畢業(yè)論文設計：基于PLC控制的四路搶答器設計初稿

1、安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（2016 屆）題 目 基于 plc 控制的四路搶答器設計指導教師院 系機電工程系班 級機電一體化 1302 班學 號姓 名二一六年五月八日安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計任務書（2016 屆）題 目 基于 plc 控制的四路搶答器設計指導教師院 系機電工程系專 業(yè)機電一體化班 級機電一體化學 號姓 名2015 年 12 月 1 日至 2016 年 5 月 8 日共 22 周論文（設計）方向：基于 plc 控制的四路搶答器設計一、主要參考資料：二、 【參考文獻】三、 1阮友德主編.電氣控制與PLC，北京：人民郵電出版社，2007年10月.四、 2.湯以范.電氣與可編程序

2、控制器技術M，機械工業(yè)出版社 2004五、 3史國生主編.電氣控制與可編程控制技術，北京：化學工業(yè)出版社. 2004 年.六、 4阮友德主編. PLC 基礎實訓教程，北京：人民郵電出版社，2007 年 10 月.七、 5徐德. 可編程序控制器（PLC）應用技術M，山東科學技術出版社. 八、課題的內容和任務要求：【摘要】：隨著我國經濟和文化實業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等，因此出現了搶答器。最初的搶答器是由優(yōu)先權編碼器構成的邏輯電路，其運算速度慢，線路復雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當搶答路數很多時，實現起來就更加困難。因此，一種能夠

3、體現競賽的公開、公平、公正性的知識競賽搶答器成為一種需求。本設計將以 PLC 為核心設計了系統(tǒng)結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能并簡化其電路結構，其將以其控制方便，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，從而使得競賽不斷完善其公平、公正性。【關鍵詞】：PLC 四路搶答器 信號燈九、 畢業(yè)論文（設計）進度安排：起 訖 日 期 工 作 內 容 備 注2015 年 12 月布置畢業(yè)實習任務和畢業(yè)設計任務2016 年 1 月收集畢業(yè)設計資料2016 年 2 月完成畢業(yè)設計大綱第一、二章內容2016

4、年 3 月完成畢業(yè)設計大綱第三、四、五章內容2016 年 4 月完成畢業(yè)設計大綱第六、七、八章內容2015 年 5 月整理抄寫說明書、繪圖、準備答辯；2016 年 6 月小組答辯學生（簽名）：年 月 日指導教師（簽名）：年 月 日系畢業(yè)設計（論文）工作指導小組意見：組長（簽名）年 月 日系畢業(yè)論文工作領導小組審核意見：主管領導（簽名）年 月 日注：1.指導教師填寫，任務下達人為指導教師，指導教師和接受任務的學生均應簽字。2.此任務書最遲必須在學生畢業(yè)設計（論文）開始前下達給學生。安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計開 題 報 告（2016 屆）題 目 基于 plc 控制的四路搶答器設計指導教師 胡老師

5、院 系 機電工程系班 級 機電一體化 1302學 號 135802010216姓 名 宮建二一六年五月八日一、選題的意義隨著我國經濟和文化實業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等，因此出現了搶答器。最初的搶答器是由優(yōu)先權編碼器構成的邏輯電路，其運算速度慢，線路復雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當搶答路數很多時，實現起來就更加困難。因此，一種能夠體現競賽的公開、公平、公正性的知識競賽搶答器成為一種需求。本設計將以 PLC 為核心設計了系統(tǒng)結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能

6、并簡化其電路結構，其將以其控制方便，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，從而使得競賽不斷完善其公平、公正性。二、研究的主要內容，擬解決的主要問題（闡述的主要觀點）1、根據搶答器的工作要求設計出 PLC 四路搶答器控制系統(tǒng)； 2、根據四路搶答器系統(tǒng)的梯形圖編寫指令程序，然后將其輸入 PLC 中；3、檢查調試運行四路搶答器的控制指令程序。三、研究（工作）步驟、方法及措施（思路）步驟：1.分析任務、進行資料的收集工作：研究材料，羅列提綱（即搶答器的工作要求、PLC指令等）。2.系統(tǒng)對四路搶答器的要求：基本要求（穩(wěn)定性高、綜合性能強）。3.整理材料，規(guī)范格式，完成論文

7、四、畢業(yè)論文（設計）提綱1、摘要 4、控制系統(tǒng)的任務要求及設計思路2、關鍵詞 5、四路搶答器控制系統(tǒng)的硬件選擇及控制3、可編程控制器 PLC 的概況 6、總結7、參考文獻 8、結束語指導教師意見：簽名：年 月 日系畢業(yè)設計（論文）工作指導小組意見：簽名：年 月 日系畢業(yè)設計（論文）工作領導小組意見：簽名：年 月 日設計 基 于 plc 控 制 的 四 路 搶 答 器說明書二 0 一六年五月目 錄摘要1關鍵詞1第一章 可編程控制器 PLC 的概況11.1 PLC 的 定 義 11.2 PLC的 特 點 11.3 PLC 的 硬 件 和 軟 件 1第二章 控制系統(tǒng)的任務要求及設計思路32.1 整

