08機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)VD005

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徐衛(wèi)東畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）

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濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)

設(shè)計(jì)題目:

基于PLC八路搶答器的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求:

1.搶答器可同時(shí)供八組選手參與比賽

2.主持人有三個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制搶答開(kāi)始、復(fù)位和答題計(jì)時(shí)的開(kāi)始。3．每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)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(hào)，同時(shí)綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提醒信號(hào)（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不再響應(yīng)。選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開(kāi)始下一輪搶答。

4．違規(guī)搶答：若選手在未開(kāi)時(shí)搶答試題時(shí)搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管1顯示其編號(hào)，同時(shí)紅燈亮，音響電路發(fā)出聲響。

5．搶答限時(shí)：當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定30S）。若30S時(shí)限到仍無(wú)人搶答，則黃燈亮、音響電路3發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。

6．答題限時(shí)：在搶答成功后，主持人按下答題計(jì)時(shí)開(kāi)始按鈕，同時(shí)數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間（該時(shí)間設(shè)定為50S），選手必需在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成答題。否則，音響電路發(fā)出答題超時(shí)報(bào)警信號(hào)

設(shè)計(jì)進(jìn)度要求:

第一、二周：確定題目,查閱資料，根據(jù)要求分析搶答器的設(shè)計(jì)、工作原理。第三、四周：根據(jù)工作原理畫(huà)流程圖并編譯梯形圖，并進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。第五、六周：對(duì)軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)行上機(jī)調(diào)試,找出問(wèn)題,進(jìn)行修改,并改進(jìn)設(shè)計(jì)。第七、八周：撰寫(xiě)論文,畢業(yè)辯論。

指導(dǎo)教師（簽名）

I

濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要

近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)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(duì)于搶答器其廣泛用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會(huì)組織、俱樂(lè)部及學(xué)校等單位組織舉辦各種知識(shí)、技術(shù)競(jìng)賽及文娛活動(dòng)時(shí)作搶答之用，為競(jìng)賽增加了刺激性、消遣性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活，并且給人的視覺(jué)效果十分好，是各單位開(kāi)展素質(zhì)教育、精神文明、消遣活動(dòng)的必備產(chǎn)品。

本次設(shè)計(jì)是利用PLC（ProgrammableLogicController）對(duì)PLC控制的八路智力搶答器進(jìn)行控制。首先，選擇這個(gè)題目之后，我對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面的思考。使自己對(duì)本次設(shè)計(jì)有一個(gè)大致的總體思路，然后細(xì)心分析PLC控制的八路智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作過(guò)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(bào)警、計(jì)時(shí)及輸出顯示功能等。考慮到只是PLC控制的八路智力搶答器則輸出端口需要25個(gè)，輸入端口需要11個(gè)，由于PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用便利等優(yōu)點(diǎn)，因此，我決定選用SIMATICS7-200系列的CPU226和數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223作為本次設(shè)計(jì)的PLC。具有便利靈活，維護(hù)使用便利等特點(diǎn)。

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3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1控制系統(tǒng)選取

搶答器對(duì)時(shí)間間隔的要求很高，而且多在會(huì)議、辯論賽等一些正規(guī)的需要進(jìn)行搶答的場(chǎng)合中使用，所以對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們對(duì)將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對(duì)比?？删幊炭刂破鳎≒LC）是由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)、輸入,輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)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(shí)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(xiàn)，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(duì)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、使用便利：對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，假使輸入、輸出作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)連線(xiàn)做較大的修改，減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，使用起來(lái)靈活便利?；诳删幊炭刂破鞯纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)能夠適應(yīng)和滿(mǎn)足立體車(chē)庫(kù)高性能的使用要求，所以我確定該車(chē)庫(kù)控制系統(tǒng)為PLC(西門(mén)子S7-200系列)。

S7-200系列的PLC在各種行業(yè)的檢測(cè)及控制的自動(dòng)化都得到廣泛的應(yīng)用。由于其具有極高的性?xún)r(jià)比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程序易于把握，實(shí)時(shí)特性功能、編程語(yǔ)言指令豐富，操作簡(jiǎn)便，有豐富的擴(kuò)展功能。搶答器所使用的各種判斷信號(hào)均為數(shù)字量，所以用西門(mén)子S7-200系列就完全可以滿(mǎn)足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。

3.2控制系統(tǒng)的硬件組成

在搶答器的工作過(guò)程中，主控單元的主要控制對(duì)象首先是輸入信號(hào)，控制系統(tǒng)就是判別這個(gè)事件有沒(méi)有發(fā)生，不同的狀況給出不同的結(jié)果，讓大家都很快的明。

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其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示:

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(shí)供八組選手參與比賽

2．給主持人設(shè)置三個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制搶答的開(kāi)始、復(fù)位和答題計(jì)時(shí)的開(kāi)始。

3．每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)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(hào)，同時(shí)綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提醒信號(hào)（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不再響應(yīng)。選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開(kāi)始下一輪搶答。

4．違規(guī)搶答：若選手在未開(kāi)時(shí)搶答試題時(shí)搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管1顯示其編號(hào)，同時(shí)紅燈亮，音響電路發(fā)出聲響。

5．搶答限時(shí)：當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定30S）。若30S時(shí)限到仍無(wú)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(shí)：在搶答成功后，主持人按下答題計(jì)時(shí)開(kāi)始按鈕，同時(shí)數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間（該時(shí)間設(shè)定為50S），選手必需在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)完成答題。

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否則，音響電路發(fā)出答題超時(shí)報(bào)警信號(hào)

