完整版基于PLC的六路抢答器系统设计.docx

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完整版基于PLC的六路抢答器系统设计

电气及自动化课程设计报告

题目：

 基于 PLC 的六路抢答器系统设计

课程：

PLC 原理与应用

学生姓名：

学生学号：

年级：

14 级

专业：

自动化

班级：

2 班

指导教师：

机械与电气工程学院制

2017 年 6 月

1 课程设计的任务和要求 ................................................................................................ 1

1.1 课程设计的任务 ................................................................................................. 1

1.2 课程设计的要求 ................................................................................................. 1

2. PLC 控制器的原理与组成............................................................................................ 1

2.1 PLC 硬件系统...................................................................................................... 1

2.2 PLC 工作原理...................................................................................................... 3

2.3 六人抢答器基本组成 ......................................................................................... 4

2.4 六人抢答器工作原理 ......................................................................................... 4

3 六人抢答器系统设计方案制定 .................................................................................... 5

3.1 PLC 选型.............................................................................................................. 5

3.2 六人抢答器系统的 I/O 口分配 ........................................................................ 6

4 六人抢答器系统的软件设计 ........................................................................................ 7

4.1 PLC 编程语言...................................................................................................... 7

4.2 抢答器系统程序 ................................................................................................. 7

4.2.1 主持人控制端 .......................................................................................... 7

4.2.2 抢答成功与抢答犯规指示灯显示 ........................................................... 9

4.2.3 七段数码管显示 ....................................................................................... 9

4.2.4 蜂鸣器电路 ............................................................................................ 11

5 六人抢答器系统程序仿真 .......................................................................................... 12

5.1 抢答成功仿真 ................................................................................................... 12

5.2 抢答犯规及抢答超时仿真 ............................................................................... 12

5.3 加减分及数码管显示 ....................................................................................... 13

5.4 抢答超时 ........................................................................................................... 14

6 总结及心得体会 .......................................................................................................... 14

参考文献 .......................................................................................................................... 15

基于 PLC 的六路抢答器系统设计

机械与电气工程学院 自动化专业

1 课程设计的任务和要求

1.1 课程设计的任务

使用西门子 S7-200PLC 编写程序实现六路抢答器的系统设计并使用仿真软件进行

其功能的实现。

1.2 课程设计的要求

（1）主持人控制功能，具有开始抢答按钮和复位按钮；

（2）主持人未按下开始抢答按钮时抢答为违规抢答，违规指示灯亮，蜂鸣器响；

（3）抢答延时，超过 20S 无人抢答时此题作废，蜂鸣器长鸣；

（4）抢答成功后，抢答成功指示灯亮，数码管显示抢答成功的队伍编号；

（5）在抢答成功后，主持人根据回答的正确与否可以对该队伍进行加减分控制；

（6）每次正确抢答时，只有第一位按下抢答按钮的队伍为有效抢答。

2. PLC 控制器的原理与组成

2.1 PLC 硬件系统

可编程控制器，英文称 ProgrammableLogicController，简称 PLC。

PLC 是基于电子

计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。

它源于继电控制装置，但它不像继电装置

那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠运行存储于 PLC 内存中的程序，进行

入出信息变换实现控制。

PLC 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。

普遍计算机

进行入出信息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。

而

PLC 则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。

特别要考虑怎么

适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题[1]。

PLC 的硬件系统主要由主机、输入 /输出扩展单元、外部设备组成，各部分之间通

过总线连接。

其中主机主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出电路、外部设

备接口、电源几大部分组成[2]。

PLC 是一种由 “事先存贮的程序 ”来确定控制功能的工控类计算机且实质和微机的

结构相同。

图 1 PLC 硬件结构

（1）中央处理单元（CPU）

中央处理单元（CPU）是 PLC 的控制中枢。

它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收

并存储从编程器键入的用户程序和数据：

检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状

态，并能诊断用户程序中的语法错误，当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收

现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条

读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象

区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态

或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

（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。

CPU 常用的微处理器有通用

型微处理器，单片机和位片式计算机等。

小型 PLC 的 CPU 多采用单片机或专用的 CPU。

大型 PLC 的 CPU 多用位片式结构，具有高速数据处理能力。

（3）基本 I/O 接口电路

a、输入接口单元。

PLC 内部输入电路作用是将 PLC 外部电路（如行程开关、按钮、

传感器等）提供的、符合 PLC 输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至 PLC 内部

电路。

输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般

在 0.1~15ms 之间。

多数 PLC 的输入接口单元都相同，通常有两种类型。

一种是直流输

入，一种是交流输入。

b、输出接口单元。

PLC 输出电路用来将 CPU 运算的结果变换成一定形式的功率输

出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。

PLC 输出电路结构形式分为继

电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。

（4）接口电路

a、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。

b、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）[3]。