PLC四路搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

..目錄摘要…………………………2第一部分設(shè)計(jì)背景與選題……………3TOC\o"1-3"\h\u1．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)…………………………93.5PLC的編程語言…………………………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)I\O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摘要近年來隨著科技的飛速發(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(dòng)的必備產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)是利用PLC〔ProgrammableLogicController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,PLC設(shè)計(jì)背景與選題設(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,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效,伴有燈光和聲音指示,并開始計(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⑴熟悉PLC主機(jī)結(jié)構(gòu)及編程環(huán)境；⑵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；⑶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；⑷通過基本訓(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。編寫控制程序,并學(xué)習(xí)上機(jī)調(diào)試程序的方法；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、娛樂性,在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。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。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)廠家購買的,經(jīng)過嚴(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。PLC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,畫面自動(dòng)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(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,用來控制開始、復(fù)位、停止計(jì)時(shí),每當(dāng)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(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)開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時(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)按鈕定時(shí)器T37計(jì)時(shí)〔設(shè)定30秒若30秒限制到時(shí)仍無人搶答音響電路發(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編制PLC程序來控制一個(gè)數(shù)碼管以及一個(gè)蜂鳴器來實(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)位按鈕重新開始下一題。T39用來延時(shí)1S,當(dāng)搶答有效時(shí),蜂鳴器回響1S。PLC概述PLC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,制成一種通用控制裝置,而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的"自然語言"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年美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC根據(jù)美國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。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,只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogiccontroller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、法國等也相繼開始研制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、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)廠家主要有美國的A-B<Allen-Bradley>公司、GE〔GeneralElectric公司,日本的三菱電機(jī)〔MitsubishiElectric公司、歐姆龍〔OMRON公司,德國的AEG公司、西門子〔Siemens公司,法國的TE〔Telemecanique公司等。3.2PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域〔一PLC的特點(diǎn)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)等問題。主要有以下特點(diǎn)：1．可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)是PLC最重要的特點(diǎn)之一。PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬個(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?！?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采用的編程語言是梯形圖語言,它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。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、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、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?！捕LC的應(yīng)用領(lǐng)域目前,在國內(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)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)可通過通信接口將這些數(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。PLC工作原理當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí),是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來完成控制任務(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的運(yùn)算處理速度很快,所以從宏觀上來看,PLC外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)〔并行完成的。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。掃描工作原理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,通過輸入電路將各輸入點(diǎn)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)果寫入輸出映象寄存器。PLC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、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。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：中央處理單元〔CPU存儲(chǔ)器〔Memory基本I/O接口電路通信接口智能接口模塊編程裝置電源二、PLC的軟件組成PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫的,并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中,用戶不能直接讀寫與更改。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的編程語言來編寫用戶程序,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的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的專用語言。PLC編程語言是多種多樣的,對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(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)方式的編程語言,如語句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語言,如梯形圖等。PLC的編程語言1梯形圖語言梯形圖語言是在傳統(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的編程語言,是PLC的第一編程語言。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a電器控制線路圖bPLC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法比擬的。2語句表語言這種編程語言是一種與匯編語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,而這種編程器中沒有CRT屏幕顯示,或沒有較大的液晶屏幕顯示。因此,就用一系列PLC操作命令組成的語句表將梯形圖描述出來,再通過簡(jiǎn)易編程器輸入到PLC中。雖然各個(gè)PLC生產(chǎn)廠家的語句表形式不盡相同,但基本功能相差無幾。3功能表圖語言功能表圖語言〔SFC語言是一種較新的編程方法,又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言。它將一個(gè)完整的控制過程分為若干階段,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)作開始。是用功能表圖的方式來表達(dá)一個(gè)控制過程,對(duì)于順序控制系統(tǒng)特別適用。4高級(jí)語言隨著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,以上編程語言無法很好地滿足要求。近年來推出的PLC,尤其是大型PLC,都可用高級(jí)語言,如BASIC語言、C語言、PASCAL語言等進(jìn)行編程。采用高級(jí)語言后,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。PLC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256—1024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)。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。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(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。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。可編程控制器〔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、體積小：由于在制造時(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、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>。4.2控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖4.3系統(tǒng)I\O分配表搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口如表4.1所示：表4.1輸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Q0.14.4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)展模塊EM223。輸入、輸出端子電氣接線圖如圖所示。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PLC控制程序來實(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。控制軟件應(yīng)用SIEMENS編程軟件,采用梯形圖語言編寫工作系統(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)過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。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。網(wǎng)絡(luò)6、7用來定時(shí)。分別是30S和5S。網(wǎng)絡(luò)8-在主持人發(fā)出開始信號(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)出警報(bào)延時(shí)1S網(wǎng)絡(luò)10-30S內(nèi)無人作答此題作廢發(fā)出警報(bào),同時(shí)彩燈點(diǎn)亮。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)候用開關(guān)或按鈕來模擬實(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