PLC四路搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、目錄摘要 ,2第一部分設(shè)計(jì)背景與選題,31應(yīng)用背景 ,21.1設(shè)計(jì)背景 ,21.2設(shè)計(jì)目的 ,2第二部分PLC 編程與硬件接線 ,42搶答器 ,42.1四路搶答器概述 ,42.2四路搶答器工作原理,43 PLC 概述 ,63.1PLC 產(chǎn)生與發(fā)展 ,63.2PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域,63.3PLC 工作原理 , 83.4PLC 的基本結(jié)構(gòu) ,93.5 PLC的編程語(yǔ)言 ,113.6PLC 的分類及性能指標(biāo),124.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ,144.1控制系統(tǒng)選取 ,144.2控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖,144.3系統(tǒng) IO 分配表 ,154.5 系統(tǒng)硬件連接圖 ,16第三部分程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 ,175系統(tǒng)軟件

2、設(shè)計(jì) ,175.1整體設(shè)計(jì) ,175.2編程軟件 ,185.3指令表 ,225.4軟件調(diào)試 ,24第四部分分析與總結(jié) ,246結(jié)論分析 ,247心得體會(huì) ,25參考文獻(xiàn),25課程設(shè)計(jì)報(bào)告摘要近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，PLC 的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)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(yīng)用日益廣泛普及。對(duì)于搶答器其廣泛用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會(huì)組織、俱樂(lè)部及學(xué)校等單位組織舉辦各種知識(shí)、技術(shù)競(jìng)賽及文娛活動(dòng)時(shí)作搶答之用，為競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)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(jué)效果非常好，是各單位開(kāi)展素質(zhì)教育、精

3、神文明、娛樂(lè)活動(dòng)的必備產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)是利用PLC （Programmable Logic Controller ）對(duì) PLC 控制智力搶答器進(jìn)行控制。首先，選擇這個(gè)題目之后，我對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的思考。使自己對(duì)本次設(shè)計(jì)有一個(gè)大致的總體思路，然后仔細(xì)分析 PLC 控制的四路智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作過(guò)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(bào)警、計(jì)時(shí)及輸出顯示功能等。關(guān)鍵詞：智力控制，四路搶答器，PLC1課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)背景與選題1. 設(shè)計(jì)背景搶答器廣泛應(yīng)用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)校，為競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。本文介紹一種搶答器，

4、能使四個(gè)人同時(shí)參加搶答賽，四個(gè)參賽臺(tái)總體設(shè)計(jì)選用西門子S7-200PLC 控制搶答操作方便，在很多的場(chǎng)所都可以使用，并且給人的視覺(jué)效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場(chǎng)合也隨之增加；技術(shù)含量大提升；更加方便可靠。用PLC 進(jìn)行知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC 的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。此任務(wù)的搶答器可根據(jù)應(yīng)答者搶答情況自動(dòng)設(shè)定答題時(shí)間，并根據(jù)情況用燈光和聲音現(xiàn)實(shí)其回答正確和錯(cuò)誤。四路智力搶答器有四個(gè)搶答按鈕最先按下按鈕有效，在此之后按下按鈕無(wú)效，伴有燈光和聲音指示，并開(kāi)

5、始計(jì)時(shí)答題時(shí)間。計(jì)時(shí)時(shí)間到聲音提示停止答題，同時(shí)有警報(bào)響起。 主持人有開(kāi)始和停止按鈕，及系統(tǒng)自帶的復(fù)位按鈕。2. 設(shè)計(jì)目的熟悉 PLC 主機(jī)結(jié)構(gòu)及編程環(huán)境；進(jìn)一步熟悉編程器及STEP 7 的使用方法， 掌握輸入輸出、定時(shí)器 計(jì)數(shù)器、 微分、保持繼電器等常用指令的功能和編程方法； 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(yùn)算等指令的功能，掌握其使用方法；通過(guò)基本訓(xùn)練，設(shè)計(jì)一個(gè)PLC 控制搶答器裝置。按控制要求選擇PLC 機(jī)型和外部設(shè)備，設(shè)計(jì) PLC 外部電路的接線圖。編寫(xiě)控制程序，并學(xué)習(xí)上機(jī)調(diào)試程序的方法；2課程設(shè)計(jì)報(bào)告第二部分PLC 編程與硬件接線2搶答器2.1 四路搶答器概述

