基于PLC的六路抢答器系统设计.docx

基于PLC的六路抢答器系统设计.docx

《基于PLC的六路抢答器系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的六路抢答器系统设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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：

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

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展其功能的实现。

1.2课程设计的要求

〔1〕主持人控制功能，具有开场抢答按钮和复位按钮；

〔2〕主持人未按下开场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，主持人根据答复的正确与否可以对该队伍进展加减分控制；

〔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

2.1PLC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存中的程序，进展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。

普遍计算机进展入出信息变换，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那么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，各局部之间通过总线连接。

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、电源几大局部组成[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构造一样。

图1PLC硬件构造

〔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以及戒备定时器的状态，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映象区或数据存放器。

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存放器的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停顿运行。

〔2〕存储器〔Memory〕

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

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多用位片式构造，具有高速数据处理能力。

〔3〕根本I/O接口电路

a、输入接口单元。

PLC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的输入接口单元都一样，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输出电路构造形式分为继电器式、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，可以用来扩大开关量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部电源需要的工作电源〔5V直流〕。

当输入端子为非干接点构造时，为外部输入元件提供24V直流电源〔仅供输入点使用〕[3]。

2.2PLC工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环〞的方式进展工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号〔或地址号〕作周期性循环扫描，如无跳转指令，那么从第一条指令开场逐条顺序执行用户程序，直至程序完毕。

然后重新返回第一条指令，开场下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作[4]。

PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：

首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态存放器中，即刷新输入。

随即关闭输入端口，进入程序执行阶段[5]。

PLC在程序执行阶段：

按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态存放器中，输出状态存放器中所有的容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：

当所有指令执行完毕，输出状态存放器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式〔继电器、晶体管或晶闸管〕输出，驱动相应输出设备工作[6]。

图2PLC工作原理

2.3六人抢答器根本组成

六人抢答器系统主要由主持人输入信号、选手输入信号、信号灯输出信号、蜂鸣器输出信号、数码管输出信号几局部构成。

首先PLC通过对两个输入信号的采取进展数字量的输入，通过PLC的用户程序进展判断将信号输出至相应位置。

图3六人抢答器根本构造

2.4六人抢答器工作原理

六人抢答器系统上电完毕后，先验证是否有开场抢答信号，如果在没有的情况下有队伍进展抢答那么进入违规抢答流程，在有开场抢答信号的情况下，进入正常抢答流程，抢答成功后，数码管显示抢答成功的队伍编号，抢答倒计时停顿计时，然后主持人根据抢答成功队伍答题的正确与否进展加减分，同时将分数显示在数码管上，全部完成后，主持人按下复位按钮，将抢答器系统复位至最开场状态，等待下次抢答。

图4抢答器系统流程图

3六人抢答器系统设计方案制定

3.1PLC选型

六人抢答器对时间间隔的要求很高，同时需要有经济实惠，准确性和准确性高的要求，西门子S7-200PLC是个不错的选择，其可可靠性高，体积小，通用性好，使用方便，技术成熟，价格适宜，是个不二选择。

最后根据本文设计的六人抢答器的输入输出接口数量比照表1的西门子S7-200的规格最终选择西门子S7-200CPU226和EM223扩展模块。

表1S7-200系列选型表

3.2六人抢答器系统的I/O口分配

六人抢答器的输入端口如表2所示：

表2输入端口

抢答器一按钮

I0.1

抢答器六按钮

I0.6

抢答器二按钮

I0.2

开场抢答按钮

I0.0

抢答器三按钮

I0.3

复位按钮

I0.7

抢答器四按钮

I0.4

加分按钮

I1.0

抢答器五按钮

I0.5

减分按钮

I1.1

六人抢答器的输出端口如表3所示：

表3输出端口

抢答器一指灯

Q0.1

抢答犯规指示灯1

Q1.1

抢答器二指灯

Q0.2

抢答犯规指示灯2

Q1.2

抢答器三指灯

Q0.3

抢答犯规指示灯3

Q1.3

抢答器四指灯

Q0.4

抢答犯规指示灯4

Q1.4

抢答器五指灯

Q0.5

抢答犯规指示灯5

Q1.5

抢答器六指灯

Q0.6

抢答犯规指示灯6

Q1.6

蜂鸣器

Q0.7

2路分数数码管

QB6

抢答成功队编号

QB2

3路分数数码管

QB7

倒计时个位数码管

QB3

4路分数数码管

QB8

倒计时十位数码管

QB4

5路分数数码管

QB9

1路分数数码管

QB5

6路分数数码管

QB10

4六人抢答器系统的软件设计

4.1PLC编程语言

梯形图语言是PLC程序设计中最常用的编程语言。

它是与继电器线路类似的一种编程语言。

由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢送和应用。

所以本文将采用梯形图语言进展程序的编写。

4.2抢答器系统程序

4.2.1主持人控制端

主持人进展抢答开场，抢答复位，抢答定时以及加减分的控制，程序如下：

〔1〕当主持人按下开场抢答按钮后，开场抢答信号M0.1置1，按下复位按钮后，开场抢答信号M0.1置0.

