基于plc控制的搶答器設(shè)計(共60頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上編號畢業(yè)設(shè)計（2014 屆本科）題 目： 基于plc控制的搶答器設(shè)計 學(xué) 院： 物理與機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 金維莉 指導(dǎo)教師： 劉赟 職稱：助教（研究生）完成日期： 2014 年 5 月 20 日二一四 年 五 月專心-專注-專業(yè)目錄河西學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行設(shè)計工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到

2、本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名： 二O 一四 年 五 月 二十 日河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告論文題目基于PLC控制的搶答器設(shè)計學(xué)生姓名金維莉所屬學(xué)院物理與機電工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化年級2010級指導(dǎo)教師劉赟所在單位河西學(xué)院職稱助教（研究生）開題日期2013.12.20一選題的根據(jù)：1本選題的理論意義搶答器是近年來出現(xiàn)的一種智能化產(chǎn)物。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高以及可編程序邏輯控制器在我國的迅速發(fā)展，對搶答器的控制要求也越來越高，使得越來越多的控制部分需要可編程序邏輯控制器來實現(xiàn)，在人們的視覺和聽覺上形成和諧的統(tǒng)一，使人們在精神上有愉悅的感受。2本選題的實際

3、意義現(xiàn)今搶答器廣泛用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)及學(xué)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。但市面上所售搶答器價格一般較貴且多為小規(guī)模集成電路構(gòu)成,其性能單一，工作起來不夠理想。因此，提高搶答器的性能，使其具有更強的功能,使用可靠方便已為搶答器發(fā)展的一個方向。隨著集成技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC作為其中一個分支亦于20 世紀(jì)80 年代以來獲得了飛速發(fā)展，各種新品不斷涌現(xiàn)，使PLC的應(yīng)用更加深入，靈活性也大大增強。使得搶答器具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點。信息時代的21世紀(jì)，人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展非常迅猛，人類開始邁入了數(shù)字化和科技化的智能世界。3本選

4、題的設(shè)計內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括硬件設(shè)備的選擇、合理選擇原器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細(xì)的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。 硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化。硬件電路設(shè)計最重要的選擇可編程的PLC，并確定與之配套的外圍芯片。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細(xì)的電路圖，標(biāo)

5、出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達到設(shè)計目的。軟件設(shè)計方面系統(tǒng)采用S7-200西門子可控制編程，此編程工具更有可靠、可拓展、可維護性。4自己的見解（1）正常答題當(dāng)控制臺按下開始開關(guān)SB9時，蜂鳴器1響、綠燈亮，在10s內(nèi)搶答。若10S內(nèi)搶答成功，顯示搶答選手號碼，并有綠燈顯示搶答成功。答題開始，總臺開始計時，答題時間到，橙燈亮。進入下一題，控制臺按下復(fù)位按鈕SB8，按SB9 開始搶答，如此循環(huán)。（2）無人搶答控制臺按下開始開關(guān)SB9，蜂鳴器2響并黃燈亮，若10S內(nèi)無人搶答，蜂鳴器2響3S后停止、指示燈黃燈保持點亮，表示無人搶答。（3）違規(guī)搶答若

6、控制臺未按下開關(guān)時，有選手搶答，選手搶答則犯規(guī)，指示燈紅燈保持點亮，蜂鳴器3響3S后停止，并顯示選手號碼。（4）答題超時當(dāng)主持人按下開始搶答開關(guān)，搶答成功后答題超過30S時，蜂鳴器4響3S后停止，指示燈橙燈保持點亮。二論文的主要內(nèi)容、基本要求及其主要的研究方法：1主要內(nèi)容（1）緒論（2）系統(tǒng)的設(shè)計方案與確定（3）硬件設(shè)計（4）軟件設(shè)計（5）調(diào)試仿真2基本要求（1）完成系統(tǒng)硬件設(shè)計，畫出硬件原理圖，軟件流程圖。（2）編寫出PLC控制程序。（3）畫出控制的電氣原理圖。（4）繪制PLC接線圖及其I/O清單。（5）調(diào)試仿真，并對結(jié)果進行分析。3主要的研究方法（1）文獻資料法：從報刊、書籍、雜志、網(wǎng)上檢

