四路搶答器畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p>　　課 題： 搶答器 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著微處理器、計算機和數(shù)字通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到了所有控制領(lǐng)域。而實用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)

2、校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計的，本設(shè)計要求就是利用PLC作為核心部件進行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達到公正、公平、公開。設(shè)計是利用PLC(Programmable Logic Controller)對PLC控制的四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

3、大致的總體思路然后仔細分析PLC控制的四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控制的四路智力搶答器則輸出端口需要9個,輸入端口需要6個,由于PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優(yōu)點因此我決定選用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和數(shù)字量擴展模塊EM223作為本次設(shè)計的PLC。具有方便靈活維護使用</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞: 可編程控制器 搶答器 PLC 模擬電路 數(shù)字電路 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　第一章 PLC搶答器概述2</p><p>　　1.1 搶答器的組成2<

5、/p><p>　　1.2 PLC智能搶答器的工作原理2</p><p>　　1.3 系統(tǒng)控制要求及設(shè)計要求3</p><p>　　第二章 PLC概述5</p><p>　　2.1 PLC的產(chǎn)生5</p><p>　　2.2 PLC的定義5</p><p>　　2.3 PLC基本結(jié)

6、構(gòu)6</p><p>　　2.4 PLC的編程語言7</p><p>　　2.5 PLC的特點7</p><p>　　2.6 PLC的性能指標8</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)9</p><p>　　3.2 控制

7、系統(tǒng)硬件組成10</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)I/O分配表11</p><p>　　3.4 系統(tǒng)硬件連接圖11</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計12</p><p>　　4.1 梯形圖12</p><p>　　4.2 語句表15</p><p>　　4.3 軟

8、件調(diào)試19</p><p><b>　　致謝20</b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　對于科技飛速發(fā)展的今天，PLC、單片機應(yīng)用的不斷深入，帶動了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本

9、身具有的優(yōu)點，以PLC、單片機為核心的部件成為主流 。 </p><p>　　傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點：</p><p>　　(1) 在一次搶答過程中，當出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時，只能處理違規(guī)搶答信號，而對沒有違規(guī)的有效信號不能進行處理，因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。 </p><p>　　(2) 當有多個違規(guī)搶答時，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個，或利用搶答電路電子

10、元件的“競爭”選擇其中一個。對于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答信號的“競爭”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。 </p><p>　　(3) 當有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器只能“抓住”其中一個違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞”.現(xiàn)在大多搶答器都是以PLC、單片機為控制核心的智能搶答器，它對采樣獲得的各種搶答信號進行分析。但僅有搶答功能的搶答器已經(jīng)不能滿足當今社會的需要，因此該

11、設(shè)計采用基于PLC控制來設(shè)計四路搶答器。</p><p>　　第一章 PLC搶答器概述</p><p>　　1.1 搶答器的組成 </p><p>　　搶答器主要由搶答開關(guān)、優(yōu)先編碼電路、鎖存電路、搶答號碼顯示譯碼電路、控制開關(guān)、時序控制電路、警報電路、定時電路、時間顯示譯碼電路組成。其構(gòu)成框圖如圖（1-1）

12、 圖1-1搶答器構(gòu)成框圖</p><p>　　1.2 PLC智能搶答器的工作原理 我所設(shè)計的PLC智能搶答器是適合四個人搶答的四路搶答器，現(xiàn)在以四路搶答器為例。給競賽主持人設(shè)置了2個控制按鈕，用來控制開始、復(fù)位，每當主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應(yīng)，選

13、手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。其中以上功能都通過編制的PLC程序來控1個制數(shù)碼管和3個指示燈以及2個喇叭來實現(xiàn)。如圖1-2所示：</p><p>　　圖1-2搶答器原理圖</p><p>　　1.3 系統(tǒng)控制要求及設(shè)計要求</p><p><

14、;b>　　系統(tǒng)控制要求:</b></p><p>　　(1) 搶答器可同時供四組選手參加比賽(2) 給主持人設(shè)置二個控制按鈕，用來控制搶答的開始和復(fù)位。</p><p>　　(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示信號（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

15、主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開始下一輪搶答。</p><p>　　(4) 違規(guī)搶答：若選手在未開時搶答試題時搶答了，則為違規(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T37 開始計時。10S 后仍無人搶答，則黃燈亮、音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。</p><p>　　(6) 答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時開

16、始按鈕，選手必須在設(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。</p><p><b>　　設(shè)計要求:</b></p><p>　?。?）根據(jù)控制要求，進行搶答器PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。</p><p>　?。?）根據(jù)控制要求，編制搶答器PLC控制應(yīng)用程序。</p>&l

