八路抢答器PLC控制系统设计

1、现代控制技术及plc控制课程设计姓名学号班级机电 班专业机械电子工程院别机械工程学院指导教师2013 年 7 月 5 日目录引言. 2第 1章设计目的与要求 3 1.1 设计目的3 1.2 设计要求3第 2 章系统要求的分析与设 42.1 控制要求分析，设计主电路. 4 2.1.1 plc抢答器的控制要求 . 4 2.2 系统设计思想设计 . 4 2.2.1 系统设计思想 . 4 2.2.2 抢答器电路分析 . 5 第 3 章plc 控制系统设计 . 6 3.1 i/o分配设计及硬件选择 . 5 3.1.1 i/o分配设计 . 5 3.1.2 硬件选择 . 6 3.2 确定 i/o 信号数量，

2、选择 plc类型 . 7 3.2.1 系统 i/o 数量分析 . 7 3.2.2 s7-200系列 plc的 cpu 的技术指标 . 7 3.2.3 s7-200系列 plc的 cpu 型号的选择 . 7 3.3 i/o接线图 . 7 3.4 程序流程图 . 9 3.5 控制程序编制 . 10 结束语. 18 参考文献. 19引言在电视上我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观的判力竞赛的电路装置,该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出 ; 用控制电路

3、和主断出第一个抢答者， 所设计的抢答器通常由数码显示、 灯光、音响等多种手段指示第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只能靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。八路数字抢答器是一个可供八个参赛组进行智持人开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能 , 构成扩展电路。通过这次设计，掌握pic 单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间

4、的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。第 1 章设计目的与要求1.1 设计目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。目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现） 、屏幕显示、按键发光等多种

5、功能。 但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单 (有的甚至没有显示电路)，无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。本设计要求就是利用plc 作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用plc 本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。1.2 设计要求1）抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用8 个按钮 s0 s7 表示。2）设置一个系统清除和抢答控制开关s，该开关由主持人控制。3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在led数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系

6、统清除为止。4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30 秒） 。当主持人启动 开始 键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5 秒左右。5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。第 2 章系统要求的分析与设计2.1 控制要求分析，设计主电路2.1.1 plc抢答器的控制要求 1. 抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用8 个按钮 s0-s7 表示。 2. 设置

7、一个系统抢答和清除控制开关s、s8，该开关由主持人控制。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在led数码管上显示，勇士扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保存到主持人将系统清楚为止。 4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由支持人设定（如30 秒） 。当主持人启动“开始”按钮后，定时器惊醒减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5. 参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢搭的时间，并保持到主持人将系统清楚为止。6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系

8、统报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00。2.2 系统设计思想设计2.2.1 系统设计思想在主持人按动“开始”按钮后，计时器开始计时，同时扬声器蜂鸣0.5 秒，此时各参赛选手开始抢答。各选手之间实行互锁，在一名选手抢先按下抢答按钮时，其他的选手再按抢答按钮则无效。在选手按下抢搭按钮后，扬声器蜂鸣0.5 秒，在 led显示器上显示抢答选手的编号和抢答时间，一直保存到主持人清除位置，此时可以由选手来回答抢答的问题。在回答环节进行过后，由主持人对此次的抢答显示进行清除，进而进行下一轮的抢答。2.2.2 抢答器电路分析图第 3 章 plc控制系统设计3.1 i/o分配设计及硬件选择3.1.1 i/o分

9、配设计在了解了系统工艺要求和控制要求后, 接着要做的就是将i/o 通道分配给 plc的指定 i/o端子, 具体如表 3-1 所示。表 3-1 i/o点的分配与编号控制信号信号名称元件名称元件符号地址编号输入信号主持人开始开关常开按钮s i0.0 1 号选手按纽常开按钮s0 i0.1 2 号选手按纽常开按钮s1 i0.2 3 号选手按纽常开按钮s2 i0.3 4 号选手按纽常开按钮s3 i0.4 5 号选手按纽常开按钮s4 i0.5 6 号选手按纽常开按钮s5 i0.6 7 号选手按纽常开按钮s6 i0.7 8 号选手按钮常开按钮s7 i1.0 主持人复位开关常开按钮s8 i1.1 输出信号扬声