置1状态下M0.1接通。

图5开场抢答与复位

〔2〕按下开场抢答按钮后，抢答定时20S开场倒计时，抢答成功后倒计时停顿并保持。

图6抢答倒计时

〔3〕在队伍抢答完成后，主持人根据答案正确与否按动加分减分按钮进展分数控制。

图7分数控制

4.2.2抢答成功与抢答犯规指示灯显示

〔1〕在开场抢答信号接通的前提下，每个队伍的抢答按钮与另外五队的按钮进展互锁，将抢答成功指示灯进展自锁保持，并入抢答倒计时的常闭信号，哪个队伍的抢答按钮先按下，哪个队伍的抢答成功指示灯就会亮，并随着主持人的复位按钮进展关闭。

图8抢答成功指示灯显示

〔2〕开场抢答信号没有接通的情况下，即主持人未按下开场抢答按钮，有队伍按下抢答按钮，抢答犯规指示灯会进展显示并自锁保持。

图9抢答犯规指示灯显示

4.2.3七段数码管显示

〔1〕抢答成功队伍编号显示

抢答成功后，程序会将抢答成功的那个队伍的编号值传送给VB1，然后将VB1中的值转换为七段数码管的值进展显示，无抢答成功信号时，数码管显示为0.

图10赋值程序

图11转换数值并使数码管显示程序

〔2〕20S倒计时数码管显示

主持人按下开场抢答按钮后，减计数计数器开场计数，每1S减1，然后将减计数计数器C20的当前值进展除法运算储存于VD100中，个位为余数储存于VB101中，十位数为商储存于VB103中，并利用转换指令SEG，将两个值转换为数码管显示值。

图12抢答倒计时

图13抢答倒计时转换

〔3〕各队伍分数数码管显示

利用加减计数器对每个队伍进展计分，同时将加减计数器当前值转换给数码管进展显示。

图14分数控制

图15分数传送显示

4.2.4蜂鸣器电路

主持人按下开场抢答按钮时，蜂鸣器响1S进展提醒，抢答犯规时，蜂鸣器常响，直至主持人按下复位按钮完毕，当答题倒计时为0时，蜂鸣器也常响，直至复位按钮按下。

图16蜂鸣器电路

5六人抢答器系统程序仿真

5.1抢答成功仿真

主持人按下开场抢答按钮后，第一个队伍先按下抢答按钮，队伍1抢答成功指示灯亮，抢答成功数码管显示1.

图17抢答成功指示灯显示仿真

图18指示灯及数码管显示仿真

5.2抢答犯规及抢答超时仿真

在主持人未按下开场按钮I0.0的情况下，队伍1按下了抢答案按钮I0.1，所以队伍一抢答违规指示灯Q1.1亮，如图19；蜂鸣器Q0.7接通，如图20.

图19抢答违规指示灯仿真

图20抢答违规蜂鸣器报警仿真

5.3加减分及数码管显示

在队伍1抢答成功的情况下〔队伍1抢答成功指示灯Q0.1接通〕，主持人按下加分按钮I1.0,队伍一的分数加减计数器加1如图21所示，然后经过传送指令将加减计数器的值传送给VW如图22所示，最后通过SEG转换指令将数码管点亮如图23所示。

图21分数控制仿真

图22传送指令仿真

图23转换指令仿真

5.4抢答超时

主持人按下开场抢答按钮后M0.1置1，T37定时器开场定时20S后无抢答信号接通如图24，然后T37接通蜂鸣器，直至主持人按下复位按钮完毕如图25。

图24抢答倒计时仿真

图25抢答超时报警仿真

因为仿真软件功能有限，只仿真了局部功能。

6总结及心得体会

通过本次课程设计，我对PLC的工作原理及其编程方法掌握的更加结实了，根据基于PLC六人抢答器的系统设计，我学习到了在编程时最好先写个流程图，然后明确输入输出接点，整理好逻辑和需要实现的功能，最后在分块进展程序编写，编写程序时最好给每个继电器命名，这样调试的时候更容易发现问题并进展程序的改正。

从本次课程设计中，我意识到实际操作的重要性，理论要与实际操作结合，只有在实际从操作中，才能更加结实的记住理论知识，加深对理论知识的理解，明白理论知识的原理，学以致用。

参考文献

[1]宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术[M]..冶金工业.1999

[2].可编程序控制器应用技术[M]..电子工业.1993

[3]大学罗克韦尔自动化技术中心.可编程控制器系统.大学.1999

[4]黄大雷、吴庚审.可编程控制器及其应用[M]..人民交通.1992

[5]相争.西门子S7-200PLC编程与系统设计精讲[M]..电子工业.1993

[6]齐从谦、王士兰.plc技术及应用[M]..机械工业.2000

指导教师评语

成绩〔60%〕

指导教师签字：

年月日

辩论过程及评价

成绩〔40%〕

辩论小组签字：

年月日

院综合意见

综合成绩

分管院长签字〔盖章〕：

年月日