6、搶答器廣泛應(yīng)用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)校，為競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)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(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答,賽場(chǎng)中設(shè)有1 個(gè)主持人參賽臺(tái)總體設(shè)計(jì)選用西門子PLC 控制搶答操作方便，在很多的場(chǎng)所都可以使用，并且給人的視覺(jué)效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場(chǎng)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(yīng)用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位,它為各種競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性 , 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC 進(jìn)行

7、知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC 的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。可編程控制器 （ PLC ）：所謂 PLC 系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)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(shè)計(jì)程序以達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛。PLC 的可靠性： 進(jìn)口 PLC 采用的 CPU 都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購(gòu)買的，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選的工業(yè)級(jí)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(yàn)而特別設(shè)計(jì)的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。PL

8、C 的可擴(kuò)展性：要增加一個(gè)功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對(duì)應(yīng)的程序，而PLC 的編程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，這樣對(duì)于開(kāi)發(fā)周期會(huì)縮短。PLC 的可維護(hù)性：PLC 本身有很強(qiáng)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(shè)計(jì)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(jiǎn)單。操作： PLC 的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)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(duì)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(huà)面自動(dòng)切換到故障提示畫(huà)面， 提示故障原因和排除方法。甚至可

9、以顯示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。特點(diǎn)：價(jià)格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡(jiǎn)單。2.2 四路搶答器工作原理3課程設(shè)計(jì)報(bào)告這次設(shè)計(jì)的PLC 智能搶答器是適合四人搶答的四路搶答器。給競(jìng)賽主持人設(shè)置了3 個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制開(kāi)始、復(fù)位、停止計(jì)時(shí)，每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)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(hào)，音響電路發(fā)出聲響提示信號(hào)以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不在相應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始下一輪搶答。若選手在未開(kāi)始搶答時(shí)提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管顯示其編號(hào)同時(shí)音響電路發(fā)出聲響并且有音響警報(bào)。按下啟動(dòng)按鈕定

10、時(shí)器T37 計(jì)時(shí)（設(shè)定30 秒）若 30 秒限制到時(shí)仍無(wú)人搶答音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。此設(shè)定為30 秒，選手必須在設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)。其中以上功能都通過(guò)編制 PLC 程序來(lái)控制一個(gè)數(shù)碼管以及一個(gè)蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本次設(shè)計(jì)用到三個(gè)定時(shí)器，T37、T38 和 T39 。在主持人按下啟動(dòng)按鈕后用定時(shí)器T38 定時(shí) 5S，在5S 內(nèi)按下?lián)尨鸢粹o是有效的，超出5S 此題將作廢，主持人按下復(fù)位按鈕重新開(kāi)始下一題。T39 用來(lái)延時(shí) 1S，當(dāng)搶答有效時(shí)，蜂鳴器回響1S。4課程設(shè)計(jì)報(bào)告3PLC 概述3.1PLC 產(chǎn)生與發(fā)展在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電

11、器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。 但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。1968 年美國(guó)通用汽車公司（G.M）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、 多品種生產(chǎn)， 希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)言”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。1969 年美國(guó)

12、數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic controller）隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20 世紀(jì) 70 年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中，使 PLC 不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20 世紀(jì) 80 年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16 位和

13、32 位微處理器應(yīng)用于PLC中，使 PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。自從第一臺(tái)PLC出現(xiàn)以后， 日本、德國(guó)、法國(guó)等也相繼開(kāi)始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。目前，世界上有200 多家 PLC廠商， 400 多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國(guó)、歐洲、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色，如日本主要發(fā)展中小型PLC，其小型PLC性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格便宜，在