17、t;p>　　（3）編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括：</p><p>　　①設(shè)計過程和有關(guān)說明。</p><p>　?、诨赑LC的搶答器電氣控制系統(tǒng)電路圖。</p><p><b>　?、跴LC控制程序。</b></p><p>　　④電器元器件的選擇和有關(guān)計算。</p><p><b>

18、;　?、蓦姎庠O(shè)備明細表。</b></p><p>　?、迏⒖假Y料、參考書及參考手冊。</p><p>　?、咂渌枰f明的問題，挒如操作說明書、程序的調(diào)用過程、遇到的問題及解決方發(fā)、對課程設(shè)計的認識和建議等。</p><p><b>　　第二章 PLC概述</b></p><p>　　2.1 PLC的產(chǎn)生

19、</p><p>　　可編程序控制器(Programmable Controller，簡稱PLC)，是在繼電器控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。 1968年，美國最大的汽車制造商——通用汽車公司為了適應(yīng)汽車型號不斷更新變化所帶來的生產(chǎn)工藝的不斷變化，想尋求另一種全新的控制方式。設(shè)想用這樣一種控制裝置，它既應(yīng)該具有計算機控制的功能性、靈活性、通用性，同時又應(yīng)具有繼電器控制方式的簡單性、操作方便性。對這種裝置的具體要求體現(xiàn)

20、在通用的招標書中；即： </p><p>　　(1)編程簡單可在現(xiàn)場修改程序。 (2)維護方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　(3)可靠性高于繼電器控制柜。 </p><p>　　(4)體積小于繼電器控制柜。</p><p>　　(5)可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機。 </p><p>　　(6)成本可與繼

21、電器控制柜競爭。 </p><p>　　(7)可接115V交流輸入。 </p><p>　　(8)輸出采用交流115V，能直接驅(qū)動電磁閥、交流接觸器等。</p><p>　　(9)通用性強，擴展時方便。 </p><p>　　(10)程序要能儲存，存儲容量可擴展到4K字節(jié)。 </p><p>　　根據(jù)以上要求，196

22、9年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用，取得了滿意的效果，可編程序控制器由此誕生?？删幊绦蚩刂破鞯某霈F(xiàn)開創(chuàng)了以微電子技術(shù)為核心的數(shù)字化電氣控制技術(shù)的新局面，此后這一全新的技術(shù)便以很快的速度發(fā)展起來?，F(xiàn)在的PLC不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數(shù)據(jù)運算、傳送與處理功能，成為具備計算機功能的一種通用工業(yè)控制裝置。</p><p>　　2.2 PLC的

23、定義 可編程序控制器出現(xiàn)以后，名稱一直沒有統(tǒng)一。國際電工委員會(IEC)于1987年2月對可編程序控制器作了如下的規(guī)定：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序控制的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充

24、其功能的原則設(shè)計?！庇捎谠缙诘目删幊绦蚩刂破髦饕糜陂_關(guān)量的邏輯控制，且為了和個人計算機(Personal Computer)相區(qū)別，人們把可編程序控制器縮寫成為PLC(Programmable Logic Controller)，一直沿用至今。</p><p>　　2.3 PLC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，如圖2-1所示：</p>

25、<p>　　圖2-1PLC基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.4 PLC的編程語言</p><p>　　PLC是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制的，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，

26、是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素。梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關(guān)系分為“梯級”或網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　2.5 PLC的特點</p><p><b>　　軟硬件功能強 </b></p><p><b>　　使用維護方便 </

27、b></p><p><b>　　運行穩(wěn)定可靠 </b></p><p><b>　　組織靈活 </b></p><p>　　2.5.1 PLC的發(fā)展趨勢 </p><p>　　從當前產(chǎn)品來看，PLC的發(fā)展仍然主要體現(xiàn)在提及的縮小與性能的提高兩大方面。&

28、#160;</p><p>　　向高速度、大容量方向發(fā)展  </p><p>　　向超大型、超小型兩個方向發(fā)展  </p><p>　　PLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力 </p><p>　　增強外部故障的檢測與處理能力  </p><p>

29、<b>　　編程語言多樣化  </b></p><p>　　2.6 PLC的性能指標</p><p>　　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性能的重要指標之一。</p><p>　　2、存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲

30、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2KB~2MB。</p><p>　　3、掃描速度掃描速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個重要的性能指標，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。</p><p>　　4、指令系統(tǒng)它是衡量PLC能力強弱的標志，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

31、成復(fù)雜控制的能力。</p><p><b>　　5、通信功能</b></p><p>　　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。</p><p>　　6、擴展能力擴展能力包括I/O點數(shù)的擴展和PLC功能的擴展兩方面的內(nèi)容。</p><p><b

