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基于plc的四路抢答器的设计Word文件下载.doc

1、近年来随着科技的飞速发展, 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。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用,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,并且给人的视觉效果非常好,是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。本次设计是利用PLC(Programmable Logic Controller)对PLC控制的四路智力抢答器进行控制。首先,选择这个题目之后,我对本次设计进行了全

2、面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路,然后仔细分析PLC控制的四路智力抢答器的工作原理,以及它的一些工作过程,分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。考虑到只是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要25个,输入端口需要7个,由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点,因此,我决定选用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为本次设计的PLC。具有方便灵活,维护使用方便等特点。关键词: 智力控制,四路抢答器,PLC. 目 录摘要.前言.第一章 PLC四路抢答器概述11.1 四路抢答器概述11.2 P

3、LC智能抢答器的工作原理3第二章 PLC概述42.1 PLC的产生42.2 PLC的定义52.3 PLC的基本结构52.4 PLC工作原理72.5 PLC的编程语言72.6 PLC的分类及性能指标8第三章 系统硬件设计93.1 控制系统选取93.2 控制系统的硬件组成93.3 系统控制要求103.4 控制系统I/O分配表113.5 系统硬件连接图12第四章 系统软件设计134.1 整体设计134.2 PLC控制程序14第五章 模拟运行与调试过程245.1 程序的模拟运行245.2 程序的现场调试25致 谢27参考文献28前 言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

4、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。而对于科技飞速发展的今天,PLC、单片机应用的不断深入,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、单片机为核心的部件成为主流1。传统的普通抢答器主要存在一下缺点:(1) 在一次抢答过程

5、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,因此该设计采用基于PLC控

6、制来设计四路抢答器。第一章 PLC四路抢答器概述1.1 PLC四路抢答器概述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。本文介绍一种数字式抢答器,能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台,4个参赛台,分别为1号、2号、3号、4号参赛台.总体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便,在很多的场所都可以使用,并且给人的视觉效果非常好。抢答器,顾名思义就是用于比赛时,跟对手比反应时间,思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展,他的应用场合也随之增加;技术含量大大提升;更加方便可靠。目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台

7、、商业机构、学校及企事业单位, 它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计,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。PLC智能抢答器与单片机抢答器相比,在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器,所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片,根据不同系统设计电路板,最终设计成一台简易的计算机系统,并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。这种形式在 80年代国内很流行,但由于受到本身可靠性及其它方面的限制,目前除了仪表上仍然采用外,在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。单片机

8、的可靠性:由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐,很大一部分还是国外筛选出来的次等品,加上其它外围元件(如电阻、电容等)的参数离散性也很大,批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理,因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性,因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。另外,单片机的所有器件均不是工业级的,抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱,而国内的电源一般都很差,加上压片机的变频调速对电源的干扰很大,因此,更可能引起单片机系统的不稳定。单片机的可扩展性:由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的,所以要增加一个功能就要重新设计线路,而且对应的程序都要重新设计。这样对于增加功

9、能的开发成本和周期都会增加。单片机的可维护性:一旦单片机系统出现故障,很难诊断出故障元件,最简单的方法是更换整个系统,这样维修成本增加了。操作:现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘,设定数据用拨码开关,显示用LED,整个面板显得繁锁,而且为了减少操作键,设计时往往一键多用,操作人员很难脱开说明书操作。特别是故障显示只能显示故障代码,一旦发生故障,操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在,最终按说明书指示排除故障,这样排除故障的时间相对较长。总之,这样的人机对话不够友善。特点:不可靠,价格便宜。可编程控制器(PLC): 所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器,根据

10、要求选用不同的模块,在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。PLC的可靠性:进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器,其余各元件也是直接向生产厂家购买的,经过严格挑选的工业级元件,另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的,抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高,即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。PLC的可扩展性:要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序,而PLC的编程相对比较简单,这样对于开发周期会缩短。PLC的可维护性:PLC本身有很强的自诊断功能,一旦系统出现故障,根据自诊断很容易诊断出故障元件,即使

11、非专业人员也能维修,如果故障由于程序设计不合理引起,由于它提供完善的调试工具,要找出故障也较为简单。PLC的操作采用触摸式操作终端,人机界面,全屏显示,上面设计了很详尽的操作指南,即使第一次使用,也能根据提示顺利操作,这就降低了对操作人员的要求,一般工人也能很快掌握。另外,一旦系统发生故障,画面自动切换到故障提示画面,提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置,维修人员可以根据提示很快排除故障。价格与前二种控制器相比略贵,可靠性好,操作简单。1.2 PLC智能抢答器的工作原理我所设计的PLC智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器,现在以四路抢答器为例。给竞赛主持人设置了3个控制按钮

12、,用来控制开始、复位、答题计时,每当主持人发出开始抢答指令后,那组选手最先按下抢答器按钮,则数码管就显示该组的编号,同时绿色指示灯亮,音响电路发出声响提示信号(持续三秒)以指示抢答成功,并对其后的抢答信号不在相应,选手答题完毕后,由主持人按下复位按钮,系统开始下一轮抢答。若选手在未开始抢答时提前抢答了,则视为违规,违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时(设定30秒)若30秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响,以示选手放弃该题。在抢答成功后,主持人按下答题计时按钮,同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节,此设定为50秒,选手

13、必须在设定时间内完成答题,否则,音响电路发出超时报警信号。其中以上功能都通过编制的PLC程序来控3个制数码管和3个指示灯以及一个喇叭来实现,如图1.1所示: 图1.1 抢答器模型图第二章 PLC概述2.1 PLC的产生 可编程序控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC),是随着科学技术的进步与现代社会生产力式的转变,为适应多品种、小批量生产的需要而产牛、发展起来的一种新型的工业控制装置。 PLC从1969年问世以来,虽然至今还不到40年,但由于其具有道用灵活的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能,在工业自动化各领域取得了广泛的应用。曾

14、经有人将PLC技术与数控技术(CNC)、CADCAM技术、工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。 众所周知,制造业中使用的生产设备与生产过程的控制,一般都需要通过工作机构、传动机构、原动机以及控制系统等部分实现。特别是当原动机为电动机时,还需要对电动机的启制动、正反转、调速与定位等动作进行控制。生产设备与生产过程的电器操作与控制部分,称为电气自动控制装置或电气自动控制系统。 最初的电气自动控制装置(包括日前使用的一些简单机械),只是一些简单的手动电器(如刀开关、正反转开关等)。这些电器只适合于电机容量小、控制要求简单、动作单一的场合。 随着技术的进步,生产机械对电气自动控制提出了越来越高的要求,电气自动控制装置逐步发展成了各种形式的电气自动控制系统。 作为常用电气自动控制系统的一种,人们习惯上把以继电器、接触器、按钮、开关等为主要器件所组成的逻辑控制系统,称为“继电接触器控制系统”。“继电接触器控制系统”的基本特点是结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、故障检修立观方便、运用范围广。它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制,而且还可以满足

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