基于plc三人智力搶答器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告</p><p>　　題 目 基于PLC的三人智力搶答器設(shè)計(jì)</p><p>　　院 系 中德機(jī)電學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　2013年 04月</b></p><p>　　基于PLC的三人智力搶答器設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨

3、著我國經(jīng)濟(jì)和文化實(shí)業(yè)的發(fā)展，在很多公開競爭場合要求有公正的競爭裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競賽等，因此出現(xiàn)了搶答器。最初的搶答器是由優(yōu)先權(quán)編碼器構(gòu)成的邏輯電路，其運(yùn)算速度慢，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來就更加困難。因此，一種能夠體現(xiàn)競賽的公開、公平、公正性的知識(shí)競賽搶答器成為一種需求。</p><p>　　本設(shè)計(jì)將以PLC為核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及

4、輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能并簡化其電路結(jié)構(gòu)，其將以其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案，從而使得競賽不斷完善其公平、公正性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC、三人智力搶答器、LED</p><p>　　Three people of intelligence Responder design

5、based on PLC</p><p>　　Abstract：With the development of our country economy and cultural industry,public competition requires a fair adjudgement in many occasions,such as securities and ruling stock trading a

6、nd various intelligence contest etc, resulting in various responder. First vies to answer first is composed of priority encoder which is constiuted by logic circuit, the speed and reliability of it is not high and the ci

7、rcuit is complex, but the function is simple. especially when there are many responders, it is </p><p>　　The core of this design is based on PLC ,it is composed of system structure diagram, procedures, ladde

8、r-diagram and the allocation of input and output terminals,the design not only retains the basic function of the the original responder but increases a series of practical function and simplifies the circuit structure, i

9、t will be easy and flexible to its control, as long as change the PLC control procedures, you are able to change the program of the competition responder, making the competition </p><p>　　Key words：PLC、 Thre

10、e the knowledge competition responder 、LED</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第一章 可編程控制器概論3</p><p>　　1.1 PLC的簡介3</p><

11、;p>　　1.2 PLC的用途3</p><p>　　1.3 PLC的特點(diǎn)4</p><p>　　1.4 PLC發(fā)展6</p><p>　　1.4.1 產(chǎn)生6</p><p>　　1.4.2 發(fā)展趨勢7</p><p>　　1. 5 PLC的分類7</p><p>

12、　　1.5.1 按PLC的控制規(guī)模分類7</p><p>　　1.5.2 按PLC的結(jié)構(gòu)分類10</p><p>　　1.5.3 按PLC的功能分類11</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇13</p><p>　　2.1 搶答器的簡介13</p><p>　　2.2 三人智力搶答器控制要求

13、13</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.1 控制特點(diǎn)分析14</p><p>　　3.2 PLC機(jī)型的選擇步驟與原則14</p><p>　　3.3 流程圖16</p><p>　　3.4 PLC與七段LED顯示器連接設(shè)計(jì)17</p><p>

14、;　　3.4.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性17</p><p>　　3.4.2 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇18</p><p>　　3.4.3 PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計(jì)算19</p><p>　　3.4.4 外部硬件接線圖19</p><p>　　3.5 PLC與蜂鳴器連接方法選擇21</p>&

15、lt;p>　　3.5.1 蜂鳴器的介紹21</p><p>　　3.5.2 蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理21</p><p>　　3.6 程序中所使用的西門子S7-200PLC的指令系統(tǒng)及指令應(yīng)用21</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.1 IO分配27</p><p>　　4

16、.2 程序梯形圖28</p><p>　　4.3 仿真35</p><p>　　第五章 安裝和調(diào)試36</p><p>　　第六章 總結(jié)與體會(huì)37</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　前言</b></p>

17、<p>　　目前國內(nèi)外市場上已有很多類型的知識(shí)競賽搶答器，其大致采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)或者PLC芯片、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對(duì)于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù)相當(dāng)成熟。但是隨著功能的增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準(zhǔn)確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級(jí)換代。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說，其程序簡單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級(jí)換代，但鑒于其必須配合計(jì)算

18、機(jī)實(shí)用，可操作性差，沒有得到廣泛的應(yīng)用。而對(duì)于科技飛速發(fā)展的今天，PLC、單片機(jī)應(yīng)用的不斷深入，帶動(dòng)了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點(diǎn)，以PLC、單片機(jī)為核心的部件成為主流。</p><p>　　傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點(diǎn)：</p><p>　　⑴ 在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時(shí)，只能處理違規(guī)搶答信號(hào)，而對(duì)沒有違規(guī)的有效信號(hào)不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過程變

