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课程设计题目：基于PLC的抢答器设计姓名徐伟学号201303120024系（院）电子电气工程学院班级P13电气二班指导教师贲艳波职称副教授2015年10月24日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。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3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4CPU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5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附录一：111213青岛滨海学院毕业设计评阅、评审意见表专业：楼宇智能化工程技术学生姓名：王海峰题目：PLC二路抢答器14指导教师评语：成绩：指导教师（签字）：年月日答辩委员会（或答辩小组）评审意见：成绩：组长（签字）：年月日