基于plc控制的四路智能搶答器畢業(yè)設計

1、<p>　　畢 業(yè) 設 計</p><p>　題目基于PLC控制的四路智能搶答器 </p><p>　系別電氣工程系系 </p><p>　專業(yè)電氣自動化 </p><p>　班級</p><p>　姓名</p><p>　學號

2、</p><p>　指導教師</p><p>　日期2010年12月 </p><p><b>　　設計任務書</b></p><p><b>　　設計題目：</b></p><p>　　基于PLC控制的四路智能搶答器</p><p&

3、gt;<b>　　設計要求：</b></p><p>　　1.搶答器可同時供4組以下選手參加比賽。</p><p>　　2.給競賽主持人設置了3個控制按鈕，用來控制開始.復位.停止。</p><p>　　3.每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，選手按下?lián)尨鹌靼粹o，則數碼管就顯示編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒），選手答題完畢

4、后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。</p><p>　　4.違規(guī)搶答：若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。</p><p>　　5.搶答限時：當主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器T0開始計時（設定15秒）若15秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。</p><p>　　6.答題

5、限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數碼管顯示答題倒計時時間，此設定為30秒，選手必須在設定時間內完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。</p><p>　　設計進度要求：

6、 </p><p>　　第一周：確定題目，查閱相關資料。</p><p>　　第二周：根據設計要求分析PLC聲光智能搶答器的工作原理。</p><p>　　第三周: 收集PLC聲光智能搶答器的資料,對硬件進行設計。</p&

7、gt;<p>　　第四周：從整體出發(fā)對PLC聲光智能搶答器軟件進行設計。</p><p>　　第五、六周：進行上機調試程序，找出問題，進行修改，并改進設計。</p><p>　　第七、八周：撰寫畢業(yè)設計論問，進行畢業(yè)答辯。</p><p>　　指導教師（簽名） </p><p><b>　　摘 要&l

8、t;/b></p><p>　　PLC四路智能搶答器是最簡單競賽搶答系統(tǒng)，具有結構簡單、操作方便、安全可靠、造價低、發(fā)展前景廣闊、功能強大等優(yōu)點。搶答器廣泛用于電視臺娛樂性質的競賽搶答活動，為競賽增添了刺激性，在精神上豐富了人們的業(yè)余生活。搶答器在競賽中能準確、公正、直觀地判斷出第1搶答者。通過搶答器的指示燈顯示、數碼顯示和警示蜂鳴等手段指示出第1搶答者。</p><p>　　在PL

9、C的三種編程語言中，梯形圖和語句表是PLC最基本的、最常用的編程語言。本次設計是利用PLC（Programmable Logic Controller）對四路智能搶答器進行控制?？紤]到只是對四組智能搶答器進行控制，則輸入端口需要7個，輸出端口需要23個，所以需要有一個CPU226的模塊和兩個EM222數字量擴展模塊，考慮到要實現(xiàn)聲光功能需要兩個喇叭和四個指示燈。由于搶答時要顯示組號和倒計時故還需要三個數碼管，以上的器件價格不貴并且容易買

10、到，另外PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優(yōu)點，因此，我決定選用S7-200系列 系列的CPU226和數字量擴展模塊EM222作為本次設計的PLC控制的四路智能搶答器的主要模塊。</p><p>　　關鍵詞：智能搶答，聲光顯示，PLC，自動控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　設計

11、任務書I</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　1 PLC四路智能搶答器的介紹1</p><p>　　1.1 PLC四路智能搶答器概述1</p><p>　　1.2 PLC四路智能搶答器的工作原理2</p><p><b>　

12、　2 PLC概述4</b></p><p>　　2.1 PLC的定義、組成及特點4</p><p>　　2.2 PLC工作原理8</p><p>　　2.3 PLC的編程語言9</p><p>　　2.4 PLC的分類及性能指標9</p><p>　　2.5 PLC的用途10</p>

13、<p>　　3 系統(tǒng)硬件設計12</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)選取12</p><p>　　3.2主機CPU及擴展模塊選擇12</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)的硬件組成14</p><p>　　3.4 系統(tǒng)控制要求15</p><p>　　3.5 控制系統(tǒng)I/O分配表15<

