基于PLC四人搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、題目：基于PLC四人搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容: 目錄第一章 PLC四路搶答器概述1第二章 PLC概述4第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)13第五章 模擬運(yùn)行與調(diào)試過(guò)程24結(jié)論27參考文獻(xiàn)28前言目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已有很多類型的知識(shí)競(jìng)賽搶答器，其大致采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)或者PLC芯片、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對(duì)于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù)相當(dāng)成熟。但是隨著功能的增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡(jiǎn)單或者沒(méi)有，無(wú)法準(zhǔn)確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級(jí)換代。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其程序簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級(jí)換代，但鑒于

2、其必須配合計(jì)算機(jī)實(shí)用，可操作性差，沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。而對(duì)于科技飛速發(fā)展的今天，PLC、單片機(jī)應(yīng)用的不斷深入，帶動(dòng)了傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點(diǎn)，以PLC、單片機(jī)為核心的部件成為主流1。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點(diǎn)：(1) 在一次搶答過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時(shí)，只能處理違規(guī)搶答信號(hào)，而對(duì)沒(méi)有違規(guī)的有效信號(hào)不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過(guò)程變?yōu)闊o(wú)效。(2) 當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個(gè)，或利用搶答電路電子元件的“競(jìng)爭(zhēng)”選擇其中一個(gè)。對(duì)于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答信號(hào)的“競(jìng)爭(zhēng)”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不

3、公平性。(3) 當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，普通搶答器只能“抓住”其中一個(gè)違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞”?，F(xiàn)在大多搶答器都是以PLC、單片機(jī)為控制核心的智能搶答器，它對(duì)采樣獲得的各種搶答信號(hào)進(jìn)行分析。但僅有搶答功能的搶答器已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)的需要，因此該設(shè)計(jì)采用基于PLC控制來(lái)設(shè)計(jì)四路搶答。第一章 PLC四路搶答器概述1.1 四路搶答器概述搶答器廣泛應(yīng)用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)校，為競(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。以下介紹一種數(shù)字式搶答器，能使四個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答,賽場(chǎng)中設(shè)有1個(gè)裁判臺(tái)，4個(gè)參賽臺(tái)，分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)參賽臺(tái).總體設(shè)計(jì)選用西門(mén)子PLC控制,搶答操作方便，在

4、很多的場(chǎng)所都可以使用，并且給人的視覺(jué)效果非常好。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智能搶答器與單片機(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)CP

5、U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

6、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)于增加功能的開(kāi)發(fā)成本和周期都會(huì)增加。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

7、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?，這樣的人機(jī)對(duì)話不夠友善。特點(diǎn)：不可靠，價(jià)格便宜。可編程控制器（PLC）： 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，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。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

8、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。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

9、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。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。1.2 PLC智能搶答器的工作原理我所設(shè)計(jì)的PLC智能搶答器是適合四個(gè)人搶答的四路搶答器，現(xiàn)在以四路搶答器為例。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、答題計(jì)時(shí)，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

10、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30秒）若30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)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為50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)。其中以上功能都通過(guò)編制的PLC程序來(lái)控3個(gè)制數(shù)碼管和3個(gè)指示燈以及一個(gè)喇叭來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖1.1所示:圖1.1搶答器模型圖第二章 PLC概述2.1 PLC的產(chǎn)生可編程序控制器(Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PLC)，是在繼電器控制的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的。19

11、68年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新變化所帶來(lái)的生產(chǎn)工藝的不斷變化，想尋求另一種全新的控制方式。設(shè)想用這樣一種控制裝置，它既應(yīng)該具有計(jì)算機(jī)控制的功能性、靈活性、通用性，同時(shí)又應(yīng)具有繼電器控制方式的簡(jiǎn)單性、操作方便性。對(duì)這種裝置的具體要求體現(xiàn)在通用的招標(biāo)書(shū)中；即：(1) 編程簡(jiǎn)單可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序。(2) 維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。(3) 可靠性高于繼電器控制柜。(4) 體積小于繼電器控制柜。(5) 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)。(6) 成本可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)。(7) 可接115V交流輸入。(8) 輸出采用交流115V，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥、交流接觸器等。(9) 通用性強(qiáng)，

12、擴(kuò)展時(shí)方便。(10)程序要能儲(chǔ)存，存儲(chǔ)容量可擴(kuò)展到4K字節(jié)。根據(jù)以上要求，1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用，取得了滿意的效果，可編程序控制器由此誕生?？删幊绦蚩刂破鞯某霈F(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了以微電子技術(shù)為核心的數(shù)字化電氣控制技術(shù)的新局面，此后這一全新的技術(shù)便以很快的速度發(fā)展起來(lái)?，F(xiàn)在的PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳送與處理功能，成為具備計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置。2.2 PLC的定義可編程序控制器出現(xiàn)以后，名稱一直沒(méi)有統(tǒng)一。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)于1987年2月對(duì)可編程序控制器作了如下的規(guī)定：“可編程序