19、為無效。</p><p>　?、?當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個(gè)，或利用搶答電路電子元件的“競爭”選擇其中一個(gè)。對(duì)于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答信號(hào)的“競爭”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。</p><p>　?、?當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，普通搶答器只能“抓住”其中一個(gè)違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞”。</p><

20、;p>　　可編程控制器是以計(jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡單、使用方便、體積小。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。用于更好的服務(wù)社會(huì)。</p><p>　　PLC的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個(gè)控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要

21、知道如何針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇合適的PLC型號(hào)，然后進(jìn)行資源配置，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選

22、擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。</p><p>　　在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇可編程的PLC，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路

23、圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用三菱FX可控制編程。此編程工具更有可靠、可拓展、可維護(hù)性。并且PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對(duì)操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動(dòng)切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯

24、示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。</p><p>　　第一章 可編程控制器概論</p><p>　　可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，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，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來越廣泛?？删幊炭刂破?Programmable Logic Controller)即PLC?，F(xiàn)

25、已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。美國電氣制造商協(xié)會(huì)經(jīng)過4年調(diào)查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡寫為PC。后來由于PC這個(gè)名稱常常被用來稱呼個(gè)人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC。</

26、p><p>　　1.1 PLC的簡介</p><p>　　國際電工委員會(huì)（IEC）于1987年對(duì)PLC定義如下。</p><p>　　PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲(chǔ)器，可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PL

27、C及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體，易于拓展其功能的原則設(shè)計(jì)。</p><p>　　事實(shí)上，PLC就是以嵌入式CPU為核心，配以輸入，輸出等模塊，可以方便的用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。PLC與機(jī)器人，計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。</p><p>　　1.2 PLC的用途</p><p>　　PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝

28、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 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)。</p><p>　　PLC的應(yīng)用通常可分為五種類型。</p><p>　　⑴ 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

29、可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)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>　　⑵ 運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)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(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。</p><p>　?、?閉環(huán)過程控制 PLC能控制大

30、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(huì)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

31、。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>　?、?通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國外近幾年

32、來興起的工廠自動(dòng)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(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)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(duì)策。</p><p>　　1.3 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　⑴ 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)

33、備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)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(dòng)作由無

34、觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)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(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，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(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、抗

35、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)，有的甚至達(dá)到了幾十萬小時(shí)。</p><p>　　⑵ 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(hào)線

36、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，修改接線量很小。同一個(gè)PLC裝置有、用于不同的控制對(duì)象，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。</p><p>　　⑶ 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

37、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(shí)和語言，深受現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎。</p><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

38、以控制一臺(tái)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>　?、?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?。┑冗x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

39、員只要一臺(tái)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。</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)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>　?、?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

40、點(diǎn)，使得PLC獲得極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.4 PLC發(fā)展</p><p><b>　　1.4.1 產(chǎn)生</b></p><p>　　1968年，通用汽車公司（GM）提出十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)。 </p><p>　　1969年數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于研制成功了第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14，并在汽車自動(dòng)裝配

41、線上試用獲得成功。</p><p>　　1971年，日本從美國引進(jìn)這項(xiàng)新技術(shù)，研制成功了日本第一臺(tái)可編程</p><p><b>　　序控制器CS-8。</b></p><p>　　1973－1974年德國和法國也研制出了可編程序控制器。</p><p>　　1977年我國研制成功了自己的可編程序控制器。</p&g

42、t;<p>　　由于當(dāng)時(shí)主要用于順序控制，只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程序邏</p><p>　　輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）。</p><p>　　目前可編程序控制器己經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的</p><p>　　工業(yè)控制器。這項(xiàng)新技術(shù)的成功使用，在工業(yè)界產(chǎn)生了巨大影響。</

43、p><p>　　從第一臺(tái)PLC誕生以來，PLC的發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)重要時(shí)期。</p><p>　　從1969年到20世紀(jì)70年代初期。CPU由小規(guī)模集成電路組成，存儲(chǔ)器為磁芯存儲(chǔ)器，控制功能比較簡單，僅僅是繼電接觸器的替代產(chǎn)品。</p><p>　　從20世紀(jì)70年代初期到20世紀(jì)70年代末期。采用CPU微處理器，存儲(chǔ)器采用了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)了模擬量控制，軟件上開發(fā)自診斷

44、程序，PLC的可靠性提高，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了系列化，PLC的應(yīng)用范圍擴(kuò)大。</p><p>　　從20世紀(jì)70年代末期到20世紀(jì)80年代中期。大規(guī)模集成電路推動(dòng)了PLC的發(fā)展。 CPU采用了8到16位微處理器，數(shù)據(jù)處理能力和速度提高，PLC開始具備了通訊能力，軟件上開發(fā)了梯形圖語言和語句表語言，發(fā)達(dá)國家多種工業(yè)控制開始使用PLC。</p><p>　　20世紀(jì)80年代中期到20世紀(jì)90年代中期。超