14、/p><p>　　3.6 系統(tǒng)硬件連接圖16</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設計18</p><p>　　4.1 整體設計18</p><p>　　4.2 PLC聲光智能搶答器控制程序梯形圖18</p><p>　　5 模擬運行與調試過程26</p><p>　　5.1 程序的模擬運行

15、26</p><p>　　5.2 程序的現(xiàn)場調試27</p><p><b>　　致 謝32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p>　　1 PLC四路智能搶答器的介紹</p><p>　　1.1 PLC四路智能搶答器概述</p

16、><p>　　知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發(fā)展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣.功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺.商業(yè)機構.學校及企事業(yè)單位, 它為各種競賽增添了刺激性.娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進行知識競賽搶答器設計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改

17、變競賽搶答器的搶答方案。</p><p>　　PLC智能搶答器與單片機搶答器相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性.首先說一下單片機搶答器，所謂單片機系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外圍芯片，根據不同系統(tǒng)設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統(tǒng)，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被

18、PLC所代替。</p><p>　　單片機的可靠性：由于目前國內市場上的單片機芯片的品質良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻.電容等）的參數離散性也很大，批量小的產品不可能經過篩選配對等技術處理，因此這樣的產品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數偏離設計要求都會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內的電源一般

19、都很差，加上壓片機的變頻調速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統(tǒng)的不穩(wěn)定。</p><p>　　單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加。</p><p>　　單片機的可維護性：一旦單片機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統(tǒng)，這樣

20、維修成本增加了。</p><p>　　操作：現(xiàn)在國內單片機系統(tǒng)的操作均采用自設計的鍵盤，設定數據用撥碼開關，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長?？傊?，這樣的人機對話不夠友善。</p><p&g

21、t;　　特點：不可靠，價格便宜。</p><p>　　可編程控制器（PLC）： 所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產的可編程控制器，根據要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應用最為廣泛。</p><p>　　PLC的可靠性：進口PLC采用的CPU都是生產廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產廠家購買的，經過嚴格挑

22、選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調速的干擾下仍能正常工作。</p><p>　　PLC的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。</p><p>　　PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根

23、據自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。</p><p>　　操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯

24、示故障在機器上的位置，維修人員可以根據提示很快排除故障。</p><p>　　特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。</p><p>　　1.2 PLC四路智能搶答器的工作原理</p><p>　　我所設計的PLC智能搶答器是適合人搶答的四路搶答器，現(xiàn)在以四路搶答器為例。給競賽主持人設置了3個控制按鈕，用來控制開始、復位、停止，每當主持人發(fā)出開始搶答

25、指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數碼管就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應，選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。當主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器T0開始計時（設定15秒）若15秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。在

26、搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據需要調節(jié)，此設定為30秒，選手必須在設定時間內完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。其中以上功能都通過編制的PLC程序來控3個數碼管和4個指示燈以及1個喇叭來實現(xiàn)。模型圖如圖1.1</p><p>　　圖1.1搶答器模型圖</p><p><b>　　2 PLC概述</b></p&g

27、t;<p>　　2.1 PLC的定義、組成及特點</p><p><b>　　一．概述</b></p><p>　　可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛，可編程控制器(Programmable Logic Con

28、troller)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時，計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。美國電氣制造商協(xié)會經過4年調查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程

29、控制器稱為PLC，如圖2.1、圖2.2是幾種PLC外形結構圖</p><p>　　圖2.1SANLINGFX-2N型PLC</p><p>　　圖2.2西門子S7-200型PLC</p><p><b>　　二．PLC的定義</b></p><p>　　PLC一直在快速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對其下一個十分確切的定

30、義。1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程控制器（PLC）的定義是：可編程控制器是一種數學運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內部存儲程序.執(zhí)行邏輯運算.順序控制.定時.計數和算術操作等指令，并通過數字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機械和生產過程。PLC及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體.易于擴充功能的原則設計。</p><p>　

31、　三.PLC的基本結構</p><p>　　PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，如圖2.4所示：</p><p>　　圖2.4 PLC硬件結構</p><p>　　1.中央處理單元（CPU）</p><p>　　中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器

32、鍵入的用戶程序和數據：檢查電源.存儲器.I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入I/O 映象區(qū)或數據寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，

33、直到停止運行。</p><p>　　為了進一步提高PLC 的可靠性，靈活性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。</p><p><b>　　2.存儲器</b></p><p>　　可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔著將外部輸入的信號的

