PLC四路搶答器設計

1、一、設計目的（一級標題，用黑體小三，單倍行距，段前、段后0.5行）1、熟悉PLC主機的結(jié)構(gòu)，熟悉編程器的功能；2、進一步熟悉編程器及CX-P的使用方法，掌握輸入輸出、定時器計數(shù)器、微分、保持繼電器等常用指令的功能和編程方法。3、理解聯(lián)鎖、跳轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)位移、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、運算等指令的功能，掌握其使用方法。4、通過基本訓練，設計一個PLC控制搶答器裝置。按控制要求選擇PLC機型和外部設備，設計PLC外部電路的接線圖。編寫控制程序，并學習上機調(diào)試程序的方法。二、設計要求和設計任務設計要求：1）搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0S7表示。2）設置一個系統(tǒng)清除和搶答控

2、制開關(guān)S,該開關(guān)由主持人控制。3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5）參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。設計

3、任務：1）根據(jù)控制要求，進行搶答器PLC控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。2）根據(jù)控制要求，編制搶答器PLC控制應用程序。3）編寫設計說明書，內(nèi)容包括： 設計過程和有關(guān)說明。 基于PLC的搶答器電氣控制系統(tǒng)電路圖。 PLC控制程序。 電器元器件的選擇和有關(guān)計算。 電氣設備明細表。 參考資料、參考書及參考手冊。 其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。設計進度要求：第一周：確定題目，查閱資料，根據(jù)要求分析搶答器的設計、工作原理。第二周：根據(jù)工作原理畫流程圖并編譯梯形圖，并進行硬件設計。對軟件設計，進行上機調(diào)

4、試，找出問題，進行修改，并改進設計。摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)的不斷更新，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。對于搶答器其廣泛用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)、企事業(yè)工會組織、俱樂部及學校等單位組織舉辦各種知識、技術(shù)競賽及文娛活動時作搶答之用，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活，并且給人的視覺效果非常好，是各單位開展素質(zhì)教育、精神文明、娛樂活動的必備產(chǎn)品。本次設計是利用PLC(ProgrammableLogicController)對PLC空制智力搶答器進行控制。首先，選擇這個題

5、目之后，我對本次設計進行了全面的思考。使自己對本次設計有一個大致的總體思路，然后仔細分析PLC空制的四路智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作過程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、報警、計時及輸出顯示功能等。關(guān)鍵詞：智力控制，八路搶答器，PLC1 摘要IIIPLC四路搶答器概述441.1 PLC四路搶答器概述442 PLC智能搶答器的工作原理46PLC概述472.1 PLC的產(chǎn)生、定義、組成、特點及發(fā)展趨勢472.2 PLC工作原理522.3 PLC的編程語言53PLC的分類及性能指標533系統(tǒng)硬件設計553.1控制系統(tǒng)選取553.2控制系統(tǒng)的硬件組成553.3系統(tǒng)控制要求錯

6、誤！未定義書簽。3.4控制系統(tǒng)I/O分配表563.5系統(tǒng)硬件連接圖574系統(tǒng)軟件設計604.1整體設計604.2PLC控制程序605模擬運行與調(diào)試過程665.1 程序的模擬運行665.2程序的現(xiàn)場調(diào)試67致謝錯誤！未定義書簽。參考文獻691.1 PLC四路搶答器概述搶答器廣泛用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)及學校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。本文介紹一種數(shù)字式搶答器，能使八個隊同時參加搶答，賽場中設有1個裁判臺，8個參賽臺.總體設計選用西門子PLC控制，搶答操作方便，在很多的場所都可以使用，并且給人的視覺效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運

7、轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應用場合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)、學校及企事業(yè)單位，它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進行知識競賽搶答器設計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。PLC智能搶答器與單片機搶答器相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性.首先說一下單片機搶答器，所謂單片機系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機CPUR其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設計程序以達到所要求的控

