基于三菱FX2N的PLC抢答器控制设计.docx

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基于三菱FX2N的PLC抢答器控制设计

江苏城市职业学院

毕业设计说明书

（2013届）

设计（论文）题目

基于三菱FX2N的PLC抢答器控制设计

办学点（系）

连云港（信息工程系）

专业

机电一体化

班级

08机电（五）

学号

0839010307

学生姓名

指导教师

徐以标职称高级技师

2012年12月22日

江苏城市职业学院教处

【摘要】：

三菱FX2N系列PLC（ProgrammableLogicController）控制四路抢答器，并且详细分析介绍了控制方案。

众所周知，抢答器的应用极为广泛，在各种智力竞赛及各种娱乐上用来作为公正的竞争裁判者，促进了勤动脑、爱思考的理念。

因此人们对于抢答器的需求越来越大，由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点,具有方便灵活，维护使用方便等特点。

本文采用了三菱FX2n-32MR型PLC作为核心控制器进行抢答器系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。

同时根据抢答器的控制要求和特点,确定PLC的输入输出分配,并进行调试。

【关键字】：

PLC；四路抢答器;设计

1可编程逻辑控制器PLC概述

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。

同时，PLC的功能也不断完善。

随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。

今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。

可编程控制器（ProgrammableLogicController）即PLC。

现已广泛应用于工业控制的各个领域。

他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备将其正式命名为可编程控制器（ProgrammableController），简写为PC。

后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（PersonalComputer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。

1.1PLC的简介

国际电工委员会（IEC）于1987年对PLC定义如下:

PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器。

它能够存储和执行指令，进行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。

PLC及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形式一体，易于拓展其功能的原则设计。

事实上,PLC就是以嵌入式CPU为核心，配以输入，输出等模块，可以方便的用于工业控制领域的装置。

PLC与机器人，计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。

1.2PLC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，如图1所示：

图1PLC硬件结构

1.中央处理单元（CPU）

在可编程序控制器控制系统中，CPU模块相当与人的大脑，它不断地采集输入信号执行用户程序，刷新系统的输出。

2、存储器（Memory）

可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。

3、基本I/O接口电路

输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采集输入信号。

数字量（或称开关量）输入模块用来接收从按钮、接近开关、光电开关、压力继电器等发出的数字量信号。

模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。

数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯和报警装置等输出设备。

模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。

4、接口电路

PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两类

（1）I/O扩接口电路

I/O扩展接口电路用连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。

I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。

根据被控制对象对PLC控制系统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数。

（2）外设通信接口电路

通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。

PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。

5、电源

PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源（5V直流）。

当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入点使用）。

1.3PLC的工作原理

扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（一）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（二）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

（三）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。

另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。

当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。

一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。

PLC信号传递过程，如图2所示：

图2PLC的传递过程

1.4PLC的应用领域

目前，PLC在国内外己广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳如下几类：

（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代了传统的继电器，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线；如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床包装生产线、电镀流水线等。

（2）模拟量控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位元元和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟控制。

（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，世界上各主要PLC厂家的产品几科都是有运动控制功能。

广泛地用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

（4）过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLD模块，目前许多小型PLC也具有PID功能。

PID处理一般是运用专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成资料的采集、分析及处理。

这些资料可以与储存在内存中的参考值比较、完成一定的控制操作，也可以利用功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表，数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于程控系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（6）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通讯功能。

纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通讯接口，通讯非常方便。

变为二进制码。

2抢答器简介

抢答器广泛应用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。

以下介绍一种简单式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为1号、2号、3号、4号参赛台.PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。

抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。

随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。

目前,形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位,它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活。

用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。

PLC智能抢答器与单片机抢答器相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器，所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。

这种形式在80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。

2.1抢答器的分类

（1）电子抢答器电子抢答器的中心构造一般都是由抢答器由单片机以及外围电路组成，其搭配的配件不同又分为，非语音非记分抢答器和语音记分抢答器。

多适用于学校和企事业单位举行的简单的抢答活动。

非语音记分抢答器构造很简单，就是一个抢答器的主机和一个抢答按钮组成，在抢答过程中选手是没有记分的显示屏。

语音记分抢