PLC控制应用实训报告.docx
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PLC控制应用实训报告
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PLC控制应用实训报告
PLC控制应用实训报告
题目：
智力竟赛抢答器
专业：
机械设计制造及其自动化
姓名：
学号：
指导教师：
xxxxx
学期：
2012-2013学年第二学期
日期：
摘要
现代社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的，他是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已成为当代工业自动化的主要支柱之一。
可编程序控制器（PLC）具有编程方法简单易学、功能强、硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强、无触点配线、可靠性高、抗干扰能力强、体积小等特点，因此其应用非常广泛，它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。
在各类竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。
同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。
利用PLC来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使有两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题；而且其控制方便、灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可以改变竞赛抢答器的抢答的方案。
关键词：
PLC；自动化；抢答器
引言
现代社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的，他是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已成为当代工业自动化的主要支柱之一。
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
1概述
1.1智力竞赛抢答器的简要介绍
抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。
在各类竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。
同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。
如果在抢答过程中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。
利用PLC来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使有两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题；而且其控制方便、灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可以改变竞赛抢答器的抢答的方案。
1.2抢答器的控制要求
（1）竞赛抢答器能使4个队同时参加竞赛抢答。
（2）设主持人为裁判台，参赛队为参赛台。
裁判台设有音响和裁判灯，并设有开始\复位按钮SB0和加分SB5；参赛台设有按钮和灯。
1-4号参赛台分别对应按钮SB1-SB4及灯EL1-EL4。
（3）智能抢答器能适合以下比赛规则：
出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下开始\复位按钮SB0后15s内抢答，并由数码管显示时间。
如提前抢答，抢答器将发出“违规”信号。
15s时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。
在有队抢答的情况下，抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时显示，并由数码管显示出抢到题的参赛队号。
抢到题的队必须在30s内答完题，如30s内还没答完，则作超时处理。
赛场还设有时间数码显示器和显示抢到答题队号的数码显示器。
（4）灯光与音响信号的意义如下：
音响叫+某台灯亮，由某参赛队正常抢答。
音响叫+某台灯亮+裁判台灯亮，某参赛队违规。
音响叫+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。
（5）在某个题目结束后，裁判员按下裁判台上的开始\复位按钮SB0，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答做好准备。
表1-1各硬件与座位的对应关系
座位
裁判台
参赛台1
参赛台2
参赛台3
参赛台4
按钮
SB0,SB5
SB1
SB2
SB3
SB4
指示灯
BL0
BL1
BL2
BL3
BL4
音响
有
无
无
无
无
显示器
3个
无
无
无
无
1.3抢答器的控制特点分析
智力抢答器通过PLC进行控制，按要求进行编程；其主要输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心PLC，PLC将根据信号做出相应的回应。
图1-2系统控制结构框图
2硬件电路设计
2.1PLC机型的选择步骤与原则
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。
不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。
因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。
选择时主要考虑以下几点：
⑴合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
⑵安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。
⑶相应的功能要求
一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。
但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
⑷响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。
如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
⑸系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。
对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。
⑹机型尽量统一
一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。
