基于PLC控制的抢答器完整版设计论文.docx
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基于PLC控制的抢答器完整版设计论文
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基于PLC控制的抢答器毕业设计李晓宁焦作大学机电工程学院
基于PLC控制的抢答器毕业设计
焦作大学机电工程学院
2012年12月
中图分类号：
密级：
UDC：
单位代码：
基于PLC控制的抢答器设计
BasedonPLCcontrolresponderdesign
焦作大学机电工程学院
摘要
PLC的应用领域已经拓宽到了各个领域，在日常生活中，智能抢答器广泛的应用于各种竞赛和抢答场合。
由于PLC系统的抢答器相对稳定，所以设想可以利用PLC进行抢答器的设计。
开始抢答前，主持人首先通过复位按钮实现电路复位，在提问之后，打开选择开关启动定时器。
在抢答限时内，当某一组抢先按下抢答按钮后，对应的辅助继电器接通，同时切断其它抢答回路，实现互锁。
抢答成功后，辅助继电器接通，启动音效电路和某分台指示灯，驱动外部数码显示器显示抢答成功组号。
抢答成功后，同时启动定时器，当定时器计时结束，启动音效电路和指示灯提示回答时间到。
如果在限时内无人抢答，则启动音效电路和总台指示灯。
关键词抢答器；可编程控制器；
ABSTRACT
Beforestartviestoanswerfirst,thefirstthroughtheresetbuttonrealizecircuitreset,thequestionslater,opentheselectorswitchstarttimer.Inviestoanswerfirsttime,whenagroupofpreemptivepressviestoanswerfirstbutton,thecorrespondingauxiliaryrelayon,atthesametimecutoffotherviestoanswerfirstcircuit,realizeinterlock.Viestoanswerfirstafterthesuccessoftheauxiliaryrelayon,startsoundcircuitandsomepointstablelamp,driveexternaldigitaldisplayshowsviestoanswerfirstsuccessfulgroupnumber.Afterthesuccessoftheviestoanswerfirst,andthelaunchofthetimer,whenthetimertimingover,startsoundcircuitandlightscanningflowchart
工作过程：
主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。
（1）内部处理阶段：
在此阶段，PLC检查CPU模块的硬件是否正常，复位监视定时器，以及完成一些其它内部工作。
（2）通信服务阶段
在此阶段，PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容等，当PLC处于停状态时，只进行内容处理和通信操作等内容
1．输入处理
输入处理也叫输入采样。
在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。
在此输入映象寄存器被刷新。
接着进入程序执行阶段。
在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
2．程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。
遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
从用户程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。
对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。
3．输出处理
程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。
4.PLC的工作状态
PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
运行状态是执行应用程序的状态。
停止状态一般用于程序的编制与修改。
图2.7给出了运行和停止两种状态下PLC不同的扫描过程。
由图可知，在这两个不同的工作状态中，扫描过程所要完成的任务是不尽相同的。
在运行状态，PLC通过反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。
为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC停机或切换到停止（STOP）工作模式。
在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些其他内部工作。
在通信服务阶段，PLC与其他带微处理器的智能装置通信以更新编程器的显示内容。
当PLC处于停止模式时，只执行以上两种的操作。
PLC处于运行（RUN）模式时，还要完成另外三个阶段的操作。
5.扫描周期和响应时间
PLC在运行状态时，执行一次扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为0.5ms～100ms。
扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：
CPU执行指令的速度，执行每条指令占用的时间；程序中指令条数的多少。
指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行速度有很大关系，一般说来，一个扫描过程中，输入采样和输出刷新所占时间较少，执行指令的时间占了绝大部分。
PLC的响应时间是指从PLC外部输入信号发生变化的时刻起至由它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的间隔，也叫做滞后时间（通常滞后时间为几十毫秒）。
它由输入电路的时间常数、输出电路的时间常数、用户语句的安排和指令的使用、PLC的循环扫描方式以及PLC对IO的刷新方式等部分组成。
这种现象称为IO延迟响应或滞后现象。
由于PLC的这种周期循环扫描工作方式，决定了响应时间的长短与收到输入信号的时刻有关。
响应时间可以分为最短响应时间和最长响应时间。
（1）最短响应时间
如果在一个扫描周期刚结束之前收到一个输入信号，在下一个扫描周期之前进入输入采样阶段，这个输入信号就被采样，使输入更新，这时响应时间最短。
（2）最长响应时间
