基于PLC原理来设计抢答器控制系统-PLC原理及应用.doc

基于PLC原理来设计抢答器控制系统

PLC原理及应用

结 课 考 核

设计题目：抢答器控制系统设计

姓 名：

学 号：

班 级：

专 业：
机械设计制造及其自动化
学 院：
机电工程学院
完成日期：
2014年6月30日
备 注：
两人一组合作完成
任课教师：

教师评分：

基于PLC原理的四路抢答器控制系统设计

目录
绪论...........2
第一章 控制系统的控制任务与功能要求..............................3
1.1 抢答器设计任务要求.......................................3 
1.2 基本功能..................................................3
第二章 控制系统的硬件设计........................................4
2.1 PLC选型与硬件配置........................................4
2.2 控制系统的输入输出信号描述................................4
2.3 I/O分配，必须有I/O分配表................................4
2.4 电气原理图................................................5
第三章 控制系统的软件设计........................................6
3.1 程序总体结构设计..........................................6
3.2 程序流程图................................................6
3.3 具体控制程序..............................................7
第四章 控制系统模拟调试.........................................13
4.1 模拟调试的方案及结果.....................................13
4.2 模拟调试的结果...........................................13
第五章 总结与展望...............................................15
5.1 总结.....................................................15
5.2 展望.....................................................16
附录 语句表程序..............................17
参考文献........................................................21
致谢.............................................................22
绪论
目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。而对于科技飞速发展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。
抢答器广泛应用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。以下介绍一种四路抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为1号、2号、3号、4号参赛台.总体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。
抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位, 它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。
可编程控制器（PLC）： 所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。

第一章
控制系统的控制任务与功能要求
1.1抢答器设计任务要求 
实现4人抢答：
（1） 每人设置一个抢答按钮主持人有一抢答开始按钮。 
（2） 显示最快抢答选手的编号。 
（3） 在答题时间回答正确显示编号，回答错误LED灯显示编号且Q1.1亮报警。 
（4） 提前抢答和超时抢答或无人抢答喇叭报警，并显示数字8。
1.2基本功能
（1）可供4个对同时参加抢答,显示最快抢答选手的编号。
（2）裁判台设有抢答开始灯和裁判台灯，参与者设有参赛台灯。
（3）出题后，各队抢答必须在主持人说出“开始”，并按下开始按钮发出抢答信号后才能进行抢答。抢答必须在10s内进行，否则10s时间到，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。
（4）在有对正确抢答的情况下，抢答器发出抢答信号，并由数码管显示出抢答题的参赛队号，其他组被封锁。
（5）抢答题的队员必须在10s内完成答题，并由答题者按下答题结束按钮，如果10s内未完成答题，则做超时处理。
（6）答题结束后，裁判员按下裁判台上的复位按钮，抢答器，回复原来状态，为下一轮抢答做准备。
(7)若某队未在主持人发出抢答开始信号就提前抢答，显示该组组号，若答题正确，将进行下一题的抢答，若不正确，主持人复位后，将继续进行该题的答题，但是提前抢答组将不能与其他组同时进行抢答。

第二章控制系统的硬件设计
2.1 PLC选型与硬件配置
选型：西门子S7—200型PLC
硬件配置：PLC的主机由微处理器，存储器，输入/输出模块、外设I/O接口，通信接口及电源组成。
2.2 控制系统的输入输出信号描述
根据实验要求，应有八个输入控制变量，十个输出控制变量，
（1）八个输入控制变量：主持人宣布抢答开始的开关I0.0，复位开关I0.5，控制1号参赛队的抢答开关I0.1，控制2号参赛队的抢答开关I0.2，控制3号参赛队的抢答开关I0.3，控制4号参赛队的抢答开关I0.4，参赛对答题结束按钮I0.6,答题正确的开关I0.7，答题错误开关I1.0
（2）八个输出控制变量：控制抢答开始的变量Q0.6，控制答案正确的变量Q0.7，控制答案错误的变量Q1.0，另外，Q0.0,Q0.1，Q0.2，Q0.3，Q0.4，Q0.5，Q0.6分别表示LED灯上的A段显示管，B段显示管,C段显示管，D段显示管，E段显示管，F段显示管，G段显示管.
2.3 I/O分配，必须有I/O分配表；
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点信号
裁判台开始按钮
SB0
I0.0
组号A段显示管
A
Q0.0
第一组抢答按钮
SB1
I0.1
组号B段显示管

B
Q0.1
第二组抢答按钮
SB2
I0.2
组号C段显示管
C
Q0.2
第三组抢答按钮
SB3
I0.3
组号D段显示管
D
Q0.3
第四组抢答按钮
SB4
I0.4
组号E段显示管
E
Q0.4
裁判台复位按钮
SB5
I0.5
组号F段显示管
F
Q0.5
答题结束按钮
SB6
I0.6
组号G段显示管
G
Q0.6

抢答开始信号
L1
LED

Q0.7
显示零
答题正确按钮
SB7
I0.7
答题正确信号
L2
LED
Q1.0
显示组号
答题错误按钮
SB1.0
I10
答题错误信号
LED
LS
Q1.1
显示组号

答题超时信号
无人抢答信号
LS
LED

Q1.1
显示8

2.4电气原理图

第三章 控制系统的软件设计
3.1 程序总体结构设计

3.2 程序流程图

3.3 具体控制程序

第四章 控制系统模拟调试
4.1模拟调试的方案及结果
1.硬件调试：接通电源，检查S7-200 PLC可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。  
2.软件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。  
3.运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开S7-200 PLC可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行。
4.2模拟调试的结果
如照片所示：
图一:抢答开始的状态显示图

