基于PLC的抢答器设计.doc
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编号
2016180351
研究类型
应用研究
分类号
TP29
学士学位论文（设计）
Bachelor’sThesis
论文题目
基于PLC的八人抢答器设计
作者姓名
学号
所在院系
学科专业名称
导师及职称
论文答辩时间
学士学位论文（设计）诚信承诺书
中文题目：
基于PLC的八人抢答器设计
外文题目：
TheDesignofResponderforEightPersonsBasedonPLC
学生姓名
学生学号
院系专业
学生班级
学生承诺
我承诺在学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。
如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。
学生（签名）：
年月日
指导教师承诺
我承诺在指导学生学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术道德规范，经过本人核查，该生学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为该生本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。
指导教师（签名）：
年月日
目录
1绪论 1
1.1选题背景 1
1.2选题意义 1
1.3抢答器在国内外发展现状 1
2设计方案 2
2.1PLC简介 2
2.2组态王简介 6
2.3PLC八人抢答器 6
3系统设计 7
3.1硬件设计 7
3.2软件设计 13
3.3实验结果与分析 19
4总结与展望 22
4.1总结 22
4.2展望 22
5参考文献 24
基于PLC的八人抢答器设计
杨波（指导老师杨锦园副教授）
（湖北师范大学机电与控制工程学院中国黄石435002）
摘要:
随着国家的发展和文化的不断进步，随处可见的社会活动，校园中的各类竞赛以及电视节目中的智力节目经常会有抢答环节，如果靠人眼来进行抢答的判断，会有较大的误差，无法做出公平公正的判断。
这时就会需要抢答器，它可以代替人眼经行判断。
最初的抢答器大多是由模拟电路，数字电路和混合电路组合构成。
本课程设计是基于PLC八人八位抢答器，其结构简单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，定时准确，可方便地设置定时时间，编程容易，功能扩展方便，修改灵活。
关键字：
PLC；抢答器；系统；控制
中图分类号：
TP29
TheDesignofResponderforEightPersonsBasedonPLC
YangBo（Tutor:
YangJinyuan）
（CollegeofMechatronicsandControlEngineering,HubeiNormalUniversity,Huangshi,China,435002）
Abstract：
Withthedevelopmentofcountryandtheprogressingofsocial,therearemanysocialactivities,thecompetitionsofschoolandintelligenceprogramonTVwhichoftenneedtheanswerlink.Ifweonlyuseoureyestojudgetheresultofanswerlink,therewillbemanyerrors,andthiswillmakethehosthardtotakeajudgewhichisfairandopen.Forthistime,theresponderisneeded,itcanjudgetheresultreplacingoftheeyes.Thetraditionalresponderiscomposedofanalogcircuit,digitalcircuitandhybridcircuit.Operationisrelativelyslow,andthelineiscomplex.ThecurriculumisdesignedbasedonPLCeightresponder,thestructureissimple,stronganti-interferenceability,stableandreliableoperation,accuratetiming,timingcanbesetconveniently,easyprogramming,functioniseasytoextend,modifyflexible.
Keywords：
PLC;Responder;System;Control
湖北师范大学机电与控制工程学院2016届学士学位论文（设计）
基于PLC的八人抢答器系统设计
杨波（指导老师杨锦园副教授）
（湖北师范大学机电与控制工程学院中国黄石435002）
1绪论
1.1选题背景
随着微处理器、计算机的飞速发展。
计算机控制已经占领了市场的各个领域。
人们生活节奏的快速化推动着市场的发展。
产品的反映速度与准确性决定了产品的销量，也使得计算机市场朝着这个方向发展。
随着我国经济和文化事业的发展，大到国家活动，社会活动，小到学校组织竞赛都需求一个公平公正的裁判，因此出现了抢答器。
而原始抢答器由很多电路组成，线路复杂，且大部分工作由人为判断，在抢答间隔时间较小时，肉眼或耳朵无法识别先后，这时候很容易造成误判，从而影响比赛的公正性。
且当人数过多时，所要求的线路更加复杂，并且更加难以判断。
1.2选题意义
应变市场的需求，以单片机、CPLD、FPGA、PLC等技术投入了抢答器的市场[1]，但是以单片机技术支持的抢答器通过5V电源供电，远程传输信号时信号会被大大削弱，从而导致系统可靠性不高，而PLC技术设计的抢答器通过24V电源供电，可就克服了信号衰减的问题。
