基于PLC控制的智能搶答器設(shè)計

正文：一、可編程控制器的開展史1、可編程控制器的概述可編程控制器是一種存儲器控制器，支持控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲器中利用程序來實現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，要實現(xiàn)一個控制任務(wù)，首先要針對具體的被控對象，分析它對控制系統(tǒng)的要求，然后編制出相應(yīng)的控制程序，利用編程器將控制程序?qū)懭肟删幊炭刂破鞯某绦虼鎯ζ髦?。系統(tǒng)運行時，可編程控制器依次讀取程序存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容加以解釋并執(zhí)行。根據(jù)輸入設(shè)備的狀態(tài)和其他條件，可編程控制器將其程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對象工作?？删幊炭刂破魇抢密浖韺崿F(xiàn)控制邏輯的，能夠適應(yīng)不同的控制任務(wù)的需要，通用、靈活、可靠性高。它是一種專為在工業(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。它的內(nèi)部存儲器可以執(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或輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是在繼電器控制邏輯根底上，與3C技(ComputerControlCommunication)相結(jié)合，不斷開展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，開展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的開展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大.可編程控制器(ProgrammableLogicalController)簡稱PC或PLC，是60年代末創(chuàng)造的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(DEC)為美國通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術(shù)的飛速開展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷開展，同時推動了先進制造技術(shù)的相應(yīng)開展?，F(xiàn)代PLC已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。最初，PLC主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機械的控制上。但不久，西德的西門子(SIEMENS)公司、BBC公司就開始研制PLC，當時主要是用于軋鋼機、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。70年代初，日本的OMRON也推出了他們的PLC。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后參加了PLC制造者的行列。70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型PLC。由于PLC是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以本錢迅速下降;加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計，所以具有極好的抗干擾性能;并且他的使用和維護都極為方便，實現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機械制造業(yè)深受歡送。小型PLC開始步入諸如塑料注塑機、包裝機械、橡膠機械、紡織機械等輕工機械的控制領(lǐng)域，其本錢的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機作為控制單元的做法構(gòu)成了強有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據(jù)國外資料介紹:1982年美國PLC用戶中，有48%來自自動程序操作部門(如汽車、拖拉機工業(yè)、機械工業(yè)等)、13%來自石油化工業(yè)、9%來自食品飲料業(yè)、7%來自冶金工業(yè)、其余局部來自造紙、采礦、污水處理等部門‘“。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產(chǎn)的PLC己通過多種途徑進入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國和西德的PLC。2、可編程控制器的主要用途PLC編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了PLC簡單工作原理和它的編程技術(shù)后，就可以結(jié)合實際需要進行應(yīng)用設(shè)計，進而將PLC用語實際控制系統(tǒng)中，此外，PLC還具有使用和編程方便，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，在實際運用中設(shè)施施工周期短等特點，是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具PLC誕生后，受到工業(yè)界的普遍歡送，并得到迅速開展，目前，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，而且隨著PLC技術(shù)的推廣和應(yīng)用，PLC將向著標準化，小型化，模塊化及低本錢，高功能的方向開展。