知識競賽搶答器PlC設(shè)計

1、知識競賽搶答器PlC設(shè)計摘 要隨著我國經(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，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、公正性的知識競賽搶答器成為一種需求。 本設(shè)計將以PLC為核心設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及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

2、搶答方案，從而使得競賽不斷完善其公平、公正性。 關(guān)鍵詞：PLC；知識競賽搶答器；七段數(shù)碼器；IO分配AbstractWith 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 and various intelligence contest etc, resulting in various responde

3、r. 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 circuit is complex, but the function is simple. especially when there are many responders, it is more difficult to achieve. Therefore, a responder t

4、o reflect a kind of openness, fairness and impartiality of the knowledge competition is a kind of demand occupations. The core of this design is based on PLC ,it is composed of system structure diagram, procedures, ladder-diagram and the allocation of input and output terminals,the design not only r

5、etains the basic function of the the original responder but increases a series of practical function and simplifies the circuit structure, it 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, makin

6、g the competition fair and justice. Key words：PLC; The knowledge competition responder;7 digital device;IO distribution目錄發(fā)展背景1.3 可編程控制器概論.2 1.3.1 PLC的簡介 . 1.3.2 PLC的用途 .3 1.3.3 PLC的特點(diǎn) .4 1.3.4 PLC的分類 .5 2 整體方案的選擇.7 2.1 整體功能介紹.7 2.2 競賽搶答器的控制要求.7 2.3 用單片機(jī)和PLC分別做系統(tǒng)的比較 .8 3 硬件電路設(shè)計.10 3.1 控制特點(diǎn)分析.10 3.2 P

7、LC機(jī)型的選擇步驟與原則 .10 3.3 流程圖.12 3.4 PLC與七段LED顯示器連接設(shè)計 .12 3.4.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性 .12 3.4.2 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇 .13 3.4.3 PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計算 .14 3.4.4 外部硬件接線圖.14 4 軟件設(shè)計.16 4.1 IO分配 .16 4.2 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計.17 4.3 源程序.21 4.4程序運(yùn)行過程分析說明.22 4.4 程序的下載、安裝和調(diào)試.24 5 總 結(jié).25 致 謝. .26 參考文獻(xiàn).當(dāng)今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，那么也

8、就必然離不開搶答器。而現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場。本搶答器通過十分巧妙的設(shè)計僅用兩塊數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時間極短、結(jié)構(gòu)清晰，成本低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且還有防作弊功能。因此，我們制作了這款簡易八路搶答器屏棄了成本高，體積大，而且操作復(fù)雜。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結(jié)果，并自動復(fù)位的設(shè)計思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不需要人干預(yù)的特點(diǎn)。而且在顯示時搶答器會發(fā)出叮咚聲使效果更為生動。工廠、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競

9、賽,搶答記分器是必要設(shè)備可編程控制器概論可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(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。可編程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(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，計數(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）

10、，簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC45PLC的簡介儲器，可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(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。PLC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。LC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲器，可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(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

11、制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC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。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，計算機(jī)幫助設(shè)計與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。PLC的用途目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。

12、如注塑 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3、運(yùn)動控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等

13、場合。 4、過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能

14、裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6、通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便PLC的特點(diǎn)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時

15、間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完

16、善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的 功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容

17、易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。PLC的分類a、按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)是否有專用的LD指令處理器分為硬PLC和軟PLC兩類。硬PLC：大多數(shù)傳統(tǒng)PLC廠商的中大型PLC都是硬PLC，如西門子的S7-300、400，AB的SLC5、SLC500、Cont

18、rolLogix，三菱的A系列、Q系列，施耐德的quantum系列，包括德維森公司的PPC11和V80都是屬于這一類。軟PLC：相當(dāng)多的小型PLC為了降低成本而使用這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)然隨著CPU的速度的提升，現(xiàn)在也有很多中大型的PLC也使用這種結(jié)構(gòu)，PAC就是屬于這一類。德維森公司的PPC22和PPC31也是屬于這一類產(chǎn)品。當(dāng)然軟PLC還可以分為編譯型和解釋型，另外KW還有編譯與解釋的混合型，一般來說硬PLC比編譯型的速度快20倍，編譯型的速度比解釋型的快20倍。一般來說硬PLC在同樣的速度情況下，可靠性更高一些，同時其在運(yùn)控、通信、特殊IO信號處理方面也有著軟PLC不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，這些具體的技術(shù)如