14、世界市場(chǎng)上占用重要地位。著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的A-B (Allen-Bradley)公司、 GE（ General Electric）公司，日本的三菱電機(jī)（Mitsubishi Electric）公司、歐姆龍（OMRON）公司，德國(guó)的 AEG公司、西門子（Siemens）公司，法國(guó)的TE（ Telemecanique ）公司等。3.2 PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域（一） PLC的特點(diǎn)5課程設(shè)計(jì)報(bào)告PLC 技術(shù)之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，主要是因?yàn)樗哂性S多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題。主要有以下特點(diǎn)：1 可靠性高、抗干擾

15、能力強(qiáng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是PLC 最重要的特點(diǎn)之一。PLC 的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)小時(shí)，之所以有這么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施：（ 1）硬件方面I/O通道采用光電隔離，有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC 的影響；對(duì)供電電源及線路采用多種形式的濾波，從而消除或抑制了高頻干擾；對(duì) CPU等重要部件采用良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料進(jìn)行屏蔽，以減少空間電磁干擾；對(duì)有些模塊設(shè)置了聯(lián)鎖保護(hù)、自診斷電路等。（ 2）軟件方面PLC 采用掃描工作方式，減少了由于外界環(huán)境干擾引起故障；在PLC 系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)由外界干擾引起故

16、障時(shí)，能立即將當(dāng)前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫(xiě)操作，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來(lái)的工作。2 編程簡(jiǎn)單、使用方便目前， 大多數(shù) PLC采用的編程語(yǔ)言是梯形圖語(yǔ)言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語(yǔ)言。梯形圖與電器控制線路圖相似，形象、直觀，不需要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)，很容易讓廣大工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)流程需要改變時(shí)，可以現(xiàn)場(chǎng)改變程序，使用方便、 靈活。同時(shí)，PLC編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單。這也是 PLC獲得普及和推廣的主要原因之一。許多 PLC還針對(duì)具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)了各種專用編程指令及編程方法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。3 功能完善、通用性強(qiáng)現(xiàn)代 PLC不僅具有邏輯運(yùn)算

17、、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、PID 控制、通信聯(lián)網(wǎng)以等許多功能。同時(shí)，由于PLC產(chǎn)品的系列化、模塊化，有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成滿足各種要求的控制系統(tǒng)。4 設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便由于 PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的硬件，控制柜的設(shè)計(jì)、 安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大部分可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試，縮短了應(yīng)用設(shè)計(jì)和調(diào)試周期。在維修方面， 由于 PLC的故障率極低， 維修工作量很小；而且PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能，如果出現(xiàn)故障，可根據(jù)PLC上指示或編程器上提供的故障信息，迅速查明原因，維修極為方便。5 體積小

18、、重量輕、能耗低由于 PLC采用了集成電路， 其結(jié)構(gòu)緊湊、 體積小、能耗低，因而是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。（二） PLC的應(yīng)用領(lǐng)域6課程設(shè)計(jì)報(bào)告目前，在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機(jī)械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個(gè)方面：1. 開(kāi)關(guān)量邏輯控制利用 PLC最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)

19、用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2. 運(yùn)動(dòng)控制大多數(shù) PLC都有拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機(jī)械設(shè)備，如對(duì)各種機(jī)床、裝配機(jī)械、機(jī)器人等進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。3. 過(guò)程控制大、中型 PLC都具有多路模擬量 I/O 模塊和 PID 控制功能，有的小型 PLC也具有模擬量輸入輸出。所以 PLC可實(shí)現(xiàn)模擬量控制， 而且具有 PID 控制功能的 PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制， 用于過(guò)程控制。 這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。4. 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的 PLC都具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時(shí)