3-2PLC與一般的計算機的結(jié)構(gòu)相似，由中央處理單元〔CPU〕，存儲器〔MEMERY〕，輸入/輸出〔INPUT/OUTPUT〕接口，電源部件外部設(shè)備接口等，但由于PLC專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計的，為了便于接線，擴充功能，操作及維護，它的結(jié)構(gòu)與組成又與一般的計算機系統(tǒng)有所區(qū)別。二、PLC的組成及主要功能1、可編程控制器的組成可編程控制器主要有以下幾方面組成：1.輸入存放器輸入存放器可按位進行尋址，每一位對應(yīng)一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但不可以寫或進行修改。2.輸出存放器輸出存放器的每一位都說明了PLC在下一個時間段的輸出值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出存放器的值,說明的是上一時間段的真實輸出值。在程序執(zhí)行過程中,CPU可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響存放器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。3.存儲器存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O存放器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。4.CPU單元CPU單元控制著I／O存放器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。5.其它接口單元其它接口單元用于提供PLC與其它設(shè)備和模塊進行連接通信的物理條件。2、可編程控制器的主要功能PLC是一種微機控制系統(tǒng)，工作原理也與微機相同，但它在應(yīng)用時一般將其等效成輸入，輸出和內(nèi)部控制電路三局部。輸入局部用于接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是PLC與外部的開關(guān)，按鈕，傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口，每個端子可等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個由接到輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由PLC的電源部件提供，也可由獨立的交流電源供應(yīng)，每個輸入繼電器可以有無數(shù)多個內(nèi)部觸電〔動合，動斷的形式均可〕，供用戶設(shè)計PLC的內(nèi)部控制電路時使用。輸出局部作用是驅(qū)動外部負載，在PLC內(nèi)部，有假設(shè)干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器〔有繼電器形、雙向硅形，晶體管形等三種形式〕，它也有無限多個軟件實現(xiàn)的動合，動斷觸點，可在PLC內(nèi)部控制電路中使用，但對應(yīng)每個輸出只有一個硬件的動合觸點與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負載，外部復(fù)雜的驅(qū)動電源接在輸出公共端〔COM〕上?？傊?，在使用PLC時，可以把輸入端為一個繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器結(jié)點可以在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又可以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個動合觸點，驅(qū)動外部設(shè)備。三、智能搶答器的電路設(shè)計1、設(shè)計方案和思路PLC搶答器的控制要求：一、在主持人按下?lián)尨鸢粹o之前，選手提前搶答那么選手桌上的指示燈1或者2閃爍4秒，然后熄滅二、在主持人按下?lián)尨鸢粹o之后15秒鐘之內(nèi)，選手未搶答那么主持人桌上的指示燈滅，宣布搶答無效。三、主持人按下?lián)尨鸢粹o以后，其中一個選手先搶答，其桌上的指示燈亮，另一個選手不能搶答桌上的指示燈不亮。四、選手搶答后必須在40秒鐘之內(nèi)答復(fù)完畢，如果在40秒鐘內(nèi)未答復(fù)完畢那么其桌上的指示燈滅，主持人桌上的指示燈亮，15秒后自動熄滅。五、每一次搶答之前主持人按下復(fù)位開關(guān)，使得各選手桌上的指示燈處于熄滅狀態(tài)。六、選手答復(fù)正確以后，主持人按下加分按鈕，那么其對應(yīng)的選手組計分燈亮一個，答復(fù)錯誤，按下減分按鈕，那么對應(yīng)的選手組計分燈滅一個。主持人按下復(fù)位按鈕以后，加減分指示燈不變化?；谝陨峡刂埔螅覀儨蕚溆肞LC作為主要的控制器。硬件設(shè)計方案，即I/O配線圖輸入設(shè)備：S1搶答啟動按鈕00000S21號搶答按鈕00001S32號搶答按鈕00002S41號加分按鈕00003S51號搶答按鈕00004S62號加分按鈕00005S72號減分按鈕00006S8復(fù)位按鈕00007輸出設(shè)備：HL101000HL201001/01003HL301002/01004HL401005HL501006HL601007HL701100HL801101HL901102HL1001103HL1101104軟件編程根據(jù)以上設(shè)計的I/O配線圖，我們用歐姆龍的軟件進行的編程。其程序見附錄一；上機調(diào)試過程在小組的硬件設(shè)計完成以后，我們把程序傳入PLC中，進行上機調(diào)試。