基于plc控制的抢答器设计.docx

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基于plc控制的抢答器设计

编号1231401107

毕业设计

（2014届本科）

题目：

基于plc控制的抢答器设计

学院：

物理与机电工程学院

专业:

电气工程及其自动化

作者姓名：

金维莉

指导教师:

刘赟职称:

助教（研究生）

完成日期:

2014年5月20日

二○一四年五月

河西学院本科生毕业设计诚信声明

本人郑重声明:

所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行设计工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者签名：

二O一四年五月二十日

河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告

论文题目

基于PLC控制的抢答器设计

学生姓名

金维莉

所属学院

物理与机电工程学院

专业

电气工程及其自动化

年级

2010级

指导教师

刘赟

所在单位

河西学院

职称

助教（研究生）

开题日期

2013.12。

20

一．选题的根据：

1．本选题的理论意义

抢答器是近年来出现的一种智能化产物。

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高以及可编程序逻辑控制器在我国的迅速发展，对抢答器的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程序逻辑控制器来实现，在人们的视觉和听觉上形成和谐的统一,使人们在精神上有愉悦的感受.

2．本选题的实际意义

现今抢答器广泛用于电视台、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。

但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成,其性能单一，工作起来不够理想.因此，提高抢答器的性能，使其具有更强的功能，使用可靠方便已为抢答器发展的一个方向。

随着集成技术和计算机技术的发展，PLC作为其中一个分支亦于20世纪80年代以来获得了飞速发展，各种新品不断涌现,使PLC的应用更加深入，灵活性也大大增强。

使得抢答器具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。

信息时代的21世纪，人类社会的进步和科学技术的发展非常迅猛，人类开始迈入了数字化和科技化的智能世界。

3．本选题的设计内容

系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能,将硬件和软件分开设计。

硬件设计部分包括硬件设备的选择、合理选择原器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。

软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计,拟定详细的工作计划；然后进行具体设计,包括流程图,选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。

硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化，模块化。

硬件电路设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片。

硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细的电路图，标出芯片的型号、器件参数值,根据电路图在仿真机上进行调试,发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。

软件设计方面系统采用S7-200西门子可控制编程，此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性.

4．自己的见解

（1）正常答题

当控制台按下开始开关SB9时，蜂鸣器1响、绿灯亮，在10s内抢答。

若10S内抢答成功，显示抢答选手号码，并有绿灯显示抢答成功。

答题开始，总台开始计时，答题时间到,橙灯亮.进入下一题，控制台按下复位按钮SB8，按SB9开始抢答，如此循环。

（2）无人抢答

控制台按下开始开关SB9，蜂鸣器2响并黄灯亮，若10S内无人抢答，蜂鸣器2响3S后停止、指示灯黄灯保持点亮，表示无人抢答。

（3）违规抢答

若控制台未按下开关时,有选手抢答，选手抢答则犯规,指示灯红灯保持点亮，蜂鸣器3响3S后停止，并显示选手号码.

（4）答题超时

当主持人按下开始抢答开关,抢答成功后答题超过30S时，蜂鸣器4响3S后停止，指示灯橙灯保持点亮.

二．论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：

1．主要内容

（1）绪论

（2）系统的设计方案与确定

（3）硬件设计

（4）软件设计

（5）调试仿真

2．基本要求

（1）完成系统硬件设计，画出硬件原理图，软件流程图.

（2）编写出PLC控制程序。

（3）画出控制的电气原理图。

（4）绘制PLC接线图及其I/O清单。

（5）调试仿真，并对结果进行分析.

