畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC六路競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)

1、湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)competition vies to the design專 業(yè) 名 稱：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指 導(dǎo) 教 師：畢業(yè)生姓名：畢業(yè)生學(xué)號(hào)：20081050論文提交日期：2010年12月分類號(hào)： 學(xué)校代碼：4711密 級(jí)：無(wú) 畢業(yè)生學(xué)號(hào)：20081050競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)competition vies to the design專 業(yè) 名 稱：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指 導(dǎo) 教 師：畢業(yè)生姓名：畢業(yè)生學(xué)號(hào)： 論文課題來(lái)源：畢業(yè)設(shè)計(jì)論文提交日期：2010年12月論文評(píng)審單位：湖南軟件職業(yè)學(xué)院摘 要本次設(shè)計(jì)是利用plc（programmable logic contro

2、ller）對(duì)六路搶答器進(jìn)行控制?？紤]到只是對(duì)六組智能搶答器進(jìn)行控制，則輸出端口需要9個(gè)，輸入端口需要29個(gè)，所以需要有一個(gè)cpu226的模塊和兩個(gè)em222數(shù)字量擴(kuò)展模塊，考慮到還要實(shí)現(xiàn)聲光功能需要兩個(gè)喇叭和三個(gè)指示燈。由于搶答時(shí)要顯示組號(hào)和倒計(jì)時(shí)故還需要三個(gè)數(shù)碼管，以上的器件價(jià)格不貴并且容易買到，另外plc具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，我決定選用simatic s7-200 系列的cpu226和數(shù)字量擴(kuò)展模塊em222作為本次設(shè)計(jì)的plc。另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并采用手動(dòng)控制一種方式，具有方便靈活，維護(hù)使用方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：競(jìng)賽搶答器 plc plc程

3、序設(shè)計(jì)目 錄第一章 plc概述11.1 plc的定義、組成及特點(diǎn)11.2 plc工作原理41.3 plc的編程語(yǔ)言51.4 plc的分類及性能指標(biāo)51.5 plc的用途6第二章 plc搶答器的介紹82.1 plc與單片機(jī)的對(duì)比82.2 plc搶答器的工作原理9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)103.1 系統(tǒng)控制要求103.2 控制系統(tǒng)選取103.3 控制系統(tǒng)的硬件組成113.4 控制系統(tǒng)i/o分配表113.5 系統(tǒng)硬件連接圖13第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)144.1 整體設(shè)計(jì)144.2 自動(dòng)控制程序14第五章 模擬運(yùn)行與調(diào)試過(guò)程245.1 程序的模擬運(yùn)行245.2 程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試25致 謝27參考文獻(xiàn)27第一章

4、plc概述1.1 plc的定義、組成及特點(diǎn)一、概述可編程控制器（plc）是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來(lái)越廣泛?？删幊炭刂破?programmable logic controller)即plc?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫(xiě)的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)經(jīng)過(guò)4年調(diào)查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（programmable contro

5、ller），簡(jiǎn)寫(xiě)為pc。后來(lái)由于pc這個(gè)名稱常常被用來(lái)稱呼個(gè)人電腦（personal computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為plc【1】。二、plc的定義：plc一直在快速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對(duì)其下一個(gè)十分確切的定義。1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)（iec）對(duì)可編程控制器（plc）的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等指令，并通過(guò)數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。plc及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連

6、成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)【2】。三、plc的基本結(jié)構(gòu)：plc實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如下圖2.1所示：圖2-1 plc硬件結(jié)構(gòu)1、中央處理單元（cpu）中央處理單元（cpu）是plc 的控制中樞【3】。它按照plc 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲(chǔ)器、i/o 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，當(dāng)plc 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i

7、/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。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(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高plc 的可靠性，靈活性，近年來(lái)對(duì)大型plc 還采用雙cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)cpu 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。2、存儲(chǔ)器（memory）可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號(hào)的狀態(tài)寫(xiě)入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域【4】。cpu常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。小型plc的cpu多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫腸pu。大