34、狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結果送到輸出映像寄存器區(qū)域。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片機和位片式計算機等。小型PLC的CPU多采用單片機或專用的CPU。大型PLC的CPU多用位片式結構，具有高速數據處理能力。</p><p>　　3.基本I/O接口電路</p><p>　?。?）輸入接口單元。PLC內部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關.按鈕.傳感器等）提供的.符合P

35、LC輸入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至PLC內部電路。</p><p>　?。?）輸出接口單元。PLC輸出電路用來將CPU運算的結果變換成一定形式的功率輸出，驅動被控負載（電磁鐵.繼電器.接觸器線圈等）。PLC輸出電路結構形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。</p><p>　　在繼電器式輸出中，CPU可以根據程序執(zhí)行的結果，使PLC內設繼電器線圈通電，帶動觸點閉合，通過

36、繼電器閉和的觸點，由外部電源驅動交.直流負載。優(yōu)點是過載能力強，交.直流負載皆宜。但存在動作速度較慢，且為有觸點系統(tǒng)，使用壽命有限等問題。</p><p>　　雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅動交.直流負載的能力。晶閘管輸出型CPU通過光耦電路的驅動，使雙向晶閘管通斷，可以驅動交流負載；晶體管輸出型CPU通過光耦電路的驅動，使雙晶體管通斷，驅動直流負載。優(yōu)點是兩者均為無觸點開關系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關

37、速度快，缺點是半導體器件的過載能力差。以上列舉了六類輸入和輸出電路形式，各類PLC產品的輸入.輸出電路結構形式均有所不同，但光耦隔離及阻容濾波等抗干擾措施是相似的。</p><p><b>　　4.接口電路</b></p><p>　　PLC接口電路分為I/O擴展接口電路和外設通信接口電路兩類</p><p>　　（1）I/O擴接口電路<

38、/p><p>　　I/O擴展接口電路用連接I/O擴展單元，可以用來擴充開關量I/O點數和增加模擬量的I/O端子。I/O擴展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。</p><p>　　根據被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的技術和要求，確定用戶所需的輸入.輸出設備，據此確定PLC的I/O點數。</p><p>　?。?）外設通信接口電路</p><p&g

39、t;　　通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器.文本顯示器，并能組成PLC的控制網絡。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口和電纜與計算機連接，可以實現(xiàn)編程.監(jiān)控.聯(lián)網等功能。</p><p><b>　　5.電源</b></p><p>　　PLC內部配有一個專用開關式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉化為PLC內部電源需要的工作電源（5

40、V直流）。當輸入端子為非干接點結構時，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點使用）。</p><p><b>　　四.PLC的特點</b></p><p><b>　　1.軟硬件功能強</b></p><p>　　PLC的功能非常強大，其內部具備很多功能，如時序.計數器.主控繼電器.移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便

41、地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉和強制I/O等功能。PLC不僅可進行邏輯運算，算術運算，數據轉換以及順序控制，還可實現(xiàn)模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印及報表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。PLC能夠適應各種形式的開關量和模擬量的輸入控制.輸出控制，還可以和其他計算機系統(tǒng).控制設備共同組成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)成組數據傳送.矩陣運算.閉環(huán)控制.排序與查表.函數運算及快速中斷等功能。PLC的編程語言豐富，它可以分為梯形圖語言.邏輯功能語言.指令表

42、.和順序功能四種。特別是梯形圖語言，它直觀.方便，我們只要有了通常的繼電接觸器電路圖.邏輯圖或邏輯方程，就等于它有了PLC系統(tǒng)的用戶程序，很適合電器工程技術人員操作和使用。</p><p><b>　　2.使用維護方便</b></p><p>　　PLC不需要像用計算機控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。PLC的輸入接口和輸出接口是已經按不同需求做好的，可直接與控制

43、現(xiàn)場的設備相連的接口。如輸入借口可以與各種開關.傳感器連接；輸出接口具有較強的驅動能力，可以直接與繼電器.接觸器.電磁閥等連接。不論是輸入接口或輸出接口，使用都很簡單。PLC具有很強的監(jiān)控功能，利用編程器.監(jiān)視器或觸摸屏等人機界面可對PLC的遠行狀態(tài)進行監(jiān)控。</p><p><b>　　3.運行穩(wěn)定可靠</b></p><p>　　由于PLC采用了微電子技術，大量的

