競賽搶答器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p><b>　　第二章 概述2</b></p><p>　　2.1 PLC的發(fā)展史2</p><p>　　2.1.1 PLC的由來2</p>

2、<p>　　2.1.2 可控制編程器的發(fā)展2</p><p>　　2.1.3 可控制編程器的發(fā)展趨勢3</p><p>　　2.2 PLC的用途與特點(diǎn)3</p><p>　　2.2.1 PLC的用途3</p><p>　　2.2.2 PLC的特點(diǎn)4</p><p>　　2.3 PLC的

3、主要原理和組成6</p><p>　　2.3.1 PLC的主要原理6</p><p>　　2.3.2 PLC的組成部分6</p><p>　　第三章 競賽搶答器的設(shè)計(jì)方案和思路8</p><p>　　3.1 PLC搶答器的控制要求：8</p><p>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)方案8</p>&

4、lt;p>　　3.2.1 控制特點(diǎn)分析8</p><p>　　3.2.2 I/O配線圖8</p><p>　　3.2.3 答題流程圖4-1：10</p><p>　　3.2.4 PLC機(jī)型的選擇步驟與原則11</p><p>　　3.3軟件設(shè)計(jì)方案12</p><p>　　3.3.1設(shè)計(jì)假設(shè)：12&l

5、t;/p><p>　　3.3.2梯形圖的設(shè)計(jì)及分析：13</p><p>　　3.4程序的下載、安裝和調(diào)17</p><p>　　第四章 總 結(jié)20</p><p><b>　　致謝21</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p>

6、<p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　可編程序控制器(PLC) 是一種新型的通用的自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,是功能加強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新

7、。在實(shí)時(shí)檢測和自動控制的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。</p><p>　　PLC的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)拓寬到了各個(gè)領(lǐng)域，在日常生活中，智能搶答器廣泛的應(yīng)用于各種競賽和搶答場合。越來越多的搶答器投入市場，可是大部分的搶答器主要采用的是單片機(jī)系統(tǒng)；而單片機(jī)系統(tǒng)由于穩(wěn)定性不高，基于此，我們采用了S7-200

8、PLC來實(shí)現(xiàn)智能搶答器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　第二章 概述</b></p><p>　　2.1 PLC的發(fā)展史</p><p>　　2.1.1 PLC的由來</p><p>　　PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大 . 可編程控制器(Programmable

9、Logical Controller)簡稱PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(DEC )為美國通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時(shí)推動了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代PLC已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。如下圖1-1所示：</p><p><b

10、>　　圖 1-1</b></p><p>　　2.1.2 可控制編程器的發(fā)展</p><p>　　雖然PLC 問世時(shí)間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段：</p><p>　　1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）</p>

11、;<p>　　早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的PLC 多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—

12、梯形圖。因此，早期的PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。其中PLC 特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。</p><p>　　2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）</p><p>　　在70 年代微處理器的出現(xiàn)使PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC 的中央處

13、理單元（CPU）。</p><p>　　這樣，使PLC 得功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC 得應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。</p>&

14、lt;p>　　3．近期的PLC（80 年代中后期至今）</p><p>　　進(jìn)入80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的PLC 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。</p><p>　　2.1.3 可

15、控制編程器的發(fā)展趨勢</p><p>　　PLC自問世以來，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，PLC的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍也越來越廣泛，其足跡已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，但PLC得主要應(yīng)用領(lǐng)域是自動化，不同的企業(yè)對自動化程度的要求都不相同。不僅需要發(fā)展適合于大、中型企業(yè)的高水準(zhǔn)的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而且也要發(fā)展合適小型企業(yè)、性能價(jià)格比高的小型PLC控制系統(tǒng)。所以PLC控制系統(tǒng)將朝著體積小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低的方向發(fā)展；&

16、lt;/p><p>　　二是向大型化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能方向發(fā)。</p><p>　　2.2 PLC的用途與特點(diǎn)</p><p>　　2.2.1 PLC的用途</p><p>　　PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使PLC的成本下降,同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC

17、 的應(yīng)用越來越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：</p><p>　?。?）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。</p><p&

18、gt;　　（2）運(yùn)動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動時(shí)，</p><p>　?。?）閉環(huán)過程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即

19、一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該

20、公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。</p><p>　　（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)

21、時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對策。</p><p>　　2.2.2 PLC的特點(diǎn)</p><p>　?。?）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼

