PLC課程設(shè)計智力搶答題

1、太原科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院課 程 設(shè) 計課程名稱： 可編程控制課設(shè)題目： 智力搶答題plc控制專業(yè)班次： 生產(chǎn)過程及其自動化姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 學(xué) 期： 2010-2011學(xué)年 第二學(xué)期日 期： 2011.06.08摘 要本次設(shè)計是利用plc（programmable logic controller）對智力搶答器進(jìn)行控制。plc智能搶答器有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、造價低、發(fā)展前景廣闊、功能強大等優(yōu)點。首先，選擇這個題目之后，我對本次設(shè)計進(jìn)行了全面的思考。使自己對本次設(shè)計有一個大致的總體思路，然后仔細(xì)分析智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作形式，分析后得出它主要需要四組

2、選手進(jìn)行參加比賽，以及在比賽過程中正確搶答、正確回答、回答超時、搶答限時及加減分功能等。搶答器在競賽中能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第1搶答者。通過搶答器的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示蜂鳴等手段指示出第1搶答者。如果對外部電路稍加修改，或者在系統(tǒng)程序中加入分支，可以把六路搶答器改為更多路的搶答器。如果去除系統(tǒng)中的互鎖和限時功能，可以把搶答器改為呼叫器，能夠用在醫(yī)院病房、賓館客房、寫字樓辦公室、工廠生產(chǎn)車間等多種地方。智力搶答器以其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、安全可靠、造價低等優(yōu)點，在賽場上是應(yīng)用比較實用的搶答器。在國內(nèi)市場占有絕對優(yōu)勢的市場份額并逐年成上升趨勢。搶答器廣泛用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)及學(xué)校，為競賽增

3、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。關(guān)鍵詞：智力搶答器， plc，自動控制第一章 智力搶答器的介紹11.1智力搶答器概述11.2智力搶答器工作原理1第二章plc概述22.1 plc的定義、組成及特點22.1.1 plc的定義22.1.2 plc的基本結(jié)構(gòu)22.1.3 plc的特點32.2 plc工作原理32.2.1循環(huán)掃描的特點：32.2.2 plc中的存儲器：42.3 plc的編程語言42.4 plc的分類及性能指標(biāo)42.4.1按i/o點數(shù)容量分類：42.4.2按結(jié)構(gòu)形式分：42.4.3 plc的性能指標(biāo)：5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1 控制系統(tǒng)選取63.2 控制系統(tǒng)的硬件

4、組成63.3 系統(tǒng)控制要求73.4 控制系統(tǒng)i/o分配表73.4.1智能搶答器plc控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.3所示：73.4.2智能搶答器plc控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.4所示83.5系統(tǒng)硬件連接圖94.1整體設(shè)計104.2 plc控制程序10第五章 模擬運行與調(diào)試程序175.1 程序的模擬運行17第六章 心得20參考文獻(xiàn)20第一章 智力搶答器的介紹1.1智力搶答器概述利用軟件進(jìn)行控制是其最顯著的特點，把軟件運用在搶答器中，實現(xiàn)了無誤差損耗、無變差等優(yōu)越的特點，在用軟件控制的過程中，能夠正確的對各種情況進(jìn)行控制，實現(xiàn)在正常的運用過程中，實現(xiàn)正確的搶答及正確的答題以及答題過程中需要處理的一些緊

5、急情況。智力搶答器在設(shè)計的過程中用一般的操作指令進(jìn)行程序控制，在處理程序的過程中把搶答的環(huán)節(jié)和答題的環(huán)節(jié)緊密但又密切的聯(lián)系在一起，用獨立的輸出進(jìn)行控制。其產(chǎn)品特點：1、 程序結(jié)構(gòu)簡單。2、 自動無差復(fù)位能力強，相互制約性強。3、 采用按鈕控制，有利于比賽的順利進(jìn)行。4 、計時計分系統(tǒng)靈活且準(zhǔn)確無誤。5、 程序運用過程中無噪音。6、 適用于各種搶答比賽場合。1.2智力搶答器工作原理我用供三組選手搶答用的智能搶答器來說明器工作原理，在競賽主持人處有五個按鈕，分別為控制搶答的啟動開關(guān)、搶答按鈕、計時按鈕、加減分按鈕。競賽開始時，主持人接通啟動/停止開關(guān)，指示燈亮。當(dāng)主持人按下開關(guān)按鈕后，如果10s內(nèi)

6、無人搶答，賽場內(nèi)的音響發(fā)出持續(xù)1.5s的聲音，指示燈亮，表示搶答器自動撤銷此次搶答信號。當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，如果在10s內(nèi)有人搶答，則最先按下?lián)尨鹌靼粹o的信號有效，相應(yīng)搶答桌上的搶答燈亮，賽場的音響發(fā)出短促的音。當(dāng)主持人確定搶答有效后，按下答題計時按鈕，搶答桌上的搶答燈滅，計時開始，計時時間到（假設(shè)為1min），賽場的音響發(fā)出持續(xù)3s的長音，搶答桌上的搶答燈再次亮。如果搶答這在規(guī)定的時間內(nèi)正確答題，主持人或助手按下加分按鈕，為搶答者加分，同時強大桌上的指示燈快速閃爍3s。如果搶答者不能再規(guī)定的時間內(nèi)回答問題，主持人或助手按下減分按鈕，為搶答者減分。第二章plc概述2.1 plc的定義、