20、可通過(guò)通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進(jìn)行處理。5. 通信聯(lián)網(wǎng)PLC 的通信包括PLC與 PLC、PLC與上位計(jì)算機(jī)、PLC與其它智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)可直接或通過(guò)通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成 “集中管理、分散控制”的多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。3.3PLC 工作原理當(dāng) PLC運(yùn)行時(shí)，是通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)完成控制任務(wù)的，需要執(zhí)行眾多的操作，但 CPU不可能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作，它只能按分時(shí)操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個(gè)操作，按順序逐個(gè)執(zhí)行。由于 CPU

21、的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來(lái)看，PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行）完成的。這種串行工作過(guò)程稱為PLC的掃描工作方式。掃描工作原理7課程設(shè)計(jì)報(bào)告1、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)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(lái)控制程序的執(zhí)行。2、掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。3、對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。4、各個(gè)電路和不同掃描階段會(huì)造成輸入和輸出延遲，這是 PLC 的主要缺點(diǎn)。 在讀輸入階段，CPU 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)輸入電路將各輸入點(diǎn)

22、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 按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，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(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)入輸出映象寄存器。3.4PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 是微機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心的用于控制的特殊計(jì)算機(jī)，因此 PLC的基本組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)類似。一、 PLC的硬件組成PLC 的硬件主要由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口電源等部分組成。其中，CPU是 PLC的核心，輸入單元與輸出單元是連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/ 輸出設(shè)備與CPU之間的接口電路，通信接口用于與編程器

23、、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接。對(duì)于整體式PLC，所有部件都裝在同一機(jī)殼內(nèi)，其組成框圖如圖2-5 所示；對(duì)于模塊式PLC，各部件獨(dú)立封裝成模塊，各模塊通過(guò)總線連接，安裝在機(jī)架或?qū)к壣?，其組成框圖如圖2-6 所示。 無(wú)論是哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置與組合。8課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖 2-5整體式 PLC組成框圖圖 2-6模塊式 PLC組成框圖盡管整體式與模塊式PLC的結(jié)構(gòu)不太一樣， 但各部分的功能作用是相同的，下面 PLC主要組成部分：1、 中央處理單元（CPU）2、 存儲(chǔ)器（ Memory）3、 基本 I/O 接口電路4、 通信接口5、 智能接口模塊6、 編程裝置7、 電源二、 PLC的軟件

24、組成PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。9課程設(shè)計(jì)報(bào)告系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫(xiě)的，并存入 PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫(xiě)與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。PLC 的用戶程序是用戶利用PLC的編程語(yǔ)言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用 PLC的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語(yǔ)言采用比計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的專用語(yǔ)言。PLC 編程語(yǔ)言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不

25、同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語(yǔ)言的表達(dá)方式也不相同， 但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語(yǔ)言，如語(yǔ)句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語(yǔ)言，如梯形圖等。3.5PLC 的編程語(yǔ)言1 梯形圖語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來(lái)的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語(yǔ)言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語(yǔ)言，是PLC的第一編程語(yǔ)言。如圖 2-9 所示是傳統(tǒng)的電器控制線路圖和PLC梯形圖。圖 2-9電器控制線路圖與梯形圖

26、a）電器控制線路圖b）PLC梯形圖從圖中可看出，兩種圖基本表示思想是一致的，具體表達(dá)方式有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器，定時(shí)計(jì)數(shù)器等，都是由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原電器控制線路硬接線無(wú)法比擬的。2 語(yǔ)句表語(yǔ)言10課程設(shè)計(jì)報(bào)告這種編程語(yǔ)言是一種與匯編語(yǔ)言類似的助記符編程表達(dá)方式。在 PLC應(yīng)用中，經(jīng)常采用簡(jiǎn)易編程器，而這種編程器中沒(méi)有CRT屏幕顯示， 或沒(méi)有較大的液晶屏幕顯示。因此，就用一系列PLC操作命令組成的語(yǔ)句表將梯形圖描述出來(lái)，再通過(guò)簡(jiǎn)易編程器輸入到PLC中。雖然各個(gè)PLC生產(chǎn)廠家的語(yǔ)句表形式不盡相同，但基本功能相差無(wú)幾。3 功能表圖語(yǔ)言功能表圖語(yǔ)言（ SFC