8、型plc的cpu多用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。3、基本i/o接口電路（1）輸入接口單元。plc內(nèi)部輸入電路作用是將plc外部電路（如行程開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的、符合plc輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過(guò)光耦電路送至plc內(nèi)部電路。（2）輸出接口單元。plc輸出電路用來(lái)將cpu運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動(dòng)被控負(fù)載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等）。plc輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。在繼電器式輸出中，cpu可以根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果，使plc內(nèi)設(shè)繼電器線圈通電，帶動(dòng)觸點(diǎn)閉合，通過(guò)繼電器閉和的觸點(diǎn)，由外部電源驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是過(guò)載能力強(qiáng)，交、直流

9、負(fù)載皆宜。但存在動(dòng)作速度較慢，且為有觸點(diǎn)系統(tǒng)，使用壽命有限等問(wèn)題【5】。雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載的能力。晶閘管輸出型cpu通過(guò)光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；晶體管輸出型cpu通過(guò)光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙晶體管通斷，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是兩者均為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開(kāi)關(guān)速度快，缺點(diǎn)是半導(dǎo)體器件的過(guò)載能力差。以上列舉了六類輸入和輸出電路形式，各類plc產(chǎn)品的輸入、輸出電路結(jié)構(gòu)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。3、接口電路plc接口電路分為i/o擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類【6】。（1）i/o擴(kuò)接口電路i/o擴(kuò)

10、展接口電路用連接i/o擴(kuò)展單元，可以用來(lái)擴(kuò)充開(kāi)關(guān)量i/o點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的i/o端子。i/o擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)plc控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定plc的i/o點(diǎn)數(shù)。（2）外設(shè)通信接口電路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(wǎng)絡(luò)。plc通過(guò)pc/ppi電纜或使用mpi卡通過(guò)rs-485接口和電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。4、電源plc內(nèi)部配有一個(gè)專用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為plc內(nèi)部電源需要的工作電源（5v直流）。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)

11、時(shí)，為外部輸入元件提供24v直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。四、plc的特點(diǎn)：1、軟硬件功能強(qiáng)plc的功能非常強(qiáng)大，其內(nèi)部具備很多功能，如時(shí)序、計(jì)數(shù)器、主控繼電器、移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制i/o等功能。plc不僅可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。plc能夠適應(yīng)各種形式的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入控制、輸出控制，還可以和其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、控制設(shè)備共同組成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運(yùn)算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運(yùn)算及快速中斷等功能。plc的編程語(yǔ)言豐富，它可以分

12、為梯形圖語(yǔ)言、邏輯功能語(yǔ)言、指令表、和順序功能四種。特別是梯形圖語(yǔ)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(shù)人員操作和使用【7】。2、使用維護(hù)方便plc不需要像用計(jì)算機(jī)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(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連的接口。如輸入借口可以與各種開(kāi)關(guān)、傳感器連接；輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單。plc具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機(jī)界面可對(duì)plc的遠(yuǎn)行狀態(tài)

13、進(jìn)行監(jiān)控。3、運(yùn)行穩(wěn)定可靠由于plc采用了微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作有無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，同時(shí)還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無(wú)故障時(shí)間在2萬(wàn)小時(shí)以上。特別是在制造工藝上加強(qiáng)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(nèi)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(hào)引起的誤動(dòng)作。plc還采用屏蔽，輸入延時(shí)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(dǎo)干擾信號(hào)具有良好的抑制作用。所以這一切措施，都有效的保證了plc在惡劣的工作環(huán)境下能正常地遠(yuǎn)行。4、組織靈活可編程控制器品種很多,小型plc為整體結(jié)構(gòu)，并外接i/o擴(kuò)展機(jī)箱構(gòu)

