基于PLC的搶答器設(shè)計(jì)

1、-. z.編號(hào)2016180351研究類型應(yīng)用研究TP29學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計(jì)Bachelors Thesis論文題目基于PLC的八人搶答器設(shè)計(jì)作者*所在院系學(xué)科專業(yè)名稱導(dǎo)師及職稱論文辯論時(shí)間學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計(jì)誠(chéng)信承諾書中文題目：基于PLC的八人搶答器設(shè)計(jì)外文題目：The Design of Responder for Eight Persons Based on PLC學(xué)生*學(xué)生*院系專業(yè)學(xué)生班級(jí)學(xué)生承諾我承諾在學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計(jì)活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，遵守學(xué)術(shù)規(guī)*，本人學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計(jì)內(nèi)容除特別注明和引用外，均為本人觀點(diǎn)，不存在剽竊、抄襲他人學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況。如有違規(guī)行為，我愿承

2、當(dāng)一切責(zé)任，承受學(xué)校的處理。學(xué)生簽名：年月日指導(dǎo)教師承諾我承諾在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計(jì)活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，遵守學(xué)術(shù)道德規(guī)*，經(jīng)過(guò)本人核查，該生學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計(jì)內(nèi)容除特別注明和引用外，均為該生本人觀點(diǎn)，不存在剽竊、抄襲他人學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。指導(dǎo)教師簽名：年月日目錄TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc314751緒論 PAGEREF _Toc31475 3HYPERLINK l _Toc148891.1 選題背景 PAGEREF _Toc14889 3HYPERLINK l _Toc238131.2 選題意義 PAGEREF _Toc23813 3H

3、YPERLINK l _Toc18291.3搶答器在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc1829 3HYPERLINK l _Toc297272 設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc29727 3HYPERLINK l _Toc165952.1 PLC簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc16595 3HYPERLINK l _Toc242532.2 組態(tài)王簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc24253 3HYPERLINK l _Toc317702.3 PLC八人搶答器 PAGEREF _Toc31770 3HYPERLINK l _Toc299873 系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc29987 3H

4、YPERLINK l _Toc131473.1 硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc13147 3HYPERLINK l _Toc262843.2 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc26284 3HYPERLINK l _Toc12743.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 PAGEREF _Toc1274 3HYPERLINK l _Toc150404 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc15040 3HYPERLINK l _Toc314984.1 總結(jié) PAGEREF _Toc31498 3HYPERLINK l _Toc67284.2 展望22HYPERLINK l _Toc198215 參考文獻(xiàn) PA

5、GEREF _Toc19821 3基于PLC的八人搶答器設(shè)計(jì)楊波指導(dǎo)教師楊錦園副教授*師*大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院中國(guó) 435002摘要:隨著國(guó)家的開(kāi)展和文化的不斷進(jìn)步，隨處可見(jiàn)的社會(huì)活動(dòng)，校園中的各類競(jìng)賽以及電視節(jié)目中的智力節(jié)目經(jīng)常會(huì)有搶答環(huán)節(jié)，如果靠人眼來(lái)進(jìn)展搶答的判斷，會(huì)有較大的誤差，無(wú)法做出公平公正的判斷。這時(shí)就會(huì)需要搶答器，它可以代替人眼經(jīng)行判斷。最初的搶答器大多是由模擬電路，數(shù)字電路和混合電路組合構(gòu)成。本課程設(shè)計(jì)是基于PLC八人八位搶答器，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，定時(shí)準(zhǔn)確，可方便地設(shè)置定時(shí)時(shí)間，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活。關(guān)鍵字：PLC；搶答器；系統(tǒng)；控制中圖：

6、TP29The Design of Responder for Eight PersonsBased on PLC Yang Bo (Tutor:Yang Jinyuan )(College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei Normal University, Huangshi, China, 435002)Abstract：With the development of country and the progressing of social,there are many social activities,the petiti

7、ons of school and intelligence program on TV which often need the answer link.If we only use our eyes to judge the result of answer link ,there will be many errors,and this will make the host hard to take a judge which is fair and open.For this time,the responder is needed,it can judge the result re

8、placing of the eyes.The traditional responder is posed of analog circuit,digital circuit and hybrid circuit. Operation is relatively slow, and the line is ple*. The curriculum is designed based on PLC eight responder, the structure is simple, strong anti-interference ability, stable and reliable ope

9、ration, accurate timing, timing can be set conveniently, easy programming, function is easy to e*tend, modify fle*ible. Keywords：PLC;Responder;System;Control-. z.基于PLC的八人搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)楊波指導(dǎo)教師楊錦園副教授*師*大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院中國(guó) 4350021緒論1.1 選題背景隨著微處理器、計(jì)算機(jī)的飛速開(kāi)展。計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)占領(lǐng)了市場(chǎng)的各個(gè)領(lǐng)域。人們生活節(jié)奏的快速化推動(dòng)著市場(chǎng)的開(kāi)展。產(chǎn)品的反映速度與準(zhǔn)確性決定了產(chǎn)品的銷量，也使得計(jì)

