課程設計報告--五人組搶答器控制設計

1、<p>　　五人組搶答器控制設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計任務和要求</p><p>　　1.1 PLC系統(tǒng)設計內(nèi)容……………………………………………</p><p>　　1.2 系統(tǒng)控制要求…………………………………………………</p>

2、<p><b>　　2 設計方案</b></p><p>　　2.1 總體設計方案說明……………………………………………</p><p>　　2.2 PLC控制系統(tǒng)組成方框圖…………………………………………</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設計</b></p><p>

3、　　3.1 PLC的選型及硬件配置………………………………………</p><p>　　3.2 系統(tǒng)主電路……………………………………………………</p><p>　　3.3 輸入輸出地址分配……………………………………………</p><p>　　3.4 PLC的控制電路………………………………………………</p><p>　　4 P

4、LC控制軟件設計與調(diào)試</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序設計…………………………………………………</p><p>　　4.2 調(diào)試結果與分析………………………………………………</p><p>　　5 總結...........................................................................

5、.............................</p><p>　　6 參考文獻................................................................................................</p><p>　　1 設計任務和要求</p><p>　　1.1 PLC系

6、統(tǒng)設計內(nèi)容</p><p>　　PLC控制課程設計主要內(nèi)容包括：</p><p>　　1、分析被控對象的工藝條件和控制要求。被控對象是指受控的機械、電氣設備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程。在進行系統(tǒng)設計時，首先需要深入了解被控對象的特點、控制過程與要求等。確定被控對象與PLC之間的輸入、輸出關系?？刂埔笾饕缚刂葡到y(tǒng)的基本方式、應完成的動作等，同時要注意必要的保護和連鎖等</p>&l

7、t;p>　　2、選擇I/O設備。根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的輸入、輸出設備的具體型號、數(shù)量等。常用的輸入設備有按鈕、限位開關，傳感器等；常用的輸出設備有繼電器、接觸器、電磁閥等。</p><p>　　3、選擇PLC的型號。根據(jù)已選擇的I/O設備，統(tǒng)計I/O點數(shù)，選擇合適的PLC類型，在選擇時要考慮所需機型的容量大小、I/O模塊種類及電源類型等。</p><p>　　4、分配

8、I/O點。只有分配PLC的I/O點后，方可進行程序設計。</p><p>　　5、程序設計，它是整個系統(tǒng)設計的核心工作，首先要熟悉控制要求，根據(jù)控制要求設計好梯形圖程序。</p><p>　　6、輸入程序后調(diào)試程序。調(diào)試過程中如果發(fā)現(xiàn)問題，則要采取措施逐一排除，直至調(diào)試成功。</p><p>　　7、編寫技術文件。則要包括說明書、電氣原理圖，電氣元件明細表，程序等&

9、lt;/p><p>　　1.2 系統(tǒng)控制要求</p><p>　　設有主持人總臺及各個參賽隊分臺?？偱_設有總臺燈及總音響，總臺開始及總臺復位按鈕。分臺設有分臺燈，分臺搶答按鈕。同時采用數(shù)碼管顯示，即搶答成功的隊將會在屏幕上顯示出隊的組數(shù)號。</p><p>　　各隊搶答必須在主持人給出了題目，說了開始并同時按了開始控制按鈕后的10S內(nèi)進行，如提前搶答，搶答器將報出“違

10、例”信號。10S到若還無人搶答，搶答器將給出應答時間到信號，該題作廢。在有人搶答情況下，搶得的隊必須在30S內(nèi)完成答題。如30S內(nèi)還沒回答完，則做答題超時處理。</p><p>　　燈光及音響信號的意義安排如下：</p><p>　　音響響，某臺燈亮，且顯示某隊的組數(shù)號：正常搶答</p><p>　　音響響，總臺燈亮，某臺燈閃爍，閃爍頻率1HZ：答題超時</p

11、><p>　　音響響，總臺燈亮，某臺燈閃爍，閃爍頻率為10HZ：違例</p><p>　　音響響，總臺燈亮：無人應答</p><p>　　在一個題目回答終了后，主持人按下復位按鈕，搶答器恢復原始狀態(tài)，為第二輪搶答做好準備。</p><p><b>　　2 設計方案</b></p><p>　　2.1

12、 總體設計方案說明</p><p>　　五人組搶答器由五個選手按鈕（X1、X2、X3、X4、X5），主持人開始按（X0)和復位按鈕(X6)、五個分臺燈（Y11、Y12、Y13、Y14、Y15）、一個總臺燈（Y7)、一個蜂鳴器（Y10）和若干導線構成。將實際要求與實驗原理結合分析可知：</p><p>　　違規(guī)情況：主持人未宣布開始即未按下開始搶答按鈕X0，某一選手按下按鈕，例如一組（X1）

13、此時音響Y10響起，總臺燈Y7亮，一組臺Y11燈閃爍，頻率為10HZ，其他組后按下?lián)尨鸬倪x手搶答無效(互鎖）。</p><p>　　無人搶答情況：當主持人按下開始按鈕X0后10秒仍無人搶答，總臺燈Y7亮、音響Y10響起,提示主持人10秒到無人搶答題目作廢，主持人按下復位X6，開始新一輪的搶答</p><p>　　3、正常搶答：主持人按下開始按鈕X0,10秒內(nèi)某組選手（一組X1）最先搶答,&

14、lt;/p><p>　　則其他組搶答無效，第一組開始答題，數(shù)碼管顯示1維持30秒熄滅，且第一組在30 秒內(nèi)完成答題任務。</p><p>　　4、超時搶答：主持人宣布開始，10 秒內(nèi)某組選手搶答（X1）成功，但30 秒后仍未完成答題，此時音響Y10響起，總臺燈Y7亮，一組臺燈Y11閃爍，頻率為1HZ,判為答題超時。</p><p>　　2.2 PLC控制系統(tǒng)組成框圖&l