45、大規(guī)模集成電路使PLC完全計(jì)算機(jī)化。CPU開始采用32位微處理器，數(shù)學(xué)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力大大提高，增加了運(yùn)動(dòng)控制，PID控制。聯(lián)網(wǎng)能力加強(qiáng)，PLC向標(biāo)準(zhǔn)化，系列化發(fā)展。</p><p>　　20世紀(jì)90年代中期至今。CPU使用16位和32位微處理器，運(yùn)算速度更快，具有大匹量數(shù)據(jù)處理能力，出現(xiàn)了智能化模塊，可以對(duì)各種復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行控制。編程語言除了梯形圖和語句表語言之外，還增加了高級(jí)語言。</p>&l

46、t;p>　　1.4.2 發(fā)展趨勢</p><p>　　第一是朝著小型、簡易、價(jià)格低廉的方向發(fā)展。</p><p>　　小型PLC可以廣泛地取代繼電器控制系統(tǒng)，用于單機(jī)控制和規(guī)模比較小的自動(dòng)化生產(chǎn)線控制。由于小型可編程序控制器體積小，很容易安裝在電器柜中，使電器柜布局簡單、整潔、美觀，特別便于維護(hù)。</p><p>　　由于小型PLC價(jià)格低廉，在設(shè)備的成本核算

47、方面，也比較容易接受。</p><p>　　1. 5 PLC的分類</p><p>　　PLC是由現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要而產(chǎn)生的，PLC的分類也必然要符合現(xiàn)</p><p>　　代化生產(chǎn)的需求。初略地說可以從三個(gè)角度對(duì)PLC進(jìn)行分類。</p><p>　　1.5.1 按PLC的控制規(guī)模分類</p><p>　　可編程序

48、控制器按控制規(guī)?？梢苑譃榇笮蜋C(jī)、中型機(jī)和小型機(jī)。一般I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以內(nèi)屬于小型機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)2048點(diǎn)之間屬于中型機(jī)，I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上屬于大型機(jī)。</p><p><b>　　a小型機(jī)</b></p><p>　　小型機(jī)的控制點(diǎn)一般在256點(diǎn)之內(nèi),適合于單機(jī)控制或小型系統(tǒng)的控制。 </p><p>　　日本OMRON公

49、司 CQM1 </p><p>　　存貯器 3.2~7.2k 數(shù)字量 192點(diǎn)， 模擬量44路</p><p>　　圖1-1 日本OMRON公司 CQM1</p><p>　　德國SIEMENS S7-200 </p><p>　　存貯器 2k 數(shù)字量 248點(diǎn)， 模擬量35路 </p>

50、<p><b>　　b中型機(jī)</b></p><p>　　中型機(jī)的控制點(diǎn)一般不大于2048點(diǎn),可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接控制，還可以對(duì)多個(gè)下一級(jí)的可編程序控制器進(jìn)行監(jiān)控，它適合中型或大型控制系統(tǒng)的控制。 </p><p>　　日本OMRON公司 C200HG</p><p>　　存貯器 15.2~31.2k 數(shù)

51、字量 1184點(diǎn)</p><p>　　圖1-2 日本OMRON公司 C200HG</p><p>　　德國SIEMENS S7-300 </p><p>　　存貯器 2k 數(shù)字量 1024點(diǎn) 模擬量 128路 </p><p>　　網(wǎng)絡(luò) PROFIBUS 工業(yè)以太網(wǎng) MPI</p><

52、p>　　圖1-3 德國SIEMENS S7-300</p><p><b>　　c大型機(jī)</b></p><p>　　大型機(jī)的控制點(diǎn)數(shù)一般大于2048點(diǎn)。這類PLC控制點(diǎn)數(shù)多，控制功能很強(qiáng)，有很強(qiáng)的計(jì)算能力，同時(shí)，這類PLC運(yùn)行速度很高，不僅能完成較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。它不僅可用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接控制，可以對(duì)多個(gè)下一級(jí)的PLC進(jìn)行監(jiān)控，完成現(xiàn)

53、代化工廠的全面管理和控制任務(wù)。</p><p>　　日本富士公司 F200 </p><p>　　處理速度 2.5ms / 1k字 存貯器 32k I/O點(diǎn) 3200</p><p>　　日本OMRON CV2000</p><p>　　處理速度 0.125ms / 1k字 存貯器 62k I

54、/O點(diǎn) 2048</p><p>　　德國SIEMENS S7-400 </p><p>　　處理速度 0.3ms / 1k字 存貯器 512k I/O點(diǎn) 12672</p><p>　　圖1-4 德國SIEMENS S7-400</p><p>　　1.5.2 按PLC的結(jié)構(gòu)分類</p>

