課程設(shè)計---搶答器plc系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題 目： 搶答器PLC系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè)： 機械工程及自動化 </p><p>　　班 級： 2008級 01班 </p><p>　　學(xué) 生： ----

2、-----------------</p><p>　　指導(dǎo)老師： - </p><p>　　時 間： 2011/12/19 ~ 2012/1/5 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到所

3、有的控制領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一需求，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)必須具有極高的靈活性和可靠性，可編程控制器就順應(yīng)而生</p><p>　　而實用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計的

4、，只具有搶答鎖定功能的一個電路，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟。現(xiàn)在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復(fù)位、報警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單(有的甚至沒有顯示電路)，無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級換代。本設(shè)計要求就是利用PLC作為核心部件進行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用

5、PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達到公正、公平、公開。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器 ，搶答器，PLC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 概述 …………………………………………………1 1.1 PLC的由來及發(fā)展史……………………………………………1 1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) ………………

6、……………………………2 1.3 PLC的工作原理 ………………………………………………3第二章 搶答器系統(tǒng)設(shè)計分析………………………………4 第三章 硬件設(shè)計方案……………………………………5 第四章 軟件設(shè)計………………………………………………8 4.1 設(shè)計梯形圖 …………………………………………………8 </p><p>　　4.2 程序說明…………………………………

7、……………………15</p><p>　　心得體會………………………………………………………… 17參考文獻………………………………………………………… 18</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 PLC的由來及發(fā)展史</p><p>　　PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)

8、的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大 . 可編程控制器(Programmable 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。隨著計算機技術(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，同時推動了先進制造技術(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

9、設(shè)備。</p><p>　　雖然PLC 問世時間不長，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)的不斷進步，PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段：</p><p>　　1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）</p><p>　　早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC 多少有點繼電器控制裝置的替代物的含

10、義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以準(zhǔn)計算機的形式出現(xiàn)，在I/O 接口電路上作了改進以適應(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—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)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，

11、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 的中央處理單元（CPU）。</p><p>　　這樣，使PLC 得功能大大增強。在軟件方面，除了保

12、持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、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、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，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)用范圍得以擴大。</p><p>　　3．近期的PLC（80 年代中后期至今）</p><p>　　進入80

13、 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>　　1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC與通用計算機沒有什么區(qū)別，只是一臺增強了I/O功能

14、的可與控制對象方便連接的計算機。其完成控制的實質(zhì)是按一定算法進行I/O變換，并將這個變換物理實現(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行尋址，每一位對應(yīng)一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。CPU可以讀其值，但不可以寫或進行修改。</p>

15、<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在下一個時間段的輸出值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值,表明的是上一時間段的真實輸出值。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,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接

16、點的真實值產(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)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，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&g

17、t;<p><b>　　4. CPU單元</b></p><p>　　CPU單元控制著I/O寄存器的讀、寫時序，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></p><p>　　其它接口單元用于提供PLC與其它設(shè)備和模塊進行連接通信的物理條件&

18、lt;/p><p>　　1.3 PLC的工作原理</p><p><b>　　一. 掃描技術(shù) </b></p><p>　　當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 </p>&

19、lt;p>　　(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 </p><p>　　

20、(二) 用戶程序執(zhí)行階段 </p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊

21、功能指令。 </p><p>　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 </p>&

22、lt;p>　　在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。</p><p>　　(三) 輸出刷新階段 </p><p>　　當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有

23、的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC的真正輸出。 </p><p>　　第二章 搶答器系統(tǒng)設(shè)計分析</p><p>　　PLC搶答器的控制要求及分析設(shè)計方案</p><p>　　1. 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。</p><p>　　2. 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該

24、開關(guān)由主持人控制。</p><p>　　3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響

25、持續(xù)的時間0.5秒左右。</p><p>　　5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答。</p><p>　　基于以上控制要求，采用歐姆龍公司的PLC為主要控制器。</p>&

26、lt;p>　　硬件設(shè)計方案（即I/O配線圖）</p><p>　　I/O通道分配如下表所示</p><p>　　表3-1-1 I/O通道分配</p><p>　　注：其中11.00接數(shù)碼顯示LED管的1端</p><p>　　11.01接數(shù)碼顯示LED管的2端</p><p>　　11.02接數(shù)碼顯示LED管的4

27、端</p><p>　　11.03接數(shù)碼顯示LED管的8端</p><p>　　11.04接數(shù)碼顯示LED管的1端</p><p>　　11.05接數(shù)碼顯示LED管的2端</p><p>　　11.06接數(shù)碼顯示LED管的4端</p><p>　　11.07接數(shù)碼顯示LED管的8端</p><p&g

