基于PLC的六路搶答器系統(tǒng)設(shè)計

1、-. z電氣及自動化課程設(shè)計報告題目：基于PLC的六路搶答器系統(tǒng)設(shè)計課程： PLC原理與應(yīng)用學(xué)生：學(xué)生*：年級： 14級專業(yè)：自動化班級： 2班指導(dǎo)教師：機(jī)械與電氣工程學(xué)院制2017年6月目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc4848911531 課程設(shè)計的任務(wù)和要求 PAGEREF _Toc484891153 h 1HYPERLINK l _Toc4848911541.1 課程設(shè)計的任務(wù) PAGEREF _Toc484891154 h 1HYPERLINK l _Toc4848911551.2 課程設(shè)計的要求 PAGEREF _Toc484891155 h 1

2、HYPERLINK l _Toc4848911562. PLC控制器的原理與組成 PAGEREF _Toc484891156 h 1HYPERLINK l _Toc4848911572.1 PLC硬件系統(tǒng) PAGEREF _Toc484891157 h 1HYPERLINK l _Toc4848911582.2 PLC工作原理 PAGEREF _Toc484891158 h 3HYPERLINK l _Toc4848911592.3 六人搶答器根本組成 PAGEREF _Toc484891159 h 4HYPERLINK l _Toc4848911602.4 六人搶答器工作原理 PAGEREF

3、 _Toc484891160 h 4HYPERLINK l _Toc4848911613 六人搶答器系統(tǒng)設(shè)計方案制定 PAGEREF _Toc484891161 h 4HYPERLINK l _Toc4848911623.1 PLC選型 PAGEREF _Toc484891162 h 4HYPERLINK l _Toc4848911633.2 六人搶答器系統(tǒng)的I/O口分配 PAGEREF _Toc484891163 h 4HYPERLINK l _Toc4848911644 六人搶答器系統(tǒng)的軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc484891164 h 4HYPERLINK l _Toc484891

4、1654.1 PLC編程語言 PAGEREF _Toc484891165 h 4HYPERLINK l _Toc4848911664.2 搶答器系統(tǒng)程序 PAGEREF _Toc484891166 h 4HYPERLINK l _Toc4848911674.2.1 主持人控制端 PAGEREF _Toc484891167 h 4HYPERLINK l _Toc484891168搶答成功與搶答犯規(guī)指示燈顯示 PAGEREF _Toc484891168 h 4HYPERLINK l _Toc484891169七段數(shù)碼管顯示 PAGEREF _Toc484891169 h 4HYPERLINK l

5、_Toc4848911704.2.4 蜂鳴器電路 PAGEREF _Toc484891170 h 4HYPERLINK l _Toc4848911715 六人搶答器系統(tǒng)程序仿真 PAGEREF _Toc484891171 h 4HYPERLINK l _Toc4848911725.1 搶答成功仿真 PAGEREF _Toc484891172 h 4HYPERLINK l _Toc4848911735.2 搶答犯規(guī)及搶答超時仿真 PAGEREF _Toc484891173 h 4HYPERLINK l _Toc4848911745.3 加減分及數(shù)碼管顯示 PAGEREF _Toc48489117

6、4 h 4HYPERLINK l _Toc4848911755.4 搶答超時 PAGEREF _Toc484891175 h 4HYPERLINK l _Toc4848911766 總結(jié)及心得體會 PAGEREF _Toc484891176 h 4HYPERLINK l _Toc484891177參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc484891177 h 4-. z基于PLC的六路搶答器系統(tǒng)設(shè)計機(jī)械與電氣工程學(xué)院自動化專業(yè)1 課程設(shè)計的任務(wù)和要求1.1 課程設(shè)計的任務(wù)使用西門子S7-200PLC編寫程序?qū)崿F(xiàn)六路搶答器的系統(tǒng)設(shè)計并使用仿真軟件進(jìn)展其功能的實(shí)現(xiàn)。1.2 課程設(shè)計的要求1主持人控制功能

7、，具有開場搶答按鈕和復(fù)位按鈕；2主持人未按下開場搶答按鈕時搶答為違規(guī)搶答，違規(guī)指示燈亮，蜂鳴器響；3搶答延時，超過20S無人搶答時此題作廢，蜂鳴器長鳴；4搶答成功后，搶答成功指示燈亮，數(shù)碼管顯示搶答成功的隊伍編號；5在搶答成功后，主持人根據(jù)答復(fù)的正確與否可以對該隊伍進(jìn)展加減分控制；6每次正確搶答時，只有第一位按下?lián)尨鸢粹o的隊伍為有效搶答。2. PLC控制器的原理與組成2.1 PLC硬件系統(tǒng)可編程控制器，英文稱ProgrammableLogicController，簡稱PLC。PLC是基于電子計算機(jī)，且適用于工業(yè)現(xiàn)場工作的電控制器。它源于繼電控制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實(shí)現(xiàn)

