畢業(yè)論文范文——用順序功能圖法實現(xiàn)四路搶答器的PLC控制

1、摘要隨著科技技術的不斷發(fā)展，促使人們學習科學、技術、知識的手段多種多樣。搶答器作為 一種工具，已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制 作復雜，要么可靠性低，減少興致。做為一個單位若專購一臺搶答器雖然在經(jīng)濟上可以承受， 但每年使用的次數(shù)極少，往往因長期存放使搶答器損壞，再購置的麻煩和及時性會影響活動的 開展，因此設計了本搶答器。順序功能圖法是plc程序設計的一種重要方法。木文采用該方法，利用fx-30mr型plc, 成功設計了四路搶答器，并詳細描述了設計方案，給出了外部接線圖及梯形圖程序。關鍵詞：順序功能圖；搶答器；三菱fxos-30mr型plc；工作流程圖；梯

2、形圖程序第一章概述1. 1三菱plc的主要特點結構靈活不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡，同時可以靈活擴展接入端口數(shù)量，使資源保持較高 的利用率，在移動性方面可與wlan媲美。傳輸質量高、速度快、帶寬穩(wěn)定可以很平順的在線觀賞dvd影片，它所提供的14mbps帶寬可以為很多應用平臺提供保證。 最新的電力線標準homeplug av傳輸速度己經(jīng)達到了 200mbps；為了確保qos, homeplug av 釆用了時分多路訪問(tdma)與帶有沖突檢測機能多路訪問(csma)協(xié)議，兩者結合，能夠 很好地傳輸流媒體。范圍廣范無所不在的電力線網(wǎng)絡也是這種技術的優(yōu)勢。雖然無線網(wǎng)絡可以做到不破墻，但對于高層

3、建 筑來說，其必需布設n多個ap才能滿足需求，而且同樣不能避面信號盲區(qū)的存在。而電力線 是最基礎的網(wǎng)絡，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡無法比擬的。由此，運營商就可以輕松地把 這種網(wǎng)絡接入服務滲透到每一處有電力線的地方。這一技術一旦全面進入商業(yè)化階段，將給互 聯(lián)網(wǎng)普及帶來極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻 道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。低成本充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡基礎設施，無需任何布線，節(jié)約了資源。無需挖溝和穿墻打 洞，避免了對建筑物、公用設施、家庭裝潢的破壞，同時也節(jié)省了人力。相對傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術, plc成本更低，工期短，可擴展性和可管理性更強。目前國

4、內已開通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其 包月使用費用一般為50-80元/月左右，這樣的價格和很多地方的adsl包月相持平。適用面廣plc作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術，提供寬帶網(wǎng)絡“最后一公里叩勺解決方案，廣泛 適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領域。它是利用電力線作為通信載體，使得plc 具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號，就立即可享受4.545mbps 的高速網(wǎng)絡接入，來瀏覽網(wǎng)頁、撥打電話，和觀看在線電影，從而實現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語音、視頻， 以及電力于一體的“四網(wǎng)合一"。1.2 plc工作原理當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)

5、行和輸岀刷新 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 度重復執(zhí)行上述三個階段。輸入采樣階段在輸入釆樣階段，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)屮 的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(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，1/0映象區(qū)中的相應單元的狀態(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。用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(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

6、一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后 下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈 在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者 確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。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 其他輸出點和軟設備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而口 排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結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

7、狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排 在其上而的程序起作用。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。輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照1/0映象區(qū)內對應 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這吋，才是plc的真 正輸出。1.3 plc的基本結構plc實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成 為：電源plc的電源在整個系統(tǒng)中

8、起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無 法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內,可以不釆取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去中央處理單元(cpu)中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程 器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定吋器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序 中的語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)， 并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令 的規(guī)定執(zhí)

9、行邏輯或算數(shù)運算的結果送入i/o映彖區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完 畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此 循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高plc的可靠性，近年來對大型plc還采用雙cpu構成兀余系統(tǒng)，或采用三 cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個cpu出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。輸入輸出接口電路 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是plc與現(xiàn)場控制的接口 界面的輸入通道。 現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請

10、求電路集成，作用plc通過現(xiàn) 場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊通信模塊如以太網(wǎng)、rs485、profibus-dp通訊模塊等1.4順序功能圖順序功能圖又成為狀態(tài)轉移圖，它是plc的一種編程語言，也是描述控制系統(tǒng)的控制過程、 功能和特性的一種圖形。它主要由狀態(tài)（步）、有向連線、轉換、轉換條件和動作（命令）組成。順序功能圖的主要特點是：新的狀態(tài)置位，前一狀態(tài)自動復位。因此，它特別適合設計plc 的順序控制程序。在編程時，狀態(tài)繼電器s是構成順序功能圖的基木元件。順序功能圖從結構上來分，可分為單流程結構、選擇性分支結構、并行分支結構、循環(huán)結 構和復合結構

