基于S7300抢答器的控制设计.docx
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基于S7300抢答器的控制设计
基于S7-300抢答器的控制设计
XXXXXXXXX学校
毕业设计
(专业:
)
课题编号______________
课题名称______________
班级______________
学员姓名______________
指导教师______________
一、
前言
近年来随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展,PLC的应用不断地走向深入,同时带动传统的控制检测技术的不断更新,可编程控制器由于其优良的控制性能,极高的可靠性,在各行各业中的应用日益广泛普及。
实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备,无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目,都会举办各种各样的智力竞赛,都会用到抢答器。
近年来,PLC以其结构灵活,传输质量高、速度快、带宽稳定,性价比高,工期短,可扩展性和可管理性更强,适用面广得到了广泛的应用,而本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生,用PLC本身的优势使竞赛真正达到公平、公正、公开。
二、设计要求
2.1设计说明
设立主席台一个、五个抢答器。
当主席台先发出抢答时,各抢答器才能生效,否则,即使按下抢答器按钮也无任何反应。
在抢答时,先按下的显示灯亮,并且响铃,灯闪烁三次后一直亮,直至主席台按下复位按钮,后按下者没有任何反应。
2.2设计要求
1.采用PLC控制,直流24V电源自行设计。
2.画出电气工作原理图、元件布置图、元件安装图、梯形图、工作流程图、PLC程序。
3.元器件及材料选择、型号、数量、名称。
4.在满足控制要求的情况下,尽量减少电器元件。
5.保证控制线路的可靠、安全。
6.线路应具有必要的保护环节。
三、设计方案
3.1硬件设计
3.1.1PLC的工作原理
PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
当PLC处于停状态时,只进行内部处理和通信操作服务等内容。
在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。
循环扫描过程如图表1所示:
图表1循环扫描流程图
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。
PLC出现后就受到普遍的重视,其应用发展也十分的迅速,原因在于和现有的各种控制方式相比,它有一系列的优点。
1.可靠性高,抗干扰能力强。
在恶劣的工作环境下,工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。
PLC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施,使PLC控制系统的平均无故障间隔时间一般能达到4~5万小时,远远超过传统继电器控制控制系统。
保证PLC工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是:
(1)采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。
(2)硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。
(3)软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能.因此PLC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。
2.编程简单、易于掌握。
这是PLC优于微机的另一个特点。
梯形图编程方式是PLC最常用的编程语言。
它与继电器控制原理图类似,具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点。
3.组合灵活使用方便。
由于它采用标准化得到通用模块结构,能灵活方便地组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。
4.功能强,通用性好现代PLC具备很强的信息处理功能和输出控制能力,它既可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制。
5.开发周期短,功率高,维护方便PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大地减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计周期大大缩短,同时维护也变得容易起来。