如果收到一个输入信号经输入延迟后，刚好错过IO刷新的时间，在该扫描周期内这个输入信号无效，要到下一个扫描周期输入采样阶段才被读入，使输入更新，这时响应时间最长。
由于PLC采用循环扫描的工作方式，即对信息串行处理方式，必定导致输入、输出延迟响应，产生滞后现象。
对于一般工业控制要求，这种滞后现象是允许的。
但是对那些要求响应时间小于扫描周期的控制系统则不能满足，这时可以使用智能输IO单元（如快速响应IO模块）或专门的指令（如立即IO指令），通过与扫描周期脱离的方式来解决。
3.2PLC机型选择步骤与原则
PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。
在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。
对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带AD转换、DA转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。
而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。
其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。
（一）合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在IO点数、输入点数与输出点数的比例、IO模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
（二）安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程IO硬件，系统反应快、成本低；远程IO式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程IO电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。
（三）相应的功能要求
一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。
但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
（四）响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。
如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速IO处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
（五）系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。
对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。
3.3PLC的容量包括IO点数和用户存储容量两个方面
（一）IO点数的选择
PLC平均的IO点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的IO点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的IO点最少，但必须留有一定的裕量。
通常IO点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10％~15％的裕量来确定。
（二）存储容量的选择
用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。
一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25％之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。
PLC的IO点数的多少，在很大程序上反映了PLC系统的功能要求，因此可在IO点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕量。
存储容量（字节）＝开关量IO点数×10＋模拟量IO通道数×100
另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
3.4控制要求分析
当主持人打开启动开关后，在设定时间T1内，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效;
在抢答成功后，定时器停止工作。
显示器显示选手的编号和抢答的时间。
主持人打开开关S，系统清零。
3.5抢答电路分析
图3.2系统结构框图
Figure3.2systemstructurediagram
图3.3系统外部接线图
Figure3.3systemoutsidewiringdiagram
3.6程序流程图
4软件设计
4.1IO分配表
输入
S
I1.0
主持人开关
S1
I0.0
1号选手按纽
S2
I0.1
2号选手按纽
S3
I0.2
3号选手按纽
S4
I0.3
4号选手按纽
S5
I0.4
5号选手按纽
S6
I0.5
6号选手按纽
S7
I0.6
7号选手按纽
S8
I0.7
8号选手按纽
输出
HR
Q5.0
蜂鸣器
HL1
Q4.0
1号选手指示灯
HL2
Q4.1
2号选手指示灯
HL3
Q4.2
3号选手指示灯
HL4
Q4.3
4号选手指示灯
HL5
Q4.4
5号选手指示灯
HL6
Q4.5
6号选手指示灯
HL7
Q4.6
7号选手指示灯
HL8
Q4.7
8号选手指示灯
HL9
Q5.1
选手编号数码显示
HL10
Q5.2
HL11
Q5.3
HL12
Q5.4
HL13
Q5.5
HL14
Q5.6
HL15
Q5.7
HL16
Q6.0
时间倒计时数码显示
（十位）
HL17
Q6.1
HL18
Q6.2
HL19
Q6.3
HL20
Q6.4
HL21
Q6.5
HL22
Q6.6
HL23
Q7.0
时间倒计时数码显示
（个位）
HL24
Q7.1
HL25
Q7.2
HL26
Q7.3
HL27
Q7.4
HL28
Q7.5
HL29
Q7.6
4.2根据控制要求进行梯形图设计
（一号选手抢答按钮）
（二号选手抢答按钮）
（三号选手抢答按钮）
（四号选手抢答按钮）
（五号选手抢答按钮）
（六号选手抢答按钮）
（七号选手抢答按钮）
（八号选手抢答按钮）
（主持人闭合抢答开关Ｓ，即I1.0闭合，抢答开始。
8组选手任一选手按其抢答按钮，将其输出自锁。
当抢答结束或无人抢答时，主持人打开开关S,即I1.0打开，系统清零）
（1号选手指示灯）
（2号选手指示灯）
（3号选手指示灯）
（4号选手指示灯）
（5号选手指示灯）
（6号选手指示灯）
（7号选手指示灯）
（8号选手指示灯）
（优先抢答的选手对应的指示灯亮。
该段梯形图使用互锁。
一旦有选手选中，其他选手抢答无效）.