19、果大家以后深入的研究會有一些認(rèn)識。b、從點(diǎn)數(shù)的大小分類，按ARC組織的分類方法實(shí)際上目前有些廠商的大型PLC點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到數(shù)萬點(diǎn)或者數(shù)十萬點(diǎn)，當(dāng)然這么大的點(diǎn)數(shù)并不一定是好的選擇，基于網(wǎng)絡(luò)的小型控制器分布式控制是未來大型控制器的方向，比方說我們在一些造紙廠和鋼鐵廠的項目就是這樣的一個控制方案。德維森的V80包括了微型和小型PLC，PPC系列包括了中型和大型PLC范圍。c、按模塊的安裝方式分為背板式或者是模塊式，一般中大型的還都是背板式，而小型PLC多是模塊式。德維森的PPC系列中型PLC均是背板式結(jié)構(gòu)，而V80是模塊式結(jié)構(gòu)。2整體方案的選擇2.1整體功能介紹知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，

20、跟對手比反應(yīng)時間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術(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。目前，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應(yīng)用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位，它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進(jìn)行知識競賽搶答器設(shè)計，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2.1競賽搶答器的控制要求 知識競賽搶答器能使4個隊同時參加搶答。 設(shè)裁判隊為裁判臺，參賽對為參賽臺。裁判臺設(shè)有音響和裁判燈，并且設(shè)有裁判臺開始按鈕SB0和裁判臺復(fù)位按鈕SB5；參賽臺設(shè)有參賽臺搶答按鈕以及參賽臺燈。1

21、-4號參賽臺分別對應(yīng)按鈕SB1-SB4及參賽臺燈EL1-EL4。 知識競賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊搶答必須在裁判說出“開始”并按下裁判臺的開始按鈕SB0后15S內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時間。如提前搶答，搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號。15S時間到，如無隊搶答，則搶答器給出時間已到信號，該題作廢。在有隊搶答的情況下，則搶答器發(fā)出“搶答”信號，數(shù)碼管開始計時，并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參考隊號，搶到題的隊必須在30S內(nèi)答完題，如30S內(nèi)未答完，則作超時處理。 燈光與音響信號的意義如下：（見圖2-1 結(jié)構(gòu)流程圖） 音響叫（響1S）+某臺燈亮，由某參賽隊正常搶答。 音響叫（響1S）+某臺燈亮+總臺燈

22、亮，某參賽隊違規(guī)。 音響叫（響1S）+裁判臺燈亮，無人搶答或答題超時。 在某個題結(jié)束后，裁判員按下臺上的復(fù)位按鈕SB5，搶答器恢復(fù)原來的狀態(tài)，為下一輪搶答作好準(zhǔn)備。 各輸出端口統(tǒng)一采用直流24V電源。畫結(jié)構(gòu)流程圖.3 用單片機(jī)和PLC分別做系統(tǒng)的比較所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機(jī)CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計電路板，最終設(shè)計成一臺簡易的計算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用已逐步被PLC所代替。 單片機(jī)的可靠性：由于目前國內(nèi)市場上的單片機(jī)芯片的品質(zhì)

23、良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過篩選配對等技術(shù)處理，因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數(shù)偏離設(shè)計要求都會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機(jī)的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機(jī)的變頻調(diào)速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定1112。 單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計的，所以要增加一個功能就要重新設(shè)計線路，而且對應(yīng)的程序都要重新設(shè)計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加11。 單

24、片機(jī)的可維護(hù)性：一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統(tǒng)，這樣維修成本增加了12。 操作：現(xiàn)在國內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)計的鍵盤，設(shè)定數(shù)據(jù)用撥碼開關(guān)，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設(shè)計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長?？傊?，這樣的人機(jī)對話不夠友善。 特點(diǎn)：不可靠，價格便宜。 可編程控制器（PLC）： 所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，