8、體 功 能 介 紹 32.2 任 務 要 求 32.3 控 制 3第三章 四路搶答器控制系統(tǒng)的硬件選擇及控制43.1可 編 程 控 制 器 P L C 的 選 型 43.2 觸 摸 屏 53.3 外 部 接 線 圖 63.4I/O 分 配 表 63.5 觸 摸 屏 顯 示 73.7 梯 形 圖 設 計 8總結11參考文獻11結束語12安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院基于 PLC 控制的四路搶答器設計宮建【摘要】：隨著我國經濟和文化實業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等，因此出現了搶答器。最初的搶答器是由優(yōu)先權編碼器構成的邏輯電路，其運算速度慢，線路復雜，可靠

9、性不高，功能也比較簡單，特別是當搶答路數很多時，實現起來就更加困難。因此，一種能夠體現競賽的公開、公平、公正性的知識競賽搶答器成為一種需求。本設計將以 PLC 為核心設計了系統(tǒng)結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能并簡化其電路結構，其將以其控制方便，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，從而使得競賽不斷完善其公平、公正性。【關鍵詞】：PLC 四路搶答器 信號燈第一章 可編程控制器 PLC 的概況1.1 PLC 的定義PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編

10、程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計算和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。1.2 PLC的特點可編程控制器之所以能夠高速發(fā)展，除了順應工業(yè)自動化的客觀需要外，還由于其具有很多適合工業(yè)控制的獨特優(yōu)點，能較好地解決工業(yè)控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題，其主要特點如下：1可靠性高，抗干擾能力強2編程簡單，操作簡單3系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小，維護方便4 體積小,能耗低1.3 PLC的硬件和軟件(黑體,不加粗,四號)1.3.1 PLC的硬件構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固

11、定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。1安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院CPU的構成：CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總

12、線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊：PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。開關量是指只有開和關（1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。模擬量：按信號類型分，有電

13、流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。電源模塊：PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。1.3.2 PLC的軟件構成（1）系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件包含三個部分：系統(tǒng)管理程序；用戶指令解釋程序；標準程序模塊及其調用程序。（2）用戶程序用戶程序即是應用程序，使PLC的使用者針對具體控制要求編制的程序。根據不同的控制要求編制不同的程序，這相當于改變PLC的用途，相當于繼

14、電器控制設備的硬接線線路，也正是所謂“可編程”一詞的基本含義。第二章 控制系統(tǒng)的任務要求及設計思路2安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院2.1 搶答器功能介紹知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發(fā)展，它的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構、學校及企事業(yè)單位，它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用 PLC 進行知識競賽搶答器設計，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。2.2 任務要求設計一四路

15、搶答器，采取 PLC 控制的方式。要求有定時裝置，時間到自動發(fā)出信號。若有人搶答則報警。2.3 控制要求 四路搶答器即能使 4 位參賽隊員同時參加搶答。 設主持人為裁判臺，參賽隊員為參賽臺。主持人有裁判燈，并且設有裁判臺開始按鈕 SB1 和復位按鈕 SB2；參賽臺設有參賽隊員搶答按鈕以及參賽臺燈。1-4 號參賽臺分別對應按鈕 SB3-SB6 及參賽臺信號燈 EL1-EL4。 知識競賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊員搶答必須在主持人說出“開始”并按下裁判臺的開始按鈕 SB1 后 15S 內搶答。（若有選手在主持人未按下開始按鈕就開始搶答則報警）15S 時間到，如無隊搶答，則搶答器給出時間

16、已到信號，該題作廢。在有隊搶答的情況下，則搶答器發(fā)出“搶答”信號，搶到題的隊必須在 30S 內答完題，如 30S內未答完，則作超時違規(guī)處理，揚聲器發(fā)出超時信號，答題結束。 信號燈、揚聲器信號的意義如下：主持人開始燈亮，過 15 秒，揚聲器響，無人搶答。主持人開始燈亮，由某參賽隊正常搶答，答題時間開始，隊員答出，主持人按復位開關，準備下一輪。主持人開始燈亮，某臺燈亮，由某參賽隊正常搶答，搶答時間過，沒答出，揚聲器響，答題結束，主持人按復位開關，準備下一輪。 在某個題結束后，主持人按下臺上的復位按鈕 SB2，搶答器恢復原來的狀態(tài)，為下3安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院一輪搶答作好準備。 若主持人未按下開始按鈕

17、時有參賽選手按則表示搶答，系統(tǒng)報警。第三章 搶答器控制系統(tǒng)的硬件選擇3.1 可編程控制器 PLC 的選型本設計中采用西門子公司的S7-200型PLC,其優(yōu)越的性能表現為極高的可靠性極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內置集成功能，實時特性，強勁的通訊能力，豐富的擴展模塊。1.S7-200的特征(1) 體積小, 尺寸: 1608062mm由于其緊湊的設計,S7- 200可以適合于任何機器控制環(huán)境。(2) 易于使用: 通過STEP7- Micro/Dos軟件可以非常方便地為S7- 200編程,而且該軟件能夠在任何一臺IBM兼容個人計算機上使用,哪怕是一臺286 的微機,要求MS-DOS5.