11、五種。單流程結構它是最簡單的一種結構，這種結構沒有分支，每個狀態(tài)后只有一個狀態(tài)。狀態(tài)與狀態(tài)之間 只有一個轉換條件。選擇性分支狀態(tài)它的特點是：有多個分支，每個分支都有互不相同的轉換條件，每次只能執(zhí)行其中一個分 支，而其他分支被屏蔽。并行分支結構它的特點是：有多個分支，他們具有相同轉換條件，當轉換條件滿足時，多個分支同時執(zhí) 行。循環(huán)結構 循環(huán)結構用于一個順序過程的多次反復執(zhí)行。復合結構它是集單流程結構、選擇性分支結構、并行分支結構、循環(huán)結構于一體的結構。用于設計復 雜的plc順序控制程序。第二章?lián)尨鹌鞯目刂埔蠹坝布O置2. 1搶答器的介紹搶答器是一種典型的電氣控制產(chǎn)品，廣泛地應用在各種智力搶答競

12、賽中?，F(xiàn)在市面上的搶 答器種類繁多，功能各異，控制方式也不盡相同。其中，用plc控制的搶答器是一種比較常見 的控制方式。用plc控制搶答器，普遍釆用的是基木邏輯指令加互鎖的方式來實現(xiàn)的。本文提出了一種新方法一一順序功能圖法。和上述方法相比，編程更清晰、直觀，更易于 實現(xiàn)復雜的邏輯控制。下面以三菱fxos-30mr型plc控制四路搶答器為例，介紹一下順序功能圖法的實際應用。2. 2控制要求設計一個有四組參賽組的搶答器，主持人通過控制臺的按鈕控制比賽的進行。為了方便觀 眾了解比賽情況，搶答器應設置必要的顯示。搶答器的功能如下：比賽開始z前，主持人要按一次復位按鈕，是所有參賽組的顯示均滅；比賽開始后

13、，主持人要按一次開始按鈕，當開始燈（綠燈）亮之后才允許參賽組搶答；比賽開始后，如果參賽組在開始燈（綠燈）亮之前按下按鈕開始搶答，則視為搶答犯規(guī)。 此時蜂鳴器響并延時1秒，紅燈亮，同時數(shù)碼管顯示參賽組的序號；比賽開始后，如果參賽組在開始燈（綠燈）亮之后按下按鈕進行搶答，數(shù)碼管顯示先搶 到的參賽組的序號，然后主持人請此參賽組回答問題；為了控制比賽時間，回答問題必須在20秒內完成，超時按錯位論處。當時間進行到11 秒時，綠燈開始閃亮，同時數(shù)碼管進行倒計時，提醒搶答者快沒時間了；當時間進行到20秒時, 紅燈亮，蜂鳴器響并延時1秒，提示搶答者回答“錯誤”。答對一次加十分，答錯一題或違規(guī)一次扣十分，按積分

14、的多少論勝負。2. 3硬件設計（l）plc選型功能適當由于搶答器是屈于小型單機且僅需要開關量控制的普通設備，因此，一般的微型plc即可 滿足其功能要求。i/o點數(shù)輸入端：主持人需要開始和復位按鈕，四個參賽組需要四個搶答按鈕，因此，plc至少應 該有6個輸入點。輸岀端：采用一個共陰極的七段數(shù)碼管顯示參賽組的序號，七段數(shù)碼管直接由plc輸出端 驅動，占7個輸出點；再加上一個綠燈、一個紅燈、一個蜂鳴器共三個負載，因此，plc至少 應該有10個輸出。由于其輸入/輸出信號無需特殊處理，對程序存儲器容量沒有特殊要求，plc的響應時間遠 小于輸入信號的周期，不影響輸入信號的可靠接受，再考慮到未來的功能擴展，

15、因此，選用三 菱fxos-30mr型plc來控制搶答器。（2）fx30mr型plc簡介fxos系列是適應于極小模塊，廣泛用途的卡片尺寸的超小型plc。特別是直流電流與交 流電源型相比，體積乂進一步細少了一半，即使在以往安裝困難空間，也可以從容地安裝。同 時，程序存儲釆用eeprom,作為不需要維護的程序裝置，不但在fa機器上，而且在所有場 合都廣被使用。品種豐富，可只有選擇而且體積雖小卻具有令人心安的高性能，編程方法簡單，由于將程 序、參數(shù)、數(shù)據(jù)存儲器等納入內附的eepr0m中，故不用備用電源即可保存。在安裝后，不必進 行維護，也可放心使用。與其他的fx系列plc可共用外部設備。更有充實的內置