图二：二号选手抢答成功的状态显示图

图三：选手回答超时的状态显示图

第五章 总结与展望
5.1 总结
本文研究与设计的八路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用S7-200可编程控制器（plc）及外围接口实现抢答系统，利用plc的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来。理论联系实践，体现出大学生动手能力。通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。把握重点、攻克难关，学到用到、活学活用。在设计过程中由于时间仓促有很多地方难免存在不足之处，硬件设计已经完成，在软件设计中有些功能还尚未开发出来。但在以后的工作中，我们会严格要求自己，追求完美。 
整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。对于plc设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题。而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。 
但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！ 

5.2展望 
回头再看看该设计，还可以将设计的扩展功能增强：
1、 可以设计声控装置，在主持人说开始时，系统自动完成清零并开始计时的功能。
2、 增加记分模块，可以设定初始积分，并记录每次抢答完成后的积分。
3、 将抢答按键用无线实现，如红外线，使抢答者可以远距离进行抢答，并简化按键模块的线路布置。如果提供相应的器材及时间上的宽限，一定可以完成上述扩展功能，进一步完善作品。

附录 语句表程序
ORGANIZATION_BLOCK 主:OB1
TITLE=程序注解
BEGIN
Network 1 // 抢答开始
// 网络注解
LD I0.0
O M0.0
AN I0.5
= M0.0
Network 2 // 1号抢答
LD I0.1
AN T37
O M0.1
AN I0.5
AN M0.6
AN M0.4
AN M0.3
AN M0.2
= M0.1
Network 3 // 2号抢答
LD I0.2
AN T37
O M0.1
AN I0.5
AN M0.6
AN M0.4
AN M0.3
AN M0.1
= M0.2
Network 4 // 3号抢答
LD I0.3
AN T37
O M0.1
AN I0.5
AN M0.6
AN M0.4
AN M0.2
AN M0.1
= M0.3
Network 5 // 4号抢答
LD I0.4
AN T37
O M0.1
AN I0.5
AN M0.6
AN M0.3
AN M0.2
AN M0.1
= M0.4
Network 6 // 抢答时间到，无人抢答
LD M0.0
A T37
O M1.4
AN I0.5
= M1.4
Network 7 // 抢答成功
LD M0.1
O M0.2
O M0.3
O M0.4
O M0.5
= M0.5
R M0.0 1
Network 8 // 答题时间到，该组答题超时
LD M0.5
A T38
O M0.6
AN I0.5
AN M0.7
= M0.6
R M0.0, 1
Network 9 // 答题结束控制
LDN T38
A I0.6
O M0.7
AN I0.5
= M0.7
Network 10 // 答题正确
LD M0.7
A I0.7
O M1.0
AN I0.5
= M1.0
Network 11 // 答题错误
LD M0.7
A I1.0
O M1.1
AN I0.5
= M1.1
Network 12 // 抢答时间到
LD T37
AN M0.5
= M1.2
R M0.5, 1
Network 13 // 复位
LD I0.5
O M0.0
= M1.3
Network 14 // 抢答计时
LD M0.0
AN I0.5
TON T37, 100
Network 15 // 答题计时
LD M0.5
AN I0.5
TON T38, 100
R M0.5, 1
Network 16 // LED A灯亮
LD M0.2
O M0.3
O M0.6
O M1.2
O M1.3
= Q0.0
Network 17 // LED B灯亮
LD M0.1
O M0.2
O M0.3
O M0.4
O M0.6
O M1.2
O M1.3
= Q0.1
Network 18 // LED C灯亮
LD M0.1
O M0.3
O M0.4
O M0.6
O M1.2
O M1.3
= Q0.2
Network 19 // LED D灯亮
LD M0.2
O M0.3
O M0.6
O M1.2
O M1.3
= Q0.3
Network 20 // LED E灯亮
LD M0.2
O M0.6
O M1.2
O M1.3
= Q0.4
Network 21 // LED F灯亮
LD M0.4
O M0.6
O M1.2
O M1.3
= Q0.5
Network 22 // LED G灯亮
LD M0.2
O M0.3
O M0.4
O M0.6
O M1.4
= Q0.6
Network 23 // Q0.7亮（抢答开始）
LD M0.0
= Q0.7
Network 24 // Q1.0亮（答题正确）
LD M1.0
= Q1.0
Network 25 // Q1.1亮（抢答超时，答题超时，答题错误）
LD M1.1
O M1.2
O M0.6
= Q1.1
END_ORGANIZATION_BLOCK

参考文献
[1] 廖常初 S7-200 PLC编程及应用 北京：机械工业出版社，2005.
[2] 任崇桂 AUTOCAD与工程制图教程 山东；山东大学出版社，2007.
[3] 可编程控制器教程 王兆义 机械工业出版社 2006.
[4] 《电气控制与PLC》案例教程 胡汉文 张鑫主编 2005
[5] 可编程控制器原理与应用 赵燕，周新建 北京大学出版社 2004.

致 谢 
半年的《S7—200 PLC编程及应用》课程生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，半年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，虽走得辛苦却也收获满囊，在课程设计即将付梓之际，思绪万千。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人——我的授课老师孙正老师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从课程设计题目的选定到课程设计写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。  
感谢我的父母，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们健康快乐是我最大的心愿。在课程设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到课程设计的顺利完成，有许多师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！  
同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。  
最后再一次感谢所有在课程设计中曾经帮助过我的良师孙正老师和益友郭震同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

22