18、0以上。(3) 靈活多用: S7- 200的輸入/輸出點可以支持各個領域的設備,如: 光電傳感器,驅動馬達按鈕開關,燈,泵,攪拌器等。4安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院3.2 觸摸屏1.觸摸屏的選型本設計選用國產步科觸摸屏 MT4300C，此觸摸屏的優(yōu)點在于：有很強的實用性、操作簡單、與 PLC 配用方便、體積小、價格優(yōu)惠。2.觸摸屏的工作原理為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或者其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據手指觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成：觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置

19、，接受到位置信號后將其送到觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接受觸摸信息，并將它裝換成觸點坐標，再送給 CPU 同時它能接收 CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。3.觸摸屏組態(tài)的制作在計算機上打開步科觸摸屏配用軟件 EV5000，選擇觸摸屏及 PLC 型號，用串口將其連接。右擊鼠標編輯組態(tài)，點中右邊原件庫窗口下列的 PLC 元件中需要用到的位狀態(tài)拖入組態(tài)窗口中，然后根據 PLC 程序中所用到的輸入/輸出地址在觸摸屏位狀態(tài)元件屬性中給位狀態(tài)選擇相應的地址，位狀態(tài)設定、加標簽、選圖形等，來確定輸入和顯示的類型。在選擇軟件中文字快捷鍵，輸入相應的文字來確定按鈕及顯示的功能。簡單的組

20、態(tài)窗口設定如圖 3-2：圖 3-1 連接窗口圖5安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院3.3 外部接線圖根據任務書控制要求，得出外部接線圖，如圖 3-3：圖 3-2 外部接線圖3.4I/O 分配表根據控制要求，做出四路搶答器 I/O 口分配表如圖 3-4：6安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院圖 3-4輸入信號 輸出信號名稱 輸入 名稱 輸出主持人啟動按鈕 I0.0 主持人燈 Q0.0主持臺停止按鈕 I1.0 1 號選手燈 Q0.11 號選手按鈕 I0.1 2 號選手燈 Q0.22 號選手按鈕 I0.2 3 號選手燈 Q0.33 號選手按鈕 I0.3 4 號選手燈 Q0.44 號選手按鈕 I0.4 搶答時間超時燈 Q0.5揚聲

21、器信號燈 Q0.6報警燈 Q0.73.5 觸摸屏顯示7安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院3.6 梯形圖設計按下 I0.0，主持人燈亮。四位參賽選手可按 I0.1、I0.2、I0.3、I0.4 開始搶答，當超過 15S 還未搶答則表示參賽選手棄權，無法再搶答，搶答后有相應的指示燈亮起。選手有 30S 的答題時間，當選手的答題時間超過 30 秒則揚聲器信號指示亮。若參賽選手在主持人未按下搶答按鈕 I0.0 的時候就開始搶答則報警指示燈亮起（表示選手超前搶答此題作廢）。以上錯誤搶答都必須在主持人按下 I1.0 停止按鈕后繼續(xù)進行。只有在主持人按下I0.0，之后參賽選手搶答且在 30S 內完成答題才算完成一輪搶答。

22、一輪搶答結束后主持人按下停止按鈕 I1.0 后進行下一輪搶答。8安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院9安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院10安徽礦業(yè)職業(yè)技術學院總 結在老師和同學的幫助下做完了畢業(yè)設計的工作，由于自己知識的缺乏及能力的有限，仍沒有能夠實現帶有揚聲器功能我只是用一個指示燈來補充與完善。但是通過這次的軟件和硬件上的調試、仿真。我想這對于自己以后的學習和工作都會有很大的幫助的。在這次設計中遇到了很多實際性的問題，在實際設計中才發(fā)現，做畢業(yè)設計時，我能運用已學的知識解決我在設計中遇到的問題，使自己的動手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設計的過程中我查閱了很多的資料，并認真的閱讀這些與我的設計相關的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識的儲備量也有所增加。在做設計時，我復習了很多專業(yè)課的知識，這使得我的專業(yè)知識在離校之前得到了鞏固。但整個設計通過的軟件本身理論性的東西與在實際運用中的還是有一定的出入的，所以畢業(yè)設計中我運用了觸摸屏軟件來仿真，希望可以起到一定的彌補作用。此外有些問題不但要深入地理解，而