PLC课程设计智力抢答题.doc

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1、太原科技大学化学与生物工程学院课 程 设 计课程名称： 可编程控制课设题目： 智力抢答题PLC控制专业班次： 生产过程及其自动化姓 名： 学 号： 指导教师： 学 期： 2010-2011学年 第二学期日 期： 2011.06.08摘 要本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对智力抢答器进行控制。PLC智能抢答器有结构简单、操作方便、安全可靠、造价低、发展前景广阔、功能强大等优点。首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作形式，分析后得出它主要需要四组

2、选手进行参加比赛，以及在比赛过程中正确抢答、正确回答、回答超时、抢答限时及加减分功能等。抢答器在竞赛中能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。通过抢答器的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者。如果对外部电路稍加修改，或者在系统程序中加入分支，可以把六路抢答器改为更多路的抢答器。如果去除系统中的互锁和限时功能，可以把抢答器改为呼叫器，能够用在医院病房、宾馆客房、写字楼办公室、工厂生产车间等多种地方。智力抢答器以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点，在赛场上是应用比较实用的抢答器。在国内市场占有绝对优势的市场份额并逐年成上升趋势。抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增

3、添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。关键词：智力抢答器， PLC，自动控制第一章 智力抢答器的介绍11.1智力抢答器概述11.2智力抢答器工作原理1第二章PLC概述22.1 plc的定义、组成及特点22.1.1 PLC的定义22.1.2 PLC的基本结构22.1.3 PLC的特点32.2 PLC工作原理32.2.1循环扫描的特点：32.2.2 PLC中的存储器：42.3 PLC的编程语言42.4 PLC的分类及性能指标42.4.1按I/O点数容量分类：42.4.2按结构形式分：42.4.3 PLC的性能指标：5第三章 系统硬件设计63.1 控制系统选取63.2 控制系统的硬件

4、组成63.3 系统控制要求73.4 控制系统I/O分配表73.4.1智能抢答器PLC控制系统的输入端口如表3.3所示：73.4.2智能抢答器PLC控制系统的输出端口如表3.4所示83.5系统硬件连接图94.1整体设计104.2 PLC控制程序10第五章 模拟运行与调试程序175.1 程序的模拟运行17第六章 心得20参考文献20第一章 智力抢答器的介绍1.1智力抢答器概述利用软件进行控制是其最显著的特点，把软件运用在抢答器中，实现了无误差损耗、无变差等优越的特点，在用软件控制的过程中，能够正确的对各种情况进行控制，实现在正常的运用过程中，实现正确的抢答及正确的答题以及答题过程中需要处理的一些紧

5、急情况。智力抢答器在设计的过程中用一般的操作指令进行程序控制，在处理程序的过程中把抢答的环节和答题的环节紧密但又密切的联系在一起，用独立的输出进行控制。其产品特点：1、 程序结构简单。2、 自动无差复位能力强，相互制约性强。3、 采用按钮控制，有利于比赛的顺利进行。4 、计时计分系统灵活且准确无误。5、 程序运用过程中无噪音。6、 适用于各种抢答比赛场合。1.2智力抢答器工作原理我用供三组选手抢答用的智能抢答器来说明器工作原理，在竞赛主持人处有五个按钮，分别为控制抢答的启动开关、抢答按钮、计时按钮、加减分按钮。竞赛开始时，主持人接通启动/停止开关，指示灯亮。当主持人按下开关按钮后，如果10s内

6、无人抢答，赛场内的音响发出持续1.5s的声音，指示灯亮，表示抢答器自动撤销此次抢答信号。当主持人按下开始抢答按钮后，如果在10s内有人抢答，则最先按下抢答器按钮的信号有效，相应抢答桌上的抢答灯亮，赛场的音响发出短促的音。当主持人确定抢答有效后，按下答题计时按钮，抢答桌上的抢答灯灭，计时开始，计时时间到（假设为1min），赛场的音响发出持续3s的长音，抢答桌上的抢答灯再次亮。如果抢答这在规定的时间内正确答题，主持人或助手按下加分按钮，为抢答者加分，同时强大桌上的指示灯快速闪烁3s。如果抢答者不能再规定的时间内回答问题，主持人或助手按下减分按钮，为抢答者减分。第二章PLC概述2.1 plc的定义、

7、组成及特点2.1.1 PLC的定义PLC一直在快速发展中，因此到现在为止，还未能对其下一个十分确切的定义。1987年2月，国际电工委员会（IEC）对可编程控制器（PLC）的定义是：可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。2.1.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，

