基于PLC控制的抢答器毕业设计样本.doc

基于PLC控制抢答器毕业设计 李晓 宁 焦作大学机电工程学院毕业设计 基于PLC控制抢答器毕业设计专业名称：应用电子技术学生姓名：导师姓名： 职 称：讲 师焦作大学机电工程学院 12 月 中图分类号： 密级： UDC： 单位代码：基于PLC控制抢答器设计Based on PLC control responder design 姓 名学制三年专 业应用电子技术研究方向电子技术导 师职称讲 师论文提交日期.12.20论文答辩日期.12.26焦作大学机电工程学院摘 要PLC应用领域已经拓宽到了各个领域，在寻常生活中，智能抢答器广泛应用于各种竞赛和抢答场合。由于PLC系统抢答器相对稳定，因此设想可以运用PLC进行抢答器设计。 开始抢答前，主持人一方面通过复位按钮实现电路复位，在提问之后，打开选取开关启动定期器。在抢答限时内，当某一组抢先按下抢答按钮后，相应辅助继电器接通，同步切断其他抢答回路，实现互锁。抢答成功后，辅助继电器接通，启动音效电路和某分台批示灯，驱动外部数码显示屏显示抢答成功组号。抢答成功后，同步启动定期器，当定期器计时结束，启动音效电路和批示灯提示回答时间到。如果在限时内无人抢答，则启动音效电路和总台批示灯。核心词 抢答器；可编程控制器； ABSTRACT PLC application field has been broaden from various fields，in daily life，intelligent vies to answer first device widely used in various competitions and vies to answer first occasion. Due to the PLC system responder relative stability，so imagine can use PLC for the design of the responder. Before start vies to answer first，the first through the reset button realize circuit reset，the questions later，open the selector switch start timer. In vies to answer first time，when a group of preemptive press vies to answer first button，the corresponding auxiliary relay on，at the same time cut off other vies to answer first circuit，realize interlock. Vies to answer first after the success of the auxiliary relay on，start sound circuit and some points table lamp，drive external digital display shows vies to answer first successful group number. After the success of the vies to answer first，and the launch of the timer，when the timer timing over，start sound circuit and light hint time to answer. If the time no contest，will enable audio circuit and desk lamp.Key word： responder； PLC (programmable logic controller);目录1 绪论1 1.1 PLC结识11.2 PLC应用和特点12 设计目及规定32.1 设计目32.2 基本规定33 硬件电路设计43.1 PLC工作原理43.2 PLC机型选取环节与原则63.3 PLC容量涉及IO点数和顾客存储容量两个方面73.4 控制规定分析83.5 抢答电路分析83.6 程序流程图104 软件设计114.1 I/O分派表114.2依照控制规定进行梯形图设计125 仿真与调试225.1 仿真软件GX Developer8.0概要及特点225.2 系统仿真225.3 工作过程分析23道谢24附录25参照文献261 绪论1.1 PLC结识PLC是专为在工业环境下应用而设计一种数字运算操作电子装置,是带有存储器,可以编制程序控制器。PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基本新型工业控制装置。它可以存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序控制,定期,计数和算术等操作,并通过数字式和模仿式输入输出,控制各种类型机械和生产过程。在电视上咱们会经常看到某些智力抢答节目，如果要是让抢答者用举手等办法，主持人很容易误判，会导致抢答不公平，比赛中为了精确、公正、直观判力竞赛电路装置,该装置由主体电路与扩展电路构成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组输入信号在显示屏上输出;用控制电路和主断出第一种抢答者，所设计抢答器普通由数码显示、灯光、音响等各种手段批示第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只能靠电子产品高精确性来保障抢答公平性。