22、電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 </p><p>　　而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。</p><p>　　微機(jī)雖

23、然具有很強(qiáng)的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場的電磁波干擾，電源波動，機(jī)械振動，溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機(jī)不能正常工作。而PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸收了生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力，目前個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障時(shí)間都大大超過了IEC規(guī)定的10萬小時(shí)，

24、有的甚至達(dá)到了幾十萬小時(shí)。</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活 PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)功能時(shí)，可以用編程器在線或離線修改程序，修

25、改接線量很小。同一個(gè)PLC裝置有、用于不同的控制對象，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。</p><p>　?。?）編程方便，易于使用 PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識和語言，深受現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎。</p><

26、p>　?。?）功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng) PLC中含有數(shù)量巨大的用于開關(guān)量處理的繼電器類軟件，可輕松地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實(shí)現(xiàn)的。PLC內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實(shí)現(xiàn)D/A、A/D轉(zhuǎn)換及PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，他不僅可以控制一臺單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。</p><p&

27、gt;　　（5）PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便 PLC中相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸出點(diǎn)、內(nèi)存大小）等選用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使安裝接線量大大減小，設(shè)計(jì)人員只要一臺PLC就可進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場調(diào)試，工作量很大且繁難。（狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)

28、和I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過他可查出故障原因，便于迅速處理，及時(shí)排除。）</p><p>　　（7）結(jié)構(gòu)緊湊 體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。</p><p>　　由于以上特點(diǎn)，使得PLC獲得極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.3 PLC的主要原理和組成</p><p>　　2.3.1 PLC的主要原理</p&g

29、t;<p>　　CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描，CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等內(nèi)容。</p><p>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。它一直周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分

30、內(nèi)容。典型的PLC在一個(gè)周期中可完成以下5個(gè)掃描過程。</p><p>　　1.自診斷測試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠性，及時(shí)反應(yīng)所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能主要由時(shí)間監(jiān)視器完成。WDT是一個(gè)硬件定時(shí)器，每一個(gè)掃描周期開始前都被復(fù)位。WDT的定時(shí)可由用戶修改，一般在100～200ms之間。其它的執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤可由程序設(shè)計(jì)者通過標(biāo)志位進(jìn)行處理。</p><p>　　2.與網(wǎng)絡(luò)

31、進(jìn)行通信的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的PLC系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于PLC之間及PLC與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。</p><p>　　3.用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短，會影響過程所用的時(shí)間.</p><p>　　2.3.2 PLC的組成部

32、分</p><p>　　PLC與通用計(jì)算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺增強(qiáng)了I/O功能的可與控制對象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行I／O變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。</p><p><b>　　1. 輸入寄存器</b></p><p>　　輸入寄存器可按位進(jìn)行尋址，每一位對應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值

33、的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個(gè)掃描周期。CPU可以讀其值，但不可以寫或進(jìn)行修改。</p><p><b>　　2. 輸出寄存器</b></p><p>　　輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個(gè)時(shí)間段的輸出值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時(shí)的輸出寄存器的值,表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值。在程序執(zhí)行過程中,CPU可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換

34、僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。</p><p><b>　　3. 存儲器</b></p><p>　　存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要

35、的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。</p><p><b>　　4. CPU單元</b></p><p>　　CPU單元控制著I／O寄存器的讀、寫時(shí)序，以及對存儲器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是PLC的大腦。</p><p><b>　　5. 其它接口單元</b><

36、/p><p>　　其它接口單元用于提供PLC與其它設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件。</p><p><b>　　、</b></p><p>　　第三章 競賽搶答器的設(shè)計(jì)方案和思路</p><p>　　3.1 PLC搶答器的控制要求：</p><p>　　利用PLC設(shè)計(jì)一個(gè)競賽搶答器控制系統(tǒng), 競賽

37、搶答器能使四個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答。賽場中設(shè)有1個(gè)裁判臺，4個(gè)參賽臺，分別為1號、2號、3號、4號參賽臺，分別按下賽臺上相應(yīng)的按鈕時(shí)會顯示相應(yīng)的結(jié)果，具體要求如下：</p><p>　　裁判員沒有按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，若參賽者按下?lián)尨鸢粹o此時(shí)屬于提前搶答，參賽者的搶答桌上的違規(guī)燈亮且裁判臺上相應(yīng)的違規(guī)燈亮。</p><p>　　當(dāng)裁判員按下開始搶答按鈕時(shí)，蜂鳴器響，并開始20S倒計(jì)時(shí)，并進(jìn)行時(shí)間顯示。