10、算機(jī)市場(chǎng)朝著這個(gè)方向開(kāi)展。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的開(kāi)展，大到國(guó)家活動(dòng)，社會(huì)活動(dòng)，小到學(xué)校組織競(jìng)賽都需求一個(gè)公平公正的裁判，因此出現(xiàn)了搶答器。而原始搶答器由很多電路組成，線路復(fù)雜，且大局部工作由人為判斷，在搶答間隔時(shí)間較小時(shí)，肉眼或耳朵無(wú)法識(shí)別先后，這時(shí)候很容易造成誤判，從而影響比賽的公正性。且當(dāng)人數(shù)過(guò)多時(shí)，所要求的線路更加復(fù)雜，并且更加難以判斷。1.2 選題意義應(yīng)變市場(chǎng)的需求，以單片機(jī)、CPLD、FPGA、PLC等技術(shù)投入了搶答器的市場(chǎng)1，但是以單片機(jī)技術(shù)支持的搶答器通過(guò)5V電源供電，遠(yuǎn)程傳輸信號(hào)時(shí)信號(hào)會(huì)被大大削弱，從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性不高，而PLC技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器通過(guò)24V電源供電，可就克制了

11、信號(hào)衰減的問(wèn)題。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了以PLC技術(shù)為核心的新型搶答器，在原始搶答器的根底上，添加了許多使用功能，如計(jì)時(shí)功能功能，報(bào)警功能，限時(shí)功能等，并且簡(jiǎn)化了電路。1.3 搶答器在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展現(xiàn)狀國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀：搶答器是一種廣泛應(yīng)用于企事業(yè)單位和商業(yè)部門 ,為各種知識(shí)竟賽、文娛活動(dòng)提供公正客觀快速裁決的一種常用電子設(shè)備 ,也是一種逐漸成型的電子產(chǎn)品2。目前市場(chǎng)上已有各種各樣的智力競(jìng)賽搶答器,但絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的,以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品。這局部搶答器已相當(dāng)成熟,但功能越多的電路相對(duì)來(lái)說(shuō)就越復(fù)雜,且本錢偏高,故障高,顯示方式簡(jiǎn)單 (有的甚至沒(méi)有顯示電路) ,無(wú)法判斷提前搶按

12、按鈕的行為,不便于電路升級(jí)換代。因此，提高搶答器的性能 ,使其具有更強(qiáng)的功能，使用可靠方便已為搶答器開(kāi)展的一個(gè)方向。隨著集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展 ,單片機(jī)作為其一個(gè)分支亦于 20世紀(jì) 80年代以來(lái)獲得了飛速開(kāi)展 ,各種新品不斷涌現(xiàn) ,使單片機(jī)的應(yīng)用更加深入 ,靈活性也大大增強(qiáng)。介紹一種以 PLC為核心的八路搶答器系統(tǒng) ,它充分利用了PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ,具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)3。2 設(shè)計(jì)方案2.1 PLC簡(jiǎn)介2.1.1 PLC控制器PLC控制器，及Programmable Logic Controller的簡(jiǎn)稱，中文為可編程邏輯控制器，是一種具有微處理器的電子設(shè)備，多

13、用于自動(dòng)化控制，可以將控制指令的程序轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，通過(guò)外部繼電器進(jìn)展控制電路的開(kāi)關(guān)，可編程邏輯控制器由內(nèi)部CPU，內(nèi)存，電源模組，輸入輸出單元，數(shù)字模擬單元等組成4。在PLC控制器出現(xiàn)之前，自動(dòng)化系統(tǒng)一般由許多繼電器與計(jì)數(shù)器的模擬電路進(jìn)展連接從而實(shí)現(xiàn)功能，電路復(fù)雜，原件多本錢高，且可靠性不高。而PLC控制器，通過(guò)簡(jiǎn)單的編程再由可編程邏輯模塊進(jìn)展處理轉(zhuǎn)換從而代替大型設(shè)備，且系統(tǒng)可靠性較高5。2.1.2 根本構(gòu)造中央處理單元：中央處理單元一般運(yùn)算器、控制器和存放器組成這些電路都集中在一個(gè)芯片內(nèi)；與計(jì)算機(jī)一樣，CPU為PLC的核心，它通過(guò)執(zhí)行儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的程序并通過(guò)掃描的方式執(zhí)行程序；CPU的主