（T1为特殊的定时器，其定时为30秒，输出16进制。
8位选手一旦其中一位抢答成功，M1.0常闭触电断开，T1以BCD输出）
数码管1——选手编号
数码管2——计时器十位
数码管3——计时器个位
5仿真与调试
5.1仿真软件GXDeveloper8.0概要
GXDeveloper8.0编程软件是FX系统PLC专用的编程软件，其编程界面和帮助文档均已汉化，占用空间小，安装好后仅占用约90MB的空间，功能较强，在Windows982000XP系统下均可运行。
GXDeveloper主要是指能执行以下功能的软件包：
1.程序的创建
2.对可编程控制器CPU进行写入、读出
3.监视（例如：
软元件批量监视）
监视有梯形图监视、软元件批量监视、软元件登录监视功能。
4.调试
将所创建的顺控程序写入到可编程控制器CPU中，对顺控程序能否正常动作进行测试。
此外，通过使用新开发的GXSimulator,可以在单台个人计算机中进行调试。
5.PLC诊断
由于显示了当前的出错状态以及故障记录等，因此可以在短时间内完成除错。
此外，通过系统监视（仅为QCPU（Q模式））可以获取关于特殊功能的详细信息，因此在出错时可以在更短的时间内完成除错。
5.2系统的仿真
1）抢答情况（假如是第1组）仿真图如图5.1所示
X011主持人开始TS1定时器T1
指示灯（Y000）、蜂鸣器（Y010）、数码管显示（Y021、Y022）为组号1
图5.1正常抢答仿真图
Figure5.1normalviestoanswerfirstthesimulationdiagram
2）无人应答及答题超时的情况
X011主持人开始、蜂鸣器（Y10）仿真图如图5.2所示
规定时间内无人抢答，系统自动报警，显示00
图5.2无人应答及答题超时仿真图
Figure5.2nobodyreplyandanswertimeoutsimulationdiagram
5.3工作过程分析
1）开始抢答前，主持人在提问之后，接通开关（S）X0111启动定时器T1,本程序预设为30s）。
2）在抢答限时内，当某一组抢先按下抢答按钮后，对应的辅助继电器接通，同时切断其它抢答回路，实现互锁。
如一组接通后，其他组再按下将不会起作用。
3）抢答成功后，辅助继电器M2接通，启动音效电路和指示灯，输出驱动信号，驱动外部数码显示器显示抢答成功的组号。
4）如果在限时内无人抢答，则启动音效电路和指示灯显示“00”。
5）抢答成功后，主持人断开开关S，系统则清零本次抢答结束。
致谢
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。
既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
附录
IO接线原理图
参考文献
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机械工业出版社，2008。
[2]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，2004。
[4]王玉中.电气控制及PLC应用技术.河南：
河南科学技术出版社，2006。
[5]谢克明、夏路易.可编程控制器原理与程序设计[M].北京：
电子工业出版社，2005。
[6]郑成.现代可编程序控制器原理及应用[M].北京：
科学出版社，1999。
[7]江秀汉.可编程序控制原理及应用[M].西安：
西安电子科技大学出版社，1998。
[8]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：
人民邮电出版社，2004。
[10]王成福.可编程序控制器原理及应用.北京：
机械工业出版社，2006。
[11]张进秋.可编程控制器原理及应用实例[M].北京：
机械工业出版社，2004。
毕业论文通用格式分类号：
无锡职业技术学院
毕业设计（论文）
题目（团队课题要注明“团队”二字）
英文并列题目
所在团队
答辩委员会主任主答辩人
二零15年3月
毕业设计（论文）开题报告
毕业设计（论文）任务书
年月日
设计类建议格式一：
封面
开题报告
任务书
摘要、关键词（含中英文）
第一章序言
1.1XXX
1.2XXX
……
第二章XXX工艺设计
2.1XXX