7、索與課題研究相關(guān)的資料，借鑒已有成果，尋找新的信息，分析后深入的研究探討；（2）實驗仿真法：通過對所設(shè)計程序的仿真，得出設(shè)計的可行性；（3）邏輯分析法：通過邏輯分析從純粹的、抽象理論的形態(tài)上來揭示策劃對象的本質(zhì)，以概念、判斷、推理等思維形式完成策劃。三.論文進度安排和采取的主要措施：1.論文進度安排：2013.11.252013.12.01：熟悉設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計題目及設(shè)計背景資料2013.12.022013.12.10：查閱相關(guān)資料2013.12.112013.12.20：閱讀設(shè)計要求必讀的參考資料，完成開題報告2014.12.212014.01.10：對消防報警系統(tǒng)進行全面的分析與理解201

8、4.01.112014.02.10：硬件設(shè)計2014.02.112014.03.10：軟件設(shè)計2014.03.112014.03.25：系統(tǒng)程序仿真2014.03.262014.04.05：論文總體布局的設(shè)計2014.04.062014.04.20：完成初稿2014.04.212014.05.14：確定畢業(yè)論文最終稿2014.05.152014.05.20：制作PPT及答辯 2.主要措施：1.積極與指導(dǎo)老師聯(lián)系，認(rèn)真接受老師指導(dǎo)；2.查閱相關(guān)資料文獻，勤于思考，爭取本次設(shè)計全面、合理的完成。四參考資料和參考文獻1.主要參考資料：（1）plc機電控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計技術(shù)（第二版）（2）可編程控制器原

9、理及應(yīng)用（第三版）（3）plc控制系統(tǒng)設(shè)計安裝與調(diào)試（4）可編程控制器入門與應(yīng)用實例（西門子s7200系列）（5）電氣控制與可編程控制技術(shù)及應(yīng)用2.參考文獻：1 廖常初PLC的編程方法與工程應(yīng)用M重慶：重慶大學(xué)出版社，20012 鐘肇新可編程控制器原理及應(yīng)用M廣州：華南理工大學(xué)出版社，20083 陳忠華可編程控制器與工業(yè)自動化M北京：機械工業(yè)出版社,20054 史國生電氣控制與可編程控制技術(shù)M北京：化工工業(yè)出版社,20045 張曉峰電氣控制與可編程控制技術(shù)及應(yīng)用M北京：國防工業(yè)出社,20106 李向東電氣控制與PLCM北京：機械工業(yè)出版社,20097 戴一半可編程控制技術(shù)M北京：機械工業(yè)出版社

10、,20028 崔元明可編程器件應(yīng)用指導(dǎo)M北京：清華大學(xué)出版社,20009 賀哲榮流行PLC實用程序及設(shè)計M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，200610 王永華現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M北京：航空航天大學(xué)出版社，200311 謝克明，夏路易可編程控制器原理與程序設(shè)計M北京：電子工業(yè)出版社，200512 王 紅可編程控制器使用教程M北京：電子工業(yè)出版社，200213 李道霖電氣控制與PLC原理及應(yīng)用 M北京：電子工業(yè)出版社，200414 S7-200 CN可編程序控制器手冊 M西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團，200515 郁漢琪電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) M南京： 東南大學(xué)出版社，