28、t;　　12.00接數(shù)碼顯示LED管的1端</p><p>　　12.01接數(shù)碼顯示LED管的2端</p><p>　　12.02接數(shù)碼顯示LED管的4端</p><p>　　12.03接數(shù)碼顯示LED管的8端</p><p>　　搶答器I/O接線圖如下圖所示</p><p><b>　　軟件設(shè)計</b

29、></p><p>　　4.1 設(shè)計梯形圖如下所示</p><p><b>　　圖4-1-1梯形圖</b></p><p><b>　　所以程序如下：</b></p><p>　　LD 0.01 AND NOT TIM000<

30、;/p><p>　　OR 200.00 AND 0.00</p><p>　　AND NOT TIM000 OUT 200.04</p><p>　　AND 0.00 LD 0.06</p>&l

31、t;p>　　OUT 200.00 OR 200.05</p><p>　　LD 0.02 AND NOT TIM000</p><p>　　OR 200.01 AND 0.00</p><p

32、>　　AND NOT TIM000 OUT 200.05</p><p>　　AND 0.00 LD 0.07</p><p>　　OUT 200.01 OR 200.06</p><p>　　LD

33、0.03 AND NOT TIM000</p><p>　　OR 200.02 AND 0.00</p><p>　　AND NOT TIM000 OUT 200.06</p><p>　　AND

34、0.00 LD 0.08</p><p>　　OUT 200.02 OR 200.07</p><p>　　LD 0.04 AND NOT TIM000</p><p>　　OR 2

35、00.03 AND 0.00</p><p>　　AND NOT TIM000 OUT 200.07</p><p>　　AND 0.00 LD 200.00</p><p>　　OUT 200

36、.03 AND NOT 200.01</p><p>　　LD 0.05 AND NOT 200.02</p><p>　　OR 200.04 AND NOT 200.03</p><

37、;p>　　AND NOT 200.04 OUT 10.02</p><p>　　AND NOT 200.05 LD 200.03</p><p>　　AND NOT 200.06 AND NOT 200.00</p>&l

38、t;p>　　AND NOT 200.07 AND NOT 200.01</p><p>　　OUT 10.00 AND NOT 200.02</p><p>　　LD 200.01 AND NOT 200.04&

39、lt;/p><p>　　AND NOT 200.00 AND NOT 200.05</p><p>　　AND NOT 200.02 AND NOT 200.06</p><p>　　AND NOT 200.03 AND N

40、OT 200.07</p><p>　　AND NOT 200.04 OUT 10.03</p><p>　　AND NOT 200.05 LD 200.04</p><p>　　AND NOT 200.06 AND

41、NOT 200.00</p><p>　　AND NOT 200.07 AND NOT 200.01</p><p>　　OUT 10.01 AND NOT 200.02</p><p>　　LD 200.02

42、 AND NOT 200.03</p><p>　　AND NOT 200.00 AND NOT 200.05</p><p>　　AND NOT 200.01 AND NOT 200.06</p><p>　　AND NOT 200.03

43、 AND NOT 200.07</p><p>　　AND NOT 200.04 OUT 10.04</p><p>　　AND NOT 200.05 LD 200.05</p><p>　　AND NOT 200.06

44、 AND NOT 200.00</p><p>　　AND NOT 200.07 AND NOT 200.01</p><p>　　AND NOT 200.02 AND NOT 200.06</p><p>　　AND NOT 200.03

45、 OUT 10.07</p><p>　　AND NOT 200.04 LD 0.00</p><p>　　AND NOT 200.06 AND NOT TIM000</p><p>　　AND NOT 200.07

46、 TIM 000</p><p>　　OUT 10.05 #0300</p><p>　　LD 200.06 LD 0.00</p><p>　　AND NOT 200.00 LD TIM 000</p>

47、;<p>　　AND NOT 200.01 AND NOT TIM 001</p><p>　　AND NOT 200.02 OR TIM 001</p><p>　　AND NOT 200.03 AND LD</p><p>　

48、　AND NOT 200.04 TIM 001</p><p>　　AND NOT 200.05 #0005</p><p>　　AND NOT 200.07 OUT 10.08</p><p>　　OUT 10.06

49、 LD 253.13</p><p>　　LD 200.07 MOV TIM000</p><p>　　AND NOT 200.00 201</p><p>　　AND NOT 200.01