25、在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達(dá)到所設(shè)計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛10。 PLC的可靠性：進(jìn)口PLC采用的CPU都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴(yán)格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗而特別設(shè)計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。 PLC的可擴(kuò)展性： 要增加一個功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對應(yīng)的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。 PLC的可維護(hù)性：PLC本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人

26、員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單。 操作：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。特點(diǎn)：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。 綜合以上的分析和比較，最終決定采用PLC。3硬件電路設(shè)計3.1控制特點(diǎn)分析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

27、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輸入信號（即六個按鈕），九個輸出信號（即五個臺燈信號、一個音響信號、三個數(shù)碼管輸出信號）。由上可知PLC共有六個輸入點(diǎn)，九個輸出點(diǎn)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖3-1所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：3.2 PLC機(jī)型的選擇步驟與原則 壹)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)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量

28、、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。PLC機(jī)型的選擇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，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點(diǎn)：(一)合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個IO點(diǎn)的平均價格比模塊式的便宜，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IO點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、IO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)。(二)安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程IO式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分

29、布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程IO硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程IO式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程IO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IO電源；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。(三)相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。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AD和DA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。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

30、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。(四)響應(yīng)速度要求PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，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，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速IO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。(五)系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。(六)機(jī)型盡量統(tǒng)一一個企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方

31、面問題：)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。)機(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。)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，配上位計算機(jī)后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)(貳)PLC的容量包括IO點(diǎn)數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。(一)IO點(diǎn)數(shù)的選擇PLC平均的IO點(diǎn)的價格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的IO點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的IO點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。通常IO點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實(shí)際需要，再加上1015的裕量來確定。(二)存儲容量的選擇用戶程序所需的存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)

32、，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時，其程序量可能相差25之多，所以對于初學(xué)者應(yīng)該在存儲容量估算時多留裕量。PLC的IO點(diǎn)數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在IO點(diǎn)數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式估算存儲容量后，再加2030的裕量。存儲容量（字節(jié)）開關(guān)量IO點(diǎn)數(shù)10模擬量IO通道數(shù)100另外，在存儲容量選擇的同時，注意對存儲器的類型的選擇。(叁)一般IO模塊的價格占PLC價格的一半以上。PLC的IO模塊有開關(guān)量IO模塊、模擬量IO模塊及各種特殊功能模塊等。不同的IO模塊，其電路及功能也不同，直接影響PLC的應(yīng)用范圍和價格，

33、應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要加以選擇。（一）開關(guān)量IO模塊的選擇1.開關(guān)量輸入模塊的選擇開關(guān)量輸入模塊是用來接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的開關(guān)信號，將信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部接受的低電壓信號，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)、外信號的電氣隔離。選擇時主要應(yīng)考慮以下幾個方面：1）輸入信號的類型及電壓等級開關(guān)量輸入模塊有直流輸入、交流輸入和交流直流輸入三種類型。選擇時主要根據(jù)現(xiàn)場輸入信號和周圍環(huán)境因素等。直流輸入模塊的延遲時間較短，還可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入設(shè)備連接；交流輸入模塊可靠性好，適合于有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。開關(guān)量輸入模塊的輸入信號的電壓等級有：直流5、12、24、48、60等；交流110、220等。選擇時主要根

34、據(jù)現(xiàn)場輸入設(shè)備與輸入模塊之間的距離來考慮。一般5、12、24用于傳輸距離較近場合，如5輸入模塊最遠(yuǎn)不得超過米。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選用輸入電壓等級較高的模塊。2）輸入接線方式開關(guān)量輸入模塊主要有匯點(diǎn)式和分組式兩種接線方式，開關(guān)量輸入模塊的接線方式a)匯點(diǎn)式輸入b)分組式輸入?yún)R點(diǎn)式的開關(guān)量輸入模塊所有輸入點(diǎn)共用一個公共端（COM）；而分組式的開關(guān)量輸入模塊是將輸入點(diǎn)分成若干組，每一組（幾個輸入點(diǎn)）有一個公共端，各組之間是分隔的。分組式的開關(guān)量輸入模塊價格較匯點(diǎn)式的高，如果輸入信號之間不需要分隔，一般選用匯點(diǎn)式的。3）注意同時接通的輸入點(diǎn)數(shù)量對于選用高密度的輸入模塊(如32點(diǎn)、48點(diǎn)等)，應(yīng)考慮該模塊同時