14、成plc控制系統(tǒng)。中大型plc采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專有功能模塊（開(kāi)關(guān)量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)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接線系統(tǒng)，但當(dāng)受控對(duì)象的控制要求改變時(shí)，可以在線使用編程器進(jìn)行修改用戶程序來(lái)滿足新的控制要求，最大限度地縮短工藝更新所需要的時(shí)間【8】。1.2 plc工作原理一、循環(huán)掃描的特點(diǎn)：1、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，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(lái)控制程序的執(zhí)行【9】。2、掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、

15、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。3、對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。4、各個(gè)電路和不同掃描階段會(huì)造成輸入和輸出延遲，這是plc的主要缺點(diǎn)。在讀輸入階段，cpu對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，cpu按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)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(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入輸出映象寄存器。二、plc中的存儲(chǔ)器：plc中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。1、用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。2、用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)

16、據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。3、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中存放的是廠家根據(jù)其選用的plc的指令的系統(tǒng)編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，它決定了plc的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。1.3 plc的編程語(yǔ)言plc是通過(guò)程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專用的語(yǔ)言。plc的編程語(yǔ)言有多種，如梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖等。梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)；語(yǔ)句表編程語(yǔ)言類似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來(lái)表示各種指令的功能，是plc用戶程序的基礎(chǔ)元素【10】。1.4 plc的分類及性能指標(biāo)一、按i/o點(diǎn)數(shù)容量分類：1、小型機(jī)（i/o點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)）典型的小型機(jī)有siemen

17、s公司的s7-200系列。2、中型機(jī)（i/o點(diǎn)數(shù)在2561024之間）典型的中型機(jī)有siemens公司的s7-300系列、omron公司的c200h系列。3、大型機(jī)（i/o點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上）典型的大型plc有siemens公司的s7-400、omron公司的cvm1和cs1系列。二、按結(jié)構(gòu)形式分：根據(jù)plc結(jié)構(gòu)形式的不同，plc主要可分為整體式和模塊式兩類。1、整體式結(jié)構(gòu)微型和小型plc一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門(mén)子的s7-200。2、模塊式結(jié)構(gòu)目前大、中型plc都采用這種方式。如西門(mén)子的s7-300和s7-400系列。三、plc的性能指標(biāo)：1、i/o點(diǎn)數(shù)i/o點(diǎn)數(shù)，即plc面板上的i/o端子

18、的個(gè)數(shù)。i/o點(diǎn)數(shù)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(biāo)之一。2、存儲(chǔ)容量這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長(zhǎng)短。大、中、小型plc的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為2kb2mb。3、掃描速度掃描速度是指plc執(zhí)行程序的快慢，是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度?？删幊炭刂破鞑捎醚h(huán)掃描的工作方式。4、指令系統(tǒng)它是衡量plc能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了plc的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。5、通信功能通信有plc之間的通信和plc與計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備之間的通信。主要涉及通信模塊、通信

19、接口、通信協(xié)議、通信指令等。6、擴(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括i/o點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和plc功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。7、特殊功能單元特殊功能單元種類多，也可以說(shuō)plc的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能。1.5 plc的用途plc的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使plc的成本下降,同時(shí)又由于plc的功能大大增強(qiáng),使plc 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。plc的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型【11】：（1）順序控制 這是plc應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的

20、繼電器順序控制。plc可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制 plc制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，plc把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（cnc）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過(guò)程控制 plc能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。pid（proportional

21、 intergral derivative）模塊的提供使plc具有閉環(huán)控制功能,即一個(gè)具有pid控制能力的plc可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),pid控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的plc和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（cnc）設(shè)備緊密結(jié)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(shí)現(xiàn)plc和cnc設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由plc送至cnc設(shè)備使用。美國(guó)ge公司的cnc設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有

22、數(shù)據(jù)處理的plc。預(yù)計(jì)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)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)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(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅plc數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。第二章 plc搶答器的介紹2.1 plc與單片機(jī)的對(duì)比搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場(chǎng)合也隨之增加；技術(shù)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(yīng)用于電視

