四路搶答器的PLC控制畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書

1、四路搶答器的PLC控制畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書    設(shè)計題目：四路搶答器的PLC控制設(shè)計要求競賽者若要回答主持人所提問題時，必須先按下桌上的搶答按鈕（SB1SB4）。綠色指示燈亮后，須等主持人按下復(fù)位按鈕SB5后，指示燈才熄滅；如果競賽者在主持人打開 SA1開關(guān)10s內(nèi)搶先按下按鈕，電磁線圈將使彩球搖動，以示競賽者得到一次幸運的機(jī)會；如果在主持人打開SA1 開關(guān)10s內(nèi)無人搶答，則必須有聲音警示，同時紅色指示燈亮，以示競賽者放棄該題；在競賽者搶答成功后應(yīng)限定一定的時間回答問題，根據(jù)題目難易可設(shè)定時間（如2 min）；當(dāng)主持人打開SA2開關(guān)后計時開始，如果競賽者在

2、回答問題時超出設(shè)定時限，則紅色指示燈亮并伴有聲音提示，競賽者停止回答問題。設(shè)計任務(wù)畫出該搶答系統(tǒng)示意圖（A2） .畫出PLC的I/O接線圖（A2）畫出梯形圖（A2）說明工作原理。編寫30000字左右的設(shè)計說明書。參考資料黃凈主編，電器及PLC控制技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2002.廖常初主編，F(xiàn)X系列PLC編程及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.揚長能、林小峰主編，可編程序控制器例題習(xí)題及實驗指導(dǎo)，重慶大學(xué)出版社，2001.前言    在電氣控制系統(tǒng)中，控制裝置主要有兩類：一類是傳統(tǒng)的由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)；另一類是以微處理器為基礎(chǔ)的可編程控制器。但由于可編程控制器具有

3、可靠性高、通用性強(qiáng)、程序設(shè)計簡單及便于安裝調(diào)試等優(yōu)點。它在工業(yè)中的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。     可編程控制器的機(jī)型較多，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理相同，基本指令、控制功能和編程方法類似。本設(shè)計書以PLC控制的四路搶答器為例，主要介紹了可編程控制器的基礎(chǔ)知識、基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計、控制系統(tǒng)等知識。本設(shè)計書結(jié)合了大量的圖形，使設(shè)計一目了然。最后給出了主要的流程圖、梯形圖、詳細(xì)注釋及助記符語言等。 本設(shè)計書參考了眾多可編程序控制器教學(xué)用書，結(jié)合自己所掌握的知識，并在韓金玲教師的認(rèn)真幫助下完成。在此真誠的衷心的感謝韓金玲教師的幫助。

4、0;由于本人水平有限，錯誤和不妥之處再所難免，敬請各位老師批評指正。                                             &

5、#160;                編者                                 

6、0;                    2008.目錄 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書.（1） 一、前言.（2） 二、可編程控制器的特點及基本.（3） 1、 PLC的特點.（2） 2、PLC的基本結(jié)構(gòu). （5 3、PLC的基本功能.（） PLC的特點 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(shù)、計算機(jī)技術(shù)

7、和通訊技術(shù)融為一體，具有通用性強(qiáng)、控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便、使用方便、適應(yīng)面廣、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點。易于擴(kuò)展等優(yōu)點而應(yīng)用越來越廣泛。為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機(jī)有以下特點：1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)    工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性要求： 平均故障間隔時間長 故障修復(fù)時間（平均修復(fù)時間）短任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：     偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦

8、環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對PLC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲的信息可能被破壞。     永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。 為了滿足PLC“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用設(shè)計”的要求，PLC采用了如下硬件和軟件措施：  ·硬件措施： 主要模塊均采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，大量開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)和信號調(diào)理電路。     屏蔽對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以

9、防外界干擾。     濾波對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。     電源調(diào)整與保護(hù)對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。     隔離在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。   

10、0; 采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。·軟件措施：  有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。 故障檢測軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號等。以便及時進(jìn)行處理。 信息保護(hù)與恢復(fù)當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不破壞PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以，PLC在檢測到故障條件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進(jìn)行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。 設(shè)置警戒時鐘WDT（看門

11、狗）如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報警。 加強(qiáng)對程序的檢查和校驗一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。 對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會丟失。    PLC的出廠試驗項目中，有一項就是抗干擾試驗。它要求能承受幅值為1000V，上升時間1nS，脈沖寬度為1S的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時間可達(dá)幾十萬上千萬小時；制成系統(tǒng)亦可達(dá)45萬小時甚至更長時間。2 .通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便 PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶

12、不必自己再設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動化中也被大量采用。3.功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣 現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。4.編程簡單，容易掌握 目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水

13、平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。 PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。5.減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量 由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控

14、制柜的設(shè)計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6.體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便 PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的F1-40M型PLC為例：其外型尺寸僅為305×110×110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在三菱公司又有FX系列PL

15、C，與其超小型品種F1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24128點。PLC的基本結(jié)構(gòu) 一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下：   接受    

16、0;                                      驅(qū)動   現(xiàn)場信號         &#

17、160;                               受控元件一、CPU的構(gòu)成  PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定

18、的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路，  與通用計算機(jī)一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。    CPU的運算器用于進(jìn)行數(shù)字或

19、邏輯運算，在控制器指揮下工作。    CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。 CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一般講，CPU模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外

20、設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。CPU模塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對PLC作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。二、I/O模塊： PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。三、電源模塊：    有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。四、底板或機(jī)架：    大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。五、PLC 的外部設(shè)備    外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，