PLC四路搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告(共25頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄摘要 2第一部分 設(shè)計(jì)背景與選題 3第二部分 PLC編程與硬件接線 4 3.1 PLC產(chǎn)生與發(fā)展6 3.2 PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域63.3 PLC工作原理 83.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)93.5 PLC的編程語(yǔ)言11 3.6 PLC的分類(lèi)及性能指標(biāo) 124. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 144.1 控制系統(tǒng)選取 144.2 控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖 14 4.3 系統(tǒng)IO分配表 15 4.5 系統(tǒng)硬件連接圖 16第三部分 程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 175 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17 5.1 整體設(shè)計(jì) 17 5.2 編程軟件 18 5.3 指令表 22 5.4 軟件調(diào)試 24第四部分 分析與總結(jié) 24

2、參考文獻(xiàn) 25摘要近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展， PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛普及。對(duì)于搶答器其廣泛用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會(huì)組織、俱樂(lè)部及學(xué)校等單位組織舉辦各種知識(shí)、技術(shù)競(jìng)賽及文娛活動(dòng)時(shí)作搶答之用，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，并且給人的視覺(jué)效果非常好，是各單位開(kāi)展素質(zhì)教育、精神文明、娛樂(lè)活動(dòng)的必備產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)是利用PLC（Programmable Logic Controller）對(duì)PLC控制智力搶答器進(jìn)行控制。首先，選擇這個(gè)題目之后，我對(duì)本次

3、設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的思考。使自己對(duì)本次設(shè)計(jì)有一個(gè)大致的總體思路，然后仔細(xì)分析PLC控制的四路智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作過(guò)程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、報(bào)警、計(jì)時(shí)及輸出顯示功能等。關(guān)鍵詞：智力控制，四路搶答器， PLC一、 設(shè)計(jì)背景與選題1. 設(shè)計(jì)背景搶答器廣泛應(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。本文介紹一種搶答器，能使四個(gè)人同時(shí)參加搶答賽，四個(gè)參賽臺(tái)總體設(shè)計(jì)選用西門(mén)子S7-200PLC控制搶答操作方便，在很多的場(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)

4、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)含量大提升；更加方便可靠。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。此任務(wù)的搶答器可根據(jù)應(yīng)答者搶答情況自動(dòng)設(shè)定答題時(shí)間，并根據(jù)情況用燈光和聲音現(xiàn)實(shí)其回答正確和錯(cuò)誤。四路智力搶答器有四個(gè)搶答按鈕最先按下按鈕有效，在此之后按下按鈕無(wú)效，伴有燈光和聲音指示，并開(kāi)始計(jì)時(shí)答題時(shí)間。計(jì)時(shí)時(shí)間到聲音提示停止答題，同時(shí)有警報(bào)響起。主持人有開(kāi)始和停止按鈕，及系統(tǒng)自帶的復(fù)位按鈕。2. 設(shè)計(jì)目的 熟悉PLC主機(jī)結(jié)構(gòu)及編程環(huán)境； 進(jìn)一步熟悉編程器及STEP7的使用方法，掌握輸入

5、輸出、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、微分、保持繼電器等常用指令的功能和編程方法； 理解聯(lián)鎖、跳轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)位移、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算等指令的功能，掌握其使用方法； 通過(guò)基本訓(xùn)練，設(shè)計(jì)一個(gè)PLC控制搶答器裝置。按控制要求選擇PLC機(jī)型和外部設(shè)備，設(shè)計(jì)PLC外部電路的接線圖。編寫(xiě)控制程序，并學(xué)習(xí)上機(jī)調(diào)試程序的方法；第二部分 PLC編程與硬件接線2搶答器2.1四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。本文介紹一種數(shù)字式搶答器，能使八個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答,賽場(chǎng)中設(shè)有1個(gè)主持人參賽臺(tái)總體設(shè)計(jì)選用西門(mén)子PLC控制搶答操作方便，在很多的場(chǎng)所都可

6、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?？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，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)

7、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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專(zhuān)用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購(gòu)買(mǎi)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障元件，即使非專(zhuān)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

8、，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。2.2四路搶答器工作原理這次設(shè)計(jì)的PLC智能搶答器是適合四人搶答的四路搶答器。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

9、先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號(hào)，音響電路發(fā)出聲響提示信號(hào)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)音響電路發(fā)出聲響并且有音響警報(bào)。按下啟動(dòng)按鈕定時(shí)器T37計(jì)時(shí)（設(shè)定30秒）若30秒限制到時(shí)仍無(wú)人搶答音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。此設(shè)定為30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PLC程序來(lái)控制一個(gè)數(shù)碼管以及一個(gè)蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本次設(shè)計(jì)用到三個(gè)定時(shí)器，T37、T38和T39。在主持人按下啟動(dòng)按鈕后用定