6.体积小,重量轻,工耗低。
随着电子技术的发展和应用领域日益扩大,PC技术及其产品仍在继续发展,其结构不断改进,功能日益增强,性价比越来越高。
3.1.2控制要求分析
当主持人按下启动开关后,如果某组抢先按下抢答按钮,则驱动电路发出声音,并且使指示灯先亮三次,然后常亮。
此时电路实现互锁,其他组再按下抢答按钮为无效。
当主持人两次按下启动开关,系统清零。
3.1.3系统结构
本次设计可大致分为2大部分:
抢答部分、响铃及亮灯部分。
在抢答设计中,要有自锁和互锁控制,自锁是为了保持信号长期有效,互锁是为了对组间不影响。
指示灯亮环节是本次设计的难点,采用计数器累计计数,定时器组合使用来控制指示灯的闪烁。
系统控制结构框图如下图表2所示:
3.1.4工作流程图
3.1.5硬件电路图
图表4电气原理图
3.1.6元件布置图
图表5元件布置图
3.2软件设计
3.2.1I/O地址分配表
表格1I/O地址分配表
编程元件
元件地址
符号
传感器/执行器
说明
数字量输入
DC32×24V
I0.0
SB11
常开按钮
开始/停止按钮
I0.1
SB21
常开按钮
抢答1按钮
I0.2
SB22
常开按钮
抢答2按钮
I0.3
SB23
常开按钮
抢答3按钮
I0.4
SB24
常开按钮
抢答4按钮
I0.5
SB25
常开按钮
抢答5按钮
I0.6
SB12
常开按钮
复位按钮
数字量输出
DC32×24V
Q4.0
Speaker
喇叭
响铃
Q4.1
HL1
LED指示灯
指示灯1
Q4.2
HL2
LED指示灯
指示灯2
Q4.3
HL3
LED指示灯
指示灯3
Q4.4
HL4
LED指示灯
指示灯4
Q4.5
HL5
LED指示灯
指示灯5
3.2.2梯形图说明
本设计的梯形图编程分为以下四部分说明:
首先,抢答部分。
由于选手必须在主持人按下开始按钮后下能抢答,所以在梯形图中要“串接”SB11。
又由于先按下按钮的选手响铃且指示灯亮,后按下按钮的选手无反应,所以先按下的选手和没有按下的选手之间要有互锁关系。
抢答环节的梯形图如图表7所示。
图表7抢答环节说明
其次,指示灯闪烁环节。
本环节主要用两个接通延时定时器(T0和T1)来实现。
梯形图表8所示。
当M0.0和C1得电,定时器T0开始倒计时1秒,1秒时间到输出M0.6得电,此时指示灯亮;同时T0常开触点闭合,T1开始倒计时1秒,1秒时间到T1常闭触点断开,指示灯灭;就在这一瞬间,由于T1常闭触点断开,T0失电,T0常开触点恢复到初始状态(断开),导致T1瞬间失电,回到初始状态,T1常闭触点又再次闭合,T0开始倒计时1秒,1秒后指示灯又亮。
如此循环就实现了指示灯的闪烁。
图表8控制指示灯闪烁梯形图
再次,指示灯闪三次是由一个计数器C1来控制的。
其梯形图如图表9所示。
图表9指示灯闪3次
最后,指示灯常亮。
当计数器C1计数结束后,其常开触点断开,M0.6失电,指示灯将不再闪烁。
但是同时C1常闭触点闭合,使指示灯得电,保持常亮状态,直到按下停止按钮。
其梯形图如图表10所示。
图表10指示灯常亮
三、元器件的选型
开始/停止按钮要求主持人第一次按下启动,第二次按下停止,所以要带自锁型开关。
抢答按钮和复位按钮不需要带自锁功能,所以选择瞬动型开关就好。
元件选型如表格2所示。
表格2元件选型表
名称
符号
型号
数量
备注
开始/停止按钮
SB11
LA39-11DT
1
自锁型
抢答按钮
SB21-SB25
LA39-11D
5
瞬动型
复位按钮
SB12
LA39-11D
1
蜂鸣器
Speaker
SFM-27
1
指示灯
HL1-HL5
AD16-22DS
5
四、总结
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。
通过这次的课程设计,让我学到了很多东西。
首先是对PLC这门课程的一个总体掌握与运用的锻炼机会,在方案的规划,硬件的选择确定,程序中各个基本指令的用法,功能指令的应用场合、特定的功能等等这些方面,有了很大的提高;在就是学会了遇到不懂的问题及时查阅资料,其实很多东西书上写的很好很详细,只是平时在一些小的问题上没有注意,从而导致在用法上有困难;再就是通过这次设计让我对PLC产生了更加浓厚的兴趣,从开始到调试再到最后,遇到了很多问题,但是通过找办法,让一个个问题解决,我觉得这就是一种收获,一种满足。
在此,我要感觉我的同学,是在大家的共同努力下完成了本次设计。
同时,我要感谢我的老师,没有您的指导,我完成不了本次设计。
谢谢您!
五、参考文献
1.《西门子S7-300PLC应用教程》胡健主编.——北京:
机械工业出版社,2007.2(2012.7重印)
2.《电气控制技术》李仁主编.——3版.——北京:
机械工业出版社,2008.6(2011.2重印)
附录
附录一程序梯形图
附录二电气原理图
附录三元件布置图