八路数字抢答器是一种可供八个参赛组进行智持人开关启动报警电路,以上两某些构成主体电路。通过定期电路和译码电路将秒脉冲产生信号在显示屏上输出实现计时功能,构成扩展电路。通过这次设计，掌握PIC单片机原理，理解简朴多功能抢答器构成原理，初步掌握多功能抢答器调节及测试办法，提高动手能力和排除故障能力。同步通过本课题设计与装配、调试，提高自己动手能力，巩固已学理论知识，建立单片机理论和实践结合，理解多功能抢答器各单元电路之间关系及互相影响，从而能对的设计、计算定期计数各个单元电路。初步掌握多功能抢答器调节及测试办法。提高动手能力和排除故障能力。 PLC自身模块化构造以及远程I/O模块功能不断完善，使得PLC易于实现多级控制（分布控制、分散控制），通过不同级别网络将PLC与PLC、PLC与远程I/O模块、PLC与人机界面以及PLC与PC机连接起来，形成管控一体化网络构造。1.2 PLC应用和特点PLC浮现后就受到普遍注重,其应用发展也十分迅速,因素在于既有各种控制方式相比,它有一系列受顾客欢迎特点,重要是:1.可靠性高,抗干扰能力强 在恶劣 工业环境下工业生产对控制设备可靠性提出很高规定。PC是专为工业控制而设计,由于采用了一系列办法,使PC控制系统平均无端障间隔时间普通能达到45万h,远远超过老式继电器控制和计算机控制系统。可以说,到当前为止尚无任何一种工业控制系统可靠性能达到和超过PC。保证PC工作可靠性高、抗干扰能力强重要办法是:(1) 采用循环扫描、集中采样,集中输出工作方式。(2) 硬件设计采用模块式构造并采用屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同步增长输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。(3) 软件设计中设立实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障诊断、解决、报警显示及保护功能.因而PC优于微机控制首要特点是它能适应恶劣工业环境。2.编程简朴、易于掌握这是PC优于微机另一种特点。梯形图编程方式是PC最惯用编程语言。它与继电器控制原理图类似，具备直观、清晰、修改以便、易掌握等长处。3组合灵活使用以便 由于它采用原则化得到通用模块构造，能灵活以便地组合成各种不同规模、不同功能控制系统。4功能强，通用性好当代PC具备很强信息解决功能和输出控制能力，它既可以对开关量进行控制又可以对模仿量进行控制。5开发周期短，功率高，维护以便PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部接线，使控制系统设计周期大大缩短，同步维护也变得容易起来。6体积小，重量轻，工耗低随着电子技术发展和应用领域日益扩大，PC技术及其产品仍在继续发展，其构造不断改进，功能日益增强，性价比越来越高。2 设计目及规定2.1 设计目 抢答器是一种应用非常广泛设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地辨别出最先获得发言权选手。初期抢答器只由几种三极管、可控硅、发光管等构成，能通过发光管批示辩认出选手号码。当前大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增长了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后计时、选手得分显示等功能。从而使竞赛真正达到公正、公平、公开。2.2 基本规定1）抢答器同步供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮SB0 SB7表达。2）设立一种系统清除和抢答控制开关REST/START，该开关由主持人控制。3）抢答器具备锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应编号，同步扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手编号始终保持到主持人将系统清除为止。4）抢答器具备定期抢答功能，且一次抢答时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定期器进行减计时，同步扬声器发出短暂声响，声响持续时间0.5秒左右。5）参赛选手在设定期间内进行抢答，抢答有效，定期器停止工作，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定期时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答3 硬件电路设计3.1 PLC工作原理PLC扫描过程分为内部解决、通信操作、程序输入解决、程序执行、程序输出几种阶段。全过程扫描一次所需时间称为扫描周期。当PLC处在停状态时，只进行内部解决和通信操作服务等内容。在PLC处在运营状态时，从内部解决、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，始终循环扫描工作。 