15、t;/p><p>　　2.3 各控制臺平面框圖</p><p><b>　　主持臺控制面板</b></p><p>　　一組控制面板 二組控制面板 </p><p>　　三組控制面板 四組控制面板</p><p><b>　　五組控制面

16、板</b></p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設置</b></p><p>　　3.1 PLC的選型及硬件配置</p><p>　　可編程序控制器實施控制，其實質(zhì)就是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換與以物理實現(xiàn)。輸入輸出變換、物理實現(xiàn)可以說是PLC實施控制的兩個基本點，同時物理實現(xiàn)也是PLC與普通微機相區(qū)別之處，其需

17、要考慮實際控制的需要，應能排除干擾信號適應于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計算機結構，主要是由微處理器（CPU）、存儲器（RAM/ROM）、輸入輸出接口（I/O）電路、通信接口及電源組成。</p><p>　　中央處理單元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能：a. 接收并存儲從用戶程序和數(shù)據(jù)；b.檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時

18、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采集現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象寄存區(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)行邏輯或算數(shù)運算并將結果送入I/O映象寄存區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象寄存區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)直到停止運行。 為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型P

19、LC還采用雙CPU構成冗余系統(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。</p><p>　　由于PLC以微處理器為核心，故具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方，若有鍵按下或有I/O變化，則轉入相應的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。</p><p>　　PLC則是采用循環(huán)

20、掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個掃描周期主要可分為3個階段。</p><p>　　3.1.1輸入刷

21、新階段</p><p>　　在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關閉輸入端口，轉入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。</p><p>　　3.1.2程序執(zhí)行階段</p><p>　　在程序執(zhí)行階段，根據(jù)

22、用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應的邏輯運算結果存入對應的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉入輸入刷新階段。</p><p>　　3.1.3 輸出刷新階段</p><p>　　當所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實際輸出。&l

23、t;/p><p>　　此次課程設計演示時用的是FX-1N型號的，設計報告上則用的是FX-2N.</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)主電路</b></p><p>　　3.2.1 電源電路圖</p><p>　　3.2.2 PLC仿真電路圖</p><p>　　3.2.3 音響驅(qū)動電路</p

24、><p>　　3.3 輸入輸出地址分配</p><p>　　輸入 X1-X5 1-5搶答按鈕</p><p>　　XO 開始按鈕</p><p>　　X6 復位按鈕 </p><p>　　輸出 0-Y6 對應數(shù)碼管A-G段</p><p>　　Y1

25、1-Y15 對應1-5組燈</p><p>　　Y7 總燈</p><p>　　Y10 音響</p><p>　　3.4 PLC的控制電路</p><p>　　4 PLC控制軟件設計與調(diào)試</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序設計</p><p><b&g

26、t;　　梯形圖</b></p><p>　　4.2 調(diào)試結果及分析</p><p>　　本次設計大致分為五塊：搶答、計時器部分、各組組號顯示，電源模塊，蜂鳴器驅(qū)動模塊。</p><p>　　在搶答這一塊采用了基本指令，根據(jù)設計要求，各組為按鈕搶答， 采用燈顯示并將其自鎖，組與組之間采用互鎖，使其不能同時得電。再根據(jù)七段數(shù)碼管的特性，A-G分別對應于程序

27、中的輸出Y0-Y6。主持人按復位按鈕后，下輪重新?lián)尅?lt;/p><p>　　在倒計時這一塊，主要采用時間繼電器實現(xiàn)這一功能，當主持人按了開始按鈕后開始計時，倒計時由定時器完成，如此循環(huán)到達倒計時目的。當有組在規(guī)定的時間內(nèi)搶答，搶答后重新計時30 秒，當30秒倒計時結束后，總臺燈亮、音響報警，搶答作廢，主持人按復位按鈕后才可以進行下一輪。</p><p>　　在組號顯示這一塊，將PLC的輸出Y

28、0-Y7接到數(shù)碼管的A-G段上，結合PLC編程控制搶答組號的顯示，經(jīng)過簡單的結合與調(diào)試，比較完整的完成了組號顯示這一塊</p><p>　　電源模塊用了變壓器、整流橋、電容、電阻等元器件實現(xiàn)了把220V交流電轉變成24V直流電，用來提供電路的電源。</p><p>　　蜂鳴器驅(qū)動部分使用了電容、電阻、555定時器來實現(xiàn)蜂鳴器的驅(qū)動。</p><p><b>

29、;　　5 總結</b></p><p>　　通過這次設計，我意識到了PLC編程技術在現(xiàn)實中的廣泛應用，并了解到自己學習中的不足之處，看到了理論與實踐的差距。 </p><p>　　通過一周的PLC設計實踐。讓我對PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，雖然做過實驗，但是對

30、一些細節(jié)還是不加重視，考慮不夠完全。當我們把自己想出來的程序運用到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果不相符合。通過過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到了加強，看到了實踐與理論的差距。 </p><p>　　通過課程設計，我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人負責一

31、定的部分，同時在一定的階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，提出意見，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現(xiàn)，積極向同學說明自己的想法。通過比較選出最好的方案。在這過程中也提高了我們的思考能力。 </p><p>　　通過此次課設，讓我對PLC梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，從中

32、找出最適合的設計方法。  </p><p>　　在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法。 </p><p><b>　　6 參考文獻</b></p><p>　　1、郁漢琪 郭健.可編程控制器原理及