因此我们设计了以PLC技术为核心的新型抢答器，在原始抢答器的基础上，添加了许多使用功能，如计时功能功能，报警功能，限时功能等，并且简化了电路。
1.3抢答器在国内外发展现状
国外发展现状：
抢答器是一种广泛应用于企事业单位和商业部门,为各种知识竟赛、文娱活动提供公正客观快速裁决的一种常用电子设备,也是一种逐渐成型的电子产品[2]。
目前市场上已有各种各样的智力竞赛抢答器,但绝大多数是早期设计的,以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品。
这部分抢答器已相当成熟,但功能越多的电路相对来说就越复杂,且成本偏高,故障高,显示方式简单（有的甚至没有显示电路）,无法判断提前抢按按钮的行为,不便于电路升级换代。
因此，提高抢答器的性能,使其具有更强的功能，使用可靠方便已为抢答器发展的一个方向。
随着集成技术和计算机技术的发展,单片机作为其一个分支亦于20世纪80年代以来获得了飞速发展,各种新品不断涌现,使单片机的应用更加深入,灵活性也大大增强。
介绍一种以PLC为核心的八路抢答器系统,它充分利用了PLC系统的优点,具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点[3]。
2设计方案
2.1PLC简介
2.1.1PLC控制器
PLC控制器，及ProgrammableLogicController的简称，中文为可编程逻辑控制器，是一种具有微处理器的电子设备，多用于自动化控制，可以将控制指令的程序转换为电平信号，通过外部继电器进行控制电路的开关，可编程逻辑控制器由内部CPU，内存，电源模组，输入输出单元，数字模拟单元等组成[4]。
在PLC控制器出现之前，自动化系统一般由许多继电器与计数器的模拟电路进行连接从而实现功能，电路复杂，原件多成本高，且可靠性不高。
而PLC控制器，通过简单的编程再由可编程逻辑模块进行处理转换从而代替大型设备，且系统可靠性较高[5]。
2.1.2基本结构
中央处理单元：
中央处理单元一般运算器、控制器和寄存器组成这些电路都集中在一个芯片内；与计算机相同，CPU为PLC的核心，它通过执行储存在存储器中的程序并通过扫描的方式执行程序；CPU的主要任务是控制用户程序和数据的接收与储存，并扫描外部I/O口输入输出状态并根据程序做出响应的反应，从而达到所需控制。
PLC进入运行状态后，从存储器读取程序，通过扫描I/O口输入端口的电平信号结合所写程序通过CPU的处理，在对应I/O口的输出端口输出对应电平信号[6]。
存储器：
PLC存储器包括系统储存器和用户存储器两部分。
系统存储器中写死了一些程序，这些程序使PLC具有基本的功能，使得PLC能够完成设计者规定的各项工作。
用户存储器分为用户程序存储器和用户数据存储器，用户程序存储器用来存放PLC设计者针对某一具体任务所编写的程序。
用户数据存储器用来存放I/O口的开关状态或数值[7]。
输入/输出端口：
PLC的输入输出信号可以是开关量或者是模拟量。
输入单元用来接收来自用户设备的各种控制信号。
输出端口则通过输入端口的控制信号，通过CPU与控制程序的运算输出到对应端口的控制信号[8]。
电源：
PLC一般使用220V的交流电或者24V直流电，较高电压也使得PLC具有其他微机如单片机之类使用5V供电的所没有抗干扰能力，并且在远距离传输时，信号衰减不明显。
2.1.3PLC特点
抗干扰能力强，系统可靠性高：
传统的继电触控控制系统虽然也具有良好的抗干扰性，但是传统继电器触控电路外部接线复杂，机械触头较多，且随着时间推移，由于器件的老化、触头的抖动、脱焊及触头在开闭时受电弧的损害降低了系统的可靠性，线材老化导致的系统故障较为难以修复[9]。
传统继电触控控制系统线路中间需要中间继电器进行信号的传输，系统外部电路更加复杂，由于触电的老化，故障更容易发生，且外部线材等成本较高，更换频繁。
PLC用软件代替大量的时间继电器与中间继电器，仅留下输入输出相关的少量外部硬件，这样大大减少了因触电或线材老化而产生的故障。
而PLC运用微电子技术，大多数的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分复杂的连线和继电器被软件程序所替代，因而系统可靠性高，简化了外部电路，使用寿命较长。
微机，类似单片机也具有较强的功能，但是抗干扰能力较差，在许多工业现场电磁波干扰、机械振动、温度和湿度的变化、电源波动等都会成为系统的外部干扰因素，从而系统的抗干扰能力就要求较高，也使得一般微机无法在这种条件下正常工作。
而PLC在电子线路、软件结构，以及机械结构上都汲取了生产控制经验，主要模块都采用了大规模集成电路，I/O系统设计有着较为完善的通道保护和信号调理电路[10]；在结构上对防潮、耐热、抗震等都有精确的考虑；在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰能力。
在本次毕业设计中，可以从硬件方面和软件方面进行分析，提高系统可靠性。
主要措施有：
硬件措施：
屏蔽：
PLC采用的材料对电源变压器、CPU编程器等重要模块具有良好的导电和导磁，从而对外界的一些干扰（电磁干扰，温度等）进行了屏蔽作用[11]。
滤波：
采用多种滤波方式对供电系统的输入输出进行滤波。
以削弱各个模块之间的相互干扰并消除高频干扰[12]。
电源的调整与保护:
为适应交流电的波动、欠电压、过电压的影响，PLC采用多级滤波，同时采用集成电压调整器进行电压的调整，从而形成微处理器所需的+5V电源。
隔离:
微处理器的输入和输出传输数字信号，为了防止两者之间的相互干扰，PLC采用光电隔离，有效的防止
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