8、制功能。這種形式在80年代國內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被PLC所代替。單片機的可靠性：由于目前國內(nèi)市場上的單片機芯片的品質(zhì)良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過篩選配對等技術(shù)處理，因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數(shù)偏離設計要求都會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機的所有器件均不是工業(yè)級的，抗十擾性特別是抗電源十擾能力很弱，而國內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調(diào)速對電源的十擾很大，因此，更可能引起單片機系統(tǒng)的不穩(wěn)定

9、。單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加。單片機的可維護性：一旦單片機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，彳艮難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統(tǒng)，這樣維修成本增加了。操作：現(xiàn)在國內(nèi)單片機系統(tǒng)的操作均采用自設計的鍵盤，設定數(shù)據(jù)用撥碼開關(guān),顯示用LER整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長?？傊?，

10、這樣的人機對話不夠友善。特點：不可靠，價格便宜?？删幊炭刂破鳎≒L。：所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應用最為廣泛。PLC的可靠性：進口PLC采用的CPltK是生產(chǎn)廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗而特別設計的，抗十擾性特別是抗電源十擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的十擾下仍能正常工作。PLC的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的

11、編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性

12、好，操作簡單。1.2 PLC智能搶答器的工作原理我所設計的PLC智能搶答器是適合八個人搶答的四路搶答器，現(xiàn)在以八路搶答器為例。給競賽主持人設置了3個控制按鈕，用來控制開始、復位、答題計時，每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號，音響電路發(fā)出聲響提示信號以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應，選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管顯示其編號同時音響電路發(fā)出聲響。當主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器T0開始計時（設定30秒）若30秒限制到時仍無人搶答音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該

13、題。在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數(shù)碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設定為30秒，選手必須在設定時間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。其中以上功能都通過編制的PLC程序來控3個制數(shù)碼管以及一個喇叭來實現(xiàn)，如圖1.1所示：2PLC概述2.1.1 PLC的產(chǎn)生、定義、組成、特點及發(fā)展趨勢PLC的產(chǎn)生可編程序控制器（ProgrammableLogicController，簡稱PLC）,是隨著科學技術(shù)的進步與現(xiàn)代社會生產(chǎn)力式的轉(zhuǎn)變，為適應多品種、小批量生產(chǎn)的需要而產(chǎn)牛、發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC從1969年問世以來，雖然至今還不到40年，但由于其具有道

14、用靈活的控制性能、可以適應各種工業(yè)環(huán)境的可靠性與簡單方便的使用性能，在工業(yè)自動化各領(lǐng)域取得了廣泛的應用。曾經(jīng)有人將PLC技術(shù)與數(shù)控技術(shù)（CNC卜CAiyCA啾術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱。眾所周知，制造業(yè)中使用的生產(chǎn)設備與生產(chǎn)過程的控制，一般都需要通過工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、原動機以及控制系統(tǒng)等部分實現(xiàn)。特別是當原動機為電動機時，還需要對電動機的啟/制動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速與定位等動作進行控制。生產(chǎn)設備與生產(chǎn)過程的電器操作與控制部分，稱為電氣自動控制裝置或電氣自動控制系統(tǒng)。最初的電氣自動控制裝置（包括日前使用的一些簡單機械），只是一些簡單的手動電器（如刀開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)等）。這些

15、電器只適合于電機容量小、控制要求簡單、動作單一的場合。隨著技術(shù)的進步，生產(chǎn)機械對電氣自動控制提出了越來越高的要求，電氣自動控制裝置逐步發(fā)展成了各種形式的電氣自動控制系統(tǒng)。作為常用電氣自動控制系統(tǒng)的一種，人們習慣上把以繼電器、接觸器、按鈕、開關(guān)等為主要器件所組成的邏輯控制系統(tǒng)，稱為“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”?！袄^電一接觸器控制系統(tǒng)”的基本特點是結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、抗十擾能力強、故障檢修立觀方便、運用范圍廣。它不僅可以實現(xiàn)生產(chǎn)設備、生產(chǎn)過程的自動控制，而且還可以滿足大容量、遠距離、集中控制的要求。因此，直到今天“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”仍是工業(yè)自動控制領(lǐng)域最基本的控制系統(tǒng)之一。但是，出于“繼電一接觸