55、<p>　　PLC按結(jié)構(gòu)分，可以分為整體式和模塊式兩大類。</p><p><b>　　a 整體式</b></p><p>　　整體式結(jié)構(gòu)的可編程序控制器把電源、CPU、存儲(chǔ)器、I/O系統(tǒng)都集成在一個(gè)單元內(nèi)，該單元叫做作基本單元。一個(gè)基本單元就是一臺(tái)完整的PLC。控制點(diǎn)數(shù)不符合需要時(shí)，可再接擴(kuò)展單元。整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是非常緊湊、體積小、成本低、安裝方便。&l

56、t;/p><p><b>　　圖1-5 PLC</b></p><p>　　比如松下公司的FP1系列PLC 的。</p><p>　　整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是緊湊、體積小、成本低、安裝方便。其缺點(diǎn)是各個(gè)單元輸入與輸出點(diǎn)數(shù)有確定的比例，使PLC的配置缺少靈活性，有些I/O資源不能充分利用。早期的小型機(jī)多為整體式結(jié)構(gòu)。</p><p>

57、;<b>　　b模塊式</b></p><p>　　PLC的模塊式結(jié)構(gòu)是把PLC系統(tǒng)的各個(gè)組成部分按功能分成若干個(gè)模塊，如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊等等。</p><p><b>　　疊裝式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　沒有基板而是采用電纜把模塊連接起來組成控制系統(tǒng)叫疊裝式結(jié)構(gòu)。</p>&

58、lt;p>　　圖1-6 疊裝式結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　組合式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　在一塊基板插槽上插上所需模塊組成控制系統(tǒng)叫組合式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖1-7 組合式結(jié)構(gòu)</p><p>　　模塊式結(jié)構(gòu)的PLC特點(diǎn)是CPU、輸入、輸出均為獨(dú)立的模塊。模塊尺寸統(tǒng)一、安裝整齊、I/O點(diǎn)選型

59、自由、安裝調(diào)試、擴(kuò)展、維修方便。中型機(jī)和大型機(jī)多為模塊式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.5.3 按PLC的功能分類</p><p>　　PLC按功能分，可以分為低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī)。</p><p><b>　　a低檔機(jī)</b></p><p>　　這類可編程序控制器，具有基本的控制功能和一般的運(yùn)算能力。工作速度比較

60、低，能帶的輸入和輸出模塊的數(shù)量比較少，輸入和輸出模塊的種類也比較少。這類可編程序控制器只適合于小規(guī)模的簡單控制。在聯(lián)網(wǎng)中一般適合做從站使用。比如，日本OMRON公司生產(chǎn)的C60P就屬于這一類。</p><p><b>　　b中檔機(jī)</b></p><p>　　這類可編程序控制器，具有較強(qiáng)的控制功能和較強(qiáng)的運(yùn)算能力。它不僅能完成一般的邏輯運(yùn)算，也能完成比較復(fù)雜的三角函數(shù)

61、、指數(shù)運(yùn)算和PID運(yùn)算。工作速度比較快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量也比較多，輸入和輸出模塊的種類也比較多。這類可編程序控制器不僅能完成小型的控制，也可以完成較大規(guī)模的控制任務(wù)。在聯(lián)網(wǎng)中可以做從站，也可以做主站。比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300就屬于這一類。</p><p><b>　　c高檔機(jī)</b></p><p>　　這類可編程序控制器，具有強(qiáng)大的控制

62、功能和強(qiáng)大的運(yùn)算能力。它不僅能完成邏輯運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算、指數(shù)運(yùn)算和PID運(yùn)算，還能進(jìn)行復(fù)雜的矩陣運(yùn)算。工作速度很快，能帶的輸入輸出模塊的數(shù)量很多，輸入和輸出模塊的種類也很全面。這類可編程序控制器不僅能完成中等規(guī)模的控制工程，也可以完成規(guī)模很大的控制任務(wù)。在聯(lián)網(wǎng)中一般做主站使用。比如，德國SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-400就屬于這一類。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)方案的選擇</p><

63、p>　　2.1 搶答器的簡介</p><p>　　搶答器在競賽、文體娛樂活動(dòng)（搶答活動(dòng)）中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答者的機(jī)器。通過 搶答者的指示燈顯示、 數(shù)碼顯示和警示顯示等手段指示出第一搶答者。 一般搶答器由單片機(jī)以及外圍電 路組成，分為八路十路等不同，八路和十路的差別是，搶答器背面的接口有幾組，和外形沒有關(guān)系。搶答器可以通過單片機(jī)、PLC、數(shù)字電路等實(shí)現(xiàn)。