14、要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與儲(chǔ)存，并掃描外部I/O口輸入輸出狀態(tài)并根據(jù)程序做出響應(yīng)的反響，從而到達(dá)所需控制。PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器讀取程序，通過(guò)掃描I/O口輸入端口的電平信號(hào)結(jié)合所寫程序通過(guò)CPU的處理，在對(duì)應(yīng)I/O口的輸出端口輸出對(duì)應(yīng)電平信號(hào)6。存儲(chǔ)器：PLC存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)儲(chǔ)存器和用戶存儲(chǔ)器兩局部。系統(tǒng)存儲(chǔ)器中寫死了一些程序，這些程序使PLC具有根本的功能，使得PLC能夠完成設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。用戶存儲(chǔ)器分為用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存放PLC設(shè)計(jì)者針對(duì)*一具體任務(wù)所編寫的程序。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存放I/O口的開(kāi)關(guān)狀態(tài)或數(shù)值7。輸入/輸出端口：PLC的

15、輸入輸出信號(hào)可以是開(kāi)關(guān)量或者是模擬量。輸入單元用來(lái)接收來(lái)自用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)。輸出端口則通過(guò)輸入端口的控制信號(hào)，通過(guò)CPU與控制程序的運(yùn)算輸出到對(duì)應(yīng)端口的控制信號(hào)8。電源：PLC一般使用220V的交流電或者24V直流電，較高電壓也使得PLC具有其他微機(jī)如單片機(jī)之類使用5V供電的所沒(méi)有抗干擾能力，并且在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，信號(hào)衰減不明顯。2.1.3 PLC特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性高：傳統(tǒng)的繼電觸控控制系統(tǒng)雖然也具有良好的抗干擾性，但是傳統(tǒng)繼電器觸控電路外部接線復(fù)雜，機(jī)械觸頭較多，且隨著時(shí)間推移，由于器件的老化、觸頭的抖動(dòng)、脫焊及觸頭在開(kāi)閉時(shí)受電弧的損害降低了系統(tǒng)的可靠性，線材老化導(dǎo)致的系統(tǒng)故障

16、較為難以修復(fù)9。傳統(tǒng)繼電觸控控制系統(tǒng)線路中間需要中間繼電器進(jìn)展信號(hào)的傳輸，系統(tǒng)外部電路更加復(fù)雜，由于觸電的老化，故障更容易發(fā)生，且外部線材等本錢較高，更換頻繁。PLC用軟件代替大量的時(shí)間繼電器與中間繼電器，僅留下輸入輸出相關(guān)的少量外部硬件，這樣大大減少了因觸電或線材老化而產(chǎn)生的故障。而PLC運(yùn)用微電子技術(shù)，大多數(shù)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大局部復(fù)雜的連線和繼電器被軟件程序所替代，因而系統(tǒng)可靠性高，簡(jiǎn)化了外部電路，使用壽命較長(zhǎng)。微機(jī)，類似單片機(jī)也具有較強(qiáng)的功能，但是抗干擾能力較差，在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁波干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫度和濕度的變化、電源波動(dòng)等都會(huì)成為系統(tǒng)的外部干擾因素，從而系統(tǒng)的

17、抗干擾能力就要求較高，也使得一般微機(jī)無(wú)法在這種條件下正常工作。而PLC在電子線路、軟件構(gòu)造，以及機(jī)械構(gòu)造上都汲取了生產(chǎn)控制經(jīng)歷，主要模塊都采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著較為完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路10；在構(gòu)造上對(duì)防潮、耐熱、抗震等都有準(zhǔn)確的考慮；在硬件上采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾能力。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，可以從硬件方面和軟件方面進(jìn)展分析，提高系統(tǒng)可靠性。主要措施有：硬件措施：屏蔽：PLC采用的材料對(duì)電源變壓器、CPU編程器等重要模塊具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)磁，從而對(duì)外界的一些干擾電磁干擾，溫度等進(jìn)展了屏蔽作用11。濾波：采用多種濾波方式對(duì)供電系統(tǒng)的輸入輸出進(jìn)展濾波。以削弱各個(gè)模塊

18、之間的相互干擾并消除高頻干擾12。電源的調(diào)整與保護(hù):為適應(yīng)交流電的波動(dòng)、欠電壓、過(guò)電壓的影響，PLC采用多級(jí)濾波，同時(shí)采用集成電壓調(diào)整器進(jìn)展電壓的調(diào)整，從而形成微處理器所需的+5V電源。隔離:微處理器的輸入和輸出傳輸數(shù)字信號(hào)，為了防止兩者之間的相互干擾，PLC采用光電隔離，有效的防止了不正常的輸出13。采用模塊式構(gòu)造:這種構(gòu)造有助于故障情況下短時(shí)修復(fù)。設(shè)置環(huán)境檢測(cè)和診斷電路:這種分電路與軟件配合，可以實(shí)現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。軟件措施：故障檢測(cè):軟件周期性的檢測(cè)外界變量，對(duì)如掉電、強(qiáng)干擾信號(hào)等情況能進(jìn)展反響并處理。信息保護(hù)和恢復(fù):對(duì)偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦

19、故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來(lái)的工作。設(shè)置了戒備時(shí)鐘WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過(guò)了WDT規(guī)定時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警14。加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和檢驗(yàn):一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停頓執(zhí)行。控制系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單、靈活、通用性強(qiáng)：可編程控制器系列產(chǎn)品現(xiàn)已生產(chǎn)，外部擴(kuò)展的多個(gè)模塊，采用可編程控制器和外圍模塊類型，可以完成許多復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在可編程控制器的控制系統(tǒng)中，只需在可編程控制器中輸入相應(yīng)的輸入和輸出信號(hào)線即可，不需要物理的電子設(shè)備，如繼電器和大量復(fù)雜的硬件電路。當(dāng)控制要求改變時(shí)，需要改變控制系統(tǒng)的功能，可以隨時(shí)進(jìn)展程序的修改與外部電路的簡(jiǎn)單調(diào)整，布線量小。同一PLC控制器可以控制

20、不同對(duì)象，只是程序與外部電路不同而已15。編程方便：PLC是直接面向用戶的設(shè)備，設(shè)計(jì)之初充分考慮了工程技術(shù)人員或?qū)W習(xí)人員的特性，PLC編程，采用通俗簡(jiǎn)單的梯形圖或者簡(jiǎn)單指令形式，這使得初學(xué)者能夠很快融入其中，梯形圖簡(jiǎn)單易懂，且能非常形象的描述出繼電器工作原理，標(biāo)注明確，在后期程序調(diào)試階段也能夠容易的找出錯(cuò)誤處。而且不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡送16。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便：PLC集繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等原件，數(shù)量巨大，硬件齊全。采用模塊化構(gòu)造，可以按照所需系統(tǒng)的性能、輸入輸出店、內(nèi)存進(jìn)展組裝，根據(jù)不同情況組裝出最適合的硬件，大大降低了本

21、錢。又用采用軟件編程的方式取代了時(shí)間繼電器，中間繼電器等外部設(shè)備17。設(shè)計(jì)人員只需要一臺(tái)PLC就可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展所需控制系統(tǒng)的的模擬，并可隨時(shí)調(diào)試，而傳統(tǒng)的繼電觸控系統(tǒng)則需要現(xiàn)場(chǎng)接線進(jìn)展模擬查看效果，需要更改的話更加麻煩，工作量大且所需人員較多。2.1.4 PLC與編程方式選擇PLC選擇：本次課程設(shè)計(jì)我采用了西門子PLC，西門子PLC最為主流PLC之一，相比擬于其他PLC有著無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。首先，西門子PLC編程入手簡(jiǎn)單易懂，梯形圖層次明顯，能夠非常直觀的看出程序的功能。其次，西門子PLC在中國(guó)市場(chǎng)占有率非常大，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的功能模塊較少，S7-200屬于低端的西門子PLC系列產(chǎn)品，但足以滿

22、足本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。且S7-200型號(hào)PLC較為廉價(jià)，不僅滿足了畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，也節(jié)約了資源。綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200的PLC。編程方式選擇：西門子PLC主流編程方式有梯形圖和功能指令兩種，本次畢業(yè)課程設(shè)計(jì)采用梯形圖進(jìn)展編程，功能指令較為抽象，而梯形圖具有簡(jiǎn)單易懂的優(yōu)點(diǎn)。梯形圖還具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)：1PLC梯形圖中的*些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器(即硬件繼電器)，而是在軟件中使用的編程元件18。2根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯

23、解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進(jìn)展的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像存放器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)展的19。3梯形圖中各編程元件的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無(wú)限屢次地使用20。4輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對(duì)應(yīng)的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈21。2.2 組態(tài)王簡(jiǎn)介定義：組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。組態(tài)王Kingview6.55：組態(tài)王kingview6.55是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)展趨

24、勢(shì)，面向低端自動(dòng)化市場(chǎng)及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開(kāi)發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用效勞平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，可以為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)展數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效地獲取信息，及時(shí)地做出反響，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。組態(tài)王保持了其早期版本功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反響及意見(jiàn)，對(duì)一些功能進(jìn)展了完善和擴(kuò)大。組態(tài)王kingview6.55提供了豐富的、簡(jiǎn)捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫(kù)精靈，同時(shí)也為用戶創(chuàng)立圖庫(kù)精靈提供了簡(jiǎn)單易用的接口；該款產(chǎn)品的歷史曲線、報(bào)表及web發(fā)布功能進(jìn)展了大