32、>　　7、特殊功能單元</b></p><p>　　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。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　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、答辯賽等一些正規(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

33、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。可編程控制器（PLC）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：</p><p>　　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。</p>

34、;<p>　　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。</p><p>　　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。

35、 </p><p>　　4、使用方便：對于不同的控制系統(tǒng)，當硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、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，使用起來靈活方便?；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S7-2

36、00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。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)硬件組成 在搶答器的工作過程中，主控單

37、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，不同的情況給出不同的結(jié)果，讓大家都很快的明。其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示</p><p>　　圖3-1控制系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)I/O分配表</p><p>　　圖3-2I/O分配表</p><p>　　3.4 系統(tǒng)硬件連接圖<

38、;/p><p>　　圖3-3系統(tǒng)硬件連接圖</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 梯形圖</p><p><b>　　4.2 語句表</b></p><p><b>　　4.3 軟件調(diào)試</b></

39、p><p>　　將設(shè)計好的程序?qū)懭隤LC后，首先要做的就是仔細檢查程序，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實際的負載(如接觸器、電磁閥等)。也可以根據(jù)功能表圖，在適當?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

40、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。 完成上述的工作后，就可以進行現(xiàn)場的調(diào)試工作。首先將PLC安裝在控制現(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。如果調(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，通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

41、，再經(jīng)過一段時間的實驗，系統(tǒng)才可以投入到實際運用當中。 調(diào)試過程中遇到的問題和解決方法：</p><p>　　（1） 程序下載不到PLC的CPU中，有可能是CPU模式?jīng)]有設(shè)置正確。需要將CPU設(shè)置在RUN模式。 </p><p>　　調(diào)試結(jié)果與設(shè)計的不完全吻合，此時需檢查程序看是否存在邏輯上的錯誤或是雙線圈輸出問題。 </p><p>　?。?） 不斷地調(diào)試和

42、檢查，使得在滿足要求的前提設(shè)計出運行最穩(wěn)定程序最簡單的程序。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的完成也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!</p><

43、p>　　學(xué)校以其優(yōu)良的學(xué)習風氣、嚴謹?shù)姆諊涛仪髮W(xué)，以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實的校園生活育我成人。值此畢業(yè)論文完成之際，我謹向所有關(guān)心、愛護、幫助我的人們表示最誠摯的感謝與最美好的祝愿。</p><p>　　回想整個論文的寫作過程，雖有不易，卻讓我除卻浮躁，經(jīng)歷了思考和啟示，也更加深切地體會了法學(xué)的精髓和意義，因此倍感珍惜。</p><p>　　三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐

44、厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學(xué)習上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張鳳珊．電氣控制及可編程序控制器．2版

45、 [M]．北京: 中國輕工業(yè)出版社，2003．</p><p>　　[2] 《工廠常用電氣設(shè)備手冊》編寫組．工廠常用電氣設(shè)備手冊．2版 [M]．北京: 中國電力出版社，1998．</p><p>　　[3] 馬志溪．電氣工程設(shè)計 [M]．北京: 機械工業(yè)出版社，2002．</p><p>　　[4] 劉增良，劉國亭．電氣工程CAD [M]．北京: 中國水利水電出版社

46、，2002．</p><p>　　[5] 齊占慶，王振臣．電氣控制技術(shù) [M]．北京: 機械工業(yè)出版社，2002．</p><p>　　[6] 史國生．電氣控制與可編程控制器技術(shù) [M]．北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2003．</p><p>　　[7] 郁漢琪．電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) [M]．南京: 東南大學(xué)出版社，2003．</p><

47、p><b>　　答辯須知：</b></p><p>　　1、畢業(yè)設(shè)計須經(jīng)指導(dǎo)教師認真審閱簽名后，提交答辯委員會進行答辯資格審核。</p><p>　　2、學(xué)生要準備畢業(yè)設(shè)計答辯提綱，介紹畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容及有關(guān)情況。時間為10—15分鐘。</p><p>　　3、答辯教師提問及學(xué)生回答15—20分鐘。</p><p&g

48、t;　　4、答辯以公開方式進行，允許其他學(xué)生旁聽。</p><p>　　5、答辯結(jié)束，答辯小組應(yīng)為每位答辯學(xué)生寫出評語，并給予等級評定（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）；對于評定成績有異議的學(xué)生，由答辯委員會作出處理，或組織二次答辯。</p><p>　　6、答辯工作結(jié)束，答辯委員會根據(jù)答辯小組的意見，正式給學(xué)生確定成績和等級。</p><p><b>