50、LD 201.04</p><p>　　AND NOT 200.02 OUT 11.00</p><p>　　AND NOT 200.03 LD 201.05</p><p>　　AND NOT 200.04 OUT 11.01<

51、/p><p>　　AND NOT 200.05 LD 201.06</p><p>　　OUT 11.02</p><p>　　LD 201.07</p><p>　　OUT 11.03</p><p>　　LD 201.08</p><p&g

52、t;　　OUT 11.04</p><p>　　LD 201.09</p><p>　　OUT 11.05</p><p>　　LD 201.10</p><p>　　OUT 11.06</p><p>　　LD 201.11</p><p>　　OUT 11.07</

53、p><p>　　LD 253.13</p><p><b>　　DMPX 000</b></p><p><b>　　012</b></p><p><b>　　#0000</b></p><p>　　4.2 程序說明</p><

54、p>　　本次搶答器的設(shè)計由于是供8個代表隊參賽使用，所以用了八個按鈕，分別由SB1~SB8來表示，主持人開關(guān)由SB來表示，由于此搶答器具有鎖存與顯示功能，所以梯形圖設(shè)計中需要用互鎖來實現(xiàn)，選手編號的顯示我用了依照曾經(jīng)做過的實驗用了一個編碼指令來實現(xiàn)。</p><p>　　當(dāng)主持人按下開關(guān)0.00時，定時器工作，顯示器上顯示選手編號和搶答時間，同時揚聲器發(fā)出響聲，持續(xù)時間0.5秒。同時八位選手開始搶答，在規(guī)定

55、時間內(nèi)搶答有效，若主持人沒按下開關(guān)，則搶答無效，如果定時器時間到了以后，仍無人搶答，則TIM000動作，本次搶答無效。</p><p><b>　　第五章 心得體會</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的寫作是在xx老師的指導(dǎo)下進行的。針對在寫作過程中遇到許多的難題，xx老師都給以認真的解釋，為此，向xx老師表示最衷心的謝意。</p><p&g

56、t;　　我在這次課程設(shè)計中，學(xué)會了怎么去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。遇到不明白的問題都會積極的去詢問老師，或者去找尋相關(guān)的資料。從中學(xué)到了很多知識。</p><p>　　這次課程設(shè)計使我們有機會把我們的課堂理論知識運用到實際生活中，貼近生活，實現(xiàn)我們的人生價值。并且通過對知識的綜合利用，加入個人的分析和比較，加深了了我們對理論知識的理解和運用。</p><p>　　也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。

57、有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出最適合的設(shè)計方法。雖然本次課程設(shè)計是自己獨立完成，但是，彼此還是脫離不了集體的力量，遇到問題和同學(xué)互相討論交流。多和同學(xué)討論。我們在做課程設(shè)計的過程中要不停的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設(shè)計和在一起。討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。多改變自己設(shè)計的方法，在設(shè)

58、計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題。通過這次PLC控制搶答器設(shè)計，讓我對PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解。</p><p>　　從這次課程設(shè)計的制作過程中，讓我深切的領(lǐng)會到想要在激烈的社會競爭中占領(lǐng)自己的一塊領(lǐng)地，必須要把自己的閃光點，發(fā)揮出來，并不斷的改正自己的缺點，完善自己的能力，以更好的一面去面對社會。在以后的學(xué)習(xí)工作過程中，我會虛心的接受師傅們對我的教導(dǎo)，

59、好好的工作，發(fā)揚我們學(xué)校吃苦耐勞的精神，做有一個合格的大學(xué)生。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 廖常初，PLC的順序控制編程方法，[M],工業(yè)自動化（香港），1997</p><p>　　[2] 張萬忠，電器與PLC控制技術(shù)，[M],化學(xué)工業(yè)出版社,2002</p><p>　　

60、[3] 高欽和，可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計，[M],人民郵電出版社,2001.3</p><p>　　[4] 路林吉，PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐，[J],人民郵電出版社,1999.5</p><p>　　[5] 平志韓，可編程序控制器及其在包裝機械中的應(yīng)用初探，[M],1989. 2</p><p>　　[6] 陳立定，吳玉香.電氣控制與可編程控制器，[M],華南

61、理工大學(xué)了版社，2001. 2</p><p>　　[7] 路林吉，王堅，江龍康.可編程控制器原理及應(yīng)用，[M],清華大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[8] 齊從謙，王士蘭.PLC技術(shù)及應(yīng)用，[M],機械工業(yè)出版社，2000. 8</p><p>　　[9] 陳宇，可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧，[J],華南理工大學(xué)出版社，2000. 1</p>