7、組成及特點2.1.1 plc的定義plc一直在快速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對其下一個十分確切的定義。1987年2月，國際電工委員會（iec）對可編程控制器（plc）的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計。2.1.2 plc的基本結(jié)構(gòu)plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，

8、如下圖2.1所示：圖2.1 plc硬件結(jié)構(gòu)2.1.3 plc的特點1、軟硬件功能強plc的功能非常強大，其內(nèi)部具備很多功能，如時序、計數(shù)器、主控繼電器、移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強制i/o等功能。plc不僅可進(jìn)行邏輯運算，算術(shù)運算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可實現(xiàn)模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印及報表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。2、使用維護(hù)方便plc不需要像用計算機控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。plc的輸入接口和輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場的設(shè)備相連的接口。3、運行穩(wěn)定可靠由于plc采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作有無觸點的半

9、導(dǎo)體電路來完成，同時還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無故障時間在2萬小時以上。4、組織靈活可編程控制器品種很多,小型plc為整體結(jié)構(gòu)，并外接i/o擴(kuò)展機箱構(gòu)成plc控制系統(tǒng)。中大型plc采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專有功能模塊（開關(guān)量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進(jìn)驅(qū)動模塊等）供選用和組合。2.2 plc工作原理2.2.1循環(huán)掃描的特點：1、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，cpu采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。2、掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可

10、控的。3、對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。4、各個電路和不同掃描階段會造成輸入和輸出延遲，這是plc的主要缺點。2.2.2 plc中的存儲器：plc中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數(shù)據(jù)存儲器。1、用戶程序存儲器用來存儲根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。2、用來存儲工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。3、系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據(jù)其選用的plc的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了plc的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。2.3 plc的編程語言plc是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計算機，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專用的語言。plc的編程語言

11、有多種，如梯形圖、語句表、功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是plc用戶程序的基礎(chǔ)元素。2.4 plc的分類及性能指標(biāo)2.4.1按i/o點數(shù)容量分類：1、小型機（i/o點數(shù)小于256點）典型的小型機有siemens公司的s7-200系列。2、中型機（i/o點數(shù)在2561024之間）典型的中型機有siemens公司的s7-300系列、omron公司的c200h系列。3、大型機（i/o點數(shù)在1024點以上）典型的大型plc有siemens公司的s7-400、omron公司的cvm1和cs1系

12、列。2.4.2按結(jié)構(gòu)形式分：根據(jù)plc結(jié)構(gòu)形式的不同，plc主要可分為整體式和模塊式兩類。1、整體式結(jié)構(gòu)微型和小型plc一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的s7-200。2、模塊式結(jié)構(gòu)目前大、中型plc都采用這種方式。如西門子的s7-300和s7-400系列。2.4.3 plc的性能指標(biāo)：1、i/o點數(shù)i/o點數(shù)，即plc面板上的i/o端子的個數(shù)。i/o點數(shù)越多，外部可以連接的i/o器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量plc性能的重要指標(biāo)之一。2、存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型plc的存儲容量變化范圍一般為2kb2mb。3、掃描速度掃描速度是指plc執(zhí)行

13、程序的快慢，是一個重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計算機控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度?？删幊炭刂破鞑捎醚h(huán)掃描的工作方式。4、指令系統(tǒng)它是衡量plc能力強弱的標(biāo)志，決定了plc的處理能力、控制能力的強弱。限定了計算機發(fā)揮運算功能、完成復(fù)雜控制的能力。5、通信功能通信有plc之間的通信和plc與計算機或其它設(shè)備之間的通信。主要涉及通信模塊、通信接口、通信協(xié)議、通信指令等。6、擴(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括i/o點數(shù)的擴(kuò)展（如圖3.1所示）和plc功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。7、特殊功能單元特殊功能單元種類多，也可以說plc的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)選取

14、搶答器使用時涉及到用電的安全及搶答過程中的性能，而且使用的環(huán)境一般是室內(nèi)，所以對設(shè)備的安全性和可靠性要求很高。從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點：1、可靠性高： 2、體積小： 3、通用性好：4、使用方便： s7-300系列的plc在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應(yīng)用。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程序易于掌握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴(kuò)展功能。3.2 控制系統(tǒng)的硬件組成智力搶答器組成單元簡單示意圖如圖3.2所示：圖3.2智力搶答器示意圖該圖3.2為智力搶答器示意圖，主要由指示器、按鈕、倒計時顯示器、分?jǐn)?shù)顯示器、搶答燈和音