27、語(yǔ)言）是一種較新的編程方法，又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語(yǔ)言。它將一個(gè)完整的控制過(guò)程分為若干階段，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實(shí)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動(dòng)作結(jié)束， 下一階段動(dòng)作開(kāi)始。 是用功能表圖的方式來(lái)表達(dá)一個(gè)控制過(guò)程， 對(duì)于順序控制系統(tǒng)特別適用。4 高級(jí)語(yǔ)言隨著 PLC技術(shù)的發(fā)展， 為了增強(qiáng)PLC的運(yùn)算、 數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語(yǔ)言無(wú)法很好地滿足要求。近年來(lái)推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級(jí)語(yǔ)言，如BASIC語(yǔ)言、 C 語(yǔ)言、 PASCAL語(yǔ)言等進(jìn)行編程。采用高級(jí)語(yǔ)言后，用戶可以像使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作PLC，使 PLC的各種功能得到更好的發(fā)揮。3.6 P

28、LC 的分類及性能指標(biāo)3.6.1 按 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分類1、小型機(jī)（I/O 點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)）典型的小型機(jī)有SIEMENS 公司的 S7-200 系列。2、中型機(jī)（I/O 點(diǎn)數(shù)在 2561024 之間）典型的中型機(jī)有SIEMENS 公司的 S7-300 系列、 OMRON 公司的 C200H系列。3、大型機(jī)（ I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上）典型的大型PLC 有 SIEMENS 公司的 S7-400 和 OMRON 公司的CVM1 和 CS1 系列。3.6.2 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 一般為整體式結(jié)構(gòu)。

29、如西門子的S7-200。2、模塊式結(jié)構(gòu)目前大、中型PLC 都采用這種方式。如西門子的S7-300 和 S7-400 系列。11課程設(shè)計(jì)報(bào)告3.6.3PLC 的性能指標(biāo)1、 I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)，即 PLC 面板上的I/O 端子的個(gè)數(shù)。I/O 點(diǎn)數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC 性能的重要指標(biāo)之一。2、存儲(chǔ)容量這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長(zhǎng)短。大、中、小型PLC 的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為2KB 2MB 。3、掃描速度掃描速度是指PLC 執(zhí)行程序的快慢，是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的吻合程度?？删幊炭刂破鞑?/p>

30、用循環(huán)掃描的工作方式。4、指令系統(tǒng)它是衡量PLC 能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了PLC 的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。5、通信功能通信有PLC 之間的通信和PLC 與計(jì)算機(jī)或其它設(shè)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(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和PLC 功能的擴(kuò)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(shuō)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。12課程設(shè)計(jì)報(bào)告4. 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1控制系統(tǒng)選取搶答器對(duì)時(shí)間間隔的要求很高，而且多在會(huì)議、答辯賽等一些正規(guī)的需要進(jìn)行搶答的場(chǎng)合中使

31、用，所以對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們對(duì)將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對(duì)比?？删幊炭刂破鳎?PLC ）是由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)、輸入 , 輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機(jī)控制裝置， 具有順序、 周期性工作的特征， 從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點(diǎn)：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，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。2、體積?。河捎谠谥圃鞎r(shí)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(shí)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、

32、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(duì)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(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，使用起來(lái)靈活方便?；诳删幊炭刂破鞯纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)能夠適應(yīng)和滿足立體車庫(kù)高性能的使用要求，所以我確定該車庫(kù)控制系統(tǒng)為 PLC( 西門子 S7-200 系列 )。4.2控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖13課程設(shè)計(jì)報(bào)告4.3系統(tǒng) IO 分配表?yè)尨鹌鞯?PLC 控制系統(tǒng)的輸出端口如表4.1 所示：表 4.1輸