16、器控制系統(tǒng)”的控制元件（繼電器、接觸器）均為獨立元件，它決定了系統(tǒng)的“邏輯控制”與“順序控制”功能只能通過控制元件問的不同連接實現(xiàn)，因此，它不可避免地存在以下不足： 通用性、靈活性差。 體積大，材料消耗多。 功能局限性大。 可靠性較低，性用壽命較短。 不具備現(xiàn)代工業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡控制等功能。正因為如此，“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”難以適應現(xiàn)代復雜多變的生產(chǎn)控制要求與生產(chǎn)過程摔制集成化、網(wǎng)絡化需要。為了解決“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”存在的通用性、靈活性關(guān)，功能局限性大與通信、網(wǎng)絡方面欠缺的問題，20世紀50年代末.人們曾設想利用計算機功能先備、通用性和靈活性強的特點來解次以上問題。但由于當

17、時的汁算機原理復雜，生產(chǎn)成術(shù)高，程序編制難度大，加工業(yè)上控制需要大量的外圍接口設備，可靠性問題突出，使得它在面廣量大的一般工業(yè)控制領(lǐng)域難以普及與應用。到了20世紀60年代木，有人這樣設想：能否把計算機通用、靈活、功能完善的特點與“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”的簡單易懂、使用方便、生產(chǎn)成本低的特點結(jié)合起來，生產(chǎn)出一種而向生產(chǎn)過程順序控制，PLC利用簡單語言編程，能讓完全不熟悉計算機的人也能方便使用的控制器呢？這一設想最早由美國最大的汽車制造商一一通用汽車公司（GM公司）于1968年提出。當時，該公司為了適應汽車市場多品種、小批量的生產(chǎn)要求，需要解決汽車生產(chǎn)線“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”中普遍存在的通用性、

18、靈活性問題，提到了對一種新穎控制器的十大技術(shù)要求，并面向社會進行招標。十大技術(shù)要求具體如下：1）編樣方使，從可以在現(xiàn)場方便地編輯、修改控制程序；2）價格便宜，性能價格比要而于繼電器系統(tǒng)；3）體積要明顯小于繼電器控制系統(tǒng)；4）可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)：5）具有數(shù)據(jù)通信功能；6）輸入可以是AC115V7）輸出驅(qū)動能力在AC115V/2A以上；8) 硬件維護方便，最好采即“插接式”結(jié)構(gòu)；9) 擴展時，只需要對原系統(tǒng)進行很小的改動；10) 用戶存儲器容量至少可以擴展到4KB根據(jù)以上要求，美國數(shù)字設備公司(DEC公司)在1969年首先研制比了全世界第一臺可編程序控制器，并稱之為“可編程序邏輯制器”

19、ProgrammableLogicController，簡稱PLC)。試樣機在GM公司的應用獲得了成功。此后，PLC得到了快速發(fā)展，并被廣泛用于各種開義量邏輯運算與處理的場合。早期PLC的硬件主要由分立元件與小規(guī)模集成電路構(gòu)成，它雖然采用了計算機技術(shù)，但指令系統(tǒng)、軟件與功能相對較簡單，一般只能進行邏輯運算的處理，同時通過簡化計算機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與改進可靠性等措施，使之能與工業(yè)環(huán)境相適應。正因為如此，在20世紀70年代初期曾經(jīng)出現(xiàn)過一些出二極管矩陣、集成電路等器件組成的所謂“順序控制器”；20世紀70年末期曾經(jīng)出現(xiàn)過以MCl4500工業(yè)控制單元(Industrialcontrolunit，簡稱ICU

20、)為核心.出8通道數(shù)據(jù)選擇器MCl4512)、指令計數(shù)器(MCl4516)、8位可尋址雙向鎖存器(MCl4599)、存儲器(2732)等組成的“可編程序控制器”等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品與PLC相比，雖然具有一定的價格優(yōu)勢，但最終還是因可靠性、功能等多方面的原因，未能得到進一步的推廣與發(fā)展；而PLC則隨著微處理器價格的全面下降，最終以其優(yōu)良的性能價格比，得到了迅速發(fā)展，并最終成為了當代工業(yè)自動控制技術(shù)的重要支柱枝術(shù)之一。2.1.2 .PLC的定義PLC技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，立即引起了全世界的廣泛關(guān)注，1969年首先將其進行商品化并推向市場的是美國GOUL公司；1971年，在引進美國技術(shù)后，日木研制出了自己的第一