發(fā)現(xiàn)在不同的時間段，各個信號燈的狀態(tài)如下列圖所示：序號10秒后20秒后30秒后HL1正常正常閃動HL2正常正常閃動HL3正常正常閃動HL4正常正常閃動HL5正常正常閃動HL6正常正常閃動HL7正常正常閃動HL8正常正常閃動HL9正常正常閃動HL10正常正常閃動HL11正常正常閃動經(jīng)過小組的討論，我們最后找到問題的解決方案，經(jīng)過一段時間的調(diào)試，恢復(fù)了正常。本次設(shè)計在實際中的應(yīng)用搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀的分辨出最先獲的發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示識別出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均用單片機和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。本課題利用歐姆龍公司的PLC及外圍接口實現(xiàn)智能搶答器的設(shè)計，可以應(yīng)用于現(xiàn)實生活中競賽和搶答場合，準確的顯示最先發(fā)言的選手，并且能夠準確的錯誤報警，也可以應(yīng)用于教學(xué)課件等領(lǐng)域。結(jié)論在這次設(shè)計的制作過程中，我們分了四個階段，第一階段：我們收集相關(guān)的資料，把在制作過程中所需要的原件，進行統(tǒng)一整理，以備下一階段的采購；第二階段：針對以上的材料準備，我們分工明細，一起購置在設(shè)計中所需要的物件。第三階段:在所有的物件都準備齊全以后，我們開始了水箱液位系統(tǒng)的制作過程，我們在陳娜老師的指導(dǎo)下，不斷的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。最終根本完成了制作任務(wù)；第四階段：我們整理了與制作相關(guān)的資料，對本次制作過程中花費進行了清算，最后全身心的去寫作畢業(yè)論文。在本次的制作過程中，學(xué)會了如何去設(shè)計一個工程，如何去完成一個工程。讓我從中學(xué)到了好多在書本上接觸不到的東西。使我受益匪淺。參考文獻[1]廖常初，PLC的順序控制編程方法。工業(yè)自動化〔香港〕，1997。[2]張萬忠等.電器與PLC控制技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社,2002[3]高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計.人民郵電出版社,2001.3[4]路林吉.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐.人民郵電出版社,1999.5[5]平志韓.可編程序控制器及其在包裝機械中的應(yīng)用初探.1989.2[6]段然.可編程控制技術(shù)采樣機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.西北工業(yè)大學(xué)，2001.3[7]陳立定,吳玉香,蘇開才.電氣控制與可編程控制器.華南理工大學(xué)了版社，2001.2[8]路林吉,王堅，江龍康.可編程控制器原理及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2002[9]齊從謙,王士蘭.PLC技術(shù)及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，2000.8[10]西門子公司.SIMATICS7-200T系統(tǒng)手冊,2002[11]吳建強,姜三勇.《可編程序控制器原理及其應(yīng)用》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1990[12]陳宇.可編程控制器根底及編程技巧.華南理工大學(xué)出版社，2000.1[13]魏志精.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).電子工業(yè)出版社，1995.7[14]何衍慶,俞金壽.可編程控制器原理及應(yīng)用技巧.化學(xué)工業(yè)出版社，2001[15]周淵深.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2002[16]黃凈主編.電器及PLC控制技術(shù).北京工業(yè)出版社，2002[17]DavidG.Johnson.ProgrammableControllersforFactoryAutomattionNewYorkandBaselMarcelDekkerInc,1987.[18]廖常初，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)〔第3版〕。重慶：重慶大學(xué)出版社，1998。[19]廖常初，可編程控制器的編程方法與應(yīng)用，重慶：重慶大學(xué)出版社，2001。[20]王永華等.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京航空航天大學(xué)出版社,2000[21]廖常初，可編程控制器的原理及其應(yīng)用。電子技術(shù)，1990。致謝本次論文的寫作是在陳娜老師的指導(dǎo)下進行的。針對在寫作過程中遇到許多的難題，包括技術(shù)上和理論中難以理解的局部，陳娜老師都給認真的解釋，為此，向陳娜老師表示最衷心的謝意。我們小組在設(shè)計智能搶答器控制系統(tǒng)的設(shè)計中，互相配合，相互協(xié)作，學(xué)會去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。遇到不明白的問題都積極的去詢問老師，或者去找尋相關(guān)的資料。從中感受到了團結(jié)合作的力量，每一個人在我們的設(shè)