基于歐姆龍PLC的搶答器控制系統(tǒng)課程設計

書目引言 1第一章課題要求 21.1設計目的 21.2限制要求 21.3設計任務 2其次章PLC概述 32.1PLC簡介 32.2PLC的用途 32.3PLC的特點 42.4PLC的分類 4第三章限制系統(tǒng)總體方案設計 53.1PLC的體系結(jié)構(gòu) 53.2限制程序流程圖設計 63.2系統(tǒng)變量定義及安排表 73.3系統(tǒng)接線圖設計 73.3限制系統(tǒng)程序設計思路圖 8第五章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析 125.1系統(tǒng)調(diào)試 125.2結(jié)果分析 13小結(jié)與心得體會 13附錄 14摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展以及我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展，PLC的應用不斷地走向深化，同時帶動傳統(tǒng)的限制檢測技術(shù)的不斷更新?？删幊滔拗破饔捎谄鋬?yōu)良的限制性能，極高的牢靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。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，其運算速度慢、線路困難、牢靠性不高，功能也比較簡潔，特殊是當搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更加困難。因此，一種能夠體現(xiàn)競賽的公開，公允，公正性的競賽搶答器成為一種需求。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學問、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，在肯定程度上豐富了人們的業(yè)余生活，并且給人的視覺效果特別好，是各單位開展素養(yǎng)教化、精神文明、消遣活動的必備產(chǎn)品。本設計將以PLC為核心設計了一個較為簡潔的搶答器系統(tǒng)。其中包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，程序指令，梯形圖以及輸入輸出端子的安排方案，人機界面。本設計的搶答器系統(tǒng)限制便利，敏捷。關(guān)鍵詞：PLC可編程限制器搶答器第一章課題要求1.1設計目的（1）本次課程設計主要是協(xié)作《PLC技術(shù)與應用》理論課程而設置的一門實踐性課程，起到鞏固所學學問，加強綜合實力，培育電路設計實力，提高試驗技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。（2）通過本次課程設計駕馭CJ、CP系列PLC的編程和運行方法，嫻熟進行PLC編程設計以及調(diào)試。1.2限制要求（1）競賽者若要回答主持人所提問題時，需搶先按下桌上的按鈕。（2）指示燈亮后，需等到主持人按下復位鍵PW后才熄滅。為了給參賽兒童一些優(yōu)待，PB11和PB12中任何一個按下時，燈L1都亮。而為了對教授組作肯定限制，而只有在PB31和PB32鍵都按下時才亮。（3）假如競賽者在主持人打開SW開關(guān)的10s內(nèi)按下按鈕，電磁線圈將使彩球轉(zhuǎn)動，以示競賽者得到一次幸運的機會。1.3設計任務（1）作出PLC的I/O安排表、I/O接線圖、流程圖、設計梯形圖和人機界面并調(diào)試運行。（2）課程設計報告要做到層次清晰，論述清晰，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設計報告寫作要求”。PLC概述2.1PLC簡介可編程限制器（PLC）是一種新型的通用自動化限制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器限制技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有限制功能強，牢靠性高，運用敏捷便利，易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛?？删幊滔拗破?ProgrammableLogicController)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)限制的各個領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯限制，還可以定時，計數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來限制機械設備或生產(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限制器（ProgrammableController），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱經(jīng)常被用來稱呼個人電腦（PersonalComputer），為了區(qū)分，現(xiàn)在也把可編程限制器稱為PLC。國際電工委員會（IEC）于1987年對PLC定義如下:PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序的限制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令,進行邏輯運算,依次限制,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,限制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設備,都應按易于與工業(yè)限制系統(tǒng)形式一體,易于拓展其功能的原則設計。事實上,PLC就是以嵌入式CPU為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以便利的用于工業(yè)限制領(lǐng)域的裝置。