64、</p><p>　　知識(shí)競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用場合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠。與傳統(tǒng)搶答器不同，在PLC的控制下可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)搶答器的很多不足。</p><p>　　電子搶答器 電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由單片機(jī)以及外電路組成， 其搭配的配件 不同又分為， 非語音非記分搶答

65、器和語音記分搶答器。 多適用于學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡單的搶答活 動(dòng)。非語音記分搶答器構(gòu)造很簡單，就是一個(gè)搶答器的主機(jī)和一個(gè)搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是 沒有記分的顯示屏。語音記分搶答器是有一個(gè)搶答器的主機(jī)和主機(jī)的顯示屏和選手的記分顯示屏。</p><p>　　電腦搶答器 電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器的構(gòu)成是由： 主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線按鈕。 無線電腦搶答器利用 電腦和

66、投影儀， 可以把搶答氣氛活躍起來， 一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。 有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來， 電腦在和投影儀配合起 來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。</p><p>　　2.2 三人智力搶答器控制要求</p><p>　　1.可供3個(gè)競賽組進(jìn)行競賽， </p><p>　　2. 該設(shè)計(jì)有急停功能，</p>

67、;<p>　　3．提前搶答報(bào)警顯示功能，</p><p>　　4. 回答計(jì)時(shí)功能，</p><p>　　5.回答超時(shí)提示功能</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 控制特點(diǎn)分析</p><p>　　智力搶答器通過PLC進(jìn)行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過主持人和參賽選

68、手的按鈕，然后將信號(hào)傳遞給信息分析中心（PLC），PLC將根據(jù)信號(hào)作出相應(yīng)的響應(yīng)。智力搶答器有四個(gè)輸入信號(hào)（即四個(gè)按鈕），七個(gè)輸出信號(hào)（即LED管的abcdeg段顯示管、電鈴）。由上可知PLC共有四個(gè)輸入點(diǎn)，七個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　3.2 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(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、

69、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(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(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)

70、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)：</p><p><b>　　⑴ 合理的結(jié)構(gòu)型式</b></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(duì)較小，一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定

71、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，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　⑵ 安裝方式的選擇</b></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(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。</p><p>　　集中式不需要

72、設(shè)置驅(qū)動(dòng)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(dòng)器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)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><b>　?、?相應(yīng)的功能要求</b></p><p>　　一般

73、小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。</p><p>　　對(duì)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，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(duì)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)

74、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>　?、?響應(yīng)速度要求</b></p><p>　　PLC是為工業(yè)自動(dòng)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(hào)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

75、應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。</p><p>　　⑸ 系統(tǒng)可靠性的要求</p><p>　　對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。</p><p><b>　?、?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

76、方面問題：</p><p>　?、贆C(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>　?、跈C(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。</p><p>　?、蹤C(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(jí)分布式控制系統(tǒng)。</p><p>　　綜上所述，基于以上

77、思想，選用西門子公司S7-200系列的PLC作為控制主機(jī)。</p><p><b>　　3.3 流程圖</b></p><p>　　當(dāng)主持人未按下?lián)尨痖_始按鈕時(shí)，有參賽者搶答，則數(shù)碼管顯示該為參賽者，同時(shí)蜂鳴器蜂鳴3秒后數(shù)碼管不開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_始按鈕時(shí)，三個(gè)參賽對(duì)處于搶答狀態(tài)，假如是一號(hào)參賽隊(duì)先搶到題目，則數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字1，同時(shí)電鈴發(fā)出聲音，提示有

78、人已搶答，3秒后開始15秒倒計(jì)時(shí)，最后5秒時(shí)一秒一蜂鳴，提示搶答時(shí)間即將完畢，數(shù)碼管顯示00時(shí)，則為搶答時(shí)間結(jié)束。搶答完畢，主持人則按下停止/復(fù)位按鈕，開始下一輪搶答</p><p><b>　　3-2 操作流程圖</b></p><p>　　3.4 PLC與七段LED顯示器連接設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要

79、特性</p><p>　?、?LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)</p><p>　　LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導(dǎo)體數(shù)碼管。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負(fù)極）或共陽極（正極）的方法連接，組成“ 8”字，再把發(fā)光二極管另一電極作筆段電極，就構(gòu)成了LED 數(shù)碼管。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，就能顯示從0～9 的一系列數(shù)字。同熒光數(shù)碼管（VFD）、輝光數(shù)碼管（NRT）相比，它具有：體積

80、小、功耗低、耐震動(dòng)、壽命長、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時(shí)間短，能與TTL、CMOS 電路兼容等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)已廣泛用作數(shù)字化儀表、數(shù)控裝置、家用電器中的數(shù)顯器件。</p><p>　　常見LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-4-1所示。圖b屬于共陽極結(jié)構(gòu)，圖c屬于共陰極結(jié)構(gòu)。3、8則為共陰共陽公共引腳。a～g 是7 個(gè)筆段電極，DP 為小數(shù)點(diǎn)。另有一種字高為7.6 mm 的超小型LED 數(shù)碼管，管腳從左右兩排引出，