23、臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位,它為各種競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性,在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用plc進(jìn)行知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變輸入plc的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。plc搶答器與單片機(jī)搶答器相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性.首先說(shuō)一下單片機(jī)搶答器，所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上的單片機(jī)cpu及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路板，最終設(shè)計(jì)成一臺(tái)簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國(guó)內(nèi)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(chǎng)的應(yīng)用已逐步被plc所代替。單片機(jī)的可

24、靠性：由于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的單片機(jī)芯片的品質(zhì)良莠不齊，很大一部分還是國(guó)外篩選出來(lái)的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過(guò)篩選配對(duì)等技術(shù)處理，因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一致性和高可靠性，因?yàn)槿我辉膮?shù)偏離設(shè)計(jì)要求都會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機(jī)的所有器件均不是工業(yè)級(jí)的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國(guó)內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機(jī)的變頻調(diào)速對(duì)電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計(jì)的，所以要增加一個(gè)功能就要重新設(shè)計(jì)線路，而且對(duì)應(yīng)的程序都要重新設(shè)計(jì)。這樣對(duì)于增加功能的

25、開(kāi)發(fā)成本和周期都會(huì)增加【12】。單片機(jī)的可維護(hù)性：一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡(jiǎn)單的方法是更換整個(gè)系統(tǒng)，這樣維修成本增加了。操作：現(xiàn)在國(guó)內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)計(jì)的鍵盤(pán)，設(shè)定數(shù)據(jù)用撥碼開(kāi)關(guān)，顯示用led，整個(gè)面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設(shè)計(jì)時(shí)往往一鍵多用，操作人員很難脫開(kāi)說(shuō)明書(shū)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(shuō)明書(shū)方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說(shuō)明書(shū)指示排除故障，這樣排除故障的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)?？傊@樣的人機(jī)對(duì)話不夠友善。特點(diǎn)：不可靠，價(jià)格便宜?？删幊炭刂破鳎╬lc）： 所謂plc系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，

26、根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛【13】。plc的可靠性：進(jìn)口plc采用的cpu都是生產(chǎn)廠家專門(mén)設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購(gòu)買的，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選的工業(yè)級(jí)元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗(yàn)而特別設(shè)計(jì)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(diào)速的干擾下仍能正常工作。plc的可擴(kuò)展性：要增加一個(gè)功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對(duì)應(yīng)的程序，而plc的編程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，這樣對(duì)于開(kāi)發(fā)周期會(huì)縮短。plc的可維護(hù)性：plc本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故

27、障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計(jì)不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡(jiǎn)單【14】。操作：plc的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對(duì)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(huà)面自動(dòng)切換到故障提示畫(huà)面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障【15】。特點(diǎn)：價(jià)格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡(jiǎn)單。2.2 plc搶答器的工作原理我所設(shè)計(jì)的plc搶答器是適合六個(gè)人搶答的六路搶答器，現(xiàn)在以六路搶答器為例

28、。給競(jìng)賽主持人設(shè)置了3個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制開(kāi)始、復(fù)位、停止，每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號(hào)，同時(shí)綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號(hào)（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不在相應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始下一輪搶答。若選手在未開(kāi)始搶答時(shí)提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管顯示其編號(hào)同時(shí)紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。當(dāng)主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時(shí)定時(shí)器t0開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定15秒）若15秒限制到時(shí)仍無(wú)人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。在搶答成功后，主持人按下答題計(jì)時(shí)按鈕，同時(shí)數(shù)碼管顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間改時(shí)間可根據(jù)需

29、要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為20秒，選手必須在設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)。其中以上功能都同過(guò)編制的plc程序來(lái)控3個(gè)制數(shù)碼管和3個(gè)指示燈以及2個(gè)喇叭來(lái)實(shí)現(xiàn)。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)控制要求1、搶答器可同時(shí)共6個(gè)選手參加比賽.2、給競(jìng)賽主持人設(shè)置了3個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制開(kāi)始、復(fù)位、停止。3、每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號(hào)，同時(shí)綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號(hào)（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不在相應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始下一輪搶答。4、違規(guī)搶答：若選手在未開(kāi)始搶答時(shí)提前搶答了，則視