35、接通的點(diǎn)數(shù)一般不要超過輸入點(diǎn)數(shù)的60。4）輸入門檻電平為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮輸入門檻電平的大小。門檻電平越高，抗干擾能力越強(qiáng)，傳輸距離也越遠(yuǎn)，具體可參閱PLC說明書。2.開關(guān)量輸出模塊的選擇開關(guān)量輸出模塊是將PLC內(nèi)部低電壓信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動外部輸出設(shè)備的開關(guān)信號，并實(shí)現(xiàn)PLC內(nèi)外信號的電氣隔離。選擇時主要應(yīng)考慮以下幾個方面：1）輸出方式開關(guān)量輸出模塊有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種方式。繼電器輸出的價格便宜，既可以用于驅(qū)動交流負(fù)載，又可用于直流負(fù)載，而且適用的電壓大小范圍較寬、導(dǎo)通壓降小，同時承受瞬時過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但其屬于有觸點(diǎn)元件，動作速度較慢（驅(qū)動感性負(fù)載時，觸點(diǎn)

36、動作頻率不得超過1HZ）、壽命較短、可靠性較差，只能適用于不頻繁通斷的場合。對于頻繁通斷的負(fù)載，應(yīng)該選用晶閘管輸出或晶體管輸出，它們屬于無觸點(diǎn)元件。但晶閘管輸出只能用于交流負(fù)載，而晶體管輸出只能用于直流負(fù)載。2）輸出接線方式開關(guān)量輸出模塊主要有分組式和分隔式兩種接線方式,開關(guān)量輸出模塊的接線方式a)分組式輸出b)分隔式輸出分組式輸出是幾個輸出點(diǎn)為一組，一組有一個公共端，各組之間是分隔的，可分別用于驅(qū)動不同電源的外部輸出設(shè)備；分隔式輸出是每一個輸出點(diǎn)就有一個公共端，各輸出點(diǎn)之間相互隔離。選擇時主要根據(jù)PLC輸出設(shè)備的電源類型和電壓等級的多少而定。一般整體式PLC既有分組式輸出，也有分隔式輸出。3

37、）驅(qū)動能力開關(guān)量輸出模塊的輸出電流(驅(qū)動能力)必須大于PLC外接輸出設(shè)備的額定電流。用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際輸出設(shè)備的電流大小來選擇輸出模塊的輸出電流。如果實(shí)際輸出設(shè)備的電流較大，輸出模塊無法直接驅(qū)動，可增加中間放大環(huán)節(jié)。4）注意同時接通的輸出點(diǎn)數(shù)量選擇開關(guān)量輸出模塊時，還應(yīng)考慮能同時接通的輸出點(diǎn)數(shù)量。同時接通輸出設(shè)備的累計電流值必須小于公共端所允許通過的電流值，如一個220V2A的點(diǎn)輸出模塊，每個輸出點(diǎn)可承受2A的電流，但輸出公共端允許通過的電流并不是16A(82A)，通常要比此值小得多。一般來講，同時接通的點(diǎn)數(shù)不要超出同一公共端輸出點(diǎn)數(shù)的60。5)輸出的最大電流與負(fù)載類型、環(huán)境溫度等因素有關(guān)開關(guān)量輸

38、出模塊的技術(shù)指標(biāo)，它與不同的負(fù)載類型密切相關(guān)，特別是輸出的最大電流。另外，晶閘管的最大輸出電流隨環(huán)境溫度升高會降低，在實(shí)際使用中也應(yīng)注意。（二）模擬量IO模塊的選擇模擬量IO模塊的主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并與PLC內(nèi)部總線相連，同時為了安全也有電氣隔離功能。模擬量輸入（AD）模塊是將現(xiàn)場由傳感器檢測而產(chǎn)生的連續(xù)的模擬量信號轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部可接受的數(shù)字量；模擬量輸出(DA)模塊是將PLC內(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號輸出。典型模擬量IO模塊的量程為-10V+10V、0+10V、420mA等，可根據(jù)實(shí)際需要選用，同時還應(yīng)考慮其分辨率和轉(zhuǎn)換精度等因素。一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接