10、器接触器km1 q0.0 数码显示0 led 管的 a 端led显示管端子- q0.1 数码显示0 led 管的 b 端- q0.2 数码显示0 led 管的 c 端- q0.3 数码显示0 led 管的 d 端- q0.4 数码显示0 led 管的 e 端- q0.5 数码显示0 led 管的 f 端- q0.6 数码显示0 led 管的 g 端- q0.7 数码显示1 led 管的 a 端led显示管端子- q1.0 数码显示1 led 管的 b 端- q1.1 数码显示1 led 管的 c 端- q1.2 数码显示1 led 管的 d 端- q1.3 数码显示1 led 管的 e 端-

11、q1.4 数码显示1 led 管的 f 端- q1.5 数码显示2 led 管的 g 端- q1.6 数码显示2 led 管的 a 端led显示管端子- q2.0 数码显示2 led 管的 b 端- q2.1 数码显示2 led 管的 c 端- q2.2 控制信号信号名称元件名称元件符号地址编号输出信号数码显示2 led 管的 d 端led显示管端子- q2.3 数码显示2 led 管的 e 端- q2.4 数码显示2 led 管的 f 端- q2.5 数码显示2 led 管的 g 端- q2.6 3.1.2 硬件选择根据对系统装置的分析，选用以下硬件如表3-2 所示表 3-2 硬件选择表名称

12、型号数量plc主机单元s7-200(226) 1 台控制按钮s、 s0-s7、 s8 配套10 个扬声器配套1 个led显示器配套3 个3.2 确定 i/o 信号数量，选择plc类型3.2.1 系统 i/o 数量分析经分析控制系统有主持人控制开始按钮s、复位按钮 s8和参赛选手 s0-s7 10 个输入，输出有扬声器 1 个和 21个 led显示管端子 22 个输出，可以确定为10di/22do信号量。3.2.2 s7-200系列 plc的 cpu 的技术指标表 3-3 s7-200系列 plc的 cpu的技术指标特性cpu221 cpu222 cpu224 cpu226 数字输入量（di）6

13、 8 14 24 数字输出量（do ）4 6 10 16 3.2.3 s7-200系列 plc的 cpu 型号的选择根据该系统的信号输出量和输出量的数量，配合 s7-200 的 cpu 的数字量 i/o 数量，考虑选用 cpu226 型号，并且选用 em222 （8 点输出）作为扩展模块。3.3 i/o接线图抢答器 i/o 接线图如图 3-1 所示abfcgdedpyledgn1234567abcdefgabfcgdedpyledgn1234567abcdefgq0.1q0.2q0.3q0.4q0.5q0.6q0.72m2l+ls1m1l+q0.0abfcgdedpyledgn1234567a

14、bcdefgq1.0q1.1q1.2q1.3q1.4q1.5q1.6ml+ml+q2.0q2.1q2.2q2.3q2.4q2.5q2.6em222cpu2261mi0.0i0.1i0.2i0.3i0.4i0.5i0.6i0.72mi1.0i1.1ml+24vdcss0s1s2s3s4s5s6s7s8图 3-1 i/o接线图3.4 程序流程图开始主持人闭合开关s，抢答开始30秒抢答成功？是否led1显示抢答成功的选手编号；led2、3显示抢答成功时间主持人断开开关s，系统清零结束系统报警，禁止抢答，显示00图 3-2 程序流程图3.5 控制程序的编制3.5.1 控制程序编制 1. 程序设计及工作

15、过程分析本次抢答器的设计由于是供8 个代表队参赛使用，所以用了八个按钮，分别由s0-s7 来表示，主持人开关由开始开关s、复位开关 s8来表示，由于此抢答器具有锁存与显示功能，所以梯形图设计中需要用互锁来实现。当主持人按下开关i0.0 时，定时器工作，扬声器发出响声，持续时间0.5 秒。此时八位选手开始抢答，在规定时间内抢答有效，如果定时器时间到了以后，仍无人抢答，则扬声器发出持续蜂鸣警报，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。3.5.2 程序梯形图如图所示图 3-2 程序梯形图 3. 指令语句表程序使用简易编程器输入程序，将上述梯形图转化成指令语句表的形式，如下所示。/ 主持人按下开始按钮（i0