44、開關動作有無觸點的半導體電路來完成，同時還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無故障時間在2萬小時以上。特別是在制造工藝上加強了抗干擾措施，例如輸入輸出都采用光電隔離，能有效的隔離PLC內部電路與輸入輸出電路之間的聯(lián)系，從而避免了有輸入輸出通道串入的干擾信號引起的誤動作。PLC還采用屏蔽，輸入延時濾波等軟、硬件措施，有效的防止空間電磁干擾，特別多高頻傳導干擾信號具有良好的抑制作用。所以這一切措施，都有效的保證了PLC在惡劣的工

45、作環(huán)境下能正常地遠行。</p><p><b>　　4.組織靈活</b></p><p>　　可編程控制器品種很多,小型PLC為整體結構，并外接I/O擴展機箱構成PLC控制系統(tǒng)。中大型PLC采用分體模塊式結構，設有各種專有功能模塊（開關量.模擬量輸入/輸出模塊.位控模塊.伺服.步進驅動模塊等）供選用和組合，由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng)。外部控制電路雖然仍為硬

46、接線系統(tǒng)，但當受控對象的控制要求改變時，可以在線使用編程器進行修改用戶程序來滿足新的控制要求，最大限度地縮短工藝更新所需要的時間。</p><p>　　2.2 PLC工作原理</p><p><b>　　一．循環(huán)掃描的特點</b></p><p>　　1.輸入映像 寄存器的內容是由設備驅動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內輸入映像寄存器的值保持

47、不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。</p><p>　　2.掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。</p><p>　　3.對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結果。</p><p>　　4.各個電路和不同掃描階段會造成輸入和輸出延遲，這是PLC的主要缺點。</p>

48、<p>　　在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結果寫入輸出映象寄存器。</p><p>　　二．PLC中的存儲器</p><p>　　PLC中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器.用

49、戶程序存儲器以及工作數據存儲器。</p><p>　　1.用戶程序存儲器用來存儲根據控制要求而編制的用戶應用程序。</p><p>　　2.用來存儲工作數據的區(qū)域稱為工作數據區(qū)。</p><p>　　3.系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內容。</p><p>　　2

50、.3 PLC的編程語言</p><p>　　PLC是通過程序對系統(tǒng)進行控制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領域，一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象.直觀的優(yōu)點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎元素。</p><p>　　2.4 PLC的分類

51、及性能指標</p><p>　　一.按I/O點數容量分類</p><p>　　1.小型機（I/O點數小于256點）</p><p>　　典型的小型機有SIEMENS公司的S7-200系列。</p><p>　　2.中型機（I/O點數在256—1024之間）</p><p>　　典型的中型機有SIEMENS公司的S7-3

52、00系列、OMRON公司的C200H系列。</p><p>　　3.大型機（I/O點數在1024點以上）</p><p>　　典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列。</p><p><b>　　二.按結構形式分</b></p><p>　　根據PLC結構形式的不同，PL

53、C主要可分為整體式和模塊式兩類。</p><p><b>　　1.整體式結構</b></p><p>　　微型和小型PLC一般為整體式結構。如西門子的S7-200。</p><p><b>　　2.模塊式結構</b></p><p>　　目前大.中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7

54、-400系列。</p><p>　　三.PLC的性能指標</p><p><b>　　1.I/O點數</b></p><p>　　I/O點數，即PLC面板上的I/O端子的個數。I/O點數越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標之一。</p><p><b>　　2.存儲

55、容量</b></p><p>　　這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大.中.小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB～2MB。</p><p><b>　　3.掃描速度</b></p><p>　　掃描速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個重要的性能指標，體現(xiàn)了計算機控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度?？删幊炭刂破鞑?/p>

56、用循環(huán)掃描的工作方式。</p><p><b>　　4.指令系統(tǒng)</b></p><p>　　它是衡量PLC能力強弱的標志，決定了PLC的處理能力.控制能力的強弱。限定了計算機發(fā)揮運算功能.完成復雜控制的能力。</p><p><b>　　5.通信功能</b></p><p>　　通信有PLC之間的

