分布式设计方案报告.doc

分布式控制课程设计

设 计 题 目： 课题八：智力竞赛抢答控制装置
学 校： 上海工程技术大学
院 系： 机械工程学院
设 计 人 员： 陈添喆
指 导 教 师： 雷菊阳

目 录
任务描述 1
控制任务和规定 1
方案分析 2
硬件配备及I/O接线图 2
（1）PLC外部接线图 2
（2）系统硬件配备 2
I/0地址分派 4
抢答器程序设计 5
（1）创立符号表 5
（2）定义OB1属性表 5
（3）创立组织块OB1 6
STEP 7仿真调试及运营 11
（1）调试方案拟定 11
（2）软件仿真调试 11
SIMATIC WINCC仿真 13
（1）创立新驱动程序 13
（2）建立变量表 13
（3）创立运营画面 13
设计总结 14
参照文献 14

任务描述
在各种形式智力竞赛中，抢答器作为智力竞赛评判装置得到了广泛应用。设计抢答器原则是：
（1）可以依照参赛者状况，自动设定容许抢答等待时间。
（2）可以用声光信号表达竞赛状态，调节赛场氛围。
（3）依照比赛规模大小规定，可以自由调节参赛人数。
为简朴起见，在赛场安排有4个抢答桌，系统构成如图1所示。在每个抢答桌上有抢答按钮，只有最先按下抢答按钮有效，伴有声、光批示。在规定期间内抢答时才干回答问题，否则无效。

图1 智力抢答器系统构成

控制任务和规定
（1）当出题人说出问题且按下开始按钮SB1后，在10s之内，4个参赛者中只有最早按下抢答按钮人抢答有效。
（2）每个抢答桌上安装1个抢答按钮，1个批示灯。抢答有效时，批示灯迅速闪亮3s，赛场中音响装置响2s。
（3）10s后抢答无效。

方案分析
智力竞赛抢答控制装置是由两大某些构成：抢答块和执行块。抢答块中重要关于主持人及参赛者抢答与或关系。能完毕任务1中相应规定，避免四位参赛者同步抢得到回答提问机会。执行块中重要执行批示灯闪烁及赛场音响通断。两个重要块在编写程序过程中需注意如下几点：
a、四位参赛者抢答器需进行互锁，避免同步抢答，并加入一种10s中间继电器，用于计时。
b、当参赛者夺得抢答权时，批示灯需进行一定规律闪烁。并在规定闪烁3秒后能保持常亮状态，当主持人重新复位后，批示灯可以重新关断。
c、尽量简短PLC扫描周期，以便提高系统运算速度。并使用上升沿触点，避免在扫描周期时按钮执行动作。
d、减少暂时不产生作用却仍处接通状态继电器数量，以此减少能耗，使程序更加合理。

硬件配备及I/O接线图
（1）PLC外部接线图
依照控制规定、控制台设计描述，PLC外部接线图如图2所示。用小开关模仿各输入信号，通过观测LED及蜂鸣器，检查程序运营状况。

图2 PLC输入/输出接线图

（2）系统硬件配备
本系统对PLCI/O总规定为：6个开关量输入点，5个开关量输出点。综合考虑各方面因素及进一步发展规定，设计选取西门子S7—300系列PLC为控制核心，CPU模块可选用CPU315—2，详细配备如图3所列。

图3 PLC系统配备表

图4 系统硬件配备状况

I/0地址分派
开关量输入/输出模块位置，决定了接入系统中模块I/O端子物理地址，以便于程序设计。本系统I/O地址分派如图5所列。

图5 I/O地址分派表
抢答器程序设计
应用程序是PLC控制系统设计核心环节之一。对于一种较复杂控制系统，在详细设计应用程序之前，普通先要选取合理程序构造。合理程序构造，不但能使编程工作简化，程序执行效率高、可读性强、可维护性好，并且还能起到事半功倍效果。
线性化程序构造式小型、简朴控制系统最常使用构造，其特点是整个控制程序都放在组织块OB1中。

图7 批示灯和音响运营图

图6 程序设计流程图

（1）创立符号表
用STEP7符号表定义竞赛抢答装置全局变量，已在图5中定义。
（2）定义OB1属性表
抢答器装置主程序放在组织块OB1中，它涉及所有运营逻辑关系。图8是组织块属性表。