21、臺PLCl973年，德國SIEMENS司也研制出了歐洲第一臺PLC1974年，法國隨之也研制出了PLG到了20世紀70年代中期，PLC開始采用微處理器。PLC的功能也從最初的邏輯運算拓展到具有數(shù)據(jù)處理功能，并得到了更為廣泛的應用。由于當時的PLC功能已經(jīng)不再局限于邏輯處理的范疇，為此，PLC也隨之改稱為可編程序控制器(ProgrammableController，簡稱PC)。1980年，美國電氣制造商協(xié)會(NationalElectronicManufactureAssociation，簡稱NEM明可編程序控制器進行了如下定義：“可編程序控制器是一種帶有指令存儲器，數(shù)字或模擬輸入/輸出接口；以

22、位運算為主；能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和算術(shù)運算功能；面向機器或生產(chǎn)過程的自動控制裝置”。并將其統(tǒng)一命名為ProgrammableController（PC）。2.1.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用丁工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，如圖2.1所示：編程器輸入電路輸出電路圖2.1PLC硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)程序存儲薯1、中央處理單元（CPU中央處理單元（CPU是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入

23、裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，靈活性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。2、存儲器（Memory可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔著將外部輸入的信號的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器

24、區(qū)域。CPia用的微處理器有通用型微處理器，單片機和位片式計算機等。小型PLC的CP*采用單片機或?qū)Ｓ玫腃PU大型PLC的CP*用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。3、基本I/O接口電路(1) 輸入接口單元。PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路(如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等)提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至PLC內(nèi)部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗十擾能力，輸入響應時間一般在0.115ms之間。多數(shù)PLC的輸入接口單元都相同，通常有兩種類型。一種是直流輸入，一種是交流輸入。(2) 輸出接口單元。PLC輸出電路用來將CPU!算的結(jié)果變換成一定形式的功

25、率輸出，驅(qū)動被控負載(電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等)。PLC輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。4、接口電路PLC接口電路分為I/O擴展接口電路和外設通信接口電路兩類(1) I/O擴接口電路I/O擴展接口電路用連接I/O擴展單元，可以用來擴充開關(guān)量I/O點數(shù)和增加模擬量的I/O端子。I/O擴展接口電路采用并行接口和申行接口兩種電路形式。根據(jù)被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。(2) 外設通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC的控制網(wǎng)絡。PLC通過PC/PPI電纜

26、或使用MPI卡通過RS-485接口和電纜與計算機連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。5、電源PLC內(nèi)部配有一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電源需要的工作電源(5V直流)。當輸入端子為非十接點結(jié)構(gòu)時，為外部輸入元件提供24V直流電源(僅供輸入點使用)。2.1.4 PLC的特點1、軟硬件功能強2、使用維護方便3、運行穩(wěn)定可靠2.1.5 4、組織靈活PLC的發(fā)展趨勢從當前產(chǎn)品來看,PLC的發(fā)展仍然主要體現(xiàn)在提及的縮小與性能的提高兩大方面。1. 向高速度、大容量方向發(fā)展2. 向超大型、超小型兩個方向發(fā)展3. PLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力4. 增強外部故障的檢測

27、與處理能力編程語言多樣化PLC工作原理2.2.1循環(huán)掃描的特點1、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。2、掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。3、對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。4、各個電路和不同掃描階段會造成輸入和輸出延遲，這是PLC的主要缺點。在讀輸入階段，cpuM各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進行掃描

28、，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。2.2.2 PLC中的存儲器PLC中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數(shù)據(jù)存儲器。1、用戶程序存儲器用來存儲根據(jù)控制要求而編制的用戶應用程序。2、用來存儲工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。3、系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。2.3 PLC的編程語言PLC是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領(lǐng)域，一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖等。梯形圖編程語言