57、通信和PLC與計算機或其它設備之間的通信。主要涉及通信模塊、通信接口、通信協(xié)議、通信指令等。</p><p><b>　　6.擴展能力</b></p><p>　　擴展能力包括I/O點數的擴展和PLC功能的擴展兩方面的內容。</p><p><b>　　7.特殊功能單元</b></p><p>　　

58、特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量.模糊控制連網等功能。</p><p>　　2.5 PLC的用途</p><p>　　PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增強,使PLC 的應用越來越廣泛。 PLC的應用通常可分為五種類型：</p&

59、gt;<p>　　一.順序控制 這是PLC應用最廣泛的領域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線及電梯控制等。</p><p>　　二.運動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數情況下，PLC把掃描目標位置的數據送給模版塊，

60、其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，確保運動平滑。</p><p>　　相對來說，位置控制模塊比計算機數值控制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。</p><p>　　三.閉環(huán)過程控制 PLC能控制大量的物理參數，如溫度.壓力.速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提

61、供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定值上。</p><p>　　四.數據處理 在機械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計算機數值控制（CNC）設備緊密結合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10.11.12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實現(xiàn)PLC和CNC

62、設備之間內部數據自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由PLC送至CNC設備使用。美國GE公司的CNC設備新機種也同樣使用了具有數據處理的PLC。預計今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。</p><p>　　五.通信和聯(lián)網 為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統(tǒng).柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級計

63、算機之間的通信功能。作為實時控制系統(tǒng)，不僅PLC數據通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)選取</p><p>　　PLC智能搶答器使用時涉及到搶答人員的公平、公正以及操作是否方便等問題，而且使用的環(huán)境可能是室內，所以對設備的安全性和可靠性要求

64、很高。為此，我們對將采用的控制系統(tǒng)進行了全面的分析對比?？删幊炭刂破鳎≒LC）是由工業(yè)微型計算機、輸入, 輸出設備.保護及抗干擾隔離電路等構成的微機控制裝置，具有順序.周期性工作的特征，從應用角度看可編程控制器具有如下特點：</p><p>　　1.可靠性高：由于可編程控制器的輸入, 輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。</p&g

65、t;<p>　　2.體積?。河捎谠谥圃鞎r采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現(xiàn)了小型化。</p><p>　　3.通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結構，一般有CPU 模塊.電源模塊.PID模塊.模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性。</p><p>

66、　　4.使用方便：對于不同的控制系統(tǒng)，當硬件結構選定后，如果輸入.輸出作很小的變動時，只需修改相應程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調試的工作量，使用起來靈活方便?；诳删幊炭刂破鞯纳鲜鰞?yōu)點能夠適應和滿足搶答器高性能的使用要求，所以我確定該搶答器系統(tǒng)為PLC(西門子S7-200系列)。</p><p>　　S7-200系列的PLC在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應用。由于其具有極高的性價比

67、，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性.程序易于掌握，實時特性功能.編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴展功能。PLC聲光智能搶答器的各種檢測信號均為數字量，中小型搶答器系統(tǒng)用西門子S7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。</p><p>　　3.2主機CPU及擴展模塊選擇</p><p>　　根據設計要求，有7個輸入端及26個輸出端的需要，參照主機類型表3.1，設計中

68、主機選用了為CPU226。CPU226的輸入輸出點比較多，共有I0.0-2.7共24個輸入, Q0.0-Q1.7共16個輸出點。CPU226的24個輸入點可以滿足本設計中7個輸入點的需求，但是16個輸出點不能滿足本設計26個輸出點的需求。</p><p>　　經綜合價格.性能考慮，參照擴展模塊表3.2 選用2個EM223擴展模塊，Q2.0-Q2.7，Q3.0-Q3.7，共16個輸出端口。</p>&

69、lt;p>　　表3.1 主機類型表</p><p>　　根據本設計輸出端口.電流流量的需求及價格比較，可選擴展模塊如表3.2 ，經比較后在設計中選用了2個8輸出端口 電流為50mA的EM222擴展模塊。</p><p>　　表3-2 擴展模塊表</p><p><b>　　圖3.2擴展模塊</b></p><p>