25、幅提升與改良，軟件的功能性和可用性有了很大的提高。本次畢業(yè)課程設(shè)計(jì)中，采用組態(tài)王進(jìn)展實(shí)驗(yàn)結(jié)果的仿真。2.3 PLC八人搶答器本畢業(yè)設(shè)計(jì)介紹了一種數(shù)字式搶答器，能夠容納8名選手或者8組人員和一名主持人?？傮w設(shè)計(jì)采用西門子PLC進(jìn)展控制，搶答操作簡(jiǎn)單方便，在很多的場(chǎng)所都可以使用，并且給人的視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，與對(duì)手比反響時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷開(kāi)展，它的應(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22。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

26、豐富了人們的業(yè)余生活。用 PLC 進(jìn)展知識(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。八人搶答器工作原理：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的 PLC智能搶答器是適合八組選手或個(gè)人搶答的搶答器。主持人控制臺(tái)有兩個(gè)按鍵。一個(gè)用于控制搶答開(kāi)場(chǎng)的開(kāi)場(chǎng)按鍵，一個(gè)用于復(fù)位電路的復(fù)位按鍵，每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)場(chǎng)搶答指令并按下開(kāi)場(chǎng)按鈕后，指示綠燈亮，選手方可搶答，哪組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號(hào)，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)封鎖而不在響應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開(kāi)場(chǎng)下一輪搶答。假設(shè)選手在主持人未按下開(kāi)場(chǎng)搶

27、答按鈕時(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)，音響電路也發(fā)出聲響，同時(shí)違規(guī)指示燈紅燈亮。當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_(kāi)場(chǎng)按鈕時(shí)定時(shí)器 T1 開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)設(shè)定 10 秒，10秒倒計(jì)時(shí)完畢仍無(wú)人搶答則音響電路發(fā)出聲響，以表示選手放棄該題。在搶答成功后，系統(tǒng)自動(dòng)倒計(jì)時(shí)，同時(shí)數(shù)碼管顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間，該時(shí)間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，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)編制的 PLC 程序來(lái)控制4個(gè)數(shù)碼管以及3個(gè)揚(yáng)聲器和兩個(gè)指示燈來(lái)實(shí)現(xiàn)。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)3.1.1 元件介紹七段數(shù)碼管：如圖3.1中七段數(shù)碼管a,b,c,d,e,f,g分別為七個(gè)單

28、獨(dú)顯示燈，通過(guò)控制各個(gè)顯示燈的亮滅從而可以控制顯示的數(shù)字。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用共陰極七段數(shù)碼管進(jìn)展相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。硬件中用到4個(gè)數(shù)碼管，分別用來(lái)顯示搶答選手編號(hào)、搶答計(jì)時(shí)和答題計(jì)時(shí)。圖3.1 七段數(shù)碼管按鍵開(kāi)關(guān)：如圖3.2為按鍵開(kāi)關(guān)，一端連接電源正極，另一端連接PLC端口。通過(guò)按下和松開(kāi)可控制PLC端口得電或者失電，并將此作為輸入信號(hào)，PLC的CPU檢測(cè)這些信號(hào)處理后在輸出端口輸出對(duì)應(yīng)值，從而完成控制。圖3.2 按鍵開(kāi)關(guān)指示燈：如圖3.3為指示燈，指示燈正極一端接PLC輸出端口，另一端接地，當(dāng)對(duì)應(yīng)輸出端口輸出高電平時(shí)，燈亮，反正燈保持不亮狀態(tài)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)有兩個(gè)指示燈，主持人按下開(kāi)場(chǎng)搶答按鍵后，綠燈

29、亮，用于提示搶答開(kāi)場(chǎng)；紅燈則用于提示是否有選手違規(guī)搶答。圖3.3 指示燈蜂鳴器：如圖3.4為蜂鳴器。蜂鳴器接在輸出端口，輸出端口高電平，蜂鳴器響；低電平，蜂鳴器不響。本畢業(yè)設(shè)計(jì)有三個(gè)蜂鳴器，分別用于提示搶答成功，無(wú)人搶答與答題超時(shí)。圖3.4 蜂鳴器3.1.2 I/O口分配輸入端口：如表3.1所示表3.1 輸出端口與功能輸入端口功能I0.0主持人開(kāi)場(chǎng)按鍵I1.1主持人復(fù)位按鍵I0.1選手1 搶答按鍵I0.2選手2 搶答按鍵I0.3選手3 搶答按鍵I0.4選手4 搶答按鍵I0.5選手5 搶答按鍵I0.6選手6 搶答按鍵I0.7選手7 搶答按鍵I1.0選手8 搶答按鍵輸出端口：1選手編號(hào)：選手做出搶

