76PLC课程设计

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1课程设计基于PLC的智能抢答器设计姓名:李林奕学号:1202034107时间:2015年12月指导教师:高强2引言可编程序控制器(PLC)是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中,PLC往往是作为一个核心部件来使用,仅PLC方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。PLC的应用领域已经拓宽到了各个领域,在日常生活中,智能抢答器广泛的应用于各种竞赛和抢答场合。越来越多的抢答器投入市场,可是大部分的抢答器主要采用的是单片机系统;而单片机系统由于稳定性不高,所以我们设想是否可以利用PLC进行抢答器的设计,所以我们小组针对此次毕业设计进行了软硬件的设计。基于此,我们采用了欧姆龙公司的PLC来实现智能抢答器控制系统的设计。3一、可编程控制器的发展史1.1、可编程控制器的由来PLC早期主要应用于工业控制,但随着技术的发展,其应用领域正在不断扩大.可编程控制器(ProgrammableLogicalController)简称PC或PLC,是60年代末发明的工业控制器件,是美国数字公司(DEC)为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上,可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展,PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化,其控制技术也朝着智能化方向不断发展,同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。1.2、可控制编程器的发展虽然PLC问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,PLC也迅速发展,其发展过程大致可分三个阶段:1.早期的PLC(60年代末—70年代中期)早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义,其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现,在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施,以提高其抗干扰的能力。在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此,早期的PLC的性能要优于继电器控制装置,其优点包括简单易懂,便于安装,体积小,能耗低,有故障指使,能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。2.中期的PLC(70年代中期—80年代中后期)在70年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国,日本,德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样,使PLC得功能大大增强。在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量,使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC得应用范围得以扩大。3.近期的PLC(80年代中后期至今)进入80年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格4大幅度下跌,使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且,为了进一步提高PLC的处理速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。1.3、可编程控制器的应用自1969年第一台可控编程控制器问世以来,目前可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。PLC所以被广泛应用,是由它的突出特点和优点的性能分不开的,为了满足工业生产对工业控制设备安全可靠的要求,PLC采用了微电子技术,大量的开关动作由无触电的的半导体电路来完成,PLC选用的电子器件一般是工业机,有的甚至是军用机,平均无故障时间很长。PLC具有良好的环境适应性,可用于十分恶劣的工业现场。再电源瞬间断电的情况下仍可以正常工作,具有很强的的抗空间电磁干扰能力,可以抗峰值高达1000V、脉宽10us的矩形波空间电磁干扰,具有良好的抗震能力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不高,在环境温度-20—65度、相对湿度为35%-85%情况下仍可正常工作。二.可编程控制器的主要原理和组成2.1、可编程控制器的主要原理CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描,CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分,用户程序不运行时,PLC也在扫描,只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。典型的PLC在一个周期中可完成以下5个扫描过程。1.自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠性,及时反应所出现的故障,PLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。WDT是一个硬件定时器,每一个扫描周期开始前都被复位。WDT的定时可由用户修改,一般在100~200ms之间。其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。2.与网络进行通信的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程,配有网络的PLC系统才有通信扫描过程,这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。3.