30、為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管顯示其編號(hào)同時(shí)紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。5、搶答限時(shí)：當(dāng)主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時(shí)定時(shí)器t0開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定15秒）若15秒限制到時(shí)仍無(wú)人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。6、答題限時(shí)：在搶答成功后，主持人按下答題計(jì)時(shí)按鈕，同時(shí)數(shù)碼管顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間改時(shí)間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為20秒，選手必須在設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)。3.2 控制系統(tǒng)選取plc搶答器使用時(shí)涉及到搶答人員的公平、公正以及操作是否方便等問(wèn)題，而且使用的環(huán)境可能是室內(nèi)，所以對(duì)設(shè)備的安全性和可靠性要求很高。為此，我們對(duì)將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對(duì)比?？删幊炭刂破鳎╬lc）

31、是由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)、輸入, 輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機(jī)控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點(diǎn)【16】：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。2、體積小：由于在制造時(shí)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(shí)現(xiàn)了小型化。3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，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(duì)不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模

32、塊即可，因而具有很好的適用性。4、使用方便：對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，使用起來(lái)靈活方便?；诳删幊炭刂破鞯纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)能夠適應(yīng)和滿足搶答器高性能的使用要求，所以我確定該搶答器控制系統(tǒng)為西門(mén)子s7-200系列plc。s7-200系列的plc在各種行業(yè)的檢測(cè)及控制的自動(dòng)化都得到廣泛的應(yīng)用。由于其具有極高的性價(jià)比，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(shí)時(shí)特性功能、編程語(yǔ)言指令豐富，操作簡(jiǎn)便，有豐富的擴(kuò)展功能。機(jī)械式的立體車庫(kù)各種檢測(cè)信號(hào)均為數(shù)字量，中小型的車庫(kù)系統(tǒng)用西門(mén)

33、子s7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求【17】。3.3 控制系統(tǒng)的硬件組成plc智能搶答器硬件主要有搶答臺(tái)、plc、連接線路、數(shù)碼管等四部分組成。在搶答過(guò)程中主控單元的主要控制對(duì)象首先是顯示組號(hào)和倒計(jì)時(shí)的數(shù)碼管，控制系統(tǒng)就是使它們?cè)诓煌臅r(shí)間內(nèi)顯示不同的組號(hào)和時(shí)間【18】；其次是車庫(kù)內(nèi)的各種輔助裝置，如：指示燈及其各種安全設(shè)施等。一般plc搶答器選用按鈕操作，界面清楚，易于操作。3.4 控制系統(tǒng)i/o分配表一、plc搶答器控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.1所示：表3.1輸入信號(hào)對(duì)照表信號(hào)名稱外部元件內(nèi)部地址信號(hào)名稱外部元件內(nèi)部地址開(kāi)始按鈕sb1i0.05組按鈕sb6i0.51組按鈕s

34、b2i0.16組按鈕sb7i0.62組按鈕sb3i0.2停止按鈕sb8i1.03組按鈕sb4i0.3復(fù)位按鈕sb9i1.14組按鈕sb5i0.4倒計(jì)時(shí)開(kāi)關(guān)sb10i1.3二、plc聲光智能搶答器plc控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.2所示表3.2輸出信號(hào)對(duì)照表信號(hào)名稱內(nèi)部地址信號(hào)名稱內(nèi)部地址1號(hào)數(shù)碼管aq0.02號(hào)數(shù)碼管hq2.71號(hào)數(shù)碼管bq0.13號(hào)數(shù)碼管aq3.01號(hào)數(shù)碼管cq0.23號(hào)數(shù)碼管bq3.11號(hào)數(shù)碼管dq0.33號(hào)數(shù)碼管cq3.21號(hào)數(shù)碼管eq0.43號(hào)數(shù)碼管dq3.31號(hào)數(shù)碼管fq0.53號(hào)數(shù)碼管eq3.41號(hào)數(shù)碼管gq0.63號(hào)數(shù)碼管fq3.51號(hào)數(shù)碼管hq0.73號(hào)數(shù)碼管gq

