课程设计（论文）基于PLC的抢答器设计.doc

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1、摘 要在我们日常生活中，参加各种各样的竞赛时，或者在电视里都能看到各种各样的抢答器。其实能够实现抢答功能的方式有很多种，可以采用前期的模拟电路，数字电路或模拟与数字电路相结合的方式，也可以用单片机，PLC等来实现抢答器的设计。近年来随着单片机的不断深入，基于单片机控制的抢答器的设计越来越呗人们广泛的接受。电路中设有4个抢答键，可供4个人同时抢答。主持人按下开始按钮后，哪一个先抢答，其抢答灯亮，其他选手则抢答无效。在合理抢答后，如果参赛选手回答正确。主持人可根据情况给予相应的加分；当参赛选手回答错误或者有违规操作时，主持人应给予相应的扣分，参赛选手回答错误或者有违规操作时，报警灯会闪烁并提示主持

2、人，这时主持人应给予相应的扣分。如果在抢答开始10秒后，没有参赛队抢答，显示屏会显示“时间到，本题作废”，将进行下一轮的抢答。关键词：抢答；PLC；组态软件目 录1、 绪论12、系统工作原理13、智力抢答器的硬件配置23.1 PLC简介23.2 CPU处理模块23.3 智力抢答器的I/O分配43.4 智力抢答器的外部接线54、智力抢答器机软件设计74.1编程软件介绍74.2智力抢答器程序设计及分析74.2.1选手的抢答的设计74.2.2加分减分和数码管显示的设计115、智力抢答器监控界面的设计155.1 组态软件的概述155.2 定义数据词典155.3 用户界面的制作165.4命令语言的编写1

3、76、程序调试247、实验体会241、 绪论 当今社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，那么也就必然离不开抢答器。而现在的抢答器有着数字化，智能化的发展方向，这就必然的提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的抢答器，必然有大市场。本抢答器通过十分巧妙的设计实现了抢答的功能。与其他抢答器电路相比较，有着结构清晰，成本比，制作方便等优点。我们采用了数码灯直接显示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想，因而，本抢答器有着显示直观，特别方便的特点2、系统工作原理系统初始上电后，主控人员在总控制台上点击“开始”按键后，允许各队人员开始抢答，

4、即各队抢答按键有效；抢答过程中，14队中的任何一队抢先按下各自的抢答按键（S1、S2、S3、S4）后，该队指示灯（L1、L 2、L 3、L 4）点亮，LED数码显示系统显示当前的队号，并且其他队的人员继续抢答无效；主控人员对抢答状态确认后，点击“复位”按键，系统又继续允许各队人员开始抢答；直至又有一队抢先按下各自的抢答按键；如图1：图1 智力抢答器控制原理图3、智力抢答器的硬件配置3.1 PLC简介 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制.随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置

5、的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。3.2 CPU处理模块CPU 222本机集成8 输入/6 输出共14 个数字量I/O 点.可连接2 个扩展模块，最大扩展至78路数字量I/O 点或10 路模拟量I/O 点.6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。1 个RS

6、485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。是具有扩展能力的、适应性更广泛的全功能控制器。CPU 224本机集成14 输入/10 输出共24 个数字量I/O 点.可连接7 个扩展模块，最大扩展至168 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。16K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。1 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸.是具有较强控制能力的控制器。CPU 224XP本机集成14 输入/

7、10 输出共24 个数字量I/O 点，2 输入/1 输出共3 个模拟量I/O 点，可连接7 个扩展模块，最大扩展至168 路数字量I/O 点或 38 路模拟量I/O点.22K 字节程序和数据存储空间，6 个独立的高速计数器(100KHz)，2 个100KHz的高速脉冲输出，2 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。本机还新增多种功能，如内置模拟量I/O，位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具有模拟量I/O 和强大控制能力的新型CPU。CPU 226 本机集成24 输入/16 输出共40 个数字量I/O

8、 点.可连接7 个扩展模块，最大扩展至248 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。26K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。2 个RS485 通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些4 复杂的中小型控制系统。CPU224模块输入、输出单元的接线图如图2所示。图2 CPU224模块输入、输出单元的接线图3.3 智