30、答后，數(shù)碼管1顯示選手編號(hào)，數(shù)碼管1與PLC連接端口如表3.1所示。表3.1 搶答選手編號(hào)顯示搶答器選手編號(hào)顯示輸出端口功能Q0.0數(shù)碼管1 aQ0.1數(shù)碼管1 bQ0.2數(shù)碼管1 cQ0.3數(shù)碼管1 dQ0.4數(shù)碼管1 eQ0.5數(shù)碼管1 fQ0.6數(shù)碼管1 g2搶答倒計(jì)時(shí)：主持人按下開(kāi)場(chǎng)搶答按鍵后，開(kāi)場(chǎng)10秒的倒計(jì)時(shí)，由數(shù)碼管4顯示，數(shù)碼管4與PLC連接端口如表3.2所示。表3.2 搶答倒計(jì)時(shí)搶答倒計(jì)時(shí)輸出端口功能Q3.4數(shù)碼管4 aQ3.5數(shù)碼管4 bQ3.6數(shù)碼管4 cQ3.7數(shù)碼管4 dQ4.0數(shù)碼管4 eQ4.1數(shù)碼管4 fQ4.2數(shù)碼管4 g3答題倒計(jì)時(shí)：選手正常搶答成功后，觸發(fā)

31、答題倒計(jì)時(shí)電路，開(kāi)場(chǎng)30秒倒計(jì)時(shí)，數(shù)碼管3顯示時(shí)間個(gè)位，數(shù)碼管2顯示時(shí)間十位，兩個(gè)數(shù)碼管共同作用完成30秒的倒計(jì)時(shí)。數(shù)碼管2和數(shù)碼管3與PLC連接端口如表3.3所示。表3.3 答題倒計(jì)時(shí)答題倒計(jì)時(shí)個(gè)位顯示輸入端口功能Q1.4數(shù)碼管3 aQ1.5數(shù)碼管3 bQ1.6數(shù)碼管3 cQ1.7數(shù)碼管3 dQ2.0數(shù)碼管3 eQ2.1數(shù)碼管3 fQ2.2數(shù)碼管3 g答題倒計(jì)時(shí)十位顯示Q2.4數(shù)碼管2 aQ2.5數(shù)碼管2 bQ2.6數(shù)碼管2 cQ2.7數(shù)碼管2 dQ3.0數(shù)碼管2 eQ3.1數(shù)碼管2 fQ3.2數(shù)碼管2 g4其他控制項(xiàng)：如表3.4所示，顯示燈和蜂鳴器與PLC輸出端口的連接。表3.4 其他控制

32、項(xiàng)其他控制項(xiàng)輸出端口功能Q0.7開(kāi)場(chǎng)綠燈Q1.2違規(guī)搶答紅燈Q1.0搶答成功蜂鳴器Q1.1無(wú)人搶答蜂鳴器Q1.3答題超時(shí)蜂鳴器3.1.3 硬件電路圖設(shè)計(jì)圖3.5通過(guò)proteus畫出元件圖，構(gòu)造清晰，本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的元器件有按鍵開(kāi)關(guān)，指示燈紅色和綠色，蜂鳴器和共陰極七段數(shù)碼管。圖3.5 搶答器接線圖3.2 軟件設(shè)計(jì)3.2.1 流程設(shè)計(jì)正常答題：主持人按下開(kāi)場(chǎng)按鍵后，數(shù)碼管顯示搶答倒計(jì)時(shí)，選手開(kāi)場(chǎng)搶答，哪一組最先按下強(qiáng)大按鈕由該組答復(fù)下列問(wèn)題，數(shù)碼管顯示該組編號(hào)，同時(shí)蜂鳴器響2S，代表?yè)尨鸪晒?。并且進(jìn)展互鎖，及其他選手在此之后按下?lián)尨疰I搶答器不會(huì)進(jìn)展響應(yīng)，中選手答復(fù)完畢，主持人按下復(fù)位按鈕開(kāi)場(chǎng)下

33、一輪搶答。違規(guī)搶答：違規(guī)答題及選手在主持人未按下開(kāi)場(chǎng)鍵前綠燈未亮之前按下?lián)尨鸢粹o，視為違規(guī)搶答。違規(guī)搶答操作將出發(fā)報(bào)警電路，代表違規(guī)搶答的紅燈亮2S并在數(shù)碼管上顯示出違規(guī)搶答的選手編號(hào)。無(wú)人搶答：無(wú)人搶答及主持人按下開(kāi)場(chǎng)按鈕后，定時(shí)器計(jì)時(shí)10S，數(shù)碼管4顯示剩余時(shí)間，計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)無(wú)人做出搶答動(dòng)作則視為無(wú)人搶答，電路觸發(fā)報(bào)警，蜂鳴器響2S。搶答成功計(jì)時(shí)：主持人按下開(kāi)場(chǎng)鍵并有人做出搶答動(dòng)作，定時(shí)器開(kāi)場(chǎng)計(jì)時(shí)30S，數(shù)碼管限時(shí)倒計(jì)時(shí)，選手必須在此時(shí)間內(nèi)答題。假設(shè)未在此時(shí)間內(nèi)答題，則出發(fā)答題超時(shí)報(bào)警，蜂鳴器響2S。圖3.6為總流程圖。開(kāi)場(chǎng)完畢Y報(bào)警紅燈亮2S答題超時(shí)蜂鳴器響2S復(fù)位N無(wú)人搶答蜂鳴器響2SN