35、3.62號(hào)數(shù)碼管aq2.03號(hào)數(shù)碼管hq3.72號(hào)數(shù)碼管bq2.1報(bào)警器q1.12號(hào)數(shù)碼管cq2.2喇叭1q1.22號(hào)數(shù)碼管dq2.3黃燈q1.32號(hào)數(shù)碼管eq2.4紅燈q1.42號(hào)數(shù)碼管fq2.5喇叭2q1.52號(hào)數(shù)碼管gq2.6綠燈q1.63.5 系統(tǒng)硬件連接圖根據(jù)系統(tǒng)要求和所需要的硬件，系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)總計(jì)10個(gè)點(diǎn)，輸出點(diǎn)總計(jì)30個(gè)點(diǎn)。綜合考慮到系統(tǒng)的性價(jià)比和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，輸入、輸出點(diǎn)留出一定的富裕量，因此plc選擇siemens的s7-200系列的cpu226繼電器輸出型和數(shù)字量擴(kuò)展模塊em221。其它接觸器等控制電器西門(mén)子t系列的產(chǎn)品。輸入、輸出端子電氣接線圖如下圖3.2所示。圖3

36、-1系統(tǒng)硬件連接圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 整體設(shè)計(jì)根據(jù)plc搶答器的控制要求，應(yīng)用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。通過(guò)plc控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口，一般的plc配置都可運(yùn)行。該系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單易懂、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在搶答時(shí)只需按動(dòng)按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動(dòng)顯示組號(hào)以及倒計(jì)時(shí)時(shí)間。安全、可靠、省時(shí)、省力、價(jià)格便宜?？刂栖浖?yīng)用step7編程軟件，采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě)。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠。自動(dòng)條件下，必須復(fù)位后在滿足自動(dòng)條件下才能進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個(gè)過(guò)程的互鎖來(lái)保證系統(tǒng)的安全。

37、4.2 自動(dòng)控制程序plc聲光智能搶答器的自動(dòng)控制的程序下所示。本程序簡(jiǎn)潔易懂、便于修改、使用性強(qiáng)、條理性強(qiáng)，具體如下。（注：有些行不與邊線相連是因?yàn)樗麄兪巧弦恍械暮罄m(xù)）網(wǎng)絡(luò)1續(xù)網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2續(xù)網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)3續(xù)網(wǎng)絡(luò)3網(wǎng)絡(luò)4續(xù)網(wǎng)絡(luò)4網(wǎng)絡(luò)5續(xù)網(wǎng)絡(luò)5網(wǎng)絡(luò)6續(xù)網(wǎng)絡(luò)6網(wǎng)絡(luò)7續(xù)網(wǎng)絡(luò)7第五章 模擬運(yùn)行與調(diào)試過(guò)程5.1 程序的模擬運(yùn)行將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭雙lc后，首先要做的就是仔細(xì)檢查程序，并改正寫(xiě)入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，一般不用接plc實(shí)際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)。也可以根據(jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開(kāi)關(guān)或按鈕來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào)。在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不同的工作方

38、式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)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(guān)系完全符合要求，下面5.15.3是程序運(yùn)行調(diào)試中的幾個(gè)過(guò)程圖。圖5-1程序下載圖5-2程序運(yùn)行圖5-3程序停止如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過(guò)大，為了縮短調(diào)試時(shí)間，可以在調(diào)試時(shí)將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫(xiě)入它們的實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜，plc之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行。5.2 程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試完成上述的工作后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作立刻,首先將plc安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中有可能將會(huì)顯示出系統(tǒng)中原先