢 减分 抢答计时灯 加分 抢答钮 B 本科生课程设计 论文 8 图 3 2 自由口初始化子程序 在自由口初始化程序中 设置通信为自由口通信 波特率为 9600bit 发送结 束字符为回车符 空闲时间设为 5ms 最多发送 14 个字符 3 4 2 发送中断与接收中断 本科生课程设计 论文 9 图 3 3 中断连接与开中断程序 如图 3 3 所示 连接了 3 个中断 分别为 50ms 定时中断 发送数据完成中和 接收数据完成中断 图 3 4 接收中断子程序 本科生课程设计 论文 10 图 3 4 为接收中断子程序 自由口接收的数据存放于 VB200 单元里 图 3 5 发送中断子程序 3 4 3 主持人 PLC 主程序 图 3 5 主持人 PLC 控制程序 本科生课程设计 论文 11 主持人 PLC 的控制程序如图 3 5 所示 当按下 I0 0 后 输出 Q1 0 主持人灯 亮 同时复位其他抢答者的状态灯 按下 I0 1 后 输出 Q1 1 抢答计时灯亮 抢 答者可以抢答 如果定时时间到还没有人抢答就自行熄灭 若有人抢答 则发出 新信息控制抢答者的 PLC 点亮对应的指示灯 并可以通过 I0 2 I0 3 对抢答者进 行加减分 完成抢答并显示分值功能 3 4 4 抢答者 PLC 主程序 图 3 6 抢答者 PLC 主程序 3 台抢答 PLC 相同 当从站接收完主站发送来的允许抢答信号之后 就禁止从站再接受信号 由 于 PLC 采用 RS485 的通信方式 所以发送和接收不能同时进行 当从站接收完 主站的信号后 就要向主站发送抢答信号 就应该禁止接收 本科生课程设计 论文 12 第 4 章 系统测试与分析 因为系统测试需要 4 台 PLC 由于实验室条件有限 测试只采用了 2 台 PLC 即一台用于主持人控制 PLC 一台用于抢答者抢答 PLC 实验现象如图 5 1 5 2 图 5 1 主持人控制 PLC 连线及显