39、接收低電平信號（如RTD、熱電偶等信號）。(三)特殊功能模塊的選擇目前，PLC制造廠家相繼推出了一些具有特殊功能的IO模塊，有的還推出了自帶CPU的智能型IO模塊，如高速計數(shù)器、凸輪模擬器、位置控制模塊、PID控制模塊、通信模塊等。.3.3流程圖當(dāng)裁判按下開始按鈕時，四個參賽對處于搶答狀態(tài)，假如是一號參賽隊先搶到題目，PLC先判斷搶答是否成功，若成功，則進(jìn)行下一部看是否在規(guī)定的搶答時間內(nèi)答題，若在規(guī)定時間內(nèi)，則答題結(jié)束；若超時，則提示主持人；如果搶答沒有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若法規(guī)，某法規(guī)臺燈亮，總臺燈亮出指令。3.4 PLC與七段LED顯示器連接設(shè)計3.4.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特

40、性（1）LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)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)光二極管就能顯示從09的系列數(shù)字。同熒光數(shù)碼管、輝光數(shù)碼管(NRT)相比它具有：體積小、功耗低、耐震動、壽命長、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時間短，能與TTL,CMOS電路兼容等的數(shù)顯器件。常見LED數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)常見LED數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1(b)屬于共陽極結(jié)構(gòu)，圖1(c)采用共陰極結(jié)構(gòu)。+、一分別表示公共陽極和公共陰極。ag是7個筆段電極

41、，DP為小數(shù)點(diǎn)。另有一種字高為7.6mm的超小型LED數(shù)碼管，管腳從左右兩排引出，小數(shù)點(diǎn)則是獨(dú)立的。（2）LED數(shù)碼管的主要特性3.1 發(fā)光效率高并有極大的提升空間 單色光效已經(jīng)達(dá)到/左右，與目前光效最高的鈉燈、金鹵燈相當(dāng)。目前白光光效雖然只有/，但已經(jīng)超越白熾燈、鹵鎢燈光效，接近日光燈光效。專家預(yù)測，在照明領(lǐng)域最有應(yīng)用前景的白光的發(fā)光效率，還有極大的提升空間。將會在照明光源領(lǐng)域掀起一場革命。 3.2 響應(yīng)時間短 白熾燈的響應(yīng)時間以毫秒計，的響應(yīng)時間則以納秒計。這一特性使得作為整體裝飾照明的能在瞬間一致改變顏色，達(dá)到夢幻效果。 3.3 省電節(jié)能 電源電壓直流，單管功率，電流。在同樣照明效果下，

42、耗電量是白熾燈的/、熒光燈的/。如利用更換現(xiàn)有白熾燈和熒光燈，會獲得十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在光效進(jìn)一步提高后，節(jié)能效果會更加顯著。 3.4 使用壽命長 體積小、反應(yīng)速度快、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，堅固耐用，平均壽命萬小時，可以使用年。易于隱蔽安裝，同時維護(hù)量小，維護(hù)費(fèi)用低。3.5 應(yīng)用靈活 可以作成點(diǎn)、線、面等各種形式的發(fā)光產(chǎn)品。 3.6 光束具有方向性 每只燈管的光束都可以控制，具有一定的方向性。無眩光且光線柔和，內(nèi)置微處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式。 3.7 顏色可變的光色可以隨電流大小而改變?？梢苑奖愕赝ㄟ^化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠、藍(lán)、橙、紫等多色發(fā)光。

43、這個特性在裝飾照明中非常實(shí)用。 3.8 安全可靠無污染工作電壓低，使用安全，尤其適用于公共場所。因為其屬于冷光源，工作時發(fā)熱量低，無紅外和紫外輻射。無汞、鈉等危害人身健康的金屬元素，是一種真正的綠色照明光源。3.4.2 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇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作為面向控制對象的下位機(jī)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。但對于一般的中小型的專用設(shè)備，采用工業(yè)控制計算機(jī)作為上位機(jī)會使成本大大提高，同時不便于在操作現(xiàn)場直接讀取或輸入數(shù)據(jù).在顯示數(shù)據(jù)較少時，采用PLC 控制