11、2003指導(dǎo)教師意見：簽 名： （親筆簽名）年 月 日教研室意見負(fù)責(zé)人簽名：年 月 日學(xué) 院 意 見負(fù)責(zé)人簽名：年 月 日摘 要隨著人們對娛樂生活的質(zhì)量的追求，作為娛樂項目中的工具搶答器也一樣在變化。最初的搶答器是由優(yōu)先權(quán)編碼器構(gòu)成的邏輯電路，其運算速度慢，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更加困難。因此，一種能夠體現(xiàn)競賽的公開、公平、公正性的知識競賽搶答器成為一種需求。PLC目前主要的品牌有西門子，三菱，松下，歐姆龍等。他們各自具有顯明的特點。但只有西門子最適合此次設(shè)計，西門子PLC不僅具有體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力的特點，還有以下優(yōu)勢：通

12、用性強、可靠性高，抗干擾能力強以及豐富強大的通信指令功能。介于西門子在運算功能，處理時間和功能模塊上的出色表現(xiàn)，更重要的是符合本設(shè)計所需要的速度快、操作性強的特點。本設(shè)計采用西門子S7系列的PLC小型可編程控制器系統(tǒng)即SIMATIC S7-200。SIMATIC S7-200系列PLC 使用更行業(yè)的檢測監(jiān)測及自動化控制，同時S7-200系列強大功能是其無論在獨立運行中或是相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)，具有極高的性價比。本文介紹了一種以PLC為核心控制器的八路搶答器，該搶答器在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能并簡化其電路結(jié)構(gòu)，其將以其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可

13、改變競賽搶答器的搶答方案。本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。最后，我們還對設(shè)計程序進行了仿真，仿真結(jié)果完全達到了預(yù)期結(jié)果。關(guān)鍵詞：搶答器；PLC；數(shù)碼管；AbstractAs people pursuit of the quality of entertainment, as a tool of entertainment programs - the buzzer also changes. First responder is made of the priority encoder logic circuit, its computational speed

14、slow, line is complex, the reliability is not high, function also is simpler, especially when vies to answer first because a lot of, is much more difficult to implement. As a result, a capable of embodying the openness, fairness and impartiality of the competition knowledge competition responder bec

15、ome one kind of demand.PLC the main brands have Siemens, Mitsubishis, Panasonics, Omron etc. They each have the characteristics of the manifest. But only Siemens is most suitable for the design, the Siemens PLC not only has small volume, high speed, standardization, and has the characteristics of ne

16、twork communication ability, has the following advantages, with strong university high reliability, strong anti-jamming capability and rich powerful communication instruction function.Between Siemens in operation function, excellent performance on processing time and function modules, more important

17、 is meets the needs of the design characteristics of speed, strong operability. This design adopts Siemens S7 series of PLC small SIMATIC S7-200 programmable controller system. SIMATIC S7-200 series PLC use more the detection monitoring and automatic control of the industry, at the same time S7-200

18、series power is its no matter in the independent running or connected into a network can realize, has a very high cost performance.In this paper, a PLC as the core controller of the eight-way responder, the buzzer on the basic function of retained the original responder increased again at the same t

19、ime a series of practical function and simplify the circuit structure, it will with the control convenient, flexible, as long as change input PLC control program, you can change the race buzzer vies to answer first. This article from the system structure, application instructions, ladder diagram and

20、 the distribution of the input and output terminals. Finally, we also design procedure for the simulation the simulation results completely reached the expected results.Key words ：responder; PLC; Digital control.第一章 緒論當(dāng)今社會競爭日趨激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動日趨增多，愈加頻繁，而在競賽中往往分若干組來參加，這時如果針對主持人提出的問題，讓搶答者采取舉手回答的方

21、式的話，這在某種程度上會因為主持人的主管判斷導(dǎo)致比賽的不公平性，。比賽中為了公正、準(zhǔn)確、直觀的判斷出誰是第一搶答者，這就需要一種搶答設(shè)備作為裁判員，這就必然離不開搶答器。1.1 搶答器的發(fā)展背景搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能夠迅速、客觀的分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。目前國內(nèi)外市場上已有很多類型的知識競賽搶答器，其大致采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機或者PLC芯片、計算機控制系統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù)相當(dāng)成熟。但是隨著功能的增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準(zhǔn)確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其