PLC與機器人,計算機幫助設計與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱2.2PLC的用途PLC的初期由于其價格高于繼電器限制裝置,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增加,使PLC的應用越來越廣泛,廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應用通常可分為五種類型：（1）依次限制這是PLC應用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器依次限制。PLC可應用于單機限制、多機群控、生產(chǎn)自動線限制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯限制等。（2）運動限制PLC制造商目前已供應了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置限制模版。在多數(shù)狀況下，PLC把掃描目標位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標位置。每個軸移動時，位置限制模塊保持適當?shù)乃俣群图铀俣龋_保運動平滑。相對來說，位置限制模塊比計算機數(shù)值限制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作便利。（3）閉環(huán)過程限制PLC能限制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（ProportionalIntergralDerivative）模塊的供應使PLC具有閉環(huán)限制功能,即一個具有PID限制實力的PLC可用于過程限制。當過程限制中某一個變量出現(xiàn)偏差時,PID限制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定值上。（4）數(shù)據(jù)處理在機械加工中，出現(xiàn)了把支持依次限制的PLC和計算機數(shù)值限制（CNC）設備緊密結(jié)合的趨向。聞名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC限制功能作為PLC的一部分。為了實現(xiàn)PLC和CNC設備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采納了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由PLC送至CNC設備運用。美國GE公司的CNC設備新機種也同樣運用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預料今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的限制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng)為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散限制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的須要，必需發(fā)展PLC之間，PLC和上級計算機之間的通信功能。作為實時限制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。2.3PLC的特點（1）系統(tǒng)構(gòu)成敏捷，擴展簡潔，以開關(guān)量限制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路限制；并能與上位機構(gòu)成困難的限制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。

（2）運用便利，編程簡潔，采納簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機學問，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試簡潔。另外，可在線修改程序，變更限制方案而不拆動硬件。

（3）能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾實力強，牢靠性強，遠高于其他各種機型。2.4PLC的分類1.按I/O點數(shù)容量分類一般來說，PLC處理的I/O點數(shù)比較多，反映限制關(guān)系比較困難，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求PLC的指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程比較快等。按PLC的輸入輸出點數(shù)可將PLC分為三類:（1）小型機小型PLC的功能一般以開關(guān)量限制為主，其輸入、輸出總數(shù)在256點一下，用戶程序存儲器容量在4K字一下?，F(xiàn)在的高性能小型機還具有肯定的通信實力和少量的模擬量處理實力。這類PLC價格低廉，體積小，適合于限制單臺設備，開發(fā)機電一體化產(chǎn)品。典型的小型機有OMRON公司的CPM2A系列、SIEMEN公司的S7-200系列，MITSUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整式PLC等產(chǎn)品。（2）中型機中型機PLC的輸入、輸出總點數(shù)在256-2048點之間，用戶程序存儲器容量達到2-8K字。中型機PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的限制功能，還具有更強的數(shù)字計算實力，他的通信功能和模擬量處理實力更強大。中型機的指令比小型機更豐富，適用于更困難的邏輯限制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過程限制場合。典型的中型機有SIEMENS公司的S-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列模塊式PLC等產(chǎn)品。（3）大型機大型機PLC的輸入、輸出總點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲器容量達到8-6K字。