44、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，PLC 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，會使得所需PLC 輸出點(diǎn)數(shù)大大增加，同時由于PLC 梯形圖的局限性，會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)行時間，從而大大地降低了顯示速度。 在應(yīng)用可編程序控制器(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，對一些參數(shù)進(jìn)行動態(tài)實(shí)時顯示，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

45、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)時要占用13 個輸出點(diǎn)，若要求輸出顯示5 位數(shù)時，需選用8位方式，占用13個輸出點(diǎn)。PLC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。 PLC 驅(qū)動的顯示電路配合PLC 程序，可以實(shí)現(xiàn)如下的指標(biāo)的數(shù)據(jù)顯示7: 在僅占用PLC16點(diǎn)輸出的情況下，顯示的LED可多達(dá)128 個。 所有的顯示單元的電路結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換。 所有的顯示單元與PLC之間的連線完全相同，硬件連線簡單。 采用靜態(tài)顯示方式，顯示沒有閃爍感。 每一位LED數(shù)據(jù)更新顯示僅需2個PLC 掃描周期。 在沒有新數(shù)據(jù)顯示時，程序進(jìn)行循環(huán)顯

46、示，使顯示電路的抗干擾能力增強(qiáng)。 由上述可知，結(jié)合本次設(shè)計，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)計成本3.4.3 PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計算根據(jù)LED數(shù)碼管每筆畫工作電流I在510 mA 之間，若電流過大會損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計算8 R=（V0-V1）/I 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）。 本次設(shè)計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計算可得R=1K。本次設(shè)計共用到了三個數(shù)碼管，所以須要21個1K的R，以及5個EL燈和一個音

47、響。3.4.4 外部硬件接線圖為了硬件電路接線方便，SB0作為搶答的開始按鈕，對應(yīng)輸入點(diǎn)為X0，輸出點(diǎn)為Y0。SB1、SB2、SB3、SB4分別對應(yīng)四個參賽對號，輸入點(diǎn)分別X1、X2、X3、X4，輸出點(diǎn)分別為Y1、Y2、Y3、Y4。SB5作為搶答的復(fù)位按鈕，對應(yīng)輸入點(diǎn)為X5。音響輸出點(diǎn)為Y5。數(shù)碼管1顯示輸出點(diǎn)為Y10-Y16。數(shù)碼管2顯示輸出點(diǎn)為Y20-Y26。數(shù)碼管3顯示輸出點(diǎn)為Y30-Y36。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3-15所示。外部硬件接線圖。 （圖6系統(tǒng)硬件接4 軟件設(shè)計4.1 IO分配知識競賽搶答器輸入輸出分配表為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀，

48、用SB0作為，四個參賽隊分別用與之對應(yīng)號SB1、SB2、SB3、SB4設(shè)置按鈕。SB5為比賽復(fù)位按鈕，使下輪比賽開始。輸出與輸入對應(yīng)，用YO輸出信號驅(qū)動比賽開始信號燈EL0，同理用Y1、Y2、Y3、Y4輸出信號驅(qū)動對應(yīng)的信號燈EL1、EL2、EL3、EL4。Y5輸出信號驅(qū)動音響。Y10-Y16輸出信號驅(qū)動數(shù)碼管1顯示各個參賽隊的隊號。Y20-Y26輸出信號驅(qū)動數(shù)碼管2，顯示搶答時間的個位，Y30-Y36輸出信號驅(qū)動數(shù)碼管3，顯示搶答時間的十位。4.2 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計5個圖4.3 源程序LD X0 OR M0 ANI M1 ANI X5 OUT M0 OUT T0 LD X1 ANI M1 OR Y1 ANI M1 OUT Y1 LD X2 ANI M1 OR Y2 ANI X5 OUT Y2 LD X3 ANI M1 OR Y3 ANI X5 OUT Y3