22、功能的升級換代。對于計算機控制系統(tǒng)來說，其程序簡單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級換代，但鑒于其必須配合計算機實用，可操作性差，沒有得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點： （1）在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時，只能處理違規(guī)搶答信號，而對沒有違規(guī)的有效信號不能進行處理，因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。 （2）當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個，或利用搶答電路電子元件的“競爭”選擇其中一個。對于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答信號的“競爭”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。 （3）當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器只能“抓

23、住”其中一個違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞”。現(xiàn)在大多搶答器都是以PLC、單片機為控制核心的智能搶答器，它對采樣獲得的各種搶答信號進行分析。但僅有搶答功能的搶答器已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會的需要。而以PLC為核心的搶答器在擴展功能和修改搶答方案方面更加便捷。本次設(shè)計不但有搶答功能，而且還有指示燈顯示和聲音提示來反映搶答狀態(tài)，并且具有數(shù)碼顯示管來顯示搶答成功的的選手編號。1.2 搶答器的發(fā)展趨勢隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，搶答器的市場也會迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點，而搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用與各種知識競賽場合。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器正朝著數(shù)字化，智能化

24、的方向發(fā)展，這就要求搶答器具有結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，運行可靠穩(wěn)定，功能強大，能夠?qū)崿F(xiàn)包括定時，數(shù)碼顯示，并且功能擴展方便，適應(yīng)性強。目前國內(nèi)外的市場上有很多類型的搶答器，對于采用模擬電路或者數(shù)字電路的搶答器，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是隨著功能的增多，電路也越來越復(fù)雜，并且成本和故障率也越來越高，顯示的方式單一，對于搶答判斷不準(zhǔn)確，而對于科技飛速發(fā)展的今天，中小型可編程控制器的應(yīng)用的不斷深入，帶動了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點，以PLC為核心的部件的搶答器將成為主流。1.3 搶答器的發(fā)展意義現(xiàn)今搶答器廣泛用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)及學(xué)校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐

25、富了人們的業(yè)余生活。但市面上所售搶答器價格一般較貴且多為小規(guī)模集成電路構(gòu)成,其性能單一，工作起來不夠理想。因此，提高搶答器的性能，使其具有更強的功能,使用可靠方便已為搶答器發(fā)展的一個方向。隨著集成技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，PLC作為其中一個分支亦于20 世紀(jì)80 年代以來獲得了飛速發(fā)展，各種新品不斷涌現(xiàn)，使PLC的應(yīng)用更加深入，靈活性也大大增強。使得搶答器具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強大、可靠性好、實用性強的特點。信息時代的21世紀(jì)，人類社會的進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展非常迅猛，人類開始邁入了數(shù)字化和科技化的智能世界。1.4 課題的設(shè)計內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將

26、硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括硬件設(shè)備的選擇、合理選擇原器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細(xì)的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。 硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化。硬件電路設(shè)計最重要的選擇可編程的PLC，并確定與之配套的外圍芯片。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細(xì)的電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達

27、到設(shè)計目的。軟件設(shè)計方面系統(tǒng)采用S7-200西門子可控制編程，此編程工具更有可靠、可拓展、可維護性。1.5 本章小結(jié)本章對搶答器的發(fā)展背景、發(fā)展歷程、發(fā)展意義和課題的內(nèi)容做了詳細(xì)地說明對后面寫文章做了良好的鋪墊。第二章 PLC的概述可編程控制器是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應(yīng)用越來越廣泛1。2.1 PLC的概念及發(fā)展歷程PLC（Programmable Logic Controller）即可編程控制器，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會IEC（In

28、ternational Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計2-3。發(fā)展歷程：自從1969年美國DEC（Digital Equipment Corporation）公司研制出世界上第一臺可編程邏輯控制器以來，經(jīng)過三十多年的發(fā)展