3．主要的研究方法

（1）文献资料法：

从报刊、书籍、杂志、网上检索与课题研究相关的资料，借鉴已有成果，寻找新的信息，分析后深入的研究探讨；

（2）实验仿真法：

通过对所设计程序的仿真,得出设计的可行性;

（3）逻辑分析法：

通过逻辑分析从纯粹的、抽象理论的形态上来揭示策划对象的本质，以概念、判断、推理等思维形式完成策划。

三.论文进度安排和采取的主要措施：

1.论文进度安排：

2013.11.25——2013。

12。

01:

熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料

2013.12。

02——2013。

12。

10:

查阅相关资料

2013.12.11—-2013。

12。

20:

阅读设计要求必读的参考资料,完成开题报告

2014.12.21-—2014.01.10：

对消防报警系统进行全面的分析与理解

2014.01.11——2014。

02。

10：

硬件设计

2014。

02.11——2014。

03.10：

软件设计

2014。

03。

11—-2014。

03.25：

系统程序仿真

2014。

03。

26—-2014.04。

05：

论文总体布局的设计

2014。

04。

06——2014.04。

20:

完成初稿

2014.04.21-—2014.05。

14:

确定毕业论文最终稿

2014.05。

15——2014。

05.20：

制作PPT及答辩

2.主要措施：

1.积极与指导老师联系，认真接受老师指导;

2.查阅相关资料文献,勤于思考，争取本次设计全面、合理的完成。

四．参考资料和参考文献

1.主要参考资料：

（1）plc机电控制系统应用设计技术（第二版）

（2）可编程控制器原理及应用（第三版）

（3）plc控制系统设计安装与调试

（4）可编程控制器入门与应用实例（西门子s7—200系列）

（5）电气控制与可编程控制技术及应用

2。

参考文献:

［1］廖常初．PLC的编程方法与工程应用[M］．重庆：

重庆大学出版社，2001．

[2］钟肇新．可编程控制器原理及应用[M］．广州：

华南理工大学出版社，2008．

［3］陈忠华．可编程控制器与工业自动化［M]．北京：

机械工业出版社，2005．

[4］史国生．电气控制与可编程控制技术［M]．北京：

化工工业出版社,2004．

［5]张晓峰．电气控制与可编程控制技术及应用［M］．北京：

国防工业出社,2010．

[6]李向东．电气控制与PLC［M］．北京:

机械工业出版社,2009．

[7]戴一半．可编程控制技术[M]．北京:

机械工业出版社，2002．

［8]崔元明．可编程器件应用指导[M］．北京:

清华大学出版社,2000．

［9]贺哲荣．流行PLC实用程序及设计[M]．西安：

西安电子科技大学出版社，2006．

[10]王永华．现代电气控制及PLC应用技术[M]．北京：

航空航天大学出版社，2003．

［11]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．

［12］王红．可编程控制器使用教程[M]．北京：

电子工业出版社，2002．

[13］李道霖．电气控制与PLC原理及应用[M］．北京：

电子工业出版社，2004．

[14］S7-200CN可编程序控制器手册[M]．西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团,2005．

[15］郁汉琪．电气控制与可编程序控制器应用技术[M］．南京：

东南大学出版社，2003

指导教师意见:

签名：

（亲笔签名）

年月日

教研室意见

负责人签名：

年月日

学院意见

负责人签名：

年月日

摘要

随着人们对娱乐生活的质量的追求，作为娱乐项目中的工具-抢答器也一样在变化。

最初的抢答器是由优先权编码器构成的逻辑电路,其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时,实现起来就更加困难。

因此，一种能够体现竞赛的公开、公平、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求.

PLC目前主要的品牌有西门子，三菱，松下，欧姆龙等.他们各自具有显明的特点。

但只有西门子最适合此次设计,西门子PLC不仅具有体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力的特点，还有以下优势:

通用性强、可靠性高，抗干扰能力强以及丰富强大的通信指令功能。

介于西门子在运算功能，处理时间和功能模块上的出色表现，更重要的是符合本设计所需要的速度快、操作性强的特点。

本设计采用西门子S7系列的PLC小型可编程控制器系统即SIMATICS7-200。

SIMATICS7—200系列PLC使用更行业的检测监测及自动化控制,同时S7-200系列强大功能是其无论在独立运行中或是相连成网络皆能实现，具有极高的性价比。

本文介绍了一种以PLC为核心控制器的八路抢答器,该抢答器在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，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.本文从系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。