29、是一種圖形語言具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能,是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素。梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關(guān)系分為“梯級”或網(wǎng)絡。如圖2.2所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。10.010.1圖2.2PLC控制的梯形圖程序PLC的分類及性能指標2.4.1按I/O點數(shù)容量分類1、小型機（I/O點數(shù)小丁256點）典型的小型機有SIEMENS司的S7-200系列。2、中型機（I/O點數(shù)

30、在2561024之間）典型的中型機有SIEMENS司的S7-300系列、OMRON司的C200H系列。3、大型機（I/O點數(shù)在1024點以上）典型的大型PLC有SIEMENS司的S7-400、OMRON司的CVM和CS1系列。2.4.2按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。1、整體式結(jié)構(gòu)微型和小型PLC一股為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的S7-200O2、模塊式結(jié)構(gòu)目前大、中型PLCP采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。2.4.3PLC的性能指標1、I/O點數(shù)I/O點數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個數(shù)。I/O點數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就

31、越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標之一。2、存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2K時2MB3、掃描速度掃描速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個重要的性能指標，體現(xiàn)了計算機控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度?？删幊炭刂破鞑捎醚h(huán)掃描的工作方式。4、指令系統(tǒng)它是衡量PLC能力強弱的標志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強弱。限定了計算機發(fā)揮運算功能、完成復雜控制的能力。5、通信功能通信有PLC之間的通信和PLC與計算機或其它設備之間的通信。主要涉及通信模塊、通信接口、通信協(xié)議、通信指令等。6、擴展能力擴展能力包括

32、I/O點數(shù)的擴展和PLC展能的擴展兩方面的內(nèi)容。7、特殊功能單元特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能。3系統(tǒng)碩件設計3.1控制系統(tǒng)選取搶答器對時間間隔的要求很高，而且多在會議、答辯賽等一些正規(guī)的需要進行搶答的場合中使用，所以對設備的精準性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統(tǒng)進行了全面的分析對比?？删幊炭刂破鳎≒L。是由工業(yè)微型計算機、輸入，輸出設備、保護及抗十擾隔離電路等構(gòu)成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應用角度看可編程控制器具有如下特點：1、可靠性高：由于可編程控制器的輸入，輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采

33、取了隔離和抗十擾措施，使其具有很高的抗十擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。2、體積小：由于在制造時采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現(xiàn)了小型化。3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等,可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng),對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性。4、使用方便：對于不同的控制系統(tǒng)，當硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便?；诳删幊炭刂破鞯纳鲜鰞?yōu)點能夠

34、適應和滿足立體車庫高性能的使用要求，所以我確定該車庫控制系統(tǒng)為PLC（西門子S7-200系列）。S7-200系列的PLC在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應用。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程序易于掌握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴展功能。搶答器所使用的各種判斷信號均為數(shù)字量，所以用西門子S7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。3.2控制系統(tǒng)的硬件組成在搶答器的工作過程中，主控單元的主要控制對象首先是輸入信號，控制系統(tǒng)就是判別這個事件有沒有發(fā)生，不同的情況給出不同的結(jié)果，讓大家都很快的明。其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖3.

35、1所示:圖3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)3.4控制系統(tǒng)I/O分配表3.4.1搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.1所示:表3.1輸出信號對照表信號名稱內(nèi)部地址信號名稱內(nèi)部地址數(shù)碼管1a段Q0.0數(shù)碼管2g段Q1.6數(shù)碼管1b段Q0.1數(shù)碼管3a段Q2.0數(shù)碼管1c段Q0.2數(shù)碼管3b段Q2.1數(shù)碼管1d段Q0.3數(shù)碼管3c段Q2.2數(shù)碼管1e段Q0.4數(shù)碼管3d段Q2.3數(shù)碼管1f段Q0.5數(shù)碼管3e段Q2.4數(shù)碼管1g段Q0.6數(shù)碼管3f段Q2.5數(shù)碼管2a段Q1.0數(shù)碼管3g段Q2.6數(shù)碼管2bQ1.1音響Q3.0數(shù)碼管2dwQ1.2數(shù)碼管2dlQ1.3信號名稱外部