循环扫描过程如图3.1所示：内部解决通信操作输入解决程序执行输出解决停止 图3.1 循环扫描流程图Figure 3.1 Circulation scanning flow chart工作过程：重要分为内部解决、通信操作、输入解决、程序执行、输出解决几种阶段。（1）内部解决阶段：在此阶段，PLC检查CPU模块硬件与否正常，复位监视定期器，以及完毕某些其他内部工作。（2）通信服务阶段在此阶段，PLC与某些智能模块通信、响应编程器键入命令，更新编程器显示内容等，当PLC处在停状态时，只进行内容解决和通信操作等内容 1输入解决 输入解决也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子通端状态，并将读入信息存入内存中所相应映象寄存器。在此输入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，虽然输入信号发生变化，其映象寄存器内容也不会发生变化，只有在下一种扫描周期输入解决阶段才干被读入信息。 2程序执行 依照PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，依照跳转条件与否满足来决定程序跳转地址。从顾客程序涉及到输入输出状态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入相应输入端子状态，从输出映象寄存器读出相应映象寄存器，依照顾客程序进行逻辑运算，存入关于器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存内容，会随着程序执行过程而变化。 3输出解决 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中Y寄存器状态，在输出解决阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。 4.PLC工作状态 PLC 有两种工作状态，即运营(RUN)状态与停止(STOP)状态。运营状态是执行应用程序状态。停止状态普通用于程序编制与修改。图2.7给出了运营和停止两种状态下PLC 不同扫描过程。由图可知，在这两个不同工作状态中，扫描过程所要完毕任务是不尽相似。在运营状态，PLC 通过重复执行反映控制规定顾客程序来实现控制功能。为了使PLC 输出及时地响应随时也许变化输入信号，顾客程序不是只执行一次，而是不断地重复执行，直至PLC 停机或切换到停止(STOP)工作模式。在内部解决阶段，PLC 检查CPU 模块内部硬件与否正常，将监控定期器复位，以及完毕某些其她内部工作。在通信服务阶段，PLC 与其她带微解决器智能装置通信以更新编程器显示内容。当PLC 处在停止模式时，只执行以上两种操作。PLC 处在运营(RUN)模式时，还要完毕此外三个阶段操作。5.扫描周期和响应时间PLC 在运营状态时，执行一次扫描操作所需时间称为扫描周期，其典型值为0.5ms100ms。扫描周期长短重要取决于如下几种因素：CPU 执行指令速度，执行每条指令占用时间；程序中指令条数多少。指令执行所需时间与顾客程序长短、指令种类和CPU 执行速度有很大关系，普通说来，一种扫描过程中，输入采样和输出刷新所占时间较少，执行指令时间占了绝大某些。PLC响应时间是指从PLC外部输入信号发生变化时刻起至由它控制关于外部输出信号发生变化时刻之间间隔，也叫做滞后时间(普通滞后时间为几十毫秒)。它由输入电路时间常数、输出电路时间常数、顾客语句安排和指令使用、PLC 循环扫描方式以及PLC 对I/O 刷新方式等某些构成。这种现象称为I/O 延迟响应或滞后现象。由于PLC 这种周期循环扫描工作方式，决定了响应时间长短与收到输入信号时刻关于。响应时间可以分为最短响应时间和最长响应时间。（1）最短响应时间如果在一种扫描周期刚结束之前收到一种输入信号，在下一种扫描周期之迈进入输入采样阶段，这个输入信号就被采样，使输入更新，这时响应时间最短。（2）最长响应时间如果收到一种输入信号经输入延迟后，刚好错过I/O 刷新时间，在该扫描周期内这个输入信号无效，要到下一种扫描周期输入采样阶段才被读入，使输入更新，这时响应时间最长。由于PLC 采用循环扫描工作方式，即对信息串行解决方式，必然导致输入、输出延迟响应，产生滞后现象。对于普通工业控制规定，这种滞后现象是容许。但是对那些规定响应时间不大于扫描周期控制系统则不能满足，这时可以使用智能输I/O单元(如迅速响应I/O模块)或专门指令(如及时I/O指令)，通过与扫描周期脱离方式来解决。3.2 PLC机型选取环节与原则 PLC机型选取基本原则是，在功能满足规定前提下，选取最可靠、维护使用最以便以及性能价格比最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）场合，建议选用整体式构造PLC；其他状况则最佳选用模块式构造PLC。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模仿量控制工程项目中，普通其控制速度不必考虑，因而，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能低档机就能满足规定。 而在控制比较复杂，控制功能规定比较高工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂限度来选用中档或高档机。其中高档机重要用于大规模过程控制、全PLC分布式控制系统以及整个工厂自动化等。