34、 YNY答題是否超時(shí)數(shù)碼管顯示選手位，并開(kāi)場(chǎng)30S倒計(jì)時(shí)是否有人搶答按下開(kāi)場(chǎng)，倒計(jì)時(shí)10S是否違規(guī)搶答開(kāi)場(chǎng)下一輪圖3.6 流程圖3.2.2 程序設(shè)計(jì)搶答開(kāi)場(chǎng)局部程序：圖3.7中，主持人按下開(kāi)場(chǎng)答題按鈕I0.0，觸發(fā)開(kāi)場(chǎng)答題提示綠燈Q0.7和搶答計(jì)時(shí)器T37，開(kāi)場(chǎng)10S根據(jù)實(shí)際情況可以進(jìn)展修改的計(jì)時(shí)，此時(shí)選手可以進(jìn)展搶答，為選手搶答鍵按下后提供的電平。任意一人搶答成功則中斷T37的計(jì)時(shí)。在T37時(shí)間內(nèi)假設(shè)無(wú)人按下?lián)尨疰I，則視為無(wú)人搶答，觸發(fā)時(shí)長(zhǎng)為T402S的報(bào)警，蜂鳴器響2S。表示此題作廢，主持人按下復(fù)位，開(kāi)場(chǎng)下一輪答題。圖3.7 搶答開(kāi)場(chǎng)程序選手搶答程序：圖3.8中I0.1、I0.2、I0.3

35、、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0分別為一號(hào)選手到八號(hào)選手的搶答按鍵，M0.1、M0.2、M0.3、M0.4、M0.5、M0.6、M0.7、M1.0為選手搶答后的電平反響，按下為高電平，程序通過(guò)各個(gè)搶答鍵中參加其他搶答的電平反響從而實(shí)現(xiàn)互鎖，當(dāng)一個(gè)人搶答成功后可以使其他人的搶答鍵失效從而防止了多人搶答無(wú)法識(shí)別與混亂。程序也通過(guò)自鎖，可以在搶答后保持該鍵位輸出高電平直到主持人按下復(fù)位。圖3.8僅為局部程序，詳情請(qǐng)查閱附錄圖3.8 選手搶答違規(guī)搶答：圖中代表一號(hào)選手到七號(hào)選手的搶答按鈕，I1.0代表八號(hào)選手的強(qiáng)大按鈕，在主持人沒(méi)有按下開(kāi)場(chǎng)按鈕之前，及響應(yīng)開(kāi)場(chǎng)按鈕的綠燈Q0.7未亮之

36、前，選手按下了搶答鍵，觸發(fā)違規(guī)報(bào)警，違規(guī)紅燈Q1.2亮，Q1.2進(jìn)展自鎖，主持人按下復(fù)位鍵后恢復(fù)。圖3.9 違規(guī)搶答計(jì)時(shí)程序：1搶答計(jì)時(shí)：圖3.10中中分別為數(shù)碼管顯示9-0的電平信號(hào)，主持人按下開(kāi)場(chǎng)按鈕I0.0后，計(jì)時(shí)器T55開(kāi)場(chǎng)1秒的計(jì)時(shí)，同時(shí)M3.0通電1秒，及數(shù)碼管顯示9；T55計(jì)時(shí)完成后，觸發(fā)T56開(kāi)場(chǎng)1秒的計(jì)時(shí)，控制M3.0通電1秒，及數(shù)碼管顯示8；以此類推。為選手搶答的電平信號(hào)，假設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)有人按下?lián)尨鸢粹o，則計(jì)時(shí)電路斷電。圖3.10 搶答計(jì)時(shí)答題計(jì)時(shí)：1個(gè)位顯示：如圖3.11所示T41為數(shù)碼管顯示0的時(shí)間；T42=1s為數(shù)碼管顯示9的時(shí)間，M12為數(shù)碼管顯示9的狀態(tài)；T43=

37、1s為數(shù)碼管顯示8的時(shí)間，M1.3為數(shù)碼管顯示8的狀態(tài)；以此類推，T44 - T50為數(shù)碼管顯示7 - 1的時(shí)間，為1秒，為數(shù)碼管顯示 7 - 1的狀態(tài)。圖中僅為局部程序，詳情請(qǐng)查閱附錄2十位顯示：圖3.12中M2.3為控制數(shù)碼管顯示3的電平輸出；M2.4為控制數(shù)碼管顯示2的電平輸出；M2.5為控制數(shù)碼管顯示1的電平輸出；M2.6為控制數(shù)碼管顯示0的電平輸出。通過(guò)T51、T52、T153、T54計(jì)時(shí)器分別控制3、2、1、0的顯示時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)30S的倒計(jì)時(shí)，任何一個(gè)選手搶答成功后，觸發(fā)T51的1秒計(jì)時(shí)，從而使M2.3通電1秒，及十位上的3顯示1秒；T51計(jì)時(shí)完畢后，觸發(fā)T52開(kāi)場(chǎng)10秒的計(jì)時(shí)，從而

