抢答器PLC控制系统设计河南工业大学Word文档格式.docx
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第2章系统要求的分析与设计5
2.1控制要求分析，设计主电路5
2.1.1PLC抢答器的控制要求5
2.2系统设计思想设计5
2.2.1系统设计思想5
第3章PLC控制系统设计6
3.1I/O分配设计及硬件选择6
3.1.1I/O分配设计6
3.1.2硬件选择7
3.2确定I/O信号数量，选择PLC类型7
3.2.1系统I/O数量分析7
3.2.2S7-200系列PLC的CPU的技术指标7
3.2.3S7-200系列PLC的CPU型号的选择7
3.3I/O接线图8
3.4程序流程图9
3.5控制程序编制与调试10
3.5.1控制程序编制10
3.5.2程序调试21
设计总结25
谢辞26
参考文献27
第1章引言
1．1PLC的由来及发展史
PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大.可编程控制器（ProgrammableLogicalController）简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司（DEC）为美国通用公司（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。
随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。
现代PLC已经成为真正的工业控制设备。
虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：
1．早期的PLC（60年代末—70年代中期）
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。
这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。
它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。
装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。
另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。
在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。
因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。
其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
2．中期的PLC（70年代中期—80年代中后期）
在70年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。
美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。
这样，使PLC得功能大大增强。
在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。
在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。
并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。
3．近期的PLC（80年代中后期至今）
进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。
而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。
这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。
1.2PLC的主要特点、主要功能及应用范围
1.2.1PLC的主要特点
1．高可靠性
⑴所有的I/O接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
⑵各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰。
⑶良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大。
2．丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号如交流或直流、开关量或模拟量等有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备如按钮、行程开关等。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;
为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。
3．采用模块化结构
为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构，PLC的各个部件包括CPU电源I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4．编程简单易学
PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5．安装简单维修方便
PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。
1.2.2PLC的主要功能
1.顺序逻辑控制
这是PLC最基本最广泛的应用领域，用来取代继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。
它既可以用于单机控制或多机控制，又可用于自动化生产线的控制。
2.运动控制
在机械加工行业，可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动控制。
很多PLC机制造厂家已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模板。
3.定时控制
PLC为用户提供了一定数量的定时器，并设置了定时器指令，一般每个定时器可实现0.1-999.9S或0.01-99.99S的定时控制，也可按一定方式进行定时时间的扩展。
定时精度高，定时设定方便，灵活。
同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确的实时控制。
4.计数控制
PLC为用户提供的计数器分为普通计数器、可逆计数器、高数计数器等，用来完成不同用途的计数控制。
当计数器的当前计数值等于计数器的设定值，或在某一数值范围时，发出控制命令。
计数器的计数值可以在运行中被读出，也可在运行中进行修改。
5.步进控制
PLC为用户提供了一定数量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步进控制功能。
在一道工序完成之后，自动进行下一道工序。
一个工作周期结束后，自动进行下一个工作周期。
有些PLC还专门设有步进控制指令，使得步进控制更为方便。
6.数据处理
大部分PLC都具有不同程度的数据处理功能，可以完成数据运算如：
加、减、乘、除、乘方、开方等，逻辑运算如：
字与、字或、字异或、求反等，移位、数据比较和传送及数值的转换等操作。
7.模/数和数/模转换
在过程控制或闭环控制系统中，存在温度、压力、流量速度、位移、电流、电压等连续变化的物理量。
过去，由于PLC机主要用于逻辑运算控制，对于这些模拟量的控制主要靠仪表控制或分布控制系统DCS。
目前，不但大、中型机PLC都具有模拟量处理功能，甚至很多小型PLC也具有模拟量处理功能，而且编程和使用都很方便。
8.通信及连网
目前绝大多数PLC都具有通信功能，能够在PLC机与计算机之间进行同位链接及上位链接。
通过这些通信技术，使PLC更容易构成工厂自动化系统。
也可以与打印机、监视器等外部设备相连，记录和监视有关数据。
1.2.3PLC的应用范围
开关量逻辑控制是PLC应用最广泛的也是最基本的领域是开关量逻辑控制方面，利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：
机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。
在其他方面例如：
运动控制、过程控制、数据处理、通信联网等方面也有很重要的应用。
第2章系统要求的分析与设计
2.1控制要求分析，设计主电路
2.1.1PLC抢答器的控制要求
1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0-S7表示。
2.设置一个系统抢答和清除控制开关S、S8，该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，勇士扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保存到主持人将系统清楚为止。
4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由支持人设定（如30秒）。
当主持人启动“开始”按钮后，定时器惊醒减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5.参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢搭的时间，并保持到主持人将系统清楚为止。
6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
2.2系统设计思想设计
2.2.1系统设计思想
在主持人按动“开始”按钮后，计时器开始计时，同时扬声器蜂鸣0.5秒，此时各参赛选手开始抢答。
各选手之间实行互锁，在一名选手抢先按下抢答按钮时，其他的选手再按抢答按钮则无效。
在选手按下抢搭按钮后，扬声器蜂鸣0.5秒，在LED显示器上显示抢答选手的编号和抢答时间，一直保存到主持人清除位置，此时可以由选手来回答抢答的问题。
在回答环节进行过后，由主持人对此次的抢答显示进行清除，进而进行下一轮的抢答。
第3章PLC控制系统设计
3.1I/O分配设计及硬件选择
3.1.1I/O分配设计
在了解了系统工艺要求和控制要求后,接着要做的就是将I/O通道分配给PLC的指定I/O端子,具体如表3-1所示。
表3-1I/O点的分配与编号
控制信号
信号名称
元件名称
元件符号
地址编号
输入信号
主持人开始开关
常开按钮
S
I0.0
1号选手按纽
S0
I0.1
2号选手按纽
S1
I0.2
3号选手按纽
S2
I0.3
4号选手按纽
S3
I0.4
5号选手按纽
S4
I0.5
6号选手按纽
S5
I0.6
7号选手按纽
S6
I0.7
8号选手按钮
S7
I1.0
主持人复位开关
S8
I1.1
输出信号
扬声器
接触器
KM1
Q0.0
数码显示0LED管的a端
LED显示管端子
--
Q0.1
数码显示0LED管的b端
Q0.2
数码显示0LED管的c端
Q0.3
数码显示0LED管的d端
Q0.4
数码显示0LED管的e端
Q0.5
数码显示0LED管的f端
Q0.6
数码显示0LED管的g端
Q0.7
数码显示1LED管的a端
Q1.0
数码显示1LED管的b端
Q1.1
数码显示1LED管的c端
Q1.2
数码显示1LED管的d端
Q1.3
数码显示1LED管的e端
Q1.4
数码显示1LED管的f端
Q1.5
数码显示2LED管的g端
Q1.6
数码显示2LED管的a端
LED显示管端
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