36、元件內(nèi)部地址數(shù)碼管2e1殳Q1.4數(shù)碼管2f1殳Q1.53.4.2搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.2所示:搶答器PLC控制系統(tǒng)的輸入端口輸入信號對照表開始按鈕SI0.0復位按鈕RI0.1答題計時按鈕I0.21組按鈕S0I1.02組按鈕S1I1.13組按鈕S2I1.24組按鈕S3I1.35組按鈕S4I1.46組按鈕S5I1.57組按鈕S6I1.68組按鈕S7I1.73.5系統(tǒng)硬件連接圖根據(jù)系統(tǒng)要求和所需要的硬件，系統(tǒng)數(shù)字量輸入點總計7個點，輸出點總計25個點。綜合考慮到系統(tǒng)的性價比和系統(tǒng)的可擴展性，輸入、輸出點留出一定的富裕量，因此PLC選擇SIEMENS

37、勺S7-200系列的CPU226ii電器輸出型和數(shù)字量擴展模塊EM223輸入、輸出端子電氣接線圖如圖3.2所示。（具體請參考表3.1和表3.2）圖3.2控制系統(tǒng)外部I/O接線圖4系統(tǒng)軟件設計4.1整體設計根據(jù)PLC智能搶答器的控制要求，應用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。通過PLC控制程序來實現(xiàn)整體的運行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC配置都可運行。該系統(tǒng)本著簡單易懂、可靠性強、適應性強等方面進行設計。在搶答時只需按動按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。安全、可靠、省時、省力、價格便宜?？刂栖浖肧IEMENS程軟件，采用梯形圖語言編寫，工作系統(tǒng)自動控制流程框圖如圖4.

38、1.所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進行針對性設計，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整個系統(tǒng)的運行安全可靠。自動條件下，必須復位后在滿足自動條件下才能進行自動運行程序，當中充分應用各個過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。4.2PLC控制程序為了編程結(jié)構(gòu)的簡單、明了在主程序中引用了中間繼電器，I1.0-I1.3分別為四組選手的搶答信號，同時我們用中間繼電器M0.0、M0.1、M1.M1.3進行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有I0.0按鈕用以搶答開始，I0.2按鈕用以控制答題時間地開始，I0.1按鈕為復位按鈕。4.2.1主持人控制臺控制搶答器的開始、答題計時和復位當主持人按下I0.0按鈕后，選手才

39、能正常搶答，否則視為違規(guī)搶答開始程序如下圖4.2所示：10010.1M00()INTONRPT130D00-TO圖4.2搶答開始當選手搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕I0.2后，答題計時開始,程序如圖4.3所示：M0.1)4.4所示:圖4.3答題計時開始搶答完畢，當主持人按下按鈕I0.1,系統(tǒng)才能進行下一輪的搶答，如圖圖4.4復位4.2.2組別顯示每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù)碼管顯示該組的組號，如圖4.5所示:MlQO.O0QO.1Ml.6M17Network7QOJM1.4M1.5Ml7圖4.5組別顯示為了便丁讀懂和了解搶答器的控制過程，其詳細控制程序如

40、圖4.11所示:5模擬運行與調(diào)試過程5.1程序的模擬運行將設計好的程序?qū)懭隤LC后，首先要做的就是仔細檢查程序，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，一般不用接PLC實際的負載（如接觸器、電磁閥等）。也可以根據(jù)功能表圖，在適當?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號。在調(diào)試時應充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求，下面圖5.15.3是程序運行調(diào)試中的幾個過程圖。庾用捫遺頊f:即毋璀秦下費的/&i程地址：通值*通卞檜5E迎理的電生，并單擊勺誼按扭，iSffitriaffi-至至至|leiehI己皿，單擊獲取榕助和支持航雄pfit功后關(guān)閉對靖框狩提示M財W（運行Jstsa.istop（停止供式r-diL-fl-LIJJ.JJ.J!S圖5.1程序下載圖5.2程序運行圖5.3程序停止如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模