(一) 合理构造型式PLC重要有整体式和模块式两种构造型式。整体式PLC每一种IO点平均价格比模块式便宜，且体积相对较小,普通用于系统工艺过程较为固定小型控制系统中；而模块式PLC功能扩展灵活以便,在IO点数、输入点数与输出点数比例、IO模块种类等方面选取余地大，且维修以便，普通于较复杂控制系统。(二) 安装方式选取PLC系统安装方式分为集中式、远程IO式以及多台PLC联网分布式。集中式不需要设立驱动远程IO硬件，系统反映快、成本低；远程IO式合用于大型系统，系统装置分布范畴很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程IO电源；多台PLC联网分布式合用于多台设备分别独立控制，又要互相联系场合，可以选用小型PLC，但必要要附加通讯模块。(三)相应功能规定普通小型(低档)PLC具备逻辑运算、定期、计数等功能，对于只需要开关量控制设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模仿量控制系统，可选用能带AD和DA转换单元，具备加减算术运算、数据传送功能增强型低档PLC。对于控制较复杂，规定实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂限度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，普通用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。(四)响应速度规定PLC是为工业自动化设计通用控制器，不同档次PLC响应速度普通都能满足其应用范畴内需要。如果要跨范畴使用PLC，或者某些功能或信号有特殊速度规定期，则应当慎重考虑PLC响应速度，可选用品有高速IO解决功能PLC，或选用品有迅速响应模块和中断输入模块PLC等。(五)系统可靠性规定对于普通系统PLC可靠性均能满足。对可靠性规定很高系统，应考虑与否采用冗余系统或热备用系统。3.3 PLC容量涉及IO点数和顾客存储容量两个方面(一)IO点数选取PLC平均IO点价格还比较高，因而应当合理选用PLCIO点数量，在满足控制规定前提下力求使用IO点至少，但必要留有一定裕量。普通IO点数是依照被控对象输入、输出信号实际需要，再加上1015裕量来拟定。(二) 存储容量选取顾客程序所需存储容量大小不但与PLC系统功能关于，并且还与功能实现办法、程序编写水平关于。一种有经验程序员和一种初学者，在完毕同一复杂功能时，其程序量也许相差25之多，因此对于初学者应当在存储容量估算时多留裕量。PLCIO点数多少，在很大程序上反映了PLC系统功能规定，因而可在IO点数拟定基本上，按下式估算存储容量后，再加2030裕量。存储容量（字节）开关量IO点数10 模仿量IO通道数100此外，在存储容量选取同步，注意对存储器类型选取。3.4 控制规定分析当主持人打启动动开关后，在设定期间T1 内，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，并且在8段数码管显示屏上显示出抢答成功组号，此时电路实现互锁，其她组再按下抢答按钮为无效;在抢答成功后，定期器停止工作。显示屏显示选手编号和抢答时间。主持人打开开关S，系统清零。3.5 抢答电路分析图3.2 系统构造框图Figure 3.2 system structure diagramHR2HR1SB SB1HL1P HL2SB2 SB3HL3 SB4HL4￥ HL5LSB5 HL6SB6 HL7&SB7 SB88HL8 HL9 HL15HL14HL13HL12HL11HL10C HL16 HL21HL20HL19HL18HL17 HL22 HL23 HL29HL28HL27HL26HL25HL24 图3.3 系统外部接线图Figure 3.3 system outside wiring diagram3.6 程序流程图4 软件设计4.1 I/O分派表输入SI1.0 主持人开关S1I0.0 1号选手按纽S2I0.1 2号选手按纽S3I0.2 3号选手按纽S4I0.3 4号选手按纽S5I0.4 5号选手按纽S6I0.5 6号选手按纽S7I0.6 7号选手按纽S8I0.7 8号选手按纽输出HRQ5.0 蜂鸣器HL1Q4.0 1号选手批示灯HL2Q4.1 2号选手批示灯HL3Q4.2 3号选手批示灯HL4Q4.3 4号选手批示灯HL5Q4.4 5号选手批示灯HL6Q4.5 6号选手批示灯HL7Q4.6 7号选手批示灯HL8Q4.7 8号选手批示灯HL9Q5.1选手编号数码显示HL10Q5.2 HL11Q5.3HL12Q5.4 HL13Q5.5 HL14Q5.6 HL15Q5.7 HL16Q6.0时间倒计时数码显示(十位)HL17Q6.1HL18Q6.2HL19Q6.3HL20Q6.4HL21Q6.5HL22Q6.6HL23Q7.0时间倒计时数码显示(个位)HL24Q7.1HL25Q7.2HL26Q7.3HL27Q7.4HL28Q7.5HL29Q7.64.2依照控制规定进行梯形图设计(一号选手抢答按钮)(二号选手抢答按钮)(三号选手抢答按钮)(四号选手抢答按钮)(五号选手抢答按钮)(六号选手抢答按钮)(七号选手抢答按钮)(八号选手抢答按钮)（主持人闭合抢答开关，即I1.0闭合，抢答开始。8组选手任一选手按其抢答按钮，将其输出自锁。