畢業(yè)設(shè)計：基于PLC四路搶答器的設(shè)計

1、渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙渤海船舶職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于 PLC 四路搶答器的設(shè)計系：機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)姓名： 指導(dǎo)教師：班級： 評閱教師：學(xué)號：24 完成日期：2011.5.22I渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要題目：基于 PLC 四路搶答器的設(shè)計摘要: 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，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(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。對于搶答器其廣泛用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會組織、俱樂部及學(xué)校等單位組織舉辦各種知識、技術(shù)競賽

2、及文娛活動時作搶答之用，為競賽增添了刺激性、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、娛樂活動的必備產(chǎn)品。本次設(shè)計是利用PLC（Programmable Logic Controller）對PLC控制的四路智力搶答器進(jìn)行控制。首先，選擇這個題目之后，我對本次設(shè)計進(jìn)行了全面的思考。使自己對本次設(shè)計有一個大致的總體思路，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、報警、計時及輸出顯示功能等?？紤]到只是PLC控制的四路智力搶答器則輸出端口需要25個，輸入端口需要7個

3、，由于PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，我決定選用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223作為本次設(shè)計的PLC。具有方便靈活，維護(hù)使用方便等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞: 智力控制，四路搶答器，PLC.II渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙目錄摘要.前言.第一章 PLC 四路搶答器概述 .11.1 四路搶答器概述.11.2 PLC 智能搶答器的工作原理 .3第二章 PLC 概述 .42.1 PLC 的產(chǎn)生 .42.2 PLC 的定義 .52.3 PLC 的基本結(jié)構(gòu) .52.4 PLC 工作原理 .72.5 PLC 的編程語言 .72.6 PLC 的性能

4、指標(biāo) .8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計.93.1 控制系統(tǒng)選取.93.2 控制系統(tǒng)的硬件組成.93.3 系統(tǒng)控制要求.103.4 控制系統(tǒng) I/O 分配表 .113.5 系統(tǒng)硬件連接圖.12第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.134.1 整體設(shè)計.134.2 PLC 控制程序 .14第五章 模擬運(yùn)行與調(diào)試過程.245.1 程序的模擬運(yùn)行.245.2 程序的現(xiàn)場調(diào)試.25結(jié)論.27參考文獻(xiàn).28III渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙前言目前國內(nèi)外市場上已有很多類型的知識競賽搶答器，其大致采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)或者 PLC 芯片、計算機(jī)控制系統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù)相當(dāng)成熟。但

5、是隨著功能的增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準(zhǔn)確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級換代。對于計算機(jī)控制系統(tǒng)來說，其程序簡單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級換代，但鑒于其必須配合計算機(jī)實(shí)用，可操作性差，沒有得到廣泛的應(yīng)用。而對于科技飛速發(fā)展的今天，PLC、單片機(jī)應(yīng)用的不斷深入，帶動了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點(diǎn)，以PLC、單片機(jī)為核心的部件成為主流1。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點(diǎn)：(1) 在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時，只能處理違規(guī)搶答信號，而對沒有違規(guī)的有效信號不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效

6、。(2) 當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個，或利用搶答電路電子元件的“競爭”選擇其中一個。對于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答信號的“競爭”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。(3) 當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器只能“抓住”其中一個違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞”?，F(xiàn)在大多搶答器都是以 PLC、單片機(jī)為控制核心的智能搶答器，它對采樣獲得的各種搶答信號進(jìn)行分析。但僅有搶答功能的搶答器已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會的需要，因此該設(shè)計采用基于 PLC 控制來設(shè)計四路搶答器。IV渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙第一章 PLC 四路搶答器概述1.1 四路搶答

7、器概述搶答器廣泛應(yīng)用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。以下介紹一種數(shù)字式搶答器，能使四個隊同時參加搶答,賽場中設(shè)有 1 個裁判臺，4 個參賽臺，分別為 1 號、2 號、3 號、4 號參賽臺.總體設(shè)計選用西門子 PLC 控制,搶答操作方便，在很多的場所都可以使用，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，跟對手比反應(yīng)時間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場合也隨之增加；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、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位, 它為各種競賽增添