8、如下图2.1所示：图2.1 PLC硬件结构2.1.3 PLC的特点1、软硬件功能强PLC的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计数器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等功能。PLC不仅可进行逻辑运算，算术运算，数据转换以及顺序控制，还可实现模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，并具有完善的输入输出系统。2、使用维护方便PLC不需要像用计算机控制那样在输入输出接口上做大量的工作。PLC的输入接口和输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连的接口。3、运行稳定可靠由于PLC采用了微电子技术，大量的开关动作有无触点的半

9、导体电路来完成，同时还采用了屏蔽，滤波，隔离等抗干扰措施，所以其平均无故障时间在2万小时以上。4、组织灵活可编程控制器品种很多,小型PLC为整体结构，并外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。中大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专有功能模块（开关量、模拟量输入/输出模块、位控模块、伺服、步进驱动模块等）供选用和组合。2.2 PLC工作原理2.2.1循环扫描的特点：1、输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。2、扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可

10、控的。3、对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。4、各个电路和不同扫描阶段会造成输入和输出延迟，这是PLC的主要缺点。2.2.2 PLC中的存储器：PLC中的存储器按用途分为系统程序存储器、用户程序存储器以及工作数据存储器。1、用户程序存储器用来存储根据控制要求而编制的用户应用程序。2、用来存储工作数据的区域称为工作数据区。3、系统程序存储器中存放的是厂家根据其选用的PLC的指令的系统编写的系统程序，它决定了PLC的功能，用户不能更改其内容。2.3 PLC的编程语言PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。PLC的编程语言

11、有多种，如梯形图、语句表、功能图等。梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。2.4 PLC的分类及性能指标2.4.1按I/O点数容量分类：1、小型机（I/O点数小于256点）典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列。2、中型机（I/O点数在2561024之间）典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列。3、大型机（I/O点数在1024点以上）典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系

12、列。2.4.2按结构形式分：根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。1、整体式结构微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200。2、模块式结构目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列。2.4.3 PLC的性能指标：1、I/O点数I/O点数，即PLC面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多，外部可以连接的I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。2、存储容量这里专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型PLC的存储容量变化范围一般为2KB2MB。3、扫描速度扫描速度是指PLC执行

13、程序的快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的稳合程度。可编程控制器采用循环扫描的工作方式。4、指令系统它是衡量PLC能力强弱的标志，决定了PLC的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。5、通信功能通信有PLC之间的通信和PLC与计算机或其它设备之间的通信。主要涉及通信模块、通信接口、通信协议、通信指令等。6、扩展能力扩展能力包括I/O点数的扩展（如图3.1所示）和PLC功能的扩展两方面的内容。7、特殊功能单元特殊功能单元种类多，也可以说PLC的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。第三章 系统硬件设计3.1 控制系统选取

14、抢答器使用时涉及到用电的安全及抢答过程中的性能，而且使用的环境一般是室内，所以对设备的安全性和可靠性要求很高。从应用角度看可编程控制器具有如下特点：1、可靠性高： 2、体积小： 3、通用性好：4、使用方便： S7-300系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。由于其具有极高的性价比，在以下几方面都有优越的表现：极高的可靠性、程序易于掌握，实时特性功能、编程语言指令丰富，操作简便，有丰富的扩展功能。3.2 控制系统的硬件组成智力抢答器组成单元简单示意图如图3.2所示：图3.2智力抢答器示意图该图3.2为智力抢答器示意图，主要由指示器、按钮、倒计时显示器、分数显示器、抢答灯和音

15、响组成。其结构包括主持人的按钮（启动开关、抢答开关、计时开关、加减分开关），显示器组成的1min倒计时器，在每一次抢答的时候，各种情况下的音响、灯光发生器。3.3 系统控制要求1.竞赛开始时，主持人接通启动/停止开关(SA)，指示灯亮。2.当主持人按下开关按钮后(SB0)，如果10s内无人抢答，赛场内的音响（HA）发出持续1.5s的声音，指示灯(HL2)亮，表示抢答器自动撤销此次抢答信号。3.当主持人按下开始抢答按钮(SB0)后，如果在10s内有人抢答(按下抢答按钮SB3，SB4或SB5)，则最先按下抢答器按钮的信号有效，相应抢答桌上的抢答灯(HL3，HL4或HL5)亮，赛场的音响发出短促的音