81、小數(shù)點(diǎn)則是獨(dú)立的。</p><p>　　圖3-3 LED數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　⑵ LED數(shù)碼管的主要特性</p><p>　?、俟ぷ麟妷?.5～5V，一般為1.5～2.5V，工作電流5～10mA，高亮度管可在低電壓和小電流（1mA左右）條件下工作。</p><p>　　②單色性好，亮度高、高頻特性優(yōu)良，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間非常短

82、，通常小于0.1us。</p><p>　　好，工作溫度范圍為-30～+80℃，使用壽命可達(dá)5M小時(shí)以上。</p><p>　　③LED數(shù)碼管每筆畫工作電流I在5～10 mA 之間，若電流過大會(huì)損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計(jì)算</p><p>　　R=（V0-V1）/I</p><p>　　其中V0為加在LED兩端上的電壓，V

83、1為LED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為2V）。</p><p>　　3.4.2 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇</p><p>　　PLC (可編程控制器) 具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)以及運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。PLC 的梯形圖語言清晰直觀、可讀性強(qiáng)， 易于掌握。在工業(yè)控制中，PLC作為面向控制對(duì)象的下位機(jī)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。但對(duì)于一般的中小型的專用設(shè)備，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)會(huì)使成

84、本大大提高，同時(shí)不便于在操作現(xiàn)場直接讀取或輸入數(shù)據(jù).在顯示數(shù)據(jù)較少時(shí)，采用PLC 控制LED直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，可以降低成本，使得數(shù)據(jù)顯示直觀。而當(dāng)欲顯示的數(shù)據(jù)較多時(shí)，PLC 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，會(huì)使得所需PLC 輸出點(diǎn)數(shù)大大增加，同時(shí)由于PLC 梯形圖的局限性，會(huì)使得顯示程序的編制變得非常復(fù)雜，這不僅增大了程序編制的難度，而且增加了程序的執(zhí)行時(shí)間，從而大大地降低了顯示速度。</p><p>　　在應(yīng)用可編程序控制器

85、(PLC)構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，除要求PLC完成指定的控制功能外，往往還要求附帶有輸出顯示，對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，以利于操作者監(jiān)控生產(chǎn)過程。PLC通過輸出模塊外接顯示電路，一般要求少占用輸出點(diǎn)數(shù)、外接電路簡單、輸出顯示速度盡可能快。OMRON公司推出的CQM1型PLC指令中設(shè)置了7段輸出顯示指令7SEG(2)，該指令有4位和8位兩種方式，輸出8位數(shù)時(shí)要占用13 個(gè)輸出點(diǎn)，若要求輸出顯示5 位數(shù)時(shí)，需選用8位方式，占用13個(gè)輸出點(diǎn)。PL

86、C輸出模塊接LED數(shù)碼管顯示的方法已應(yīng)用在一實(shí)際CQM1型PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中。</p><p>　　PLC 驅(qū)動(dòng)的顯示電路配合PLC 程序，可以實(shí)現(xiàn)如下的指標(biāo)的數(shù)據(jù)顯示[7]:</p><p>　?、?在僅占用PLC16點(diǎn)輸出的情況下，顯示的LED可多達(dá)128 個(gè)。</p><p>　　⑵ 所有的顯示單元的電路結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換。</p>&l

87、t;p>　　⑶ 所有的顯示單元與PLC之間的連線完全相同，硬件連線簡單。</p><p>　?、?采用靜態(tài)顯示方式，顯示沒有閃爍感。</p><p>　?、?每一位LED數(shù)據(jù)更新顯示僅需2個(gè)PLC 掃描周期。</p><p>　?、?在沒有新數(shù)據(jù)顯示時(shí)，程序進(jìn)行循環(huán)顯示，使顯示電路的抗干擾能力增強(qiáng)。</p><p>　　由上述可知，結(jié)合

88、本次設(shè)計(jì)，由于輸入輸出點(diǎn)并不是很多，采用PLC 控制LED 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示方案，可以大大降低設(shè)計(jì)成本。</p><p>　　3.4.3 PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計(jì)算</p><p>　　根據(jù)LED數(shù)碼管每筆畫工作電流I在5～10 mA 之間，若電流過大會(huì)損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計(jì)算[8]</p><p>　　R=（V0-V1）/I<