最后,我们还对设计程序进行了仿真,仿真结果完全达到了预期结果。

关键词：

抢答器；PLC;数码管;

Abstract

Aspeoplepursuitofthequalityofentertainment，asatoolofentertainmentprograms—thebuzzeralsochanges。

Firstresponderismadeofthepriorityencoderlogiccircuit,itscomputationalspeedslow,lineiscomplex，thereliabilityisnothigh，functionalsoissimpler，especiallywhenviestoanswerfirstbecausealotof,ismuchmoredifficulttoimplement.Asaresult，acapableofembodyingtheopenness,fairnessandimpartialityofthecompetitionknowledgecompetitionresponderbecomeonekindofdemand。

PLCthemainbrandshaveSiemens,Mitsubishis，Panasonics,Omronetc.Theyeachhavethecharacteristicsofthemanifest.ButonlySiemensismostsuitableforthedesign，theSiemensPLCnotonlyhassmallvolume，highspeed，standardization,andhasthecharacteristicsofnetworkcommunicationability，hasthefollowingadvantages,withstronguniversityhighreliability，stronganti-jammingcapabilityandrichpowerfulcommunicationinstructionfunction。

BetweenSiemensinoperationfunction，excellentperformanceonprocessingtimeandfunctionmodules,moreimportantismeetstheneedsofthedesigncharacteristicsofspeed,strongoperability。

ThisdesignadoptsSiemensS7seriesofPLCsmallSIMATICS7—200programmablecontrollersystem.SIMATICS7-200seriesPLCusemorethedetectionmonitoringandautomaticcontroloftheindustry,atthesametimeS7-200seriespowerisitsnomatterintheindependentrunningorconnectedintoanetworkcanrealize,hasaveryhighcostperformance.

Inthispaper，aPLCasthecorecontrolleroftheeight-wayresponder，thebuzzeronthebasicfunctionofretainedtheoriginalresponderincreasedagainatthesametimeaseriesofpracticalfunctionandsimplifythecircuitstructure,itwillwiththecontrolconvenient，flexible,aslongaschangeinputPLCcontrolprogram,youcanchangetheracebuzzerviestoanswerfirst.Thisarticlefromthesystemstructure,applicationinstructions，ladderdiagramandthedistributionoftheinputandoutputterminals.Finally，wealsodesignprocedureforthesimulationthesimulationresultscompletelyreachedtheexpectedresults.

Keywords:

responder；PLC；Digitalcontrol。

第一章绪论

当今社会竞争日趋激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动日趋增多,愈加频繁，而在竞赛中往往分若干组来参加,这时如果针对主持人提出的问题，让抢答者采取举手回答的方式的话，这在某种程度上会因为主持人的主管判断导致比赛的不公平性，。

比赛中为了公正、准确、直观的判断出谁是第一抢答者，这就需要一种抢答设备作为裁判员，这就必然离不开抢答器。

1.1抢答器的发展背景

抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能够迅速、客观的分辨出最先获得发言权的选手.目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。

对于采用模拟电路或者数字电路的产品,其技术相当成熟。

但是随着功能的增多,电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有,无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。

对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。

传统的普通抢答器主要存在一下缺点：

（1）在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。

（2）当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。

对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争"能力也被固定，因而本质上也有优先权.普通抢答器存在不公平性。

（3）当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住"其中一个违规者。

因而出现了“漏洞”。

现在大多抢答器都是以PLC、单片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析.但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要。

而以PLC为核心的抢答器在扩展功能和修改抢答方案方面更加便捷。

本次设计不但有抢答功能，而且还有指示灯显示和声音提示来反映抢答状态，并且具有数码显示管来显示抢答成功的的选手编号。

1。

2抢答器的发展趋势

随着我国经济社会的发展，抢答器的市场也会迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点，而抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用与各种知识竞赛场合。

随着科技的发展，现在的抢答器正朝着数字化,智能化的方向发展，这就要求抢答器具有结构简单，抗干扰能力强,运行可靠稳定，功能强大,能够实现包括定时，数码显示，并且功能扩展方便，适应性强。