13、控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序控制的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！庇捎谠缙诘目删幊绦蚩刂破髦饕糜陂_(kāi)關(guān)量的邏輯控制，且為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)相區(qū)別，人們把可編程序控制器縮寫(xiě)成為PLC(Programmable Logic Controller)，一直沿用至今。2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)

14、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，如圖2.1所示： 圖2.1 PLC硬件結(jié)構(gòu)1、 中央處理單元（CPU）在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)與人的大腦，它不斷地采集輸入信號(hào)執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。 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。 3、基本I/O接口電路 輸入(Input)模塊和輸出(Output)模塊簡(jiǎn)稱為I/O模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。 輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)。數(shù)字量(或稱開(kāi)關(guān)量)輸入模塊用來(lái)接收

15、從按鈕、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等發(fā)出的數(shù)字量信號(hào)。模擬量輸入模塊用來(lái)接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。數(shù)字量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備。模擬量輸出模塊用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。4、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(1) I/O擴(kuò)接口電路I/O擴(kuò)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

16、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。 5、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)時(shí)，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。2.4 PLC工作原理可編程序控制器通電后，需要對(duì)硬件和軟件做一些初始化工作。為了使可編程序控制器輸出及時(shí)地響應(yīng)各種輸入信號(hào)，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任

17、務(wù)，( 如圖 2.2)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式 讀取輸入執(zhí)行用戶程序智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出讀入輸入智能模塊通信通信信息處理自診斷檢查修改輸出RUN狀態(tài)STOP狀態(tài) 圖2.2 PLC掃描過(guò)程2.5 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。梯形圖程序讓PLC仿真來(lái)自電源的電流通過(guò)一

18、系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關(guān)系分為“梯級(jí)”或網(wǎng)絡(luò)。如圖2.3所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動(dòng)機(jī)直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。圖2.3PLC控制的梯形圖程序2.6 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

19、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。可編程控制器采用循環(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。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)選取搶答器對(duì)時(shí)間間隔的要求很高，而且多在會(huì)

20、議、答辯賽等一些正規(guī)的需要進(jìn)行搶答的場(chǎng)合中使用，所以對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)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）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)：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

21、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。基于可編程控制器的上述優(yōu)點(diǎn)能夠適應(yīng)和滿足立體車庫(kù)高性能的使用要求，所以我確定該車庫(kù)控制系統(tǒng)為PLC(西門(mén)子S7-200系列)。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)

22、：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。搶答器所使用的各種判斷信號(hào)均為數(shù)字量，所以用西門(mén)子S7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。3.2 控制系統(tǒng)的硬件組成在搶答器的工作過(guò)程中，主控單元的主要控制對(duì)象首先是輸入信號(hào)，控制系統(tǒng)就是判別這個(gè)事件有沒(méi)有發(fā)生，不同的情況給出不同的結(jié)果，讓大家都很快的明。其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示:圖3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)3.3 系統(tǒng)控制要求1搶答器可同時(shí)供四組選手參加比賽2給主持人設(shè)置三個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制搶答的開(kāi)始、復(fù)位和答題計(jì)時(shí)的開(kāi)始。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)尨鸢粹o，則數(shù)碼管

23、1就顯示該組的編號(hào)，同時(shí)綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提示信號(hào)（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不再響應(yīng)。選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開(kāi)始下一輪搶答。4違規(guī)搶答：若選手在未開(kāi)時(shí)搶答試題時(shí)搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管1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)主持人按下開(kāi)始按鈕后，定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定30S）。若30S時(shí)限到仍無(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)開(kāi)始按鈕，同時(shí)數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間（該時(shí)間設(shè)定為50S），選手必須在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成答題。否則，音響電路

24、發(fā)出答題超時(shí)報(bào)警信號(hào)3.4 控制系統(tǒng)I/O分配表 表3.1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)部地址數(shù)碼管1a段Q0.0數(shù)碼管2g段Q1.6數(shù)碼管1b段Q0.1數(shù)碼管3a段Q2.0數(shù)碼管1c段Q0.2數(shù)碼管3b段Q2.1數(shù)碼管1d段Q0.3數(shù)碼管3c段Q2.2數(shù)碼管1e段Q0.4數(shù)碼管3d段Q2.3數(shù)碼管1f段Q0.5數(shù)碼管3e段Q2.4數(shù)碼管1g段Q0.6數(shù)碼管3f段Q2.5數(shù)碼管2a段Q1.0數(shù)碼管3g段Q2.6數(shù)碼管2b段Q1.1音響Q3.0數(shù)碼管2c段Q1.2綠色指示燈Q3.1數(shù)碼管2d段Q1.3黃色指示燈Q3.2數(shù)碼管2e段Q1.4紅色指示燈Q3.3數(shù)碼管2f段Q1.5表3.2輸