38、如果20S內(nèi)沒人按下?lián)尨鸢粹o，蜂鳴器停止響，無人搶答燈亮，2S后無人搶答燈滅，表示此題撤消。如果20S內(nèi)，任意賽臺上的搶答者按下?lián)尨鸢粹o，計(jì)時(shí)停止，搶答蜂鳴器停止，此時(shí)搶答桌上的搶答成功指示燈亮，裁判臺上的相應(yīng)的搶答組指示燈亮。</p><p>　　當(dāng)裁判員按下確認(rèn)搶答有效按鈕后開始計(jì)時(shí)60S，搶答組答題，開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)60S時(shí)間到，電蜂鳴器持續(xù)響3S。</p><p>　　當(dāng)某參賽者答對

39、時(shí)，裁判員按下加分按鈕，對參賽者進(jìn)行加分，且加分蜂鳴器響，每次加10分，當(dāng)某人分?jǐn)?shù)達(dá)到90分時(shí)，將不再加分。</p><p>　　當(dāng)某參賽者答錯(cuò)或超時(shí)答題時(shí)，裁判員按下減分按鈕，對參賽者進(jìn)行減分，每次減10分，當(dāng)某人的分?jǐn)?shù)等于0時(shí)，將不再減分。</p><p>　　在某個(gè)題目結(jié)束后，裁判員按下裁判臺上的復(fù)位按鈕，搶答器恢復(fù)到原來的狀態(tài)，為下一輪搶答作好準(zhǔn)備。</p><

40、p>　　3.2 硬件設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.2.1 控制特點(diǎn)分析</p><p>　　知識競賽搶答器通過PLC進(jìn)行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心（PLC），PLC將根據(jù)信號作出相應(yīng)的響應(yīng)。知識競賽搶答器有六個(gè)輸入信號（即六個(gè)按鈕），九個(gè)輸出信號（即五個(gè)臺燈信號、一個(gè)音響信號、三個(gè)數(shù)碼管輸出信號）。由上可知PLC共有六

41、個(gè)輸入點(diǎn)，九個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　3.2.2 I/O配線圖</p><p><b>　　輸入設(shè)備：</b></p><p>　　S1搶答啟動按鈕 I0.0 S2 1號搶答按鈕 I0.1</p><p>　　S3 2號搶答按鈕 I0.2 S4 3號搶答按鈕 I0.3</p>

42、<p>　　S4 4號搶答按鈕 I0.4 S5有效搶答按鈕 I0.5 </p><p>　　S6 加分按鈕 I0.6 S7 減分按鈕 I0.7 </p><p>　　S8 復(fù)位按鈕 I1.0</p><p><b>　　輸出設(shè)備：</b></p><p>　

43、　HL1 Q0.0 HL2 Q0.1 </p><p>　　HL3 Q0.2 HL4 Q0.3 </p><p>　　HL5 Q0.3 HL6 Q0.4</p><p>　　HL7 Q0.5 HL8 Q0.6 </p

44、><p>　　HL9 Q0.7 HL10 Q1.0 </p><p>　　HL11 Q1.1 HL12 Q1.2</p><p>　　HL13 Q1.3 HL14 Q1.4</p><p>　　HL15 Q1.5 HL16 Q1.7&

45、lt;/p><p>　　HL17 Q2.0 HL18 Q2.1</p><p>　　HL19 Q2.2 </p><p><b>　　如圖3-2</b></p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　3.2.3

46、答題流程圖4-1：</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　3.2.4 PLC機(jī)型的選擇步驟與原則</p><p>　　隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技

47、術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。</p><p>　　PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。</p><p><b>　　PLC機(jī)型的選擇</b></p><p>　　PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：

48、</p><p>　　(一) 合理的結(jié)構(gòu)型式</p><p>　　PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。</p><p>　　整體式PLC的每一個(gè)I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對較小,一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便,在I／O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般

49、于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><p>　　(二) 安裝方式的選擇</p><p>　　PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I／O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。</p><p>　　集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I／O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I／O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I／O電源；

50、多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。</p><p>　　(三)相應(yīng)的功能要求</p><p>　　一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。</p><p>　　對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A／D和D／A轉(zhuǎn)換單元，

51、具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。</p><p>　　對于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。</p><p><b>　　(四)響應(yīng)速度要求</b></p><p>　　PLC是為工

52、業(yè)自動化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I／O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。</p><p>　　(五)系統(tǒng)可靠性的要求</p><p>　　對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考

53、慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。</p><p><b>　　(六)機(jī)型盡量統(tǒng)一</b></p><p>　　一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問題：</p><p>　?。?機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。</p><p>　?。?機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)

54、力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。</p><p>　　３)機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級分布式控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.3軟件設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　3.3.1設(shè)計(jì)假設(shè)：</p><p>　　開始搶答按鈕（I0.0）搶答按鈕（I0.1,I0.