8、控制，而主要靠運(yùn)行存儲于PLC存中的程序，進(jìn)展入出信息變換實(shí)現(xiàn)控制。PLC基于電子計算機(jī)，但并不等同于普通計算機(jī)。普遍計算機(jī)進(jìn)展入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就可以了。而PLC則還要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題1。PLC的硬件系統(tǒng)主要由主機(jī)、輸入/輸出擴(kuò)展單元、外部設(shè)備組成，各局部之間通過總線連接。其中主機(jī)主要由中央處理單元CPU、存儲器、輸入/輸出電路、外部設(shè)備接口、電源幾大局部組成2。PLC是一種由事先存貯的程序來確定控制功能的工控類計算機(jī)且實(shí)質(zhì)和微機(jī)的構(gòu)造一樣。圖1 PLC硬件構(gòu)造1

9、中央處理單元(CPU)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鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O 以及戒備定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當(dāng)PLC 投入運(yùn)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(shù)據(jù)，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(jīng)過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/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)存放器。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)或輸出存放器的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停頓運(yùn)行。2存儲器Memory可編程控制器的控制

10、中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承當(dāng)著將外部輸入的信號的狀態(tài)寫入映像存放器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像存放器區(qū)域。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計算機(jī)等。小型PLC的CPU多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫腃PU。大型PLC的CPU多用位片式構(gòu)造，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。3根本I/O接口電路a、輸入接口單元。PLC部輸入電路作用是將PLC外部電路如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至PLC部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，輸入響應(yīng)時間一般在0.115ms之間。多數(shù)PLC的輸入接口單元都一樣，通常有兩種類型。一種是直流輸入，

11、一種是交流輸入。b、輸出接口單元。PLC輸出電路用來將CPU運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動被控負(fù)載電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等。PLC輸出電路構(gòu)造形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。4接口電路a、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，可以用來擴(kuò)大開關(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)被控制對象對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)。b、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

12、PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口和電纜與計算機(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部配有一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC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)構(gòu)造時，為外部輸入元件提供24V直流電源僅供輸入點(diǎn)使用3。2.2 PLC工作原理PLC是采用順序掃描，不斷循環(huán)的方式進(jìn)展工作的。即在PLC運(yùn)行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號或地址號作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開場逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序完畢。然后重新返回第一條指令，開場下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要

13、完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作4。PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)存放器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段5。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)存放器中，輸出狀態(tài)存放器中所有的容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)存放器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式繼電器、晶體管或晶閘管輸出，驅(qū)

14、動相應(yīng)輸出設(shè)備工作6。圖2 PLC工作原理2.3 六人搶答器根本組成六人搶答器系統(tǒng)主要由主持人輸入信號、選手輸入信號、信號燈輸出信號、蜂鳴器輸出信號、數(shù)碼管輸出信號幾局部構(gòu)成。首先PLC通過對兩個輸入信號的采取進(jìn)展數(shù)字量的輸入，通過PLC的用戶程序進(jìn)展判斷將信號輸出至相應(yīng)位置。圖3 六人搶答器根本構(gòu)造2.4 六人搶答器工作原理六人搶答器系統(tǒng)上電完畢后，先驗(yàn)證是否有開場搶答信號，如果在沒有的情況下有隊伍進(jìn)展搶答則進(jìn)入違規(guī)搶答流程，在有開場搶答信號的情況下，進(jìn)入正常搶答流程，搶答成功后，數(shù)碼管顯示搶答成功的隊伍編號，搶答倒計時停頓計時，然后主持人根據(jù)搶答成功隊伍答題的正確與否進(jìn)展加減分，同時將分?jǐn)?shù)

15、顯示在數(shù)碼管上，全部完成后，主持人按下復(fù)位按鈕，將搶答器系統(tǒng)復(fù)位至最開場狀態(tài)，等待下次搶答。圖4 搶答器系統(tǒng)流程圖3 六人搶答器系統(tǒng)設(shè)計方案制定3.1 PLC選型六人搶答器對時間間隔的要求很高，同時需要有經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確性高的要求，西門子S7-200PLC是個不錯的選擇，其可可靠性高，體積小，通用性好，使用方便，技術(shù)成熟，價格適宜，是個不二選擇。最后根據(jù)本文設(shè)計的六人搶答器的輸入輸出接口數(shù)量比照表1的西門子S7-200的規(guī)格最終選擇西門子S7-200CPU226和EM223擴(kuò)展模塊。表1 S7-200系列選型表3.2 六人搶答器系統(tǒng)的I/O口分配六人搶答器的輸入端口如表2所示：表2 輸入

16、端口搶答器一按鈕I0.1搶答器六按鈕I0.6搶答器二按鈕I0.2開場搶答按鈕I0.0搶答器三按鈕I0.3復(fù)位按鈕I0.7搶答器四按鈕I0.4加分按鈕I1.0搶答器五按鈕I0.5減分按鈕I1.1六人搶答器的輸出端口如表3所示：表3 輸出端口搶答器一指燈Q0.1搶答犯規(guī)指示燈1Q1.1搶答器二指燈Q0.2搶答犯規(guī)指示燈2Q1.2搶答器三指燈Q0.3搶答犯規(guī)指示燈3Q1.3搶答器四指燈Q0.4搶答犯規(guī)指示燈4Q1.4搶答器五指燈Q0.5搶答犯規(guī)指示燈5Q1.5搶答器六指燈Q0.6搶答犯規(guī)指示燈6Q1.6蜂鳴器Q0.72路分?jǐn)?shù)數(shù)碼管QB6搶答成功隊編號QB23路分?jǐn)?shù)數(shù)碼管QB7倒計時個位數(shù)碼管QB34