29、與實踐，其功能和性能已經(jīng)有了很大的提高，從當(dāng)初用于邏輯控制擴展到運動控制和過程控制領(lǐng)域?？删幊踢壿嬁刂破饕哺姆Q為可編程控制器（Programmable Controller：PC），由于個人計算機也簡稱PC，為了避免混淆，可編程控制器仍被稱為PLC。1987年，國際電工委員會頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)第三稿中，對可編程控制器的定義如下：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入/輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工

30、業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則來設(shè)計4。PLC最初用于邏輯控制和順序控制，面對運動控制和過程控制，PLC必須擴展自己的功能，才能滿足生產(chǎn)的需求。機床工業(yè)、汽車工業(yè)等屬于離散型制造工業(yè)，這類工業(yè)側(cè)重于運動控制，如位置控制和速度控制。為此，生產(chǎn)PLC的廠家相繼推出了位置控制模塊、伺服定位模塊、運動控制模塊、電子凸輪模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊以及高速計數(shù)模塊等功能模塊，用于速度、加速度以及位置控制等運動控制。大量的中小型企業(yè)屬于混合型制造工業(yè)，這類制造業(yè)中既有運動控制又有過程控制，為了適應(yīng)這些企業(yè)的需要，各廠家都在自己的PLC產(chǎn)品中推出了溫度傳感器模塊、PID控制模塊、A/D

31、轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、閉環(huán)控制模塊以及模糊控制模塊等功能模塊，用于溫度、壓力、流量以及液位等過程控制5。PLC本身的模塊化結(jié)構(gòu)以及遠(yuǎn)程I/O模塊功能的不斷完善，使得PLC易于實現(xiàn)多級控制（分布控制、分散控制），通過不同級別的網(wǎng)絡(luò)將PLC與PLC、PLC與遠(yuǎn)程I/O模塊、PLC與人機界面以及PLC與PC機連接起來，形成管控一體化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)的水平,產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益等各項指標(biāo)在很大程度上取決于生產(chǎn)設(shè)備的先進性和電氣化程度。隨著大規(guī)模集成電路及微型計算機技術(shù)的發(fā)展,給電氣控制技術(shù)開辟了新的前景。可編程控制器是近幾十年發(fā)展起來的一種新興工業(yè)控制器,由于它將計算機的編程靈活、功能齊全、應(yīng)

32、用面廣等優(yōu)點與繼電器系統(tǒng)的控制簡單、使用方便、抗干擾力強、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來,而其本身又具有體積小、重量輕、耗電省等特點,因此在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用越來越廣泛6。在實際生產(chǎn)中,由于大量存在一些用開關(guān)量控制的簡單的程序控制過程,而實際生產(chǎn)工藝和流程又是經(jīng)常變化的,因而傳統(tǒng)的繼電接觸控制系統(tǒng)常不能滿足這種要求。電子計算機控制系統(tǒng)的出現(xiàn),提高了電氣控制的靈活性和通用性, 其控制功能和控制精度都得到很大的提高.然而在其初期,存在著系統(tǒng)復(fù)雜,使用不便,抗干擾能力差,成本高等缺陷,尤其對上述簡單的過程控制有大材小用和不經(jīng)濟等問題。因而,在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了一種能夠根據(jù)生產(chǎn)需要,方便地改變控制程

33、序,而又遠(yuǎn)比電子計算機結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉的自動化裝置順序控制器,它是通過組合邏輯元件插接或編程來實現(xiàn)繼電器接觸控制線路功能的裝置。它能滿足程序經(jīng)常改變的控制要求,使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性,但它還是使用硬件手段,裝置體積大,功能也受到一定限制.隨著大規(guī)模集成電路和微處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,上述控制技術(shù)也發(fā)生了根本的變化。在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了用軟件手段來實現(xiàn)各種控制功能以微處理器為核心的新型工業(yè)控制器可編程控制器,這種器件完全能夠適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。由于它兼?zhèn)淞擞嬎銠C控制和繼電器控制系統(tǒng)兩方面的優(yōu)點,故目前在世界各國以作為一種標(biāo)準(zhǔn)化通用設(shè)備普遍應(yīng)用于工業(yè)控制7。2.2 PLC的工作原理