目前国内外的市场上有很多类型的抢答器，对于采用模拟电路或者数字电路的抢答器，其技术已经相当成熟，但是随着功能的增多，电路也越来越复杂，并且成本和故障率也越来越高,显示的方式单一,对于抢答判断不准确，而对于科技飞速发展的今天，中小型可编程控制器的应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点,以PLC为核心的部件的抢答器将成为主流。

1.3抢答器的发展意义

现今抢答器广泛用于电视台、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。

但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成,其性能单一，工作起来不够理想。

因此，提高抢答器的性能,使其具有更强的功能，使用可靠方便已为抢答器发展的一个方向.随着集成技术和计算机技术的发展，PLC作为其中一个分支亦于20世纪80年代以来获得了飞速发展，各种新品不断涌现，使PLC的应用更加深入，灵活性也大大增强。

使得抢答器具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点.信息时代的21世纪，人类社会的进步和科学技术的发展非常迅猛，人类开始迈入了数字化和科技化的智能世界.

1.4课题的设计内容

系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能,将硬件和软件分开设计。

硬件设计部分包括硬件设备的选择、合理选择原器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。

软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计,包括流程图,选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后对软件进行调试、测试，达到所需功能要求.

硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化，模块化。

硬件电路设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片.硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细的电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。

软件设计方面系统采用S7-200西门子可控制编程，此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。

1.5本章小结

本章对抢答器的发展背景、发展历程、发展意义和课题的内容做了详细地说明对后面写文章做了良好的铺垫.

第二章PLC的概述

可编程控制器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,使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛[1]。

2.1PLC的概念及发展历程

PLC（ProgrammableLogicController）即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置.在1987年国际电工委员会IEC（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计［2—3]。

发展历程：

自从1969年美国DEC（DigitalEquipmentCorporation）公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器以来，经过三十多年的发展与实践，其功能和性能已经有了很大的提高，从当初用于逻辑控制扩展到运动控制和过程控制领域。

可编程逻辑控制器也改称为可编程控制器（ProgrammableController：

PC）,由于个人计算机也简称PC，为了避免混淆,可编程控制器仍被称为PLC。

1987年，国际电工委员会颁布的可编程控制器标准第三稿中,对可编程控制器的定义如下：

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入/输出，控制各种机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则来设计［4].

PLC最初用于逻辑控制和顺序控制，面对运动控制和过程控制，PLC必须扩展自己的功能，才能满足生产的需求。

机床工业、汽车工业等属于离散型制造工业，这类工业侧重于运动控制，如位置控制和速度控制。

为此，生产PLC的厂家相继推出了位置控制模块、伺服定位模块、运动控制模块、电子凸轮模块、A/D转换模块、D/A转换模块以及高速计数模块等功能模块，用于速度、加速度以及位置控制等运动控制。

大量的中小型企业属于混合型制造工业，这类制造业中既有运动控制又有过程控制,为了适应这些企业的需要，各厂家都在自己的PLC产品中推出了温度传感器模块、PID控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、闭环控制模块以及模糊控制模块等功能模块，用于温度、压力、流量以及液位等过程控制[5］。

PLC本身的模块化结构以及远程I/O模块功能的不断完善,使得PLC易于实现多级控制（分布控制、分散控制）,通过不同级别的网络将PLC与PLC、PLC与远程I/O模块、PLC与人机界面以及PLC与PC机连接起来，形成管控一体化的网络结构。

现代化生产的水平，产品质量和经济效益等各项指标在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气化程度.随着大规模集成电路及微型计算机技术的发展，给电气控制技术开辟了新的前景。

可编程控制器是近几十年发展起来的一种新兴工业控制器，由于它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰力强、价格便宜等优点结合起来,而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点，因此在工业生产过程控制中的应用越来越广泛[6］。

在实际生产中,由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程,而实际生产工艺和流程又是经常变化的,因而传统的继电接触控制系统常不能满足这种要求。

电子计算机控制系统的出现,提高了电气控制的灵活性和通用性,其控制功