10、時(shí)器T38定時(shí)5S，在5S內(nèi)按下?lián)尨鸢粹o是有效的，超出5S此題將作廢，主持人按下復(fù)位按鈕重新開(kāi)始下一題。T39用來(lái)延時(shí)1S，當(dāng)搶答有效時(shí)，蜂鳴器回響1S。3 PLC概述3.1 PLC產(chǎn)生與發(fā)展在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。1968年美國(guó)通用汽車(chē)公司（G.M）為了適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。

11、于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱(chēng)為可編程邏輯控制器（Programmable Logic controller）隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的

12、發(fā)展，20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20世紀(jì)80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。自從第一臺(tái)PLC出現(xiàn)以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等也相繼開(kāi)始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上

13、有200多家PLC廠商，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國(guó)、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，在世界市場(chǎng)上占用重要地位。著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的A-B (Allen-Bradley)公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱電機(jī)（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國(guó)的AEG公司、西門(mén)子（Siemens）公司，法國(guó)的TE（Telemecanique）公司等。   3.2 PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域 （一）

14、PLC的特點(diǎn)PLC技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。主要有以下特點(diǎn)： 1可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點(diǎn)之一。PLC的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)小時(shí) ，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施：（1）硬件方面  I/O通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響；對(duì)供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對(duì)CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些

15、模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。（2）軟件方面  PLC采用掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起故障；在PLC系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)由外界干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫(xiě)操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來(lái)的工作。 2編程簡(jiǎn)單、使用方便目前，大多數(shù)PLC采用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶(hù)的編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、靈活。同

16、時(shí)，PLC編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。這也是PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。許多PLC還針對(duì)具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)了各種專(zhuān)用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。 3功能完善、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、PID控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。同時(shí)，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用，可以組成滿(mǎn)足各種要求的控制系統(tǒng)。 4設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便 由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶(hù)程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短

17、了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。在維修方面，由于PLC的故障率極低，維修工作量很小；而且PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。 5體積小、重量輕、能耗低由于PLC采用了集成電路，其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。  （二）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車(chē)、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類(lèi)型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面：1.開(kāi)關(guān)量邏輯控制利用PLC最基本的邏輯運(yùn)算

18、、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2.運(yùn)動(dòng)控制大多數(shù)PLC都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備，如對(duì)各種機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。3.過(guò)程控制大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出。所以PLC可實(shí)現(xiàn)模擬量控制，而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過(guò)程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、

19、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。 4.數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時(shí)可通過(guò)通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進(jìn)行處理。5.通信聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC與PLC、PLC與上位計(jì)算機(jī)、PLC與其它智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過(guò)通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，滿(mǎn)足工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。3.3 PLC工作原理  當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)執(zhí)行反映控

20、制要求的用戶(hù)程序來(lái)完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于CPU的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來(lái)看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行）完成的。這種串行工作過(guò)程稱(chēng)為PLC的掃描工作方式。 掃描工作原理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。2、掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶(hù)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)

21、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(hù)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(hù)程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入輸出映象寄存器。3.4 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC是微機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心的用于控制的特殊計(jì)算機(jī)，因此PLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類(lèi)似。 一、PLC的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電

22、源等部分組成。其中，CPU是PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。對(duì)于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖2-5所示；對(duì)于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過(guò)總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣希浣M成框圖如圖2-6所示。無(wú)論是哪種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的PLC，都可根據(jù)用戶(hù)需要進(jìn)行配置與組合。圖2-5  整體式PLC組成框圖圖2-6  模塊式PLC組成框圖盡管整體式與模塊式PLC的結(jié)構(gòu)不太一樣，但各部分的功能作用是相同的，下面PLC主要組成部分：1、 中央處理單元（CPU）2、 存

23、儲(chǔ)器（Memory）3、 基本I/O接口電路4、 通信接口5、 智能接口模塊6、 編程裝置7、 電源二、PLC的軟件組成PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶(hù)程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫(xiě)的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶(hù)不能直接讀寫(xiě)與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。PLC的用戶(hù)程序是用戶(hù)利用PLC的編程語(yǔ)言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)用戶(hù)程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿(mǎn)足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語(yǔ)言采

24、用比計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的專(zhuān)用語(yǔ)言。PLC編程語(yǔ)言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語(yǔ)言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類(lèi)型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語(yǔ)言，如語(yǔ)句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語(yǔ)言，如梯形圖等。3.5 PLC的編程語(yǔ)言1梯形圖語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語(yǔ)言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語(yǔ)言，是PLC的第一編程語(yǔ)言

