基于PLC控制的八路抢答器系统设计

重庆信息技术职业学院毕业设计重庆信息技术职业学院毕业设计 题目 基于PLC控制的抢答器选题性质：设计报告其他 院 系 电子工程学院 专 业 电子信息工程技术 班 级 0 9 电 子 一 班 学 号 0 9 2 0 0 9 0 1 x x 学生姓名 x x x 指导教师 x x 教务处制 年 月 日第12页摘 要随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生可编程序控制器(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。PLC的应用领域已经拓宽到了各个领域，而其中的实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。可是大部分的抢答器主要采用的是单片机系统；而单片机系统由于稳定性不高，所以我们设想是否可以利用PLC进行抢答器的设计，所以我们小组针对此次毕业设计进行了软硬件的设计。关键字：可编程控制器、抢答器、PLC目 录摘 要I目录II第一章 绪论1 PLC的由来及发展史1 PLC的基本结构2 PLC的工作原理2第二章 抢答器的设计内容32.1、设计方案和思路32.2、PLC控制程序42.3、软件编程及上机调试过程7总结10参考文献11第一章 绪 论 PLC的由来及发展史PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大 . 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1早期的PLC（60 年代末70 年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2中期的PLC（70 年代中期80 年代中后期）在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 得应用范围得以扩大。3近期的PLC（80 年代中后期至今）进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 PLC的基本结构PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行IO变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场。1. 输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读其值，但不可以写或进行修改。2. 输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。3. 存储器存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。4. CPU单元CPU单元控制着IO寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中程序的解释执行工作，是PLC的大脑。5. 其它接口单元其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件 PLC的工作原理一. 扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。第二章 抢答器的设计内容2.1、设计方案和思路 根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。 控制软件应用SIEMENS编程软件，采用梯形图语言编写，工作系统自动控制流程框图（如下图），根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。自动条件下，必须复位在满足自动条件下才能进行自动程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。如下图，有主程序和若干子程序组成，其整体设计工作系统自动控制流程图如图所示：2.2、PLC控制程序（1）PLC抢答器的控制要求：为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，IO.2-IO.5分别为四组选手的抢答信号，同时我们用中间继电M0.0、M0.1、M1.0-M1.3进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。主持人控制台有I0.0按钮用以抢答开始，I0.2按钮用以控制答题时间的开始，I0.1按钮为复位时间。（2）主持人控制台控制抢答器和复位抢答器如图所示：复位如图所示：组别显示： 每当主持人发出开始抢答指令后，哪组选手最先按下抢答按钮，就显示该组的组号，依次如下图所示：超时无人抢答器指示灯亮犯规指示灯亮并闪烁2.3、软件编程及上机调试过程在小组的智能抢答器设计过程中，在我们的硬件完成制作以后，我们把程序传入PLC，进行软件调试过程中发现了一下问题：（1）调试过程中发现硬件与PLC接线的时候，输入点和输出点的接线出现了无响应的现象，经过我们小组对硬件的检查，以及查询各方面的资料，最终我们发现时在输入点介入的时候，其公共端的电源接线上出现了差错。经过调试，最后达到了预期的要求。 （2）在小组的硬件设计完成以后，我们把程序传入PLC中，进行上机调试。发现在不同的时间段，各个信号灯的状态正常经过小组的讨论，我们最后找到问题的解决方案，经过一段时间的调试，恢复了正常。下面图是软件运行的几个阶段：图一图二图三总 结基于普通的抢答器，其准确性总是无法满足现实生活的需求，总是会出现抢答失误的现象，出现抢拍的现象，针对这种现状，我们小组讨论设计了一个智能抢答器控制系统，它的设计可以应用在比较正式的场合，对于设计的准确性进行了调试运行，我们采用了欧姆龙公司的PLC进行控制，编程简单，控制灵活成了本次设计的亮点，可以不断地改进设计的性能。为此，在社会中很受欢迎，而且还可以作为教师的实物教学过程。总之，对于本次设计的完成，有利于控制以后抢答器的发展导向，会向着更优化的发展方向前进。参考文献1孙平主编、可编程控制器原理及应用、北京、高等教育出版社、20032张