3.4控制系統(tǒng)I/O分派表

3.4.1搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口

搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.1所示：

表3.1輸出信號(hào)對(duì)照表

信號(hào)名稱(chēng)數(shù)碼管1a段數(shù)碼管1b段數(shù)碼管1c段數(shù)碼管1d段數(shù)碼管1e段數(shù)碼管1f段數(shù)碼管1g段數(shù)碼管2a段數(shù)碼管2b段數(shù)碼管2c段數(shù)碼管2d段數(shù)碼管2e段數(shù)碼管2f段內(nèi)部地址Q(chēng)0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5信號(hào)名稱(chēng)數(shù)碼管2g段數(shù)碼管3a段數(shù)碼管3b段數(shù)碼管3c段數(shù)碼管3d段數(shù)碼管3e段數(shù)碼管3f段數(shù)碼管3g段音響綠色指示燈黃色指示燈紅色指示燈內(nèi)部地址Q(chēng)1.6Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q3.0Q3.1Q3.2Q3.33.4.2搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口

搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.2所示：

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表3.2輸入信號(hào)對(duì)照表

信號(hào)名稱(chēng)搶答開(kāi)始按鈕SB1主持人復(fù)位按鈕SB2答題計(jì)時(shí)按鈕SB3第一組搶答按鈕SB4其次組搶答按鈕SB5第三組搶答按鈕SB6內(nèi)部地址I0.0I0.1I0.2I1.0I1.1I1.2信號(hào)名稱(chēng)第四組搶答按鈕SB7第五組搶答按鈕SB8第六組搶答按鈕SB9內(nèi)部地址I1.3I1.4I1.5第七組搶答按鈕SB10I1.6第八組搶答按鈕SB11I2.03.5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(jì)11個(gè)點(diǎn)，輸出點(diǎn)總計(jì)25個(gè)點(diǎn)。綜合考慮到系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，輸入、輸出點(diǎn)留出一定的富足量，因此PLC選擇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(xiàn)圖如圖3.2所示。

圖3.2控制系統(tǒng)外部I/O接線(xiàn)圖

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4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1整體設(shè)計(jì)

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(guò)PLC控制程序來(lái)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。該系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單易懂、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在搶答時(shí)只需按動(dòng)按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動(dòng)顯示組號(hào)以及倒計(jì)時(shí)時(shí)間。安全、可靠、省時(shí)、省力、價(jià)格低廉。

控制軟件應(yīng)用SIEMENS編程軟件，采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě),工作系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)性設(shè)計(jì)，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠。自動(dòng)條件下，必需復(fù)位后在滿(mǎn)足自動(dòng)條件下才能進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個(gè)過(guò)程的互鎖來(lái)保證系統(tǒng)的安全。如下圖所示，有主程序和若干子程序組成，其整體設(shè)計(jì)工作系統(tǒng)自動(dòng)控制流程圖如圖4.1所

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現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過(guò)程中有可能將會(huì)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(xiàn)等方面的問(wèn)題，以及PLC的外部接線(xiàn)圖和梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)加以解決。假使調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則可以對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分設(shè)計(jì)作適當(dāng)調(diào)整，尋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(guò)后，再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試驗(yàn)，系統(tǒng)才可以投入到實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中。

在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題：

1、在計(jì)算機(jī)上編程通過(guò)后，程序無(wú)法下載，經(jīng)過(guò)認(rèn)真檢查后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)存沒(méi)有初始化，對(duì)內(nèi)存進(jìn)行清理后，下載程序進(jìn)行調(diào)試。

2、在剛開(kāi)始調(diào)試檢驗(yàn)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)程序一直無(wú)法通過(guò)，最終發(fā)現(xiàn)我在編寫(xiě)程序時(shí)誤把程序中的數(shù)字0寫(xiě)成了英文O。

由于受試驗(yàn)設(shè)備條件的限制，本次設(shè)計(jì)只在試驗(yàn)室進(jìn)行了模擬試驗(yàn)調(diào)試，沒(méi)有把整個(gè)設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中。

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致謝

經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的時(shí)間，在各位老師、同學(xué)的幫助下，在我的不斷努力下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終究要完成了。從設(shè)計(jì)中我學(xué)到大量知識(shí)，也理解了做任何事都要細(xì)心的道理。知識(shí)的積累是一點(diǎn)一滴的，在設(shè)計(jì)中我也感受頗深。在此我要真誠(chéng)的感謝張老師給予我的指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中張老師嚴(yán)格督促我的畢業(yè)設(shè)計(jì)速度，及時(shí)的幫我解決我在設(shè)計(jì)中遇到的各種問(wèn)題和困難，在設(shè)計(jì)中一直對(duì)我嚴(yán)格要求，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都給我耐心的指導(dǎo)和講解，并主動(dòng)為我提供各種相關(guān)技術(shù)資料，在張老師的幫助和指導(dǎo)下我順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中受益匪淺，在此謹(jǐn)向老師致以深切的謝意！

在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我也遇到了大量困難得到了學(xué)校里其他老師的幫助和指導(dǎo)，我也要感謝我的母校濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，是她提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的三年大學(xué)生活豐富多彩，為我的人生留下精彩的一筆。

感謝評(píng)閱和閱讀本設(shè)計(jì)論文的老師為此付出的辛勤勞動(dòng)！

在此還要感謝濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院的全體老師，感謝他們對(duì)我的培養(yǎng)！最終祝愿各位老師：合家開(kāi)心！工作順利！身體健康！

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圖4.6八組選手的搶答

4.2.4答題限時(shí)

在搶答成功后，主持人按下答題計(jì)時(shí)開(kāi)始按鈕，同