34、當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段8。 1輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段

35、，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形

36、圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。3輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于

37、自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。2.3 PLC的主要特點PLC出現(xiàn)后就受到普遍的重視,其應(yīng)用發(fā)展也十分的迅速,原因在于現(xiàn)有的各種控制方式相比,它有一系列受用戶歡迎的特點,主要是：1可靠性高,抗干擾能力強 在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性提出很高的要求。PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計,由于采取了一系列措施,使PLC控制系統(tǒng)的平均無故障間隔時間一般能達到45萬h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)繼電器控制和計算機控制系統(tǒng)?？梢哉f,到目前為止尚無任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性能達到和超過PC。保證PLC工作的可靠性高、抗干擾能力強的主要措施是：(1) 采用循環(huán)掃描、集中采樣,集中輸

38、出的工作方式。(2) 硬件設(shè)計采用模塊式結(jié)構(gòu)并采取屏蔽、濾波、隔離、聯(lián)鎖等一系列抗干擾技術(shù),同時增加輸出聯(lián)鎖、環(huán)境檢測與故障診斷等提高可靠性電路。(3) 軟件設(shè)計中設(shè)置實時監(jiān)控、自診斷、信息保護與恢復(fù)等程序與硬件電路配合實現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報警顯示及保護功能.因此PC優(yōu)于微機控制的首要特點是它能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。2編程簡單、易于掌握 這是PC優(yōu)于微機的另一個特點。梯形圖編程方式是PC最常用的編程語言。它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優(yōu)點。3組合靈活使用方便 由于它采用標(biāo)準(zhǔn)化得到通用模塊結(jié)構(gòu)，能靈活方便地組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。4功能強，通用性

39、好 現(xiàn)代PC具備很強的信息處理功能和輸出控制能力，它既可以對開關(guān)量進行控制又可以對模擬量進行控制。5開發(fā)周期短，功率高，維護方便 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大地減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計周期大大縮短，同時維護也變得容易起來。6體積小，重量輕，功耗低 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，其結(jié)構(gòu)不斷改進，功能日益增強，性價比越來越高9-10。2.4 PLC的分類按I/O點數(shù)容量分類。一般來說，PLC處理的I/O點數(shù)較多，反映控制關(guān)系較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲器容量較大，要求PLC的指令及其他功能較多，指令執(zhí)行的過程較快等。按PLC的輸入輸出點數(shù)

40、可將PLC分為四類11。 （1）微型 PLC I/O點數(shù)小于64點的PLC為超小型或微型PLC。 （2）小型 PLC I/O點數(shù)在64512點之間的為小型PLC?？梢赃B接開關(guān)量和模擬量I/O模塊以及其他各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。如西門子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都屬于小型機。 （3）中型PLC I/O點數(shù)在5122048點之間的為中型PLC。它除了具有小型機所能實現(xiàn)的功能外，還具有更強大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。如西門子公司的S7-300PLC、三菱公

41、司的A1S系列PLC都屬于中型機。 （4）大型PLC I/O點數(shù)為2048點以上的為大型PLC。它具有極強的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級通信網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。另外大型PLC還可以采用三個CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器具有更高的可靠性。如西門子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N 系列PLC 都屬于大型機。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等產(chǎn)品。上述劃分沒有嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，某些小型PLC也具備中型機和大型機的功能，這也是PLC的發(fā)展