70、　　3.3 控制系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　PLC智能搶答器硬件主要有搶答臺.PLC.連接線路.數碼管等組成。在搶答過程中主控單元的主要控制對象首先是顯示組號和倒計時的數碼管，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內顯示不同的組號和時間；其次是PLC聲光智能搶答器內的各種輔助裝置，如：指示燈及其各種安全設施等。一般PLC聲光智能搶答器選用按鈕操作，界面清楚，易于操作。其硬件組成結構圖如圖3.1所示:</p&

71、gt;<p>　　圖3.1 硬件組成結構圖</p><p>　　3.4 系統(tǒng)控制要求 </p><p>　　1.搶答器可同時供四組以下選手參加比賽</p><p>　　2.給競賽主持人設置了3個控制按鈕，用來控制開始、復位、停止。</p><p>　　3.每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，哪組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數碼管就顯示該

72、組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應，選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。</p><p>　　4.違規(guī)搶答：若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。</p><p>　　5.搶答限時：當主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器T0開始計時（設定30秒）若3

73、0秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。</p><p>　　6.答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據需要調節(jié)，此設定為30秒，選手必須在設定時間內完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。</p><p>　　3.5 控制系統(tǒng)I/O分配表</p><p>　　一.PLC聲光智能搶答器PL

74、C控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.1所示。</p><p>　　表3.1輸入信號對照表</p><p>　　二.PLC聲光智能搶答器PLC控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.2所示</p><p>　　表3.2輸出信號對照表</p><p>　　3.6 系統(tǒng)硬件連接圖</p><p>　　根據系統(tǒng)要求和所需要的硬件，系統(tǒng)數字量輸入點總

75、計10個點，輸出點總計30個點。綜合考慮到系統(tǒng)的性價比和系統(tǒng)的可擴展性，輸入、輸出點留出一定的富裕量，因此PLC選擇SIEMENS的S7-200系列的CPU222繼電器輸出型和數字量擴展模塊EM222。輸入.輸出端子電氣接線圖如下圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2系統(tǒng)硬件連接圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設計</b></p>&l

76、t;p><b>　　4.1 整體設計</b></p><p>　　根據PLC聲光智能搶答器的控制要求，應用程序采用一體化結構。通過PLC控制程序來實現(xiàn)整體的運行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC配置都可運行。該系統(tǒng)本著簡單易懂、可靠性強、適應性強等方面進行設計。在搶答時只需按動按鈕即可數碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。安全、可靠、省時、省力、價格便宜。<

77、/p><p>　　4.2 PLC聲光智能搶答器控制程序梯形圖</p><p>　　PLC聲光智能搶答器的控制的程序梯形圖如圖4.1所示。本程序簡潔易懂、便于修改、使用性強、條理性強，具體如下。</p><p>　　圖4.1 PLC聲光智能搶答器的控制的程序梯形圖</p><p>　　5 模擬運行與調試過程</p><p>

78、　　5.1 程序的模擬運行</p><p>　　將設計好的程序寫入PLC后，首先要做的就是仔細檢查程序，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調試，在調試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關系完全符合要求，下面5.1—

79、5.4是程序運行調試中的幾個過程圖。</p><p><b>　　圖5.1程序下載</b></p><p><b>　　圖5.2程序運行</b></p><p><b>　　5.3程序監(jiān)控</b></p><p><b>　　圖5.4程序停止</b><

80、;/p><p>　　如果程序中某些定時器或計數器的設定值過大，為了縮短調試時間，可以在調試時將它們減小，模擬調試結束后再寫入它們的實際設定值。在設計和模擬調試程序的同時，可以設計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝.接線工作也可以同時進行。</p><p>　　5.2 程序的現(xiàn)場調試</p><p>　　完成上述的工作后，就可以進行現(xiàn)場的調試工作立刻,首先將

81、PLC安裝在控制現(xiàn)場進行聯(lián)機總調試，在調試過程中有可能將會顯示出系統(tǒng)中原先可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖程序設計中的問題，應對出現(xiàn)的問題及時加以解決。如果調試達不到指標要求，則可以對相應硬件和軟件部分設計作適當調整，通常只需要略微修改程序就可能出現(xiàn)實際效果。全部調試通過后，再經過一段時間的實驗，系統(tǒng)才可以投入到實際運用當中。</p><p>　　在調試過程中出現(xiàn)的問題