8、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)行知識競賽搶答器設(shè)計，其控制方便，靈活，只要改變輸入 PLC 的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。PLC 智能搶答器與單片機(jī)搶答器相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性.首先說一下單片機(jī)搶答器，所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機(jī) CPU 及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計電路板，最終設(shè)計成一臺簡易的計算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在 80 年代國內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用已逐步被 PLC 所代替。單片機(jī)的可靠性：由于目前國內(nèi)市場上

9、的單片機(jī)芯片的品質(zhì)良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過篩選配對等技術(shù)處理，因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一致性和高可靠性，因?yàn)槿我辉膮?shù)偏離設(shè)計要求都會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機(jī)的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機(jī)的變頻調(diào)速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計的，所以要- 1 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙增加一個功能就要重新設(shè)計線路，而且對應(yīng)的程序都要重新設(shè)計

10、。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加。單片機(jī)的可維護(hù)性：一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統(tǒng)，這樣維修成本增加了。操作：現(xiàn)在國內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)計的鍵盤，設(shè)定數(shù)據(jù)用撥碼開關(guān)，顯示用 LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設(shè)計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長?？傊?，這樣的人機(jī)對話不夠友善。特點(diǎn)：不可靠，價格便宜?？删幊炭刂破鳎≒LC）： 所謂 PLC 系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生

11、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)計程序以達(dá)到所設(shè)計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(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)計的工業(yè)級專用處理器，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：要增加一個功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對應(yīng)的程序，而 PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。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

12、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)：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。- 2 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙1.2 PLC 智能搶答器的工作原理我所設(shè)計

13、的 PLC 智能搶答器是適合四個人搶答的四路搶答器，現(xiàn)在以四路搶答器為例。給競賽主持人設(shè)置了 3 個控制按鈕，用來控制開始、復(fù)位、答題計時，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，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應(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提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。當(dāng)主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器 T0 開始計時（設(shè)定 30 秒 ）若 30秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選

14、手放棄該題。在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數(shù)碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為 50 秒，選手必須在設(shè)定時間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。其中以上功能都通過編制的 PLC 程序來控 3 個制數(shù)碼管和 3 個指示燈以及一個喇叭來實(shí)現(xiàn)，如圖 1.1 所示:圖 1.1 搶答器模型圖- 3 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙第二章 PLC 概述2.1 PLC 的產(chǎn)生可編程序控制器(Programmable Controller，簡稱 PLC)，是在繼電器控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷更新變化所帶來

15、的生產(chǎn)工藝的不斷變化，想尋求另一種全新的控制方式。設(shè)想用這樣一種控制裝置，它既應(yīng)該具有計算機(jī)控制的功能性、靈活性、通用性，同時又應(yīng)具有繼電器控制方式的簡單性、操作方便性。對這種裝置的具體要求體現(xiàn)在通用的招標(biāo)書中；即：(1)編程簡單可在現(xiàn)場修改程序。(2)維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。(3)可靠性高于繼電器控制柜。(4)體積小于繼電器控制柜。(5)可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機(jī)。(6)成本可與繼電器控制柜競爭。(7)可接 115V 交流輸入。(8)輸出采用交流 115V，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等。(9)通用性強(qiáng)，擴(kuò)展時方便。(10)程序要能儲存，存儲容量可擴(kuò)展到 4K 字節(jié)。根據(jù)以上要求，1969

16、 年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用，取得了滿意的效果，可編程序控制器由此誕生?？删幊绦蚩刂破鞯某霈F(xiàn)開創(chuàng)了以微電子技術(shù)為核心的數(shù)字化電氣控制技術(shù)的新局面，此后這一全新的技術(shù)便以很快的速度發(fā)展起來?，F(xiàn)在的 PLC 不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳送與處理功能，成為具備計算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置。- 4 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙2.2 PLC 的定義可編程序控制器出現(xiàn)以后，名稱一直沒有統(tǒng)一。國際電工委員會(IEC)于 1987 年 2月對可編程序控制器作了如下的規(guī)定：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作