16、.0）ld i0.0 eu o m0.0 an m1.1 = m0.0 / 主持人清除上一轮抢答信息（i1.1）ld i1.1 eu a m0.0 = m1.1 / 定时器开始计时通电延时定时器（30s）ld m0.0 an m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m0.5 an m0.6 an m0.7 an m1.0 ton t37, +300 / 选手 1 抢答控制ld i0.1 o m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m0.5 an m0.6 an m0.7 an m1.0 an t37 a m0.0 = m0.1 seg 1, qb

17、0 / 选手 2 抢答控制ld i0.2 o m0.2 an m0.1 an m0.3 an m0.4 an m0.5 an m0.6 an m0.7 an m1.0 an t37 a m0.0 = m0.2 seg 2, qb0 / 选手 3 抢答控制ld i0.3 o m0.3 an m0.1 an m0.2 an m0.4 an m0.5 an m0.6 an m0.7 an m1.0 an t37 a m0.0 = m0.3 seg 3, qb0 / 选手 4 抢答控制ld i0.4 o m0.4 an m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.5 an m0.6 an m

18、0.7 an m1.0 an t37 a m0.0 = m0.4 seg 4, qb0 / 选手 5 抢答控制ld i0.5 o m0.5 an m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m0.6 an m0.7 an m1.0 an t37 a m0.0 = m0.5 seg 5, qb0 / 选手 6 抢答控制ld i0.6 o m0.6 an m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m0.5 an m0.7 an m1.0 an t37 a m0.0 = m0.6 seg 6, qb0 / 选手 7 抢答控制ld i0.7 o m0.7 an

19、 m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m0.5 an m0.6 an m1.0 an t37 a m0.0 = m0.7 seg 7, qb0 / 选手 8 抢答控制ld i1.0 o m1.0 an m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m0.5 an m0.6 an m0.7 an t37 a m0.0 = m1.0 seg 8, qb0 / 主持人按下开始按钮sb0（ m0.0）及选手抢答成功时扬声器蜂鸣ld m0.0 o m0.1 o m0.2 o m0.3 o m0.4 o m0.5 o m0.6 o m0.7 o m1.0 eu

20、 s q0.0, 1 / 扬声器蜂鸣定时控制扬声器蜂鸣时间（0.5s）ld q0.0 ton t38, +5 network 14 / 扬声器停止蜂鸣ld t38 r q0.0, 1 / 在抢答时间内没有选手抢答扬声器蜂鸣ldn m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m0.5 an m0.6 an m0.7 an m1.0 a t37 a m0.0 = q0.0 / 主持人按下开关显示器显示30 ld m0.0 movw 30, vw200 / 主持人按下开关定时器倒计时开始并显示ld m0.0 an m0.1 an m0.2 an m0.3 an m0.4 an m

21、0.5 an m0.6 an m0.7 an m1.0 an t37 a sm0.5 eu -i vw200,1 / 选手抢答成功显示并锁定抢答时间ld sm0.0 movw 30, vw202 aeno div vd200,10 aeno seg vb201, qb1 seg vb203, qb2 结束语通过本次课程设计使我比较系统地掌握有关plc控制系统的设计思想和设计方法，主要对 plc （西门子 s7-200）的结构、功能、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用的知识得到学习。经过多次的反复实验与分析, 可以对电路的原理及功能更加熟悉, 同时提高了设计能力与及对电路的分析能力. 同时在

22、软件的编程方面得到更到的提高, 对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固. 我在这次课程设计中，刚开始我没有完全明白设计要求走了不少错路耽误了不少时间，在老师的指导下我才慢慢的弄明白。经过这次设计我学会了怎么去发现问题，解决问题。遇到不明白的问题都会去找寻相关的资料或者的去询问老师。从中学到了很多知识。这次课程设计我们把我们的课堂理论知识运用到实际生活中，贴近生活，实现我们的人生价值。并且通过对知识的综合利用，加入个人的分析和比较，加深了了我们对理论知识的理解和运用。也让我了解了关于plc 设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。遇到问题和同学互相讨论交流。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。通过这次 plc 控制抢答器设计，让我对plc 梯形图、指令表、外部接线图有了更