08機電一體化專業(yè)畢業(yè)VD005

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徐衛(wèi)東畢業(yè)論文（設(shè)計）

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濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

設(shè)計任務(wù)書

設(shè)計題目:

基于PLC八路搶答器的設(shè)計

設(shè)計要求:

1.搶答器可同時供八組選手參與比賽

2.主持人有三個控制按鈕，用來控制搶答開始、復位和答題計時的開始。3．每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù)碼管1就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提醒信號（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應(yīng)。選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)才能開始下一輪搶答。

4．違規(guī)搶答：若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管1顯示其編號，同時紅燈亮，音響電路發(fā)出聲響。

5．搶答限時：當主持人按下開始按鈕后，定時器T0開始計時（設(shè)定30S）。若30S時限到仍無人搶答，則黃燈亮、音響電路3發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。

6．答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計時時間（該時間設(shè)定為50S），選手必需在設(shè)定的時間內(nèi)完成答題。否則，音響電路發(fā)出答題超時報警信號

設(shè)計進度要求:

第一、二周：確定題目,查閱資料，根據(jù)要求分析搶答器的設(shè)計、工作原理。第三、四周：根據(jù)工作原理畫流程圖并編譯梯形圖，并進行硬件設(shè)計。第五、六周：對軟件設(shè)計，進行上機調(diào)試,找出問題,進行修改,并改進設(shè)計。第七、八周：撰寫論文,畢業(yè)辯論。

指導教師（簽名）

I

濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計

摘要

近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)的不斷更新，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛普及。對于搶答器其廣泛用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)、企事業(yè)工會組織、俱樂部及學校等單位組織舉辦各種知識、技術(shù)競賽及文娛活動時作搶答之用，為競賽增加了刺激性、消遣性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活，并且給人的視覺效果十分好，是各單位開展素質(zhì)教育、精神文明、消遣活動的必備產(chǎn)品。

本次設(shè)計是利用PLC（ProgrammableLogicController）對PLC控制的八路智力搶答器進行控制。首先，選擇這個題目之后，我對本次設(shè)計進行了全面的思考。使自己對本次設(shè)計有一個大致的總體思路，然后細心分析PLC控制的八路智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作過程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、報警、計時及輸出顯示功能等?？紤]到只是PLC控制的八路智力搶答器則輸出端口需要25個，輸入端口需要11個，由于PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用便利等優(yōu)點，因此，我決定選用SIMATICS7-200系列的CPU226和數(shù)字量擴展模塊EM223作為本次設(shè)計的PLC。具有便利靈活，維護使用便利等特點。

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3系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1控制系統(tǒng)選取

搶答器對時間間隔的要求很高，而且多在會議、辯論賽等一些正規(guī)的需要進行搶答的場合中使用，所以對設(shè)備的精準性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統(tǒng)進行了全面的分析對比?？删幊炭刂破鳎≒LC）是由工業(yè)微型計算機、輸入,輸出設(shè)備、保護及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點：

1、可靠性高：由于可編程控制器的輸入,輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。

2、體積?。河捎谠谥圃鞎r采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現(xiàn)了小型化。

3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性。

4、使用便利：對于不同的控制系統(tǒng)，當硬件結(jié)構(gòu)選定后，假使輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活便利?；诳删幊炭刂破鞯纳鲜鰞?yōu)點能夠適應(yīng)和滿足立體車庫高性能的使用要求，所以我確定該車庫控制系統(tǒng)為PLC(西門子S7-200系列)。

S7-200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、程序易于把握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴展功能。搶答器所使用的各種判斷信號均為數(shù)字量，所以用西門子S7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。

3.2控制系統(tǒng)的硬件組成

在搶答器的工作過程中，主控單元的主要控制對象首先是輸入信號，控制系統(tǒng)就是判別這個事件有沒有發(fā)生，不同的狀況給出不同的結(jié)果，讓大家都很快的明。

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其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示:

圖3.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3.3系統(tǒng)控制要求

1．搶答器可同時供八組選手參與比賽

2．給主持人設(shè)置三個控制按鈕，用來控制搶答的開始、復位和答題計時的開始。

3．每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù)碼管1就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提醒信號（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應(yīng)。選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)才能開始下一輪搶答。

4．違規(guī)搶答：若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管1顯示其編號，同時紅燈亮，音響電路發(fā)出聲響。

5．搶答限時：當主持人按下開始按鈕后，定時器T0開始計時（設(shè)定30S）。若30S時限到仍無人搶答，則黃燈亮、音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。

6.答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計時時間（該時間設(shè)定為50S），選手必需在設(shè)定的時間內(nèi)完成答題。