55、2,I0.3,I0.4）搶答桌上的違規(guī)燈（Q0.0,Q0.1,Q0.2,Q0.3）判臺上的相應(yīng)的違規(guī)燈（Q0.4,Q0.5,Q2.0.6,Q0.7）20秒計(jì)時(shí)器（T37）無人搶答燈（Q1.0）2秒計(jì)時(shí)器（T38）搶答成功燈（Q1.1,Q1.2,Q1.3,Q1.4）相應(yīng)的搶答組指示燈（Q1.5,Q1.6,Q1.7,Q2.0）蜂鳴器（Q2.1）有效按鈕（I0.5）60秒的計(jì)時(shí)器（T39）3秒計(jì)時(shí)器（T40）加分按鈕（I0.6）加分蜂鳴器（Q

56、2.2）總分（AC0）減分按鈕（I0.7）。</p><p>　　3.3.2梯形圖的設(shè)計(jì)及分析：</p><p>　　1. 當(dāng)主持人沒按開始搶答按鈕I0.0時(shí)，只要參賽者按下?lián)尨鸢粹o，電路接通，參賽者的搶答桌上的違規(guī)燈和裁判臺上相應(yīng)的違規(guī)燈亮。</p><p>　　2. 當(dāng)裁判員按下開始搶答按鈕I0.0時(shí)，對于4位參賽者的搶答指示燈和相應(yīng)的搶答成功指示燈來說，他們

57、的搶答按鈕還有20S鐘的定時(shí)器是互鎖的，當(dāng)其中一個(gè)人在20S按下?lián)尨鸢粹o，其他人的電路就斷開，按下?lián)尨鸢粹o也無效。當(dāng)20S的斷開延時(shí)定時(shí)器到20S時(shí)，所有的搶答按鈕都無效。</p><p>　　3. 對于T37來說，T37斷開延時(shí)定時(shí)器不但受開始搶答按鈕I0.0限制還受參賽者的搶答按鈕限制的，只要有一搶答按鈕按下，T37就停止計(jì)時(shí)。</p><p>　　4. 開始搶答按鈕I0.0按下后，T

58、37接通電源的同時(shí)，常開觸點(diǎn)T37閉合，蜂鳴器Q2.1接通，當(dāng)T37停止計(jì)時(shí)，常開觸點(diǎn)T37斷開，達(dá)到如果20S內(nèi)沒人按下?lián)尨鸢粹o蜂鳴器停止響和如果20S內(nèi)，任意賽臺上的搶答者按下?lián)尨鸢粹o搶答蜂鳴器停止的效果。</p><p>　　5. 當(dāng)T37計(jì)時(shí)到20S時(shí)，T37常閉觸頭閉合，T38接通延時(shí)定時(shí)器接通開始計(jì)時(shí)，無人搶答燈亮，當(dāng)T38到計(jì)時(shí)到2S時(shí)，T38常閉觸頭斷開，無人搶答燈滅。但對于T38而言，要達(dá)到如果

59、20S內(nèi)沒人按下?lián)尨鸢粹o無人搶答燈亮2S后無人搶答燈滅的效果還是要通過搶答按鈕的限制來保證在有人搶答時(shí)T38無效和無人搶答燈是滅的。</p><p>　　6. 當(dāng)確認(rèn)按鈕I0.5按下后， 60S的接通延時(shí)定時(shí)器T39開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)到60S時(shí)，斷開延時(shí)定時(shí)器T40接通開始計(jì)時(shí)，蜂鳴器響，3S后停止。</p><p>　　7. 當(dāng)加分按鈕I0.6閉合，只要AC0<=90,加法器就會加10