38、使M2.4通電10秒，及十位2顯示10秒，以此類推，即可完成數(shù)碼管2顯示3、2、1、0的顯示。圖3.11 答題倒計(jì)時(shí)個(gè)位顯示圖3.12 答題倒計(jì)時(shí)十位顯示3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析搶答開(kāi)場(chǎng)：如圖3.13所示，按下開(kāi)場(chǎng)按鈕后，搶答倒計(jì)時(shí)程序啟動(dòng)，開(kāi)場(chǎng)10秒的倒計(jì)時(shí)，這時(shí)選手一至選手八可以通過(guò)按下?lián)尨鸢粹o進(jìn)展搶答。無(wú)論哪一號(hào)選手搶答成功，搶答倒計(jì)時(shí)程序復(fù)位。圖3.13 搶答開(kāi)場(chǎng)違規(guī)搶答：如圖3.14所示，主持人按下開(kāi)場(chǎng)按鍵之前，選手作出了搶答動(dòng)作，觸發(fā)違規(guī)搶答電路，違規(guī)紅燈亮。圖3.14 違規(guī)搶答搶答成功：如圖3.15所示，主持人按下開(kāi)場(chǎng)按鈕后，選手做出搶答動(dòng)作，成功搶答，觸發(fā)搶答成功電路，搶答成功燈

39、亮，于此同時(shí)顯示選手位數(shù)碼管工作，顯示出搶答成功的選手。答題倒計(jì)時(shí)也工作，開(kāi)場(chǎng)30秒的倒計(jì)時(shí)。圖3.15 搶答成功無(wú)人搶答：在按下開(kāi)場(chǎng)按鍵后，開(kāi)場(chǎng)10秒的倒計(jì)時(shí)，假設(shè)在10秒內(nèi)無(wú)人做出搶答動(dòng)作，則視為所有人放棄此輪答題，蜂鳴器工作，提示主持人無(wú)人搶答。如圖3.16所示。圖3.16 無(wú)人搶答答題超時(shí)：在圖3.12 搶答成功圖中可以看出，搶答成功后會(huì)有30秒的答題計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)30秒倒計(jì)時(shí)完畢，且主持人為按下復(fù)位，則觸發(fā)答題超時(shí)報(bào)警，蜂鳴器工作，如圖3.17。圖3.17 答題超時(shí)4 總結(jié)與展望4.1 總結(jié)經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，在同學(xué)與教師的幫助下完成了基于PLC的八人搶答器的設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，程序局

40、部采用西門子PLC對(duì)搶答器的主體功能和附加功能進(jìn)展設(shè)計(jì)，雖然設(shè)計(jì)為八人搶答器，但也適用于八人以下，假設(shè)需要適用于更多人，則需要擴(kuò)展端口并修改程序。我通過(guò)查閱資料，并參照設(shè)計(jì)要求進(jìn)展擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了搶答器的搶答功能、報(bào)警功能、指示燈、選手位顯示、搶答計(jì)時(shí)、答題計(jì)時(shí)。并運(yùn)用組態(tài)王6.55進(jìn)展設(shè)計(jì)的仿真。在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我通過(guò)設(shè)計(jì)硬件電路、設(shè)計(jì)軟件流程、根據(jù)流程設(shè)計(jì)程序、修改程序、設(shè)計(jì)仿真完成了本次課程設(shè)計(jì)。實(shí)踐出真知，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到了各種各樣的問(wèn)題：軟件安裝問(wèn)題，程序邏輯問(wèn)題，軟件使用問(wèn)題等。這些問(wèn)題我通過(guò)查閱網(wǎng)絡(luò)上的資料或請(qǐng)教同學(xué)教師，不僅使問(wèn)題得以解決，還收獲了許多新奇的思路。通過(guò)自己解決問(wèn)題，提高了自己獨(dú)立思考能力，設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。4.2 展望基于PLC的八人搶答器的設(shè)計(jì)囊括了很多方面的理論、方法和技術(shù)，本設(shè)計(jì)還有許多可以進(jìn)展提升的地方，需要在實(shí)際應(yīng)用中不斷積累和完善。本次畢業(yè)課程設(shè)計(jì)采用的PLC為西門子S7-200系列。S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無(wú)論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。但在面對(duì)更加復(fù)雜的要求時(shí)，就需要添加更多的一些擴(kuò)展功能，與S7-200 PLC比擬，S7-1200 PLC比S7-200 PLC更緊湊，支持的點(diǎn)數(shù)更多、功能更全