16、(0.2sON;0.2sOFF;0.2sON)。4.当主持人确定抢答有效后，按下答题计时按钮(SB6)，抢答桌上的抢答灯灭，计时开始，计时时间到（假设为1min），赛场的音响发出持续3s的长音，抢答桌上的抢答灯再次亮。5.如果抢答这在规定的时间内正确答题，主持人或助手按下加分按钮，为抢答者加分，同时强大桌上的指示灯快速闪烁3s（闪烁频率为0.3SON;0.3sOFF）。6.如果抢答者不能再规定的时间内回答问题，主持人或助手按下减分按钮，为抢答者减分。3.4 控制系统I/O分配表3.4.1智能抢答器PLC控制系统的输入端口如表3.3所示：表3.3输入信号对照表信号名称外部元件内部地址信号名称外部

17、元件内部地址启动/停止开关SAI0.7一号参赛者SB3I0.3抢答按钮SB0I0.0二号参赛者SB4I0.4加分按钮SB1I0.1三号参赛者SB5I0.5减分按钮SB2I0.2计时按钮SB6I0.63.4.2智能抢答器PLC控制系统的输出端口如表3.4所示表3.4输出信号对照表信号名称内部地址信号名称内部地址HL1Q4.1HAQ4.7HL2Q4.23组输出得分MW10HL3Q4.34组输出得分MW12HL4Q4.45组输出得分MW14HL5Q4.53.5系统硬件连接图输入、输出端子电气接线图如下图3.5所示。图3.5控制系统外部I/O接线图第四章系统软件设计4.1整体设计根据基于PLC智力声光

18、智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。控制软件应用SIEMENS编程软件，采用梯形图语言编写,工作系统自动控制流程框图如图4.1.所示。根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。整体设计工作系

19、统自动控制流程图如图4.1所示竞赛开始接通开关（HL1亮）抢答开始SB0无人抢答，发出持续1.5s的声音，指示灯HL2亮正确抢答，抢答灯亮，发出短促音回答正确加分，指示灯亮，响3s回答错误或超时减分倒计时1min,音响发出持续3s的长音，抢答灯再次亮，按下计时按钮，抢答灯灭 图4.1工作流程图4.2 PLC控制程序PLC声光智能抢答器的自动控制的程序如图4.2所示。本程序简洁易懂、便于修改、使用性强、条理性强，具体如下接通开关SA，指示灯HL1亮按下SB0后，10s内无人抢答。倒计时10s到，发出持续1.5s的声音，指示灯HL2亮倒计时10s到，发出持续1.5s的声音，指示灯HL2亮10s内有

20、人抢答，随意接通一组 二组 三组，开始计时最先抢答有效，把结果放入M0.0抢答有效，赛场音响发出间断的短促音第五章 模拟运行与调试程序5.1 程序的模拟运行将设计好的程序写入PLC后，首先要做的就是仔细检查程序，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。也可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输

21、出量之间的关系完全符合要求，下面5.15.3是程序运行调试中的几个过程图。开关图无人抢答 有人抢答按计时按纽计时时间加分减分第六章 心得经过一个多月的时间，在各位老师、同学的帮助下，在我的不断努力下，我的课程设计终于要完成了。从设计中我学到许多知识，也理解了做任何事都要细心的道理。知识的积累是一点一滴的，在设计中我也感受颇深。在此我要真诚的感谢老师给予我的指导，在设计过程中老师严格督促我，及时的帮我解决我在设计中遇到的各种问题和困难，在设计中一直对我严格要求，在整个毕业设计过程中都给我耐心的指导和讲解，并主动为我提供各种相关技术资料，在老师的帮助和指导下我顺利完成了本次课程设计，也让我在这次毕

22、业设计中受益匪浅。 参考文献1 蒋圣平, 颜景龙, 裴焕斗等. PLC 在立体车库系统中的应用J . 测试技术学报, 20002 林明星. 电气控制及可编程序控制器M . 北京: 机械工业出版社,2004 3 周淑珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用.北京:电子工业出版社,20045 王玉中.电气控制及PLC应用技术.河南:河南科学技术出版社,20066 孙平.可编程序控制器原理及应用.北京:高等教育出版社,20037 张新军.电气控制与PLC技术及应用.济源：济源职业技术学院出版社，2006.78 王芳.立体车库及其控制J.电器传动，1998.89 邹其洪、黄智伟、高嵩、等编著。电工电子实验与计算机仿真M。电子工业出版社，200510 王成福主编。可编程序控制器原理及应用。北京：机械工业出版社，200611 张进秋主编。可编程控制器原理及应用实例M。北京：机械工业出版社，200412 江秀汉、汤楠主编。可编程序控制器原理及应用。西安：西安电子科技大学出版社，2003