9、力抢答器的I/O分配本系统需要8个输入点和14个输出点。根据PLC的特点和系统设计的需要，输入信号包括启动按钮、复位按钮、加分按钮、减分按钮、甲乙丙丁抢答按钮等。输出信号包括主持人灯、甲乙丙丁灯、报警灯、数码管显示灯等。其I/O分配如表1所示。表1 元件地址I/O分配 PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明I0.0SD启动（SD）I0.1S1甲按钮I0.2S2乙按钮I0.3S3丙按钮I0.4S4丁按钮I0.5SR复位按钮I0.6I0.6加分按钮I0.7I0.7减分按钮Q0.0Q0.0主持人灯Q0.1L1甲灯Q0.2L2乙灯Q0.3L3丙灯Q0.4L4丁灯Q1.0Q1.0报警灯Q2

10、.0A数码管AQ2.1B数码管BQ2.2C数码管CQ2.3D数码管DQ2.4E数码管EQ2.5F数码管FQ2.6G数码管GQ2.7H数码管H3.4 智力抢答器的外部接线主持人按钮启动按钮、复位按钮分别与PLC输入点I0.0、I0.5相连，甲乙丙丁抢答按钮分别与PLC输入点I0.1、I0.2、I0.3、I0.4相连，加分减分按钮分别与PLC输入点I0.6、I0.7相连，主持人灯、甲乙丙丁灯分别与PLC输出点Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4相连，报警灯与PLC输出点Q1.0相连，数码管与PLC输出点Q2.0到Q2.7相连，外部接线图如图3所示。图3 PLC外部接线图4、智力抢答器机

11、软件设计4.1编程软件介绍STEP7编程软件用于SIMATIC S7、C7和M7和基于PC的WinAC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具.为了在PC机上使用STEP7，必须配置MPI通信卡或PC/MPI通信适配器，将计算机接入MPI或PROFIBUS网络，以便下载和上载用户程序及组态数据。STEP7允许多个用户同时处理一个工程项目，但不允许许多个用户同时对一个项目进行写操作(如程序及组态数据的下载)。4.2智力抢答器程序设计及分析4.2.1选手的抢答的设计 在设计中应用了常开触点、常闭触点、置位和复位等指令来实现功能。在比赛时，当主持人按下开始抢答按钮后，抢答灯亮，允许各选手抢按抢答按钮

12、，一旦有人抢先按下抢答按钮，则开始抢答灯灭，该选手面前的抢答灯长亮，其他选手再按抢答按钮无效。其梯形图如下：程序分析：主持人按下启动按钮I0.0时，主持人灯Q0.0=1，M1.0=1，甲乙丙丁可以开始抢答，定时器T37开始计时，如果在10秒内甲乙丙丁没有抢答，Q1.0=1进行报警。如果主持人没按下开始按钮，Q0.0=0，甲乙丙丁开始抢答，有一个按下时C0=1，这时Q1.1=1开始报警。在甲乙丙丁抢答过程中，甲乙丙丁灯Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4形成自锁和互锁功能实现优先者抢答。当甲乙丙丁按钮I0.1、I0.2、I0.3、I0.4按下时将主持人灯Q0.0复位Q0.0=0。当I0.5按下

13、时，将报警灯Q1.0，Q1.1复位（Q1.0=0，Q1.1=0），将主持人灯Q0.0=1，M1.0=1进行重新抢答。4.2.2加分减分和数码管显示的设计 在设计中应用了常开触点、加减计数器、IB转换器和SEG转换器等指令来实现功能。在甲乙丙丁抢答过程中，主持人分别对甲乙丙丁进行答题的加减分，并将其对应的分在数码管上显示。其梯形图如下：程序分析： 当甲乙丙丁抢答时，有其对应的灯Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4是1时，主持人可通过I0.6、I0.7可对其加减分。C1、C2、C3、C4分别表示甲乙丙丁的积分情况，将计数器中的字通过IB转换器转换成高8位低8位的字节，将低8位给中间寄存器MB0，