16、功能 運行/停止動作的方便run/st0p開關 內部附有模擬定時器，即使不熟悉程序裝置，也能順利進行計時器的調整。便利功能關鍵字登記以防止對程序進行讀寫 恒量掃描可以消除輸出處理的混亂高速處理脈沖接受器可捕捉75us的短脈沖高速計數(shù)器有1相7khz4點2相2khzl點 輸入中斷不用擔心運算滯后影響機械控制特殊指令 除簡單的程序指令外，還可具備有特殊功能的應用指令。 脈沖序列輸出（plsy）根據(jù)編程可直接控制步進電機或伺服電機用的驅動。 脈沖寬度調制（pwm指令）可改變脈沖寬度，進行溫度控制或照明燈的調光控制。與其他的fx系列plc可共用外部設備plc的i/o地址的分配及外部接線圖2-1 plc

17、的i/o地址的分配表名稱代號輸入點編號輸出點編丐代號名稱開始搶答按鈕sb1xiy0ha蜂鳴器第一組搶答器開關sb2x2y1l1七段數(shù)碼管a段第二組搶答器開關sb3x3y2l2七段數(shù)碼管b段第三組搶答器開關sb4x4y3l3七段數(shù)碼管c段第四組搶答器開關sb5x5y4l4七段數(shù)碼管d段復位按鈕sb6x6y5l5七段數(shù)碼管e段y6l6七段數(shù)碼管f段y7l7七段數(shù)碼管g段y10l8綠燈y1il9紅燈sbo 一yfiy() “tsb2d"$b3 匕-au"xtx2x3plcj jtt 莎y3-ccsb4"xtx5jfy5yfit<麗07ty10yilwrorlr圖2

18、-1plc的外部接線圖a七 段 數(shù)管h(definr4r5第三章?lián)尨鹌鞯目刂栖浖O置3. 1軟件設計工作流程圖根據(jù)控制要求，繪制搶答器的工作流程圖圖3-1工作流程圖程序設計設計方案根據(jù)搶答器的控制要求和工作流程圖，可知搶答器的特點是：顯示先搶答者的信息，同時屏蔽后搶答者；屈丁順序步進控制。因此，應該選用選擇性分支結構復合循環(huán)結構的順序功能圖來編程。七段數(shù)碼管顯示程序設計a ”則輸出y2、y3；“2”則輸出y1、y2、y4、y5、y7；“3”則輸出y、y2、y3、y4、y7；“4"則輸出y2、y3、y6、y7；“5”則輸出y1、y3、y4、y6、y7；“6”則輸出y3、y4、y5、y6

19、、y7；“7”則輸出y1、y2、y3；“8”則輸出yky2、y3、y4、y5、y6、y7；“9”則輸出y1、y2、y3、y4、y6、y7；顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示顯示梯形圖7121722sos20mlm5s21m2m5s21m3m5s21m4m5s21s21m5m5nm5m2um4flm3m3m3nm4m3m402kioc yooo j<t1k110jc youc y010c y005 c y006 c y001 (y004 < y003 < y007 100 |stl111113m8013卄t4卄<t4k10c y001 c y002 y003 t y004

20、f y005 j1 y008 1 y007 f y010 set s24y003 yo1o y003 yoo4 y005 y006 y007 yo1o y002 yoo1 -s30197 1stl 203205208 |stl c y002c y003c y010set s31219221x006222 | 卜zrst mlm5 zrst s20s31set so “同名線圈重復輸出”的問題在用戶程序中，同一編程元件的線圈使用的兩次或多次，成為“同名線圈重復輸出”。一半 而言，“同名線圈重復輸出”后輸出的線圈狀態(tài)會覆蓋前面輸出的“同名線圈”的狀態(tài)，從而導 致控制邏輯出錯。木文中的順序功能有多處出現(xiàn)了 “同名線圈重復輸出”。但由于在順序功能圖中，不存在并 行分支結構，所有，在同一時刻，只能有一個狀態(tài)繼電器為on。因為只有當某一個狀態(tài)繼電器 為on時，plc才執(zhí)行它控制的程序。因此，不會導致控制邏輯出錯。結束語搶答器是一種典型的電氣控制產(chǎn)品，廣泛地應用在各種智力搶答競賽中?，F(xiàn)在市面上的搶 答器種類繁多，功能各界，控制方式也不盡相同。其中，用plc控制的搶答器是一種比較常見 的控制方式。用plc控制搶答器，普遍采用的是基本邏輯指令加互鎖的方式來實現(xiàn)的。本文提出了一種新方法一一順序功能圖法。和上述方法相比，編程更清晰、直觀，更易于 實現(xiàn)復雜的邏輯控制。從軟硬件兩