17、的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序控制的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其相關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計?！庇捎谠缙诘目删幊绦蚩刂破髦饕糜陂_關(guān)量的邏輯控制，且為了和個人計算機(jī) (Personal Computer)相區(qū)別，人們把可編程序控制器縮寫成為 PLC(Programmable Logic Controller)，一直沿用至今。2.3 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其

18、硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，如圖 2.1 所示：圖 2.1 PLC 硬件結(jié)構(gòu)- 5 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙1、中央處理單元（CPU）在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU 模塊相當(dāng)與人的大腦，它不斷地采集輸入信號執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出。2、存儲器（Memory）可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。3、基本 I/O 接口電路輸入(Input)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為 I/O 模塊，它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場和 CPU 模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。

19、數(shù)字量 (或稱開關(guān)量 )輸入模塊用來接收從按鈕、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等發(fā)出的數(shù)字量信號。模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。數(shù)字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈和報警裝置等輸出設(shè)備。模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。4、接口電路PLC 接口電路分為 I/O 擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類(1) I/O 擴(kuò)接口電路I/O 擴(kuò)展接口電路用連接 I/O 擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的 I/O 端子。I/O 擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。根據(jù)被控制對象對 PLC

20、控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。(2) 外設(shè)通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成 PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC 通過 PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過 RS-485 接口和電纜與計算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。5、電源PLC 內(nèi)部配有一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為 PLC 內(nèi)部電 源需要的工作電源（5V 直流）。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時，為外部輸入元件提供 24V直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用）。- 6 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙2.4 PLC 工作原理

21、可編程序控制器通電后，需要對硬件和軟件做一些初始化工作。為了使可編程序控制器輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，( 如 圖 2.2) ， 這 種 周 而 復(fù) 始 的 循 環(huán) 工 作 方 式 稱 為 掃 描 工 作 方 式 。讀取輸入 讀入輸入執(zhí)行用戶程序 智能模塊通信智能模塊通信 通信信息處理通信信息處理 自診斷檢查自診斷檢查 修改輸出修改輸出STOP 狀態(tài)RUN 狀態(tài)圖 2.2 PLC 掃描過程2.5 PLC 的編程語言PLC 是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專用的語言。PLC 的編程語言有多種，如梯形圖、語句表

22、、功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)；語句表編程語言類似計算機(jī)的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是 PLC 用戶程序的基礎(chǔ)元素。梯形圖程序讓 PLC 仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關(guān)系分為“梯級”或網(wǎng)絡(luò)。如圖 2.3 所示是用 PLC 控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機(jī)直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。- 7 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙圖 2.3PLC 控制的梯形圖程序2.6 PLC 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

23、 端子的個數(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、存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型 PLC的存儲容量變化范圍一般為 2KB2MB。3、掃描速度掃描速度是指 PLC 執(zhí)行程序的快慢，是一個重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計算機(jī)控制取代繼電器控制的穩(wěn)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 與計算機(jī)或其它

24、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。- 8 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)選取搶答器對時間間隔的要求很高，而且多在會議、答辯賽等一些正規(guī)的需要進(jìn)行搶答的場合中使用，所以對設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對比?？删幊炭刂破鳎?PLC）是由工業(yè)微型計算機(jī)、輸入, 輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)

25、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：對于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬

26、件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(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)。S7-200 系列的 PLC 在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應(yīng)用。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程序易于掌握，實(shí)時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴(kuò)展功能。搶答器所使用的各種判斷信號均為數(shù)字量，所以用西門子 S7-200 系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。3.2 控制