89、;/p><p>　　其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為LED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為2V）。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)PLC電源采用的是直流24V，PLC的輸出電壓為5V，安通過數(shù)碼管的電流I=3mA計(jì)算可得R=1KΩ。本次設(shè)計(jì)共用到了三個(gè)數(shù)碼管，所以須要21個(gè)1KΩ的R，以及5個(gè)EL燈和一個(gè)音響。</p><p>　　3.4.4 外部硬件接線圖</p&

90、gt;<p>　　為了硬件電路接線方便，SB0作為搶答的開始及復(fù)位按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為I0.0。SB1、SB2、SB3、分別對(duì)應(yīng)四個(gè)參賽對(duì)號(hào)，輸入點(diǎn)分別I0.1、I0.2、I0.3、，輸出點(diǎn)分別為Q0.0、Q0.1、Q02、Q0.3、Q0.4、Q0.5、Q0.6。PLC與數(shù)碼管采用串電阻直接連接方式。其外部硬件接線圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 PLC控制接線圖</p>

91、<p>　　3.5 PLC與蜂鳴器連接方法選擇</p><p>　　3.5.1 蜂鳴器的介紹</p><p>　　1．蜂鳴器的作用 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。</p><p>　　2．蜂鳴器的分類 蜂鳴器主要分為壓電

92、式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。</p><p>　　3．蜂鳴器的電路圖形符號(hào) 蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。</p><p>　　3.5.2 蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　1．壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二

93、極管。</p><p>　　多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.5~15V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。</p><p>　　壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。</p><p>　　2．電磁式蜂

94、鳴器 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。</p><p>　　接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。</p><p>　　3.6 程序中所使用的西門子S7-200PLC的指令系統(tǒng)及指令應(yīng)用</p><p><b>　　一．基本順控指令<

95、;/b></p><p>　　1.1觸點(diǎn)、線圈指令及雙線圈</p><p>　　1.2置位及復(fù)位指令</p><p>　　1.3觸點(diǎn)上升沿、下降沿指令</p><p>　　1.4脈沖上升沿及下降沿指令S7-200系列的基本邏輯指令 S7-200系列的基本邏輯指令與FX系列和CPM1A系列基本邏輯指令大體相似，編程和梯形圖表達(dá)方式也相差不

96、多，這里列表表示S7-200系列的基本邏輯指令（見表）。</p><p>　　表3-5 S7-200系列的基本邏輯指令</p><p>　　S7-200系列PLC的定時(shí)器指令</p><p><b>　　類型、編號(hào)及分辨率</b></p><p><b>　　TON——接通延時(shí)</b></p&

97、gt;<p>　　TONR——有記憶接通延時(shí)</p><p><b>　　TOF——斷開延時(shí)</b></p><p>　　3種分辨率（時(shí)基）：1ms、10ms、100ms——分別對(duì)應(yīng)不同的定時(shí)器號(hào)</p><p><b>　　定時(shí)器6個(gè)要素：</b></p><p>　　指令格式（時(shí)基

98、、編號(hào)等） 預(yù)置值——PT</p><p>　　使能——IN 復(fù)位——3種定時(shí)器不同</p><p>　　當(dāng)前值——Txxx 定時(shí)器狀態(tài)（位）——可由觸點(diǎn)顯示</p><p>　　定時(shí)值=時(shí)基×預(yù)置值PT。由于定時(shí)器的計(jì)時(shí)間隔與程序的掃描周期并不同步，定時(shí)器可能在其時(shí)基（1ms、10ms、100ms）內(nèi)任何時(shí)間啟動(dòng)，所以，未避免計(jì)時(shí)時(shí)間丟失，一般要求設(shè)置P

99、T預(yù)置值必須大于最小需要的時(shí)間間隔。例如：使用10ms時(shí)基定時(shí)器實(shí)現(xiàn)140ms延時(shí)（時(shí)間間隔），則PT應(yīng)設(shè)置為15（10ms×15=150ms）。</p><p>　　2） 功能 （1）接通延時(shí)定時(shí)器TON——一般用于單一時(shí)間間隔的定時(shí)</p><p><b>　　指令格式： </b></p><p>　　使能：——IN： I2.0

100、=“1”</p><p>　　當(dāng)前值——T33，當(dāng)在線（Online）時(shí)，此處顯示當(dāng)前值</p><p>　　預(yù)置值——PT=3，即定時(shí)時(shí)間=10ms×3=30ms</p><p>　　復(fù)位——IN：I2.0 = “0”</p><p>　　定時(shí)器狀態(tài)（位）——“1”或“0”</p><p>　　與MODIC

101、ON PLC的定時(shí)器指令對(duì)照：</p><p><b>　　圖3-6 指令對(duì)照</b></p><p>　　區(qū)別：對(duì)MODICON PLC，當(dāng)10001=“0” ，10002=“1”時(shí)，定時(shí)器當(dāng)前值保持；當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，即（40040）= 30時(shí)，只要10002=“1”，定時(shí)器也是保持</p><p>　　對(duì)S7-200 PLC，只要I0.0=“