用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下,每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的,即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短,会影响过程所5用的时间.2.2、可编程控制器的组成部分PLC与通用计算机没有什么区别,只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行I/O变换,并将这个变换物理实现,应用于工业现场。1.输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址,每一位对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的改变由输入开关量驱动,并保持一个扫描周期。CPU可以读其值,但不可以写或进行修改。2.输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。3.存储器存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序,它是由厂家开发固化好了的,用户不能更改,PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源,I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行,从而完成复杂的控制功能。4.CPU单元CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序,以及对存储器单元中程序的解释执行工作,是PLC的大脑。5.其它接口单元其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。三、智能抢答器的电路设计3.1、设计方案和思路(1)PLC抢答器的控制要求:6一、在主持人按下抢答按钮之前,选手提前抢答则选手桌上的指示灯1或者2闪烁4秒,然后熄灭二、在主持人按下抢答按钮之后15秒钟之内,选手未抢答则主持人桌上的指示灯灭,宣布抢答无效。7三、主持人按下抢答按钮以后,其中一个选手先抢答,其桌上的指示灯亮,另一个选手不能抢答桌上的指示灯不亮。四、选手抢答后必须在40秒钟之内回答完毕,如果在40秒钟内未回答完毕则其桌上的指示灯灭,主持人桌上的指示灯亮,15秒后自动熄灭。五、每一次抢答之前主持人按下复位开关,使得各选手桌上的指示灯处于熄灭状态。六、选手回答正确以后,主持人按下加分按钮,则其对应的选手组计分灯亮一个,回答错误,按下减分按钮,则对应的选手组计分灯灭一个。主持人按下复位按钮以后,加减分指示灯不变化。基于以上控制要求,我们小组讨论采用以欧姆龙公司的PLC为主要控制器。图2—2既是我们的控制流程图。(2)硬件设计方案,即I/O配线图输入设备:S1抢答启动按钮00000S21号抢答按钮00001S32号抢答按钮00002S41号加分按钮00003S51号抢答按钮00004S62号加分按钮00005S72号减分按钮00006S8复位按钮00007输出设备:HL101000HL201001/01002HL301003/01004HL401005HL501006HL601007HL701100HL801101HL901102HL1001103HL110110483.2、软件编程及上机调试过程根据以上设计的I/O配线图,我们用欧姆龙的软件进行的编程。主要采用了欧姆龙的编程软件进行了程序设计,主要加入了时间、计数的程序,其程序见附录一;在小组的智能抢答器设计过程中,在我们的硬件完成制作以后,我们把程序传入PLC,进行软件调试过程中发现了一下问题:(1)调试过程中发现硬件与PLC接线的时候,输入点和输出点的接线出现了无响应的现象,经过我们小组对硬件的检查,以及查询各方面的资料,最终我们发现时在输入点介入的时候,其公共端的电源接线上出现了差错。经过调试,最后达到了预期的要求。(2)在小组的硬件设计完成以后,我们把程序传入PLC中,进行上机调试。发现在不同的时间段,各个信号灯的状态如下图所示:序号10秒后20秒后30秒后HL1正常正常闪动HL2正常正常闪动HL3正常正常闪动HL4正常正常闪动HL5正常正常闪动HL6正常正常闪动HL7正常正常闪动HL8正常正常闪动HL9正常正常闪动HL10正常正常闪动HL11正常正常闪动经过小组的讨论,我们最后找到问题的解决方案,经过一段时间的调试,恢复了正常。3.3、本次设计在实际中的应用基于普通的抢答器,其准确性总是无法满足现实生活的需求,总是会出现抢答失误的现象,出现抢拍的现象,针对这种现状,我们小组讨论设计了一个智能抢答器控制系统,它的设计可以应用在比较正式的场合,对于设计的准确性进行了调试运行,我们采用了欧姆龙公司的PLC进行控制,编程简单,控制灵活成了本次设计的亮点,可以不断地改进设计的性能。为此,在社会中很受欢迎,而且还可以作为教师的实物教学过程。总之,对于本次设计的完成,有利于控制以后抢答器的发展导向,会向着更优化的发展方向前进。9结论在这次设计的制作过程中,我们小组的成员不断的设计制作方案,经过多次讨论表决,最后制定出一个实际运行的计划,并把本次设计分为了四个设计阶段:第一阶段:我们收集相关的资料,把在制作过程中所需要的原件,进行统一整理,以备下一阶段的采购;第二阶段:针对以上的材料准备,我们分工明细,一起购买在设计中所需要的物件。第三阶段:在所有的物件都准备齐全以后,我们开始了水箱液位系统的制作过程,我们在陈娜老师的指导下,不断的发现问题,解决问题。最终基本完成了制作任务;第四阶段:我们整理了与制作相关的资料,对本次制作过程中花费进行了清算,最后全身心的去写作毕业论文。在本次设计过程中,我们学会了把理论上的知识和实际生活的需求进行了合理的融合,不断的把我们的好的想法和观点,实施于制作过程中。创新源于实际,我们真正的学会了学习,学会了适应社会的发展。老师的悉心指导,让我们从中学到了好多的知识。是我们在书本上无法学到的。10参考文献[1]廖常初,PLC的顺序控制编程方法。工业自动化(香港),1997。[2]张万忠等.电器与PLC控制技术.化学工业出版社,2002[3]高钦和.可编程控制器应用技术与设计.人民邮电出版社,2001.3[4]路林吉.PLC应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社,1999.5[5]平志韩.可编程序控制器及其在包装机械中的应用初探.1989.2[6]段然.可编程控制技术采样机控制系统中的应用研究.西北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