图8 OB1属性表

（3）创立组织块OB1
竞赛抢答装置系统主程序循环块OB1中梯形图程序如图9所示。

图9 抢答控制装置OB1程序
STEP 7仿真调试及运营
（1）调试方案拟定
在使用“S7—PLCSIM Simulating Modules”STEP7组件正式运营之前，先定义各种运营状态，以便查找程序也许产生错误。
①先接通I0.1，在10s内再接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）
观测：a、Q0.0与否接通，2秒后与否自动关闭；
b、Q1.1（Q1.2、Q1.3、Q1.4）与否闪烁，并记录下T3与T4计时状态；
c、Q1.1（Q1.2、Q1.3、Q1.4）与否闪烁了3次，以检测计数器状态。
②先接通I0.1，过10s后再接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）
观测：a、Q1.1（Q1.2、Q1.3、Q1.4）触点与否保持关断；
b、Q0.0触点与否保持关断；
c、其她中间继电器与否处在关闭状态。
③先接通I0.1，在10s内再接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）
观测：a、Q1.2（Q1.3、Q1.4）与否闪亮，以此检测程序互锁状态。
④在未接通I0.1状况下，先接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）
观测：a、观测所有输入点和中间继电器与否处在工作状态（即相应批示灯与否闪亮）。
⑤先持续接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4），在不释放I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）状况下，再接通I0.1
观测：a、观测所有输入点和中间继电器与否处在工作状态（即相应批示灯与否闪亮）。
⑥在正常工作检测成功后，启动I0.0
观测：a、相应输出点Q与否正常关闭；
b、其她中间继电器及计时计数器与否复位。
（2）软件仿真调试
用组件“S7—PLCSIM Simulating Modules”对所编写程序仿真调试。本实验调试为简朴起见只第一组进行抢答，即只接通I1.1。按照拟定调试方案，成果如下图所示。

图10 系统为运营状态图

图11 调试方案1状态图

图12 调试方案2状态图

图13 调试方案3状态图

图14 调试方案4状态图

图15 调试方案5状态图

图16 调试方案6状态图

SIMATIC WinCC仿真
WinCC是SIMATIC PCS 7过程控制系统及其她西门子公司控制系统中人机界面组件。WinCC为垂直市场解决方案提供了丰富选件和附加件。众多选件将使工厂认证更为容易，而这种认证更是对工业领域各种规定做出了非常有说服力全面相应。
为了集成到任何公司内任何自动化解决方案中，WinCC提供了所有最重要通信通道，用于连接到SIMATIC S5/S7/505控制器通信，以及如ProfibusDP/FMS、DDE等非专用通道；亦能以选件形式获得其她通信通道。由于所有控制器制造商都为其硬件提供了相应OPC服务器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到WinCC。
（1）创立新驱动程序
如图17所示，在WinCC中创立新驱动连接，并在TCP/IP中变化与STEP7中相似以太网地址，使WinCC与STEP7运用以太网建立连接。
（2）建立变量表
在新建立“NewConnection”中建立如图18所示变量名称，及相应变量类型和参数。并且该些变量必要与绘图编辑器产生连接，也要与STEP7中编写变量一一相应。
（3）创立运营画面
使用WinCC软件创立运营画面，如图19所示。创立运营画面既是现实仿真画面，与现状相类似。并在画面中按钮分别与（2）中建立变量建立连接，以产生运营效果。最后将该画面“保存”后设为“启动画面”。

图17 创立新驱动程序

图18 建立新WinCC变量

图19 创立仿真运营画面

设计总结
通过几种星期奋斗，终于要完毕设计了，咱们小组才松了一口气，俗话说：“万事开头难。”这话一点也不假，回忆当时拟定这个，本觉得是挺容易，可真准备开始做了，却发现不知怎下手。最后采用了先采集资料、进行实际考察后设计办法。
查找资料也是一件繁琐事情，虽说网上有资料但要找到某些真正有用资料也不是一件容易事，需要耐心查找。
设计基本完毕后咱们遍进入了调试阶段，但是调试时候却发现成果和想有所不同，通过监控和修改才得出了需要设计。这次设计让咱们增长了实践技能，还增长了关于交告知识，这些对于咱们真是受益匪浅。最后，咱们觉得，不见风雨，怎么能见彩虹呢？我把体会用十个字概括：天下无难事，只怕有心人
一次又一次学习，摸索又 ，咱们慢慢地在体会，研究和感悟，终于开始领略到将近成功那一份喜悦，从撰写开 报告，查找资料，程序设计，到整顿每一种次调试，咱们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数成功与失败更加必定了咱们 研究成果。兴趣是自发形成，而默契是慢慢培养出来。当前社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有咱们共同去摸索，用自己双手去征服每一片天空，用咱们新力量去打造一片创新领域。

参照文献
1 王兆义，杨新志 . 小型可编程控制器实用技术 . 北京：机械工业出版社，.10
2 崔维群，孙启法 . S7—300/400可编程控制器原理与应用 . 北京：北京航空航天大学出版社，.12
3 西门子（中华人民共和国）自动化与驱动集团编 . 进一步浅出西门子S7—300 PLC . 北京：北京航空航天大学出版社，.8
4 梁绵鑫 . WinCC基本及应用开发指南 . 北京：机械工业出版社，.4