60、，加分蜂鳴器Q2.2接通。</p><p>　　8. 當(dāng)減分按鈕I0.7閉合，只要AC0>=0,減法器就會減10。</p><p>　　9. 當(dāng)復(fù)位按鈕I0.7閉合，I0.0到I0.7全部復(fù)位到原來的狀態(tài)。</p><p>　　3.4程序的下載、安裝和調(diào)</p><p>　　STEP7-Micro/WIN的啟動如下圖4-2所示：<

61、/p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　STEP 7-Micro/WIN編程軟件安裝：連接S7-200 CPU 可以用PC/PPI電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信連接，如圖4-3所示：</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　程序的下載如下圖4-4

62、所示：</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　將各個(gè)輸入輸出端子和實(shí)際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。競賽搶答器的程序是由西門子PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN編制完成，正常工作時(shí)程序存放在存儲卡中，若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下，運(yùn)行PLC編程軟件STEP 7-Micro/WIN編程軟件

63、，打開知識競賽搶答器的程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試。</p><p><b>　　第四章 總 結(jié)</b></p><p>　　在老師和同學(xué)的幫助下做完了畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作，由于自己知識的缺乏及能力的有限，仍沒有能夠?qū)崿F(xiàn)像開題報(bào)告中那樣帶有語音識別等功能的補(bǔ)充與完善。但是通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我能運(yùn)用已學(xué)的知識解決我在設(shè)計(jì)中遇到的問題，使自己的動手能力和思考問題

64、的能力得到了很大的提高。在做設(shè)計(jì)的過程中我查閱了很多的資料，并認(rèn)真的閱讀這些與我的設(shè)計(jì)相關(guān)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(shè)計(jì)時(shí)，我復(fù)習(xí)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。整個(gè)設(shè)計(jì)通過了軟件和硬件上的調(diào)試、仿真。我想這對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助的。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題

65、不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。</p><p>　　但是，通過這次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設(shè)計(jì)過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面，自己的專業(yè)知識掌握的很不牢固，所掌握的西門子應(yīng)用軟件還不夠多，我希望自己的這些不足之處能在今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改善。而且，通過這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，學(xué)會了堅(jiān)持和努力，這將為以后的學(xué)習(xí)做出了最好的榜樣！同時(shí)，該設(shè)計(jì)也有不足之處，缺少了答題計(jì)分等功能

66、。我將會在以后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)學(xué)習(xí)。</p><p><b>　　、</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時(shí)光如流水，轉(zhuǎn)眼之間就到了離別的季節(jié)。兩年多的時(shí)間就這樣過去了，我即將向軟件學(xué)院告別。兩年多之間，校園發(fā)生了太多改變，我也在不斷地成長，眼看著離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了

67、尾聲，盡管不舍，卻更珍惜，因?yàn)槲业纳杏心敲炊嗫蓯鄣娜酥档酶屑?。他們使我的大學(xué)生活充滿了色彩，無論收獲、遺憾，對我來說都是一筆寶貴的財(cái)富。</p><p>　　大學(xué)生活不知不覺中就要結(jié)束了，在這段難忘的生活中，有我許多美好的回憶。在這個(gè)大學(xué)的最后一頁里，首先感謝黨、感謝學(xué)校給我們提供這個(gè)能自我展示的平臺，感謝我的指導(dǎo)劉娟教師，你從一開始的論文方向的選定，到最后的整篇文論的完成，都非常耐心的對我進(jìn)行指導(dǎo)。給我提供

68、了大量數(shù)據(jù)資料和建議，告訴我應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問題，細(xì)心的給我指出錯(cuò)誤，修改論文。謝謝那些教過我的老師，從大一到大三是你們的悉心教導(dǎo)、孜孜不倦我們才能順利的完成學(xué)業(yè)，在我三年的學(xué)習(xí)中，無私傳授我們知識，是你們將自己寶貴的財(cái)富無私地奉獻(xiàn)給了我們，讓我們能在學(xué)業(yè)上有所成績；是你們讓我倍感教師職業(yè)的偉大，教給我們知識，又不忘教育我們?nèi)绾巫鋈?！在此，我還要感謝寢室的同學(xué)們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵(lì)，也是她們陪我度過這三年的生活。還有身邊

69、的你們，我至親至愛的朋友們，我們一起走過了這段青春年華！</p><p><b>　　謝謝！</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 廖常初.PLC的編程方法與工程應(yīng)用[M].重慶大學(xué)出版社，2001.第7頁 </p><p>　　[2] 鐘肇新等.可編

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