102、1”，即計(jì)時(shí)，當(dāng)T33當(dāng)前值=3時(shí)，定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，直至I0.0=“0”，定時(shí)器復(fù)位（相當(dāng)于10002=“0” ）</p><p>　　斷開延時(shí)定時(shí)器TOF——一般用于故障時(shí)間后的時(shí)間延時(shí)</p><p>　　指令格式：見圖，編號(hào)與分辨率及定時(shí)器類型有關(guān)。</p><p>　　注意： 定時(shí)器狀態(tài)（位）=“1”（置位）及當(dāng)前值復(fù)0與使能.I0.0=“1”同步；計(jì)時(shí)開始

103、與使能I0.0從“1”→“0”（斷開）同步，且當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到而使能仍=“0”時(shí)，當(dāng)前值保持。</p><p>　?。?）有記憶接通延時(shí)定時(shí)器TONR——一般用于累計(jì)許多時(shí)間間隔（指令功能及時(shí)序圖見教材P222：Fig8-3-3c）</p><p>　　指令格式：見圖，編號(hào)與分辨率及定時(shí)器類型有關(guān)。</p><p>　　注意： 定時(shí)器狀態(tài)（位）=“1”（置位）及當(dāng)前值復(fù)

104、0與使能.I0.0=“1”同步；計(jì)時(shí)開始與使能I0.0從“1”→“0”（斷開）同步，且當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到而使能仍=“0”時(shí)，當(dāng)前值保持。</p><p>　　(3) 有記憶接通延時(shí)定時(shí)器TONR——一般用于累計(jì)許多時(shí)間間隔</p><p>　　一般的邏輯控制系統(tǒng)用軟繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器及基本指令就可以實(shí)現(xiàn)。利用功能指令可以開發(fā)出更復(fù)雜的控制系統(tǒng)，以致構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。這些功能指令實(shí)際上是廠商為

105、滿足各種客戶的特殊需要而開發(fā)的通用子程序。功能指令的豐富程度及其合用的方便程度是衡量PLC性能的一個(gè)重要指標(biāo)。</p><p>　　S7-200的功能指令很豐富，大致包括這幾方面：算術(shù)與邏輯運(yùn)算、傳送、移位與循環(huán)移位、程序流控制、數(shù)據(jù)表處理、PID指令、數(shù)據(jù)格式變換、高速處理、通信以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘等。</p><p>　　功能指令的助記符與匯編語言相似，略具計(jì)算機(jī)知識(shí)的人學(xué)習(xí)起來也不會(huì)有太大困

106、難。但S7-200系列PLC功能指令畢竟太多，一般讀者不必準(zhǔn)確記憶其詳盡用法，需要時(shí)可可查閱產(chǎn)品手冊(cè)。</p><p>　　S7-200PLC 特殊指令</p><p>　　特殊指令如表4-27所示。PLC中一些實(shí)現(xiàn)特殊功能的硬件需要通過特殊指令來使用，可實(shí)現(xiàn)特定的復(fù)雜的控制目的，同時(shí)程序的編制非常簡單。</p><p><b>　　表3-7 特殊指令&l

107、t;/b></p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 IO分配</b></p><p>　　表4-1 智力搶答器輸入輸出口分配表</p><p>　　4.2 程序梯形圖</p><p><b>　　4.3

108、仿真</b></p><p><b>　　圖4-2 仿真圖</b></p><p><b>　　第五章 安裝和調(diào)試</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。智力搶答器的程序是由西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP8

109、編制完成，正常工作時(shí)程序存放在存儲(chǔ)卡中，若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下，運(yùn)行西門子PLC編程軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP8編程軟件，打開智力搶答器的程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試[9]。最終如圖4-4所示。</p><p><b>　　圖5-1 搶答圖</b></p><p><b>　　圖5-2 倒計(jì)時(shí)圖<

110、;/b></p><p><b>　　第六章 總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過這幾個(gè)月的努力，在老師和同學(xué)的幫助下做完了這次PLC的課程設(shè)計(jì)工作.由于自己知識(shí)的缺乏及能力的有限，仍沒有能夠做出出滿意的設(shè)計(jì)。但是通過這次的課程設(shè)計(jì)，我能運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)解決我在設(shè)計(jì)中遇到的問題，使自己的動(dòng)手能力和思考問題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

111、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(shí)的儲(chǔ)備量也有所增加。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(duì)于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)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

112、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(shí)掌握的很不牢固，所掌握的計(jì)算機(jī)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(huì)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！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 蔣圣平、 顏景龍、 裴煥斗等。