25、入信號(hào)對(duì)照表信號(hào)名稱內(nèi)部地址信號(hào)名稱內(nèi)部地址搶答開(kāi)始按鈕SB1I0.0第二組搶答按鈕SB5I1.1主持人復(fù)位按鈕SB2I0.1第三組搶答按鈕SB6I1.2答題計(jì)時(shí)按鈕SB3I0.2第四組搶答按鈕SB7I1.3第一組搶答按鈕SB4I1.03.5 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)7個(gè)點(diǎn)，輸出點(diǎn)總計(jì)25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EM223。輸入、輸出端子電氣接線圖如圖3.2所示。（具體請(qǐng)參考表3.1和表3.2）圖3.3控制系統(tǒng)外部I/

26、O接線圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 整體設(shè)計(jì)根據(jù)PLC智能搶答器的控制要求，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。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。控制軟件應(yīng)用SIEMENS編程軟件，采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě),工作系統(tǒng)自動(dòng)控制流程框圖如圖4.1.所示。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。圖4.1PLC工作系統(tǒng)自動(dòng)控制流程圖4.2 PL

27、C控制程序?yàn)榱司幊探Y(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、明了在主程序中引用了中間繼電器，I1.0I1.3分別為四組選手的搶答信號(hào)， 同時(shí)我們用中間繼電器M0.0、M0.1、M1.0M1.3進(jìn)行自鎖和互鎖功能，以保證每個(gè)選手公平搶答。主持人控制臺(tái)有I0.0按鈕用以搶答開(kāi)始，I0.2按鈕用以控制答題時(shí)間地開(kāi)始，I0.1按鈕為復(fù)位按鈕。4.2.1 主持人控制臺(tái)控制搶答器的開(kāi)始、答題計(jì)時(shí)和復(fù)位當(dāng)主持人按下I0.0按鈕后，選手才能正常搶答，否則視為違規(guī)搶答開(kāi)始程序如下圖4.2所示：圖4.2搶答開(kāi)始當(dāng)選手搶答成功后，主持人按下答題計(jì)時(shí)開(kāi)始按鈕I0.2后，答題計(jì)時(shí)開(kāi)始，程序如圖4.3所示：圖4.3答題計(jì)時(shí)開(kāi)始搶答完畢，當(dāng)主持人按下按

28、鈕I0.1，系統(tǒng)才能進(jìn)行下一輪的搶答，如圖4.4所示：圖4.4復(fù)位4.2.2 組別顯示每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù)碼管1就顯示該組的組號(hào)，如圖4.5所示：圖4.5組別顯示4.2.3 選手的搶答主持人發(fā)出搶答開(kāi)始指令后，選手開(kāi)始搶答，否則搶答無(wú)效視為違規(guī)搶答，四組選手的搶答程序如圖4.6所示：圖4.6 四組選手的搶答4.2.4 答題限時(shí)在搶答成功后，主持人按下答題計(jì)時(shí)開(kāi)始按鈕，同時(shí)數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間（該時(shí)間設(shè)定為50S）。如圖4.7所示：圖4.7倒計(jì)時(shí)程序4.2.5 音響電路每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o音響電路給出音響提示信

29、號(hào)（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不再響應(yīng)；若選手在未開(kāi)時(shí)搶答試題時(shí)搶答了，則視為違規(guī)，音響電路發(fā)出聲響警告；當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，若30S時(shí)限時(shí)到仍無(wú)人搶答，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)開(kāi)始按鈕，選手必須在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成答題，否則音響電路發(fā)出答題超時(shí)報(bào)警信號(hào)。如圖4.8所示：圖4.8音響電路4.2.6 指示燈電路每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，若有選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則綠色指示燈亮以指示其搶答成功；若選手在未開(kāi)時(shí)搶答試題時(shí)搶答了，則視為違規(guī)，同時(shí)紅燈亮以示其違規(guī)搶答；當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定30S），若30S

30、時(shí)限時(shí)到仍無(wú)人搶答，則黃燈亮，以示選手放棄該題。每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，若有選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則綠色指示燈亮以指示其搶答成功；當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定30S），若30S時(shí)限時(shí)到仍無(wú)人搶答，則黃燈亮，以示選手放棄該題。如圖4.9所示：圖4.9成功、無(wú)人搶答若選手在未開(kāi)時(shí)搶答試題時(shí)搶答了，則視為違規(guī)，同時(shí)紅燈亮以示其違規(guī)搶答。如圖4.10所示：圖4.10違規(guī)搶答第五章 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)懭隤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。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)中原先可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問(wèn)題