15、響組成。其結(jié)構(gòu)包括主持人的按鈕（啟動開關(guān)、搶答開關(guān)、計時開關(guān)、加減分開關(guān)），顯示器組成的1min倒計時器，在每一次搶答的時候，各種情況下的音響、燈光發(fā)生器。3.3 系統(tǒng)控制要求1.競賽開始時，主持人接通啟動/停止開關(guān)(sa)，指示燈亮。2.當(dāng)主持人按下開關(guān)按鈕后(sb0)，如果10s內(nèi)無人搶答，賽場內(nèi)的音響（ha）發(fā)出持續(xù)1.5s的聲音，指示燈(hl2)亮，表示搶答器自動撤銷此次搶答信號。3.當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕(sb0)后，如果在10s內(nèi)有人搶答(按下?lián)尨鸢粹osb3，sb4或sb5)，則最先按下?lián)尨鹌靼粹o的信號有效，相應(yīng)搶答桌上的搶答燈(hl3，hl4或hl5)亮，賽場的音響發(fā)出短促的音

16、(0.2son;0.2soff;0.2son)。4.當(dāng)主持人確定搶答有效后，按下答題計時按鈕(sb6)，搶答桌上的搶答燈滅，計時開始，計時時間到（假設(shè)為1min），賽場的音響發(fā)出持續(xù)3s的長音，搶答桌上的搶答燈再次亮。5.如果搶答這在規(guī)定的時間內(nèi)正確答題，主持人或助手按下加分按鈕，為搶答者加分，同時強大桌上的指示燈快速閃爍3s（閃爍頻率為0.3son;0.3soff）。6.如果搶答者不能再規(guī)定的時間內(nèi)回答問題，主持人或助手按下減分按鈕，為搶答者減分。3.4 控制系統(tǒng)i/o分配表3.4.1智能搶答器plc控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.3所示：表3.3輸入信號對照表信號名稱外部元件內(nèi)部地址信號名稱外部

17、元件內(nèi)部地址啟動/停止開關(guān)sai0.7一號參賽者sb3i0.3搶答按鈕sb0i0.0二號參賽者sb4i0.4加分按鈕sb1i0.1三號參賽者sb5i0.5減分按鈕sb2i0.2計時按鈕sb6i0.63.4.2智能搶答器plc控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.4所示表3.4輸出信號對照表信號名稱內(nèi)部地址信號名稱內(nèi)部地址hl1q4.1haq4.7hl2q4.23組輸出得分mw10hl3q4.34組輸出得分mw12hl4q4.45組輸出得分mw14hl5q4.53.5系統(tǒng)硬件連接圖輸入、輸出端子電氣接線圖如下圖3.5所示。圖3.5控制系統(tǒng)外部i/o接線圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1整體設(shè)計根據(jù)基于plc智力聲光

18、智能搶答器的控制要求，應(yīng)用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。通過plc控制程序來實現(xiàn)整體的運行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口，一般的plc配置都可運行。該系統(tǒng)本著簡單易懂、可靠性強、適應(yīng)性強等方面進(jìn)行設(shè)計。在搶答時只需按動按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。安全、可靠、省時、省力、價格便宜?？刂栖浖?yīng)用siemens編程軟件，采用梯形圖語言編寫,工作系統(tǒng)自動控制流程框圖如圖4.1.所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對性設(shè)計，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整個系統(tǒng)的運行安全可靠。自動條件下，必須復(fù)位后在滿足自動條件下才能進(jìn)行自動運行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。整體設(shè)計工作系

19、統(tǒng)自動控制流程圖如圖4.1所示競賽開始接通開關(guān)（hl1亮）搶答開始sb0無人搶答，發(fā)出持續(xù)1.5s的聲音，指示燈hl2亮正確搶答，搶答燈亮，發(fā)出短促音回答正確加分，指示燈亮，響3s回答錯誤或超時減分倒計時1min,音響發(fā)出持續(xù)3s的長音，搶答燈再次亮，按下計時按鈕，搶答燈滅 圖4.1工作流程圖4.2 plc控制程序plc聲光智能搶答器的自動控制的程序如圖4.2所示。本程序簡潔易懂、便于修改、使用性強、條理性強，具體如下接通開關(guān)sa，指示燈hl1亮按下sb0后，10s內(nèi)無人搶答。倒計時10s到，發(fā)出持續(xù)1.5s的聲音，指示燈hl2亮倒計時10s到，發(fā)出持續(xù)1.5s的聲音，指示燈hl2亮10s內(nèi)有

20、人搶答，隨意接通一組 二組 三組，開始計時最先搶答有效，把結(jié)果放入m0.0搶答有效，賽場音響發(fā)出間斷的短促音第五章 模擬運行與調(diào)試程序5.1 程序的模擬運行將設(shè)計好的程序?qū)懭雙lc后，首先要做的就是仔細(xì)檢查程序，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，一般不用接plc實際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)。也可以根據(jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號。在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和plc中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求，下面5.15.3是程序運行調(diào)試中的幾個過程圖。開關(guān)圖無人搶答 有人搶答按計時按紐計時時間加分減分第六章