2.2XXX
……
第三章XXX参数确定及计算
3.1XXX
3.2XXX
……
第四章XXX夹具设计
4.1XXX
4.2XXX
……
第N-1章XXX
N-1.1XXX
N-1.2XXX
……
第N章结论
小结与致谢
参考文献
毕业设计附录目录：
1.机械加工工艺流程图
2.机械加工工艺过程卡
3.机械加工工艺工艺卡
4.机械加工工艺工序卡
5.被加工零件图
6.夹具装配图
7.夹具零件图
8.其他系统图
9.其他原理图
10.零件三维造型图
11.夹具三维造型图
12.设计（作品）实物图
13.设计（作品）实物
14.开题报告
15.专业翻译材料
16.企业证明
17.与企业合作开发的技术服务合同
18.四技服务项目验收表
19.毕业设计（论文）指导记录表
20.毕业答辩评审表
表2毕业设计（论文）评阅教师评价表
表3毕业设计（论文）答辩记录表
表4毕业设计（论文）答辩评价表
表4毕业设计（论文）综合评价表
设计类建议格式二：
封面
开题报告
任务书
摘要、关键词（含中英文）
第一章绪论
1.1XXX课题的背景及意义
1.2XXX国内外研究现状
1.3XXX技术特点
1.4XXX课题研究的内容
……
第二章XXX系统的总体设计
2.1XXX系统整体方案设计思路
2.2XXX
……
第三章XXX系统的硬件设计
3.1XXX系统硬件设计思路
3.2XXX
……
第四章XXX系统的电路设计
4.1XXX系统电路设计思路
4.2XXX
……
第五章XXX系统的软件设计
5.1XXX系统软件设计思路
5.2XXX
……
第六章XXX系统的监控中心设计
6.1XXX系统监控中心设计思路
6.2XXX
……
第N-1章XXX
N-1.1XXX
N-1.2XXX
……
第N章总结与展望
小结并致谢
参考文献
毕业设计附录目录：
1.XXX系统的总体设计图
2.XXX系统的硬件设计图
3.XXX系统的电路设计图
4.XXX系统的软件设计方框图
5.软件光盘
6.其他系统图
7.其他原理图
8.设计（作品）实物图
9.设计（作品）实物
10.开题报告
11.专业翻译材料
12.企业证明
13.与企业合作开发的技术服务合同
14.四技服务项目验收表
15.毕业设计（论文）指导记录表
16.毕业答辩评审表
表2毕业设计（论文）评阅教师评价表
表3毕业设计（论文）答辩记录表
表4毕业设计（论文）答辩评价表
表4毕业设计（论文）综合评价表
论文版面格式：
无锡市机电五金行业市场调查
（三号、宋体、加粗、居中、1.5倍行距）
摘要：
（小五号，黑体）无锡位于长三角地区，近年来机电五金行业发展迅猛。
通过对无锡机电五金市场的调查，从调查目的、调查对象、调查范围、调查方式、调查内容等方面，大致了解了无锡机电五金行业的市场经营的现状、从业人员的现状以及电子商务应用的情况。
（小五号、楷体、单倍行距）
关键词：
（小五号，黑体）机电五金行业；市场调查；无锡市（小五号、楷体、单倍行距、分号相隔）
MarketresearchonWuxielectromechanical”体）
Abstract:
（加粗）Havenotintolocatetogrowtriangleregion,themachinegivesorgetsanelectricshockadevelopmentinrecentyearsfastfierce.Passtheinquisitionthattherightnessmachineelectricitymachineelectricityofthemarketconductofpresentconditionandtheappliedcircumstanceoftheelectroniccommerceofpresentcondition,employee.（小五号、TimesNewRoman、单倍行距）
Keywords:
（加粗）Themachineelectricity,Marketresearch,WuxiCity（小五号、TimesNewRoman、单倍行距、英文分号相隔）
一、绪论
（标题1：
无缩进、三号、黑体、1.5倍行距；日语为“明朝体”，英语等外语用“TimesNewRom
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