当抢答结束或无人抢答时，主持人打开开关S,即I1.0打开，系统清零）（1号选手批示灯）（2号选手批示灯）（3号选手批示灯）（4号选手批示灯）（5号选手批示灯）（6号选手批示灯）（7号选手批示灯）（8号选手批示灯）（优先抢答选手相应批示灯亮。该段梯形图使用互锁。一旦有选手选中，其她选手抢答无效）.（T1为特殊定期器，其定期为30秒，输出16进制。8位选手一旦其中一位抢答成功，M1.0常闭触电断开，T1以BCD输出）（蜂鸣器）数码管1选手编号（选手编号显示数码管a段）（选手编号显示数码管b段）（选手编号显示数码管c段）（选手编号显示数码管d段）（选手编号显示数码管g段）（选手编号显示数码管f段）（选手编号显示数码管e段）数码管2计时器十位（数码管十位d段）（数码管十位a段）（数码管十位e段）（数码管十位b段）（数码管十位f段）（数码管十位c段）（数码管十位g段）（数码管十位g段）（数码管十位f段）数码管3计时器个位（数码管个位c段）（数码管个位b段）（数码管个位a段）（数码管个位g段）（数码管个位f段）（数码管个位e段）（数码管个位d段）5 仿真与调试5.1 仿真软件GX Developer8.0概要 GX Developer8.0编程软件是FX系统PLC专用编程软件，其编程界面和协助文档均已汉化，占用空间小，安装好后仅占用约90MB空间，功能较强，在Windows98/XP系统下均可运营。GX Developer重要是指能执行如下功能软件包： 1. 程序创立 2. 对可编程控制器CPU进行写入、读出 3. 监视(例如：软元件批量监视) 监视有梯形图监视、软元件批量监视、软元件登录监视功能。 4. 调试 将所创立顺控程序写入到可编程控制器CPU中，对顺控程序能否正常动作进行测试。此外，通过使用新开发GX Simulator,可以在单台个人计算机中进行调试。5. PLC诊断 由于显示了当前出错状态以及故障记录等，因而可以在短时间内完毕除错。此外，通过系统监视(仅为QCPU(Q模式)可以获取关于特殊功能详细信息，因而在出错时可以在更短时间内完毕除错。 5.2 系统仿真 1）抢答状况（如果是第1组）仿真图如图5.1所示 X011 主持人开始 TS1 定期器T1批示灯（Y000）、蜂鸣器（Y010）、数码管显示（Y021、Y022）为组号1图5.1 正常抢答仿真图Figure 5.1 normal vies to answer first the simulation diagram2）无人应答及答题超时状况X011 主持人开始、蜂鸣器（Y10）仿真图如图5.2所示规定期间内无人抢答，系统自动报警，显示00图5.2 无人应答及答题超时仿真图Figure 5.2 nobody reply and answer timeout simulation diagram5.3 工作过程分析 1)开始抢答前，主持人在提问之后，接通开关（S）X0111启动定期器 T1,本程序预设为 30s)。 2)在抢答限时内，当某一组抢先按下抢答按钮后，相应辅助继电器接通，同步切断其他抢答回路，实现互锁。如 一组接通后，其她组再按下将不会起作用。3)抢答成功后，辅助继电器 M2接通，启动音效电路和批示灯，输出驱动信号，驱动外部数码显示屏显示抢答成功组号。 4)如果在限时内无人抢答，则启动音效电路和批示灯显示“00”。 5)抢答成功后，主持人断开开关S ，系统则清零本次抢答结束。 道谢通过本次设计，让我较好锻炼了理论联系实际，与详细项目、课题相结合开发、设计产品能力。既让咱们懂得了如何把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到问题如何用理论去解决。在这次毕业设计中我也遇到了许多困难得到了学校里其她教师协助和指引，我也要感谢我母校焦作大学，是她提供了良好学习环境和生活环境，让我三年大学生活丰富多彩，为我人生留下精彩一笔。通过一种多月时间，在教师、同窗协助下，在我不断努力下，我毕业设计终于要完毕了。从设计中我学到许多知识，也理解了做任何事都要细心道理。知识积累是一点一滴，在设计中我也感受颇深。在此我要真诚感谢我导师教师，赵教师及时帮我解决我在设计中遇到各种问题和困难，并积极为我提供各种有关技术资料，在赵教师协助和指引下我顺利完毕了本次毕业设计，也让我在这次毕业设计中受益匪浅，在此向赵教师致以深切谢意！祝愿教师：工作顺利！身体健康！附录I/O接线原理图参照文献1 廖常初.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，。2林明星.电气控制及可编程序控制器M.北京：机械工业出版社，。3周淑珍、高鸿斌.PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，。4王玉中.电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社，。5谢克明、夏路易.可编程控制器原理与程序设计 M .北京：电子工业出版社，。6郑成.当代可编程序控制器原理及应用M.北京：科学出版社，1999。7 江秀汉.可编程序控制原理及应用M.西安：西安电子科技大学出版社，1998。8高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，。9 张新军.电气控制与PLC技术及应用.济源：济源职业技术学院出版社，。10 王成福.可编程序控制器原理及应用.北京：机械工业出版社，。11 张进秋.可编程控制器原理及应用实例M.北京：机械工业出版社，。