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否則，音響電路發(fā)出答題超時報警信號

3.4控制系統(tǒng)I/O分派表

3.4.1搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口

搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.1所示：

表3.1輸出信號對照表

信號名稱數(shù)碼管1a段數(shù)碼管1b段數(shù)碼管1c段數(shù)碼管1d段數(shù)碼管1e段數(shù)碼管1f段數(shù)碼管1g段數(shù)碼管2a段數(shù)碼管2b段數(shù)碼管2c段數(shù)碼管2d段數(shù)碼管2e段數(shù)碼管2f段內(nèi)部地址Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5信號名稱數(shù)碼管2g段數(shù)碼管3a段數(shù)碼管3b段數(shù)碼管3c段數(shù)碼管3d段數(shù)碼管3e段數(shù)碼管3f段數(shù)碼管3g段音響綠色指示燈黃色指示燈紅色指示燈內(nèi)部地址Q1.6Q2.0Q2.1Q2.2Q2.3Q2.4Q2.5Q2.6Q3.0Q3.1Q3.2Q3.33.4.2搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口

搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.2所示：

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表3.2輸入信號對照表

信號名稱搶答開始按鈕SB1主持人復位按鈕SB2答題計時按鈕SB3第一組搶答按鈕SB4其次組搶答按鈕SB5第三組搶答按鈕SB6內(nèi)部地址I0.0I0.1I0.2I1.0I1.1I1.2信號名稱第四組搶答按鈕SB7第五組搶答按鈕SB8第六組搶答按鈕SB9內(nèi)部地址I1.3I1.4I1.5第七組搶答按鈕SB10I1.6第八組搶答按鈕SB11I2.03.5系統(tǒng)硬件連接圖

根據(jù)系統(tǒng)要求和所需要的硬件，系統(tǒng)數(shù)字量輸入點總計11個點，輸出點總計25個點。綜合考慮到系統(tǒng)的性價比和系統(tǒng)的可擴展性，輸入、輸出點留出一定的富足量，因此PLC選擇SIEMENS的S7-200系列的CPU226繼電器輸出型和數(shù)字量擴展模塊EM223。輸入、輸出端子電氣接線圖如圖3.2所示。

圖3.2控制系統(tǒng)外部I/O接線圖

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4系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1整體設(shè)計

根據(jù)PLC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、價格低廉。

控制軟件應(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，必需復位后在滿足自動條件下才能進行自動運行程序，當中充分應(yīng)用各個過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。如下圖所示，有主程序和若干子程序組成，其整體設(shè)計工作系統(tǒng)自動控制流程圖如圖4.1所

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現(xiàn)場進行聯(lián)機總調(diào)試，在調(diào)試過程中有可能將會顯示出系統(tǒng)中原先可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計中的問題，應(yīng)對出現(xiàn)的問題及時加以解決。假使調(diào)試達不到指標要求，則可以對相應(yīng)硬件和軟件部分設(shè)計作適當調(diào)整，尋常只需要略微修改程序就可能出現(xiàn)實際效果。全部調(diào)試通過后，再經(jīng)過一段時間的試驗，系統(tǒng)才可以投入到實際運用當中。

在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題：

1、在計算機上編程通過后，程序無法下載，經(jīng)過認真檢查后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)存沒有初始化，對內(nèi)存進行清理后，下載程序進行調(diào)試。

2、在剛開始調(diào)試檢驗的時候發(fā)現(xiàn)程序一直無法通過，最終發(fā)現(xiàn)我在編寫程序時誤把程序中的數(shù)字0寫成了英文O。

由于受試驗設(shè)備條件的限制，本次設(shè)計只在試驗室進行了模擬試驗調(diào)試，沒有把整個設(shè)計技術(shù)運用到實際當中。

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致謝

經(jīng)過一個多月的時間，在各位老師、同學的幫助下，在我的不斷努力下，我的畢業(yè)設(shè)計終究要完成了。從設(shè)計中我學到大量知識，也理解了做任何事都要細心的道理。知識的積累是一點一滴的，在設(shè)計中我也感受頗深。在此我要真誠的感謝張老師給予我的指導，在設(shè)計過程中張老師嚴格督促我的畢業(yè)設(shè)計速度，及時的幫我解決我在設(shè)計中遇到的各種問題和困難，在設(shè)計中一直對我嚴格要求，在整個畢業(yè)設(shè)計過程中都給我耐心的指導和講解，并主動為我提供各種相關(guān)技術(shù)資料，在張老師的幫助和指導下我順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計，也讓我在這次畢業(yè)設(shè)計中受益匪淺，在此謹向老師致以深切的謝意！

在這次畢業(yè)設(shè)計中我也遇到了大量困難得到了學校里其他老師的幫助和指導，我也要感謝我的母校濟源職業(yè)技術(shù)學院，是她提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的三年大學生活豐富多彩，為我的人生留下精彩的一筆。

感謝評閱和閱讀本設(shè)計論文的老師為此付出的辛勤勞動！

在此還要感謝濟源職業(yè)技術(shù)學院的全體老師，感謝他們對我的培養(yǎng)！最終祝愿各位老師：合家開心！工作順利！身體健康！

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圖4.6八組選手的搶答

4.2.4答題限時

在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同