25、。如圖2-9所示是傳統(tǒng)的電器控制線路圖和PLC梯形圖。圖2-9 電器控制線路圖與梯形圖a）電器控制線路圖      b）PLC梯形圖從圖中可看出，兩種圖基本表示思想是一致的，具體表達(dá)方式有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器，定時(shí)計(jì)數(shù)器等，都是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原電器控制線路硬接線無(wú)法比擬的。 2語(yǔ)句表語(yǔ)言這種編程語(yǔ)言是一種與匯編語(yǔ)言類(lèi)似的助記符編程表達(dá)方式。在PLC應(yīng)用中，經(jīng)常采用簡(jiǎn)易編程器，而這種編程器中沒(méi)有CRT屏幕顯示，或沒(méi)有較大的液晶屏幕顯示。因此，就用一系列PLC操作命令組成的語(yǔ)句表將梯形圖描述出來(lái)，再通過(guò)

26、簡(jiǎn)易編程器輸入到PLC中。雖然各個(gè)PLC生產(chǎn)廠家的語(yǔ)句表形式不盡相同，但基本功能相差無(wú)幾。 3功能表圖語(yǔ)言功能表圖語(yǔ)言（SFC語(yǔ)言）是一種較新的編程方法，又稱(chēng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語(yǔ)言。它將一個(gè)完整的控制過(guò)程分為若干階段，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿(mǎn)足就實(shí)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動(dòng)作結(jié)束，下一階段動(dòng)作開(kāi)始。是用功能表圖的方式來(lái)表達(dá)一個(gè)控制過(guò)程，對(duì)于順序控制系統(tǒng)特別適用。4高級(jí)語(yǔ)言隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，為了增強(qiáng)PLC的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語(yǔ)言無(wú)法很好地滿(mǎn)足要求。近年來(lái)推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級(jí)語(yǔ)言，如BASIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言等

27、進(jìn)行編程。采用高級(jí)語(yǔ)言后，用戶(hù)可以像使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作PLC，使PLC的各種功能得到更好的發(fā)揮。3.6 PLC的分類(lèi)及性能指標(biāo)3.6.1按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類(lèi)1、小型機(jī)（I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)）典型的小型機(jī)有SIEMENS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和OMRON公司的CVM1和CS1系列。3.6.2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(lèi)。1、整

28、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。3.6.3 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(zhuān)指用戶(hù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶(hù)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吻合程度?？删幊炭刂破鞑捎醚h(huán)掃

29、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(lèi)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。4. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 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)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

30、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

31、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(mǎn)足立體車(chē)庫(kù)高性能的使用要求，所以我確定該車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)為PLC(西門(mén)子S7-200系列)。4.2 控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖4.3 系統(tǒng)IO分配表?yè)尨鹌鞯腜LC控制系統(tǒng)的輸出端口如表4.1所示：表4.1輸入端口輸出端口其他器件搶答器1I0.0指示燈1Q1.0定時(shí)器1T37搶答器2I0.1指示燈2

32、Q1.1定時(shí)器2T38搶答器3I0.2指示燈3Q1.2定時(shí)器2T39搶答器4I0.3指示燈4Q1.3啟動(dòng)I1.1數(shù)碼顯示1Q1.4停止I1.2數(shù)碼顯示2Q1.5數(shù)碼顯示4Q1.6警報(bào)Q0.0彩球Q0.14.4 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)6個(gè)，輸出點(diǎn)總計(jì)9個(gè)點(diǎn)。綜合考慮到系統(tǒng)的性?xún)r(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所示。第三部分 程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5.1 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

33、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(mǎn)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。 5.2 編程軟件為了編程結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、明了在主程

34、序中引用了中間繼電器M10.1、M10.2、M10.3、M11.0、M11.1、M11.2。避免了程序運(yùn)行中的雙線圈輸出。網(wǎng)絡(luò)1是程序的啟-保-停電路網(wǎng)絡(luò)2、3、4、5實(shí)現(xiàn)四個(gè)搶答功能，自鎖及互鎖。網(wǎng)絡(luò)6、7用來(lái)定時(shí)。分別是30S和5S。網(wǎng)絡(luò)8-在主持人發(fā)出開(kāi)始信號(hào)前，若有人按下?lián)尨鸢粹o則報(bào)警。網(wǎng)絡(luò)9-實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，搶答成功發(fā)出警報(bào)延時(shí)1S網(wǎng)絡(luò)10-30S內(nèi)無(wú)人作答此題作廢發(fā)出警報(bào)，同時(shí)彩燈點(diǎn)亮。最后一部分網(wǎng)絡(luò)：數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)搶答器的序號(hào)。5.3 軟件指令表 5.4 軟件調(diào)試將設(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(hù)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。完成上述的工作后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作。首先將PLC安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)