42、趨勢。2.5本章小結(jié) 本章主要對可編程控制器（PLC）做了詳細(xì)的介紹，包括PLC的概念、工作原理、特點、簡單分類等對后面的搶答器設(shè)計做了良好的鋪墊?？删幊炭刂破魇潜驹O(shè)計中搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計的核心部件之一。第三章 八路搶答器的硬件設(shè)計本次搶答器設(shè)計的硬件設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求確定設(shè)計方案，從系統(tǒng)硬件配置原理圖、I/O分配表、系統(tǒng)硬件接線圖三個方面來完成對本次搶答器的硬件設(shè)計。3.1 系統(tǒng)設(shè)計方案隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

43、有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮12-13。本次系統(tǒng)設(shè)計可以供8組選手同時搶答，主持人手中掌握著搶答開始按鈕和復(fù)位按鈕，因此本系統(tǒng)含有10個輸入信號。同時該系統(tǒng)還有4個不同顏色指示燈和4個不同聲音蜂鳴器配合使用更加準(zhǔn)確顯示搶答和答題狀態(tài)以及七段數(shù)碼管顯示搶答的選手號碼，因此該系統(tǒng)含有15個輸出信號。綜合各種因素，本系統(tǒng)選用德國的西門子公司的S7-200的CPU226型PLC為控制核心。該型號的CPU含有24個輸入點和16個輸出點，可帶2個擴展模塊，最大擴展至248個數(shù)字量I/O點或者35路模擬量I/O點。3

44、.2系統(tǒng)硬件配置原理圖搶答器的核心為PLC控制器，連接主持人控制臺的開始搶答按鍵和復(fù)位按鍵、八位選手面前的八個搶答按鍵、顯示搶答狀態(tài)的指示燈、提示搶答狀態(tài)的響鈴以及顯示搶答成功選手的組別號。其系統(tǒng)硬件配置圖如圖3.1所示：圖3.1系統(tǒng)硬件配置原理圖3.3 I/O口的分配根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案的分析，需要8個按鍵SB0-SB7分別給八組選手搶答使用，其輸入地址為I0.0-I0.7，SB8用于主持人復(fù)位，以便開始下一輪的搶答，輸入地址為I1.0，SB9用于支持人發(fā)布開始搶答命令,輸入地址為I1.1。其輸入地址分配如表3-1：表3-1 輸入地址分配序號輸入地址設(shè)備名稱及其作用1I0.0第一組選手搶答按鈕S

45、B02I0.1第二組選手搶答按鈕SB13I0.2第三組選手搶答按鈕SB24I0.3第四組選手搶答按鈕SB35I0.4第五組選手搶答按鈕SB46I0.5第六組選手搶答按鈕SB57I0.6第七組選手搶答按鈕SB68I0.7第八組選手搶答按鈕SB79I1.0主持人復(fù)位鍵SB810I1.1主持人開始搶答鍵SB9 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案的分析，輸出端口共有4個指示燈，分別為綠色指示燈、紅色指示燈、黃色指示燈、橙色指示燈，共有4個蜂鳴器，分別為蜂鳴器1、蜂鳴器2、蜂鳴器3、蜂鳴器4，其輸出地址為指示燈和蜂鳴器配合使用直觀的顯示搶答和答題的四種狀態(tài)，分別為正常搶答、違規(guī)搶答、無人搶答、答題超時，輸入地址為Q0.0

46、-Q0.7。七段數(shù)碼管用來顯示搶答成功的選手的號碼，使用的七個輸出端口分別為Q1.1-Q1.7。故輸出地址分配如表3-2：表3-2 輸出地址分配序號輸出地址設(shè)備名稱及其作用1Q0.0正常搶答指示燈綠燈2Q0.1違規(guī)搶答指示燈紅燈3Q0.2無人搶答指示燈黃色4Q0.3答題超時指示燈橙色5Q0.4正常搶答蜂鳴器16Q0.5違規(guī)搶答蜂鳴器27Q0.6無人搶答蜂鳴器38Q0.7答題超時蜂鳴器49Q1.1七段數(shù)碼管a10Q1.2七段數(shù)碼管b11Q1.3七段數(shù)碼管c12Q1.4七段數(shù)碼管d13Q1.5七段數(shù)碼管e14Q1.6七段數(shù)碼管f15Q1.7七段數(shù)碼管g3.4 系統(tǒng)硬件接線圖為了硬件電路接線方便，S