14、MB0通过SEG转换器转换成数码管显示的数字。5、智力抢答器监控界面的设计5.1 组态软件的概述 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA，即Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动化控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及工程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统(RTU

15、 System，Remote Terminal Unit)。5.2 定义数据词典在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如表2所示。表2 数据词典的定义变量名数据类型PLC地址主持人灯I/O离散Q0.0甲灯I/O离散Q0.1乙灯I/O离散Q0.2丙灯I/O离散Q0.3丁灯I/O离散Q0.4主持人灯I/O离散M0.0加分按钮I/O离散M0.6减分按钮I/O离散M0.7甲按钮I/O离散M0.1乙按钮I/O离散M0.2丙按钮I/O离散M0.3丁按钮I/O离散M0.4重新开始按钮I/O离散M0.5报警计时器内存整型报警灯I/O离散Q1.0甲积分器内存整型乙积分器内存

16、整型丙积分器内存整型丁积分器内存整型总开关I/O离散M1.05.3 用户界面的制作 皮带输送机的欢迎界面如4所示，监控系统界面如5所示。图4 智力抢答器的欢迎界面图5 智力抢答器监控系统界面5.4命令语言的编写 用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持。一方面程序使得用户界面与下位机PLC实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行。另一方面程序建立了画面中动画和系统状态的联系，使用户画面中可以实时的反应系统的运行情况。本系统编写的命令语言如下：履带移动if(本站点支持人灯=0 & 本站点甲灯=0 &本站点乙灯=0 & 本站点丙灯=0 & 本站点丁灯=0)本站点甲灯=0;本站点乙

17、灯=0;本站点丙灯=0;本站点丁灯=0;else本站点甲灯=本站点甲灯;本站点乙灯=本站点乙灯;本站点丙灯=本站点丙灯;本站点丁灯=本站点丁灯;if(本站点支持人灯=0 &(本站点甲按钮=1 |本站点乙按钮=1 |本站点丙按钮=1 | 本站点丁按钮=1) & 本站点报警计时器=0)本站点报警灯=1;else本站点报警灯=本站点报警灯;if(本站点支持人灯=1 & 本站点甲按钮=1)本站点甲灯=1;else本站点甲灯=本站点甲灯;if(本站点甲灯=1)本站点支持人灯=0;本站点乙灯=0;本站点丙灯=0;本站点丁灯=0;else本站点支持人灯=本站点支持人灯;本站点乙灯=本站点乙灯;本站点丙灯=本

18、站点丙灯;本站点丁灯=本站点丁灯;if(本站点甲灯=1 & 本站点加分按钮=1)本站点甲积分器=本站点甲积分器+1;else本站点甲积分器=本站点甲积分器;if(本站点甲灯=1 &本站点减分按钮=1)本站点甲积分器=本站点甲积分器-1;else本站点甲积分器=本站点甲积分器;if(本站点支持人灯=1 & 本站点乙按钮=1)本站点乙灯=1;else本站点乙灯=本站点乙灯;if(本站点乙灯=1)本站点支持人灯=0;本站点甲灯=0;本站点丙灯=0;本站点丁灯=0;else本站点支持人灯=本站点支持人灯;本站点甲灯=本站点甲灯;本站点丙灯=本站点丙灯;本站点丁灯=本站点丁灯;if(本站点乙灯=1 &

19、本站点加分按钮=1)本站点乙积分器=本站点乙积分器+1;else本站点乙积分器=本站点乙积分器;if(本站点乙灯=1 &本站点减分按钮=1)本站点乙积分器=本站点乙积分器-1;else本站点乙积分器=本站点乙积分器;if(本站点支持人灯=1 & 本站点丙按钮=1)本站点丙灯=1;else本站点丙灯=本站点丙灯;if(本站点丙灯=1)本站点支持人灯=0;本站点甲灯=0;本站点乙灯=0;本站点丁灯=0;else本站点支持人灯=本站点支持人灯;本站点乙灯=本站点乙灯;本站点甲灯=本站点甲灯;本站点丁灯=本站点丁灯;if(本站点丙灯=1 & 本站点加分按钮=1)本站点丙积分器=本站点丙积分器+1;el