17、路分?jǐn)?shù)數(shù)碼管QB8倒計時十位數(shù)碼管QB45路分?jǐn)?shù)數(shù)碼管QB91路分?jǐn)?shù)數(shù)碼管QB56路分?jǐn)?shù)數(shù)碼管QB104 六人搶答器系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 PLC編程語言梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡送和應(yīng)用。所以本文將采用梯形圖語言進(jìn)展程序的編寫。4.2 搶答器系統(tǒng)程序4.2.1 主持人控制端主持人進(jìn)展搶答開場，搶答復(fù)位，搶答定時以及加減分的控制，程序如下：1當(dāng)主持人按下開場搶答按鈕后，開場搶答信號M0.1置1，按下復(fù)位按鈕后，開場搶答信號M0.1置0.置1狀態(tài)下M0.1接通。圖5 開場

18、搶答與復(fù)位2按下開場搶答按鈕后，搶答定時20S開場倒計時，搶答成功后倒計時停頓并保持。圖6 搶答倒計時3在隊伍搶答完成后，主持人根據(jù)答案正確與否按動加分減分按鈕進(jìn)展分?jǐn)?shù)控制。圖7 分?jǐn)?shù)控制搶答成功與搶答犯規(guī)指示燈顯示1在開場搶答信號接通的前提下，每個隊伍的搶答按鈕與另外五隊的按鈕進(jìn)展互鎖，將搶答成功指示燈進(jìn)展自鎖保持，并入搶答倒計時的常閉信號，哪個隊伍的搶答按鈕先按下，哪個隊伍的搶答成功指示燈就會亮，并隨著主持人的復(fù)位按鈕進(jìn)展關(guān)閉。圖8 搶答成功指示燈顯示2開場搶答信號沒有接通的情況下，即主持人未按下開場搶答按鈕，有隊伍按下?lián)尨鸢粹o，搶答犯規(guī)指示燈會進(jìn)展顯示并自鎖保持。圖9 搶答犯規(guī)指示燈顯示

19、七段數(shù)碼管顯示1搶答成功隊伍編號顯示搶答成功后，程序會將搶答成功的那個隊伍的編號值傳送給VB1，然后將VB1中的值轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管的值進(jìn)展顯示，無搶答成功信號時，數(shù)碼管顯示為0.圖10 賦值程序圖11 轉(zhuǎn)換數(shù)值并使數(shù)碼管顯示程序220S倒計時數(shù)碼管顯示主持人按下開場搶答按鈕后，減計數(shù)計數(shù)器開場計數(shù)，每1S減1，然后將減計數(shù)計數(shù)器C20的當(dāng)前值進(jìn)展除法運(yùn)算儲存于VD100中，個位為余數(shù)儲存于VB101中，十位數(shù)為商儲存于VB103中，并利用轉(zhuǎn)換指令SEG，將兩個值轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管顯示值。圖12 搶答倒計時圖13搶答倒計時轉(zhuǎn)換3各隊伍分?jǐn)?shù)數(shù)碼管顯示利用加減計數(shù)器對每個隊伍進(jìn)展計分，同時將加減計數(shù)器當(dāng)前

20、值轉(zhuǎn)換給數(shù)碼管進(jìn)展顯示。圖14 分?jǐn)?shù)控制圖15 分?jǐn)?shù)傳送顯示4.2.4 蜂鳴器電路主持人按下開場搶答按鈕時，蜂鳴器響1S進(jìn)展提醒，搶答犯規(guī)時，蜂鳴器常響，直至主持人按下復(fù)位按鈕完畢，當(dāng)答題倒計時為0時，蜂鳴器也常響，直至復(fù)位按鈕按下。圖16 蜂鳴器電路5 六人搶答器系統(tǒng)程序仿真5.1 搶答成功仿真主持人按下開場搶答按鈕后，第一個隊伍先按下?lián)尨鸢粹o，隊伍1搶答成功指示燈亮，搶答成功數(shù)碼管顯示1.圖17 搶答成功指示燈顯示仿真圖18 指示燈及數(shù)碼管顯示仿真5.2 搶答犯規(guī)及搶答超時仿真在主持人未按下開場按鈕I0.0的情況下，隊伍1按下了搶答案按鈕I0.1，所以隊伍一搶答違規(guī)指示燈Q1.1亮，如圖19；蜂鳴器Q0.7接通，如圖20.圖19 搶答違規(guī)指示燈仿真圖20 搶答違規(guī)蜂鳴器報警仿真5.3 加減分及數(shù)碼管顯示在隊伍1搶答成功的情況下隊伍1搶答成功指示燈Q0.1接通，主持人按下加分按鈕I1.0,隊伍一的分?jǐn)?shù)加減計數(shù)器加1如圖21所示，然后經(jīng)過傳送指令將加減計數(shù)器的值傳送給VW