47、B0-SB7作為八位選手的搶答按鍵，對應(yīng)的輸入點為I0.0-I0.7，SB7、SB8分別為主持人開始搶答按鍵和復(fù)位按鍵，對應(yīng)的輸入點為I1.0，I1.1，搶答狀態(tài)指示燈對應(yīng)的輸出點Q0.0-Q0.3，搶答狀態(tài)響鈴對應(yīng)的輸出點Q0.4-Q0.7，數(shù)碼管顯示輸出點為Q1.1-Q1.7。其外部硬件接線圖如圖3.2所示。圖3.2 系統(tǒng)外部硬件接線圖3.5 蜂鳴器的簡介一、蜂鳴器的介紹（1）蜂鳴器的作用 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。（2）蜂鳴器的分類 蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴

48、器和電磁式蜂鳴器兩種類型。（3）蜂鳴器的電路圖形符號 蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。二、蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理（1）壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。（2）電磁式蜂鳴器 電磁式

49、蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。圖3.3蜂鳴器的電路原理圖3.6數(shù)碼管的類型及其工作原理LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等.，LED數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽

50、兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。LED數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)位，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 A、靜態(tài)顯示驅(qū)動：  靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個PLC的

51、I/O口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進位轉(zhuǎn)換器進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O口才32個呢。故實際應(yīng)用時必須增加驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。   B、動態(tài)顯示驅(qū)動：  數(shù)碼管動態(tài)顯示介面是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g "的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制

52、電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)PLC輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于PLC對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。    透過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示

53、的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。其中七段數(shù)碼管采用共陰極接法，其真值表如表3-3：表3-3 數(shù)碼管顯示真值表abcdefg011111101011000021101101311110014011001151011011610111117111000081111111911110113.7本章小結(jié)本章敘述了八路搶答器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。在設(shè)計中主要采用了蜂鳴器、指示燈和數(shù)碼管。本設(shè)計是基于PLC的控制，首先通過對PLC的選型進而對輸入輸出點數(shù)分配，繪制硬件電路圖。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，敘述蜂鳴器和數(shù)碼管的工作原理。第四章 程序清單與調(diào)試SETP 7-Micro/WI

54、N是在Windows平臺上運行的S7-200系列的專用編程軟件，本次設(shè)計采用該種編程軟件并且以梯形圖語言進行程序設(shè)計。梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的語言。與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性14。4.1 程序流程圖4.2 程序（梯形圖）以梯形圖語言為編程語言進行編程，可以將整個程序分解為若干個單元，分別為主持人開始搶答與復(fù)位單元、正常搶答判別單元、違規(guī)搶答判別單元、無人搶答判別單元、答題超時判別單元、搶答單元以及數(shù)碼管顯示單元。4.2 仿真結(jié)果將編譯好的程序?qū)氲椒抡娉绦蚶锩孢M行仿真，結(jié)果如下：1.正常搶答調(diào)試選手正常搶答成功后（以4號選手搶答成功為例）Q0.0，Q0.4立即接通，即正常搶答指示燈綠燈亮，蜂鳴器1響起，仿真結(jié)果如圖4.1所示：圖4.1 正常搶答蜂鳴器指示燈同時提示選手正常搶答成功后，指示燈綠燈保持點亮，蜂鳴器1響起3S后停止，仿真結(jié)果如圖4.2所示:圖4.2 正常搶答指示燈提示蜂鳴器切斷2.無人搶答調(diào)試當(dāng)主持人按下開始搶答之后10S出現(xiàn)無人搶答的情況，輸出Q0.2,Q0.6立即接通，即無人搶答指示燈黃燈點亮，蜂鳴器3響起，仿真結(jié)果如圖4