20、se本站点丙积分器=本站点丙积分器;if(本站点丙灯=1 &本站点减分按钮=1)本站点丙积分器=本站点丙积分器-1;else本站点丙积分器=本站点丙积分器;if(本站点支持人灯=1 & 本站点丁按钮=1)本站点丁灯=1;else本站点丁灯=本站点丁灯;if(本站点丁灯=1)本站点支持人灯=0;本站点乙灯=0;本站点丙灯=0;本站点甲灯=0;else本站点支持人灯=本站点支持人灯;本站点乙灯=本站点乙灯;本站点丙灯=本站点丙灯;本站点甲灯=本站点甲灯;if(本站点丁灯=1 & 本站点加分按钮=1)本站点丁积分器=本站点丁积分器+1;else本站点丁积分器=本站点丁积分器;if(本站点丁灯=1 &

21、本站点减分按钮=1)本站点丁积分器=本站点丁积分器-1;else本站点丁积分器=本站点丁积分器;if(本站点重新开始按钮=1 & (本站点支持人灯=1 | 本站点甲灯=1 | 本站点乙灯=1 | 本站点丙灯=1 | 本站点丁灯=1 |本站点报警灯=1)本站点支持人灯=0;本站点甲灯=0;本站点乙灯=0;本站点丙灯=0;本站点丁灯=0;本站点报警计时器=0;本站点甲按钮=0;本站点乙按钮=0;本站点丙按钮=0;本站点丁按钮=0;本站点报警灯=0;else本站点支持人灯=本站点支持人灯;本站点甲灯=本站点甲灯;本站点乙灯=本站点乙灯;本站点丙灯=本站点丙灯;本站点丁灯=本站点丁灯;本站点报警计时器

22、=本站点报警计时器;本站点甲按钮=本站点甲按钮;本站点乙按钮=本站点乙按钮;本站点丙按钮=本站点丙按钮;本站点丁按钮=本站点丁按钮;本站点报警灯=本站点报警灯;if(本站点支持人灯=1)本站点报警计时器=本站点报警计时器+1;if(本站点报警计时器=10 &本站点支持人灯=1 &本站点甲灯=0 & 本站点乙灯=0 & 本站点丙灯=0 & 本站点丁灯=0)本站点报警灯=1;if(本站点总开关=1)本站点甲积分器=0;本站点乙积分器=0;本站点丙积分器=0;本站点丁积分器=0;else本站点甲积分器=本站点甲积分器;本站点乙积分器=本站点乙积分器;本站点丙积分器=本站点丙积分器;本站点丁积分器=本

23、站点丁积分器;6、程序调试在第一个任务的程序调试初期，首先将编译无误后下载到PLC中，启动开关。然后按下抢答开关I0.0后，在10s内无人抢答则指示灯Q1.0亮，如果在这段时间内抢答按钮I0.1最先按下，则红色指示灯Q0.1亮。相应的，如果I0.2最先按下，则红色指示灯Q0.2亮。同理，I0.3，I0.4也是一样。 在计时时间内，如果回答问题回答正确，按下加分按钮I0.6，则相应的数码管指示灯，加上相应的分数，同样，若回答问题错误，按下减分按钮，则相应的数码灯减掉相应的分数。未按下开始抢答按钮，I0.1，I0.2，I0.3，I0.4，任意一个先按下，则属于违规，报警指示灯Q1.0亮，这时可按减

24、分按钮，对其减掉相应的分数经过上阶段调试，完全符合所要设计的要求。7、实验体会 经过紧张而有辛苦的三周的课程设计结束了。当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之颠，顿感心旷神意，眼前豁然开朗., 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，课程设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这5周的心路历程，一种少有的成

25、功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟。 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致课程设计过程中，有时不免令我感到有些心烦意乱. 想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短五周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足。通过这次课设，我感悟很多，收获很多。参考文献1 赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社，2002，72 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2005，33 胡学林.可编程控制器原理及应用.电子工业出版社，2007,14 梁延东.电梯控制技术 .中国建筑工业出版社, 2008: 42-445 常晓玲.电器控制系统与可编程控制器.机械工业出版, 2008: 78-80