27、系統(tǒng)的硬件組成在搶答器的工作過程中，主控單元的主要控制對象首先是輸入信號，控制系統(tǒng)就是判別這個事件有沒有發(fā)生，不同的情況給出不同的結(jié)果，讓大家都很快的明。其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖 3.1 所示:- 9 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙圖 3.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)3.3 系統(tǒng)控制要求1搶答器可同時供四組選手參加比賽2給主持人設(shè)置三個控制按鈕，用來控制搶答的開始、復(fù)位和答題計時的開始。3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)尨鸢粹o，則數(shù)碼管 1 就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提示信號（持續(xù) 3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應(yīng)。選手答題完畢后，由主持人按下

28、復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開始下一輪搶答。4違規(guī)搶答：若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管 1顯示其編號，同時紅燈亮，音響電路發(fā)出聲響。5搶答限時：當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器T0 開始計時（設(shè)定 30S）。若 30S時限到仍無人搶答，則黃燈亮、音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。6. 答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數(shù)碼管 2、3上顯示答題倒計時時間（該時間設(shè)定為 50S），選手必須在設(shè)定的時間內(nèi)完成答題。否則，音響電路發(fā)出答題超時報警信號- 10 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙3.4 控制系統(tǒng) I/O 分配表表 3.1 輸出信號對照表信號名稱 內(nèi)

29、部地址 信號名稱 內(nèi)部地址數(shù)碼管 1a 段 Q0.0 數(shù)碼管 2g 段 Q1.6數(shù)碼管 1b 段 Q0.1 數(shù)碼管 3a 段 Q2.0數(shù)碼管 1c 段 Q0.2 數(shù)碼管 3b 段 Q2.1數(shù)碼管 1d 段 Q0.3 數(shù)碼管 3c 段 Q2.2數(shù)碼管 1e 段 Q0.4 數(shù)碼管 3d 段 Q2.3數(shù)碼管 1f 段 Q0.5 數(shù)碼管 3e 段 Q2.4數(shù)碼管 1g 段 Q0.6 數(shù)碼管 3f 段 Q2.5數(shù)碼管 2a 段 Q1.0 數(shù)碼管 3g 段 Q2.6數(shù)碼管 2b 段 Q1.1 音響 Q3.0數(shù)碼管 2c 段 Q1.2 綠色指示燈 Q3.1數(shù)碼管 2d 段 Q1.3 黃色指示燈 Q3.2數(shù)碼

30、管 2e 段 Q1.4 紅色指示燈 Q3.3數(shù)碼管 2f 段 Q1.5表 3.2 輸入信號對照表信號名稱 內(nèi)部地址 信號名稱 內(nèi)部地址搶答開始按鈕 SB1 I0.0 第二組搶答按鈕 SB5 I1.1主持人復(fù)位按鈕 SB2 I0.1 第三組搶答按鈕 SB6 I1.2答題計時按鈕 SB3 I0.2 第四組搶答按鈕 SB7 I1.3第一組搶答按鈕 SB4 I1.0- 11 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙3.5 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 7 個點(diǎn)，輸出點(diǎn)總計 25 個點(diǎn)。綜合考慮到系統(tǒng)的性價比和系統(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

31、 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 3.2 所示。（具體請參考表 3.1 和表 3.2）圖 3.3 控制系統(tǒng)外部 I/O 接線圖- 12 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 整體設(shè)計根據(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。在搶答時只需按動按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。控制軟件應(yīng)用 SIEMENS 編程軟件，采用梯形圖語言編寫,工作系

32、統(tǒng)自動控制流程框圖如圖 4.1.所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對性設(shè)計，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整個系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠。自動條件下，必須復(fù)位后在滿足自動條件下才能進(jìn)行自動運(yùn)行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。圖 4.1PLC 工作系統(tǒng)自動控制流程圖- 13 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙4.2 PLC 控制程序?yàn)榱司幊探Y(jié)構(gòu)的簡單、明了在主程序中引用了中間繼電器，I1.0I1.3 分別為四組選手的搶答信號， 同時我們用中間繼電器 M0.0、M0.1、M1.0M1.3 進(jìn)行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有 I0.0 按鈕用以搶答開始，I0.2 按鈕用以