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)限制計算機相當，他具有計算、限制和調(diào)整的功能，還具有很強的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)實力。他的監(jiān)視采納CRT顯示，能夠表示過程動態(tài)流程，紀錄各種曲線，PID調(diào)整參數(shù)選擇圖；他配備多種智能板，構(gòu)成一個多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的PLC互聯(lián)，和上位機相連，組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量限制系統(tǒng)。大型機適用于設備自動化限制、過程自動化限制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等產(chǎn)品。上述劃分沒有嚴格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，某些小型PLC也具備中型機和大型機的功能，這也是PLC的發(fā)展趨勢。2.按PLC物理結(jié)構(gòu)分類按PLC物理結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。（1）整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)的PLC是將中心處理單元（CPU）、存儲器、輸入單元、電源、通信端口、I/O擴展端口等組裝在一個箱體內(nèi)構(gòu)成主機。內(nèi)外還有獨立的I/O擴展單元等通過擴展電纜與主機上的擴展端口相連，以構(gòu)成PLC不同配置與主機協(xié)作運用。整體式結(jié)構(gòu)的PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝便利。小型機常用這種結(jié)構(gòu)。（2）組合式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的PLC是將CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O單元，通信單元等分別做成相應的電路板和擴展模塊。組合式的特點是配置敏捷，輸入接點、輸出接點的數(shù)量可以自由選擇，各種功能模塊可以依須要敏捷配置。大、中型PLC常用組合式結(jié)構(gòu)。限制系統(tǒng)總體方案設計3.1PLC的體系結(jié)構(gòu)可編程序限制器是從繼電器限制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相像，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計算機程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相像之處。PLC實質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)限制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)和微機是基本一樣的。PLC硬件結(jié)構(gòu)圖可編程序限制器簡稱為PLC（ProgrammableLogicController）主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。（如下圖所示）3.2限制程序流程圖設計起先起先分析限制要求確定用戶I/O設備PLC硬件系統(tǒng)配置安排I/O點編程梯形圖繪制流程圖安排I/O點編程梯形圖交付運用制作人機界面軟件測試滿意要求？修改程序YESNO3.2系統(tǒng)變量定義及安排表下表所示為本次課程設計的I/O表:3.3系統(tǒng)接線圖設計本課程設計包括有7個按鈕作為輸入，4個指示燈作為輸出顯示。CJ1M0.010.050.010.050.060.000.020.030.04PWPB31PB32SWPB11PWPB31PB32SWPB11PB12PB2L11.001.00L21.01L21.01L31.02L31.021.03CB1.03CB1.031.0324VCOM220V24VCOM220V3.3限制系統(tǒng)程序設計思路圖起先起先主持人按下SW按鈕三組選手搶答彩球轉(zhuǎn)啟動復位按鈕PW搶到組指示燈亮是否在10s內(nèi)搶答？結(jié)束NOYES第五章系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1系統(tǒng)調(diào)試1.按下SW按鈕，啟動搶答器系統(tǒng)2.當兒童組有一人搶到時兒童組燈亮3.當學生組有搶到時學生組燈亮4.當教授組兩人都搶到時教授組燈亮5.10s內(nèi)搶到彩球轉(zhuǎn)5.2結(jié)果分析按下啟動按鈕SW，搶答器起先工作。兒童組兩位選手中任何一位在10s時間內(nèi)先于其他兩組按下?lián)尨鸢粹o，搶答器指示燈L1亮，同時彩球CB旋轉(zhuǎn)；學生組的選手在10s時間內(nèi)先于其他兩組按下?lián)尨鸢粹o，搶答器指示燈L2亮，同時彩球CB旋轉(zhuǎn)；教授組兩位選手都在10s時間內(nèi)先于其他兩組按下?lián)尨鸢粹o，搶答器指示燈L3亮，同時彩球CB旋轉(zhuǎn)。按下復位按鈕PW，搶答器停止工作。本設計可以很好地完成三組選手搶答器設計的要求，并且可以將組態(tài)王界面聯(lián)機實現(xiàn)人機界面限制。小結(jié)與心得體會

選擇PLC時首先要對生產(chǎn)工藝和被控對象進行分析，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計，適當進行內(nèi)存容量的估計，確定適當?shù)牧粲杏嗔慷簧莩拶Y源的機型。在進行設計前應首先進行I/O安排，以確定這個程序該如何編寫，梯形圖如何繪制，各個按鈕和指示燈所對應的指令等。在設計完成后，還要將之與上位機連接，進行監(jiān)控與調(diào)試，這讓我學會了如何在調(diào)試過程中檢驗系統(tǒng)的缺陷與故障，并能對其進行剛好的修改，對整個限制系統(tǒng)的的各個器件的作用和程序的運用了解的更多，并且得到了大量的練習，大大增加了嫻熟度，已經(jīng)能夠較為嫻熟地進行操作。經(jīng)過此次課程設計，我才知道，我對plc的了