82、：</p><p>　　1.在計算機上編程通過后，程序無法下載，經過認真檢查后，發(fā)現(xiàn)內存沒有初始化，對內存進行清理后，下載程序進行調試。</p><p>　　2.在剛開始調試檢驗的時候發(fā)現(xiàn)程序一直無法通過，最后發(fā)現(xiàn)我在編寫程序時誤把程序中的數字0寫成了英文O。</p><p>　　3.在載入程序后，發(fā)現(xiàn)數碼管不亮，經過認真檢測后，發(fā)現(xiàn)數碼管和電源之間未連成回路，連接

83、后數碼管正常顯示。</p><p>　　4.編譯成功后，在模擬實驗調試時，按下啟動按鈕I1.0運行后發(fā)現(xiàn)搶答器顯示燈不能正常發(fā)光，有時會出現(xiàn)同時亮的現(xiàn)象，經過認真檢測后發(fā)現(xiàn)是程序中沒有添加中間繼電器自鎖功能所致，程序經修改后回復正常。下面為未修改前程序如圖5.4</p><p>　　修改后程序如圖5.5。</p><p><b>　　圖5.4錯誤程序<

84、;/b></p><p><b>　　圖5.5正確程序</b></p><p>　　5.下面這個錯誤是這樣的，在運行時發(fā)現(xiàn)倒計時程序運行時，做倒計時顯示的數碼管在倒計時結后總停在30而不是00，經過認真檢測后，發(fā)現(xiàn)是將計算器放在倒計時程序之后而PLC微機是從上到下掃描所造成的，將兩程序位置調換后恢復正常。</p><p>　　6.另外一個

85、錯誤是在運行時，第一輪搶答時倒計時運行良好，復位后再度搶答時倒計時出現(xiàn)混亂，經過認真檢測后，發(fā)現(xiàn)是倒計時程序缺少復位按鈕所致，添加后程序運行正常。下面為未修改前程序如圖5.6修改后程序如圖5.7。</p><p><b>　　圖5.6錯誤程序</b></p><p><b>　　圖5.7正確程序</b></p><p>　

86、　由于受實驗設備條件的限制，本次設計只在實驗室進行了模擬實驗調試，沒有把整個設計技術運用到實際當中。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經過一個多月的時間，在各位老師.同學的幫助下，在我的不斷努力下，我的畢業(yè)設計終于要完成了。從設計中我學到許多知識，也理解了做任何事都要細心的道理。知識的積累是一點一滴的，在設計中我也感受頗深。在此我要真

87、誠的感謝郭繼紅老師給予我的指導，在設計過程中郭老師嚴格督促我的畢業(yè)設計速度，及時的幫我解決我在設計中遇到的各種問題和困難，在設計中一直對我嚴格要求，在整個畢業(yè)設計過程中都給我耐心的指導和講解，并主動為我提供各種相關技術資料，在郭老師的幫助和指導下我順利完成了本次畢業(yè)設計，也讓我在這次畢業(yè)設計中受益匪淺，在此謹向郭老師致以深切的謝意！</p><p>　　在這次畢業(yè)設計中我也遇到了許多困難得到了學校里其他老師的幫助

88、和指導，我也要感謝我的母校濟源職業(yè)技術學院，是她提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的三年大學生活豐富多彩，為我的人生留下精彩的一筆。</p><p>　　感謝評閱和閱讀本設計論文的老師為此付出的辛勤勞動！</p><p>　　在此還要感謝濟源職業(yè)技術學院的全體老師，感謝他們對我的培養(yǎng)！</p><p>　　最后祝愿各位老師：身體健康！萬事如意。</p>

89、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 胡滿紅主編. 電氣控制與PLC .鄭州：大象出版社，2008</p><p>　　[2] 王成福主編.可編程序控制器原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3] 周淑珍、高鴻斌主編.PLC分析與設計應用.北京：電子工業(yè)出版社，2004<

90、;/p><p>　　[5] 王玉中主編.電氣控制及PLC應用技術.河南：河南科學技術出版社，2006</p><p>　　[6] 孫平主編.可編程序控制器原理及應用，北京：高等教育出版社，2003</p><p>　　[7] 江秀漢、湯楠主編.可編程序控制器原理及應用.西安：西安電子科技大學出版社，2003</p><p>　　[8] 劉敏主編.