33、控制答題時間地開始，I0.1 按鈕為復(fù)位按鈕。4.2.1 主持人控制臺控制搶答器的開始、答題計時和復(fù)位當(dāng)主持人按下 I0.0 按鈕后，選手才能正常搶答，否則視為違規(guī)搶答開始程序如下圖 4.2 所示：圖 4.2 搶答開始當(dāng)選手搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕 I0.2 后，答題計時開始，程序如圖 4.3 所示：圖 4.3 答題計時開始搶答完畢，當(dāng)主持人按下按鈕 I0.1，系統(tǒng)才能進(jìn)行下一輪的搶答，如圖 4.4 所示：- 14 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙圖 4.4 復(fù)位4.2.2 組別顯示每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù)碼管1 就顯示該組的組號，如圖 4

34、.5 所示：- 15 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙圖 4.5 組別顯示4.2.3 選手的搶答主持人發(fā)出搶答開始指令后，選手開始搶答，否則搶答無效視為違規(guī)搶答，四組選手的搶答程序如圖 4.6 所示：圖 4.6 四組選手的搶答- 16 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙4.2.4 答題限時在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數(shù)碼管 2、3 上顯示答題倒計時時間（該時間設(shè)定為 50S）。如圖 4.7 所示：- 17 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙- 18 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙- 19 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙- 20 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文

35、）專用紙圖 4.7 倒計時程序4.2.5 音響電路每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o音響電路給出音響- 21 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙?zhí)崾拘盘枺ǔ掷m(xù) 3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應(yīng)；若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，音響電路發(fā)出聲響警告；當(dāng)主持人按下開始按鈕后，若 30S 時限時到仍無人搶答，音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題；在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，選手必須在設(shè)定的時間內(nèi)完成答題，否則音響電路發(fā)出答題超時報警信號。如圖 4.8 所示：圖 4.8 音響電路4.2.6 指示燈電路每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，若有選手

36、最先按下?lián)尨鸢粹o，則綠色指示燈亮以指示其搶答成功；若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，同時紅燈亮以示其違規(guī)搶答；當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器 T0 開始計時（設(shè)定 30S），若 30S 時限時到仍無人搶答，則黃燈亮，以示選手放棄該題。每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，若有選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則綠色指示燈亮以指示其搶答成功；當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器 T0 開始計時（設(shè)定 30S），若 30S 時限時到仍無人搶答，則黃燈亮，以示選手放棄該題。如圖 4.9 所示：- 22 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙圖 4.9 成功、無人搶答若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，同時紅燈

37、亮以示其違規(guī)搶答。如圖 4.10 所示：圖 4.10 違規(guī)搶答- 23 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙第五章 模擬運(yùn)行與調(diào)試過程5.1 程序的模擬運(yùn)行將設(shè)計好的程序?qū)懭?PLC 后，首先要做的就是仔細(xì)檢查程序，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。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候用開關(guān)或按鈕來模擬實(shí)際的反饋信號。在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和 PLC 中的程序，直到在各種可能的情況

38、下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求，下面圖 5.15.3 是程序運(yùn)行調(diào)試中的幾個過程圖。圖 5.1 程序下載- 24 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙圖 5.2 程序運(yùn)行圖 5.3 程序停止如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計、制作控制臺或控制柜，PLC 之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進(jìn)行。5.2 程序的現(xiàn)場調(diào)試完成上述的工作后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場的調(diào)試工作立刻,首先將 PLC 安裝在控制現(xiàn)場- 25 -渤海船舶職業(yè)學(xué)院（畢業(yè)論文）專用紙進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過程中有可能將會顯示出系統(tǒng)中原先可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及 PLC 的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計中的問題，應(yīng)對出現(xiàn)的問題及時加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則可以對相應(yīng)硬件和軟件部分設(shè)計作適當(dāng)調(diào)整，通常只需要略微修改程序就可能出現(xiàn)實(shí)際效果。全部調(diào)試通過