主要考虑到以下三方面问题：
①机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。
②机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
③机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。
综上所述，基于以上思想，选用三菱FX2N-48MR的PLC作为控制主机。
2.2LED显示器的设计
由控制要求可知，七段数码管是由七段发光二极管（LED）组合起来显示数字0—9的，如图2-1所示，要显示数字0—9中的不同数字，就必须根据需要点亮七段数码管中不同段的LED发光。
图2-1常见LED数码管的外形及内部结构
2.3PLC与七段数码管直接连接阻值计算
根据LED数码管每笔画工作电流I在5～10mA之间，若电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其电阻可按下式计算
R=（V0-V1）/I
其中V0为加在LED两端上的电压，V1为LED数码管每笔划压降（约为2V）。
本次设计PLC电源采用的是直流24V，PLC的输出电压为5V，通过数码管的电流I=3mA计算可得R=1KΩ。
本次设计共用到了三个数码管，所以须要21个1KΩ的R，以及10个EL灯和一个音响。
2.4IO分配表
表2-1智能抢答器输入输出口分配表
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点标号
名称
代号
输出点标号
裁判台开始\复位按钮SB0
SB0
X0
裁判台灯
EL0
Y22
1号赛台抢答器按钮
SB1
X1
1号参赛台灯
EL1
Y14
2号赛台抢答器按钮
SB2
X2
2号参赛台灯
EL2
Y15
3号赛台抢答器按钮
SB3
X3
3号参赛台灯
EL3
Y16
4号赛台抢答器按钮
SB4
X4
4号参赛台灯
EL4
Y17
裁判台加分按钮
SB5
X5
音响
B
Y21
显示器1
LE1
Y0-Y3
显示器2
LE2
Y4-Y7
显示器3
LE3
Y10Y13
为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用SB0作为开始\复位按钮，4个参赛队分别用与之对应号SB1、SB2、SB3、SB4设置按钮。
SB5为加分按钮。
输出与输入对应，用Y22输出信号驱动比赛开始信号（绿）灯EL0，用Y14、Y15、Y16、Y17输出信号驱动对应的信号灯EL1、EL2、EL3、EL4。
Y21输出信号驱动音响。
Y10-Y13输出信号驱动数码管1显示各个参赛队的队号。
Y0-Y3输出信号驱动数码管2，显示抢答时间的个位，Y4-Y7输出信号驱动数码管3，显示抢答时间的十位。
2.5外部硬件接线图
PLC与数码管采用串电阻通过译码器间接接连接方式。
其外部硬件接线图如图3-13所示。
图2-2外部硬件接线图
3程序设计
3.1梯形图设计
3.2程序语句表
3.3程序运行过程分析说明
⑴当裁判台按下SB0时，就将信号传入PLC中，同时4个参赛队处于抢答状态。
然后根据哪个队最先抢到题目，然后在规定的答题时间内作答，或者答题超时。
（由规定显示电路和音响作出反应。
）例如，1号参赛队抢到题目，同时抢答继电器M21通电并自锁，抢答继电器M21与其它参赛台按钮输入触点相串联的常闭触点断开，使得在有抢答按钮按下的情况下，其它按钮均无效。
抢答继电器M21闭合，答题限时继电器M25闭合并，使得答题限时计时器T3开始计时。
11号参赛台答题超时，答题限时计时器T3计时到，其常开触点闭合。
在答题超时的情况下，T1的常开触点串联驱动裁判台的红灯和音响。
21号参赛台违规抢答，抢答允许继电器M0未闭合，裁判员未按下开始按钮SB0，在违规抢答的情况下，M11~M14，与抢答者对应的中间继电器闭合使得对应抢答台的登闪烁。
3无参赛队抢答，抢答限时计时器T2计时到，常开触点闭合。
当无人抢答时，T2的常开触点串联各个抢答台灯。
⑵抢答参赛队号显示，选用输出继电器Y10～Y13传送数据给译码器再由译码器驱动数码管1的七段发光管，即当有人抢答时即可显示抢到题的队号。
1当1号参赛台抢到题，则1号参赛台灯驱动输出继电器Y14闭合，Y14的常开触点闭合，数码管1即显示“1”的字符。
2当2号参赛台抢到题，则2号参赛台灯驱动输出继电器Y15闭合，数码管1即显示“2”的字符。
3当3号参赛台抢到题，则3号参赛台灯驱动输出继电器Y16闭合，数码管1即显示“3”的字符。
4当4号参赛台抢到题，则4号参赛台灯驱动输出继电器Y17闭合，数码管1即显示“4”的字符。
⑷计时显示程序。
计时显示程序由输出继电器Y0-Y3，Y4-Y7驱动数码管2和数码管3完成。
其中输出继电器Y0-Y3驱动数码管2，担任秒个位的显示；Y4-Y7驱动数码管3，担任秒十位的显示。
在抢答允许继电器M0闭合后，有人正确抢答，继电器M25闭合，数码管2,3显示倒计时间。
按再次下开始\复位按钮SB0，M1闭合，各输出继电器辅助继电器全部释放，为下一次抢答作准备。
5总结
经过这近两个星期的努力，在老师和同学的帮助下做完了实训设计的工作，由于自己知识的缺乏及能力的有限，实训设计中仍存在一些小毛病。
但是通过这次的实训设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己思考问题的能力得到了很大的提高。
在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。
在做设计时，我复习了很多有关PLC知识，这使得我的专业知识得到了巩固。
我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。
通过这次设计我也发现自己的很多不足之处，在设计过程中我发现自己考虑问题有些不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。
而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！
同时，该设计也有不足之处，由于自己能力有限，在PLC的I/O口扩展方面知识的欠缺，使得这次设计缺少了答题计分等功能。
我将会在以后更加努力的学习来补充自己的不足。
谢词
本文是在郭中玲老师的悉心指导下完成的，在完成设计和实训的过程中，从课题的选取、资料的搜集、方案的改进以及论文的指导，郭中玲老师都给予了我最大的帮助。
无论是从理论知识还是在实践部分他都尽心尽力、精心讲授，耐心指导，郭中玲老师务实严谨、精益求精的治学态度和一丝不苟的工作作风，给了我很大启示，为我以后的工作和学习树立榜样。
在此，我要向我的指导老师郭中玲老师表示崇高的敬意和最深诚的谢意！
设计和论文的顺利完成同样也离不开同学们的帮助，他们在我遇到困难和问题时，不仅在技术上给予我很大的帮助，耐心的教导我，帮助我，而且还在精神上给予我鼓舞和支持，使得每次我在遇到困难时都能最终一一解决，从而成功的完成了毕业设计。
在整个过程中都给了我很大的帮助，真心的感谢他们，希望你们能在今后的工作中开心、顺利！
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