33、入端口輸出端口其他器件搶答器 1I0.0指示燈 1Q1.0定時(shí)器 1T37搶答器 2I0.1指示燈 2Q1.1定時(shí)器 2T38搶答器 3I0.2指示燈 3Q1.2定時(shí)器 2T39搶答器 4I0.3指示燈 4Q1.3啟動(dòng)I1.1數(shù)碼顯示 1Q1.4停止I1.2數(shù)碼顯示 2Q1.5數(shù)碼顯示 4Q1.6警報(bào)Q0.0彩球Q0.114課程設(shè)計(jì)報(bào)告4.4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(diǎn)總計(jì)6 個(gè)，輸出點(diǎn)總計(jì)9 個(gè)點(diǎn)。綜合考慮到系統(tǒng)的性價(jià)比和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，輸入、輸出點(diǎn)留出一定的富裕量，因此PLC 選擇 SIEMENS的 S7-200 系列的 CPU226 繼電器輸出型和數(shù)字量擴(kuò)展

34、模塊EM223 。輸入、 輸出端子電氣接線圖如圖所示。15課程設(shè)計(jì)報(bào)告第三部分程序設(shè)計(jì)與調(diào)試5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1整體設(shè)計(jì)根據(jù) PLC 智能搶答器的控制要求，應(yīng)用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。通過(guò)PLC 控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC 配置都可運(yùn)行。該系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單易懂、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在搶答時(shí)只需按動(dòng)按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動(dòng)顯示組號(hào)以及倒計(jì)時(shí)時(shí)間。安全、可靠、省時(shí)、省力、價(jià)格便宜?？刂栖浖?yīng)用SIEMENS 編程軟件，采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě)工作系統(tǒng)自動(dòng)控制流程框圖如圖4.1.所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整

35、個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠。自動(dòng)條件下， 必須復(fù)位后在滿足自動(dòng)條件下才能進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個(gè)過(guò)程的互鎖來(lái)保證系統(tǒng)的安全。16課程設(shè)計(jì)報(bào)告5.2編程軟件為了編程結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、明了在主程序中引用了中間繼電器M10.1 、 M10.2 、M10.3 、 M11.0 、M11.1 、 M11.2 。避免了程序運(yùn)行中的雙線圈輸出。網(wǎng)絡(luò) 1 是程序的啟 -保 -停電路網(wǎng)絡(luò) 2、 3、 4、 5 實(shí)現(xiàn)四個(gè)搶答功能，自鎖及互鎖。17課程設(shè)計(jì)報(bào)告網(wǎng)絡(luò) 6、 7 用來(lái)定時(shí)。分別是30S 和 5S。18課程設(shè)計(jì)報(bào)告網(wǎng)絡(luò) 8-在主持人發(fā)出開(kāi)始信號(hào)前，若有人按下?lián)尨鸢粹o則報(bào)警。網(wǎng)絡(luò) 9-實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，搶答成功發(fā)出

36、警報(bào)延時(shí)1S19課程設(shè)計(jì)報(bào)告網(wǎng)絡(luò) 10-30S 內(nèi)無(wú)人作答此題作廢發(fā)出警報(bào)，同時(shí)彩燈點(diǎn)亮。20課程設(shè)計(jì)報(bào)告最后一部分網(wǎng)絡(luò)：數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)搶答器的序號(hào)。5.3軟件指令表21課程設(shè)計(jì)報(bào)告22課程設(shè)計(jì)報(bào)告5.4軟件調(diào)試將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭隤LC 后，首先要做的就是仔細(xì)檢查程序，并改正寫(xiě)入時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，一般不用接PLC 實(shí)際的負(fù)載 (如接觸器、電磁閥等 )。也可以根據(jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開(kāi)關(guān)或按鈕來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào)。在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)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(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查， 不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)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。完成上述的工作后，就可以進(jìn)行現(xiàn)