基于歐姆龍plc的搶答器控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　計算機(jī)科學(xué)學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　課 程 PLC原理及應(yīng)用</p><p>　　題 目 搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　年 級 2010級

2、 </p><p>　　專 業(yè) 自動化 </p><p>　　學(xué) 生 ××</p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　20

3、13 年 5 月 30 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　第一章 課題要求2</p><p>　　1.1 設(shè)計目的2</p><p>　　1.2 控制要求2</p><

4、p>　　1.3 設(shè)計任務(wù)2</p><p>　　第二章 PLC概述3</p><p>　　2.1 PLC簡介3</p><p>　　2.2 PLC的用途3</p><p>　　2.3 PLC的特點(diǎn)4</p><p>　　2.4 PLC的分類4</p><p>　　第三章 控制系

5、統(tǒng)總體方案設(shè)計5</p><p>　　3.1 PLC的體系結(jié)構(gòu)5</p><p>　　3.2控制程序流程圖設(shè)計6</p><p>　　3.2系統(tǒng)變量定義及分配表7</p><p>　　3.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計7</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)程序設(shè)計思路圖8</p><p>　　第四

6、章 控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計8</p><p>　　4.1 人機(jī)界面軟件簡介8</p><p>　　4.2 人機(jī)界面制作過程9</p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析12</p><p>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試12</p><p>　　5.2 結(jié)果分析13</p><p>　　小結(jié)

7、與心得體會13</p><p><b>　　附錄14</b></p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展以及我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(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?？删幊炭刂破饔捎谄鋬?yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應(yīng)

8、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(yùn)算速度慢、線路復(fù)雜、可靠性不高，功能也比較簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時，實(shí)現(xiàn)起來就更加困難。因此，一種能夠體現(xiàn)競賽的公開，公平，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(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會組織、俱樂部及學(xué)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

9、，為競賽增添了刺激性、娛樂性，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非常好，是各單位開展素質(zhì)教育、精神文明、娛樂活動的必備產(chǎn)品。</p><p>　　本設(shè)計將以PLC為核心設(shè)計了一個較為簡單的搶答器系統(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分配方案，人機(jī)界面。本設(shè)計的搶答器系統(tǒng)控制方便，靈活。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC 可編程控制器 搶答器

10、</p><p>　　第一章 課題要求</p><p><b>　　1.1 設(shè)計目的</b></p><p>　?。?）本次課程設(shè)計主要是配合《PLC技術(shù)與應(yīng)用》理論課程而設(shè)置的一門實(shí)踐性課程，起到鞏固所學(xué)知識，加強(qiáng)綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計能力，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。</p><p>　?。?）通過本次課程

11、設(shè)計掌握CJ、CP系列PLC的編程和運(yùn)行方法，熟練進(jìn)行PLC編程設(shè)計以及調(diào)試。</p><p><b>　　1.2 控制要求 </b></p><p>　　（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。 </p><p>　?。?）指示燈亮后，需等到主持人按下復(fù)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

12、個按下時，燈L1都亮。而為了對教授組作一定限制，而只有在PB31和PB32鍵都按下時才亮。 </p><p>　　（3）如果競賽者在主持人打開SW開關(guān)的10 s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(yùn)的機(jī)會。 </p><p><b>　　1.3 設(shè)計任務(wù) </b></p><p>　?。?）作出PLC的I/O分配表、I/O接線

13、圖、流程圖、設(shè)計梯形圖和人機(jī)界面并調(diào)試運(yùn)行。 </p><p>　　（2）課程設(shè)計報告要做到層次清晰，論述清楚，圖表正確，書寫工整；詳見“課程設(shè)計報告寫作要求”。 </p><p><b>　　PLC概述</b></p><p><b>　　2.1 PLC簡介</b></p><p>　　可編程控制

14、器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來越廣泛?？删幊炭刂破?Programmable Logic Controller)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時，計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。美國電氣制

15、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控制器（Programmable Controller），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC。</p><p>　　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(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序

16、的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令,進(jìn)行邏輯運(yùn)算,順序控制,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,控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體,易于拓展其功能的原則設(shè)計。 事實(shí)上,PLC就是以嵌入式CPU為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以方便的用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。PLC與機(jī)器人,計算機(jī)幫助設(shè)計與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱</p><p>　　2.2

17、 PLC的用途</p><p>　　PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)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的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類型：</p><p>　?。?）順序控制 這是PLC

18、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 </p><p>　　（2）運(yùn)動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)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(biāo)位置。每個軸移動時，位置控制

19、模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動平滑。 相對來說，位置控制模塊比計算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。 </p><p>　?。?）閉環(huán)過程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個

20、變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。 </p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送

21、至CNC設(shè)備使用。美國GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。 </p><p>　　（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)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）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級計算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時控制系統(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

22、故障時的對策。 </p><p>　　2.3 PLC的特點(diǎn)</p><p>　?。?）系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。 　　（2）使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機(jī)知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程

23、序，改變控制方案而不拆動硬件。 　?。?）能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。</p><p>　　2.4 PLC的分類</p><p>　　1. 按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類</p><p>　　一般來說，PLC處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，反映控制關(guān)系比較復(fù)雜，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

24、比較快等。按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將PLC分為三類:</p><p>　　（1）小型機(jī) 小型PLC的功能一般以開關(guān)量控制為主，其輸入、輸出總數(shù)在256點(diǎn)一下，用戶程序存儲器容量在4K字一下。現(xiàn)在的高性能小型機(jī)還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類PLC價格低廉，體積小，適合于控制單臺設(shè)備，開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。 典型的小型機(jī)有OMRON公司的CPM2A系列、SIEMEN公司的S7-200 系列，MITS

25、UBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整式PLC等產(chǎn)品。 </p><p>　?。?）中型機(jī) 中型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256-2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲器容量達(dá)到2-8K字。中型機(jī)PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計算能力，他的通信功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大。中型機(jī)的指令比小型機(jī)更豐富，適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過程控制場合。 典型的中型機(jī)有SIEME

26、NS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。 </p><p>　?。?）大型機(jī) 大型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲器容量達(dá)到8-6K字。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機(jī)相當(dāng)，他具有計算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力。他的監(jiān)視采用CRT顯示，能夠表示過程動態(tài)流程，紀(jì)錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)選擇圖；

27、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(jī)相連，組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動化控制、過程自動化控制和過程監(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(yán)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(jī)和大型機(jī)的功能，這也是PLC的發(fā)展趨

28、勢。</p><p>　　2. 按PLC物理結(jié)構(gòu)分類</p><p>　　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。 </p><p>　　（1）整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲器、輸入單元、電源、通信端口、I/O擴(kuò)展端口等組裝在一個箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。內(nèi)外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元等通過擴(kuò)展電纜與主

29、機(jī)上的擴(kuò)展端口相連，以構(gòu)成PLC不同配置與主機(jī)配合使用。整體式結(jié)構(gòu)的PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型機(jī)常用這種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　（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(yīng)的電路板和擴(kuò)展模塊。組合式的特點(diǎn)是配置靈活，輸入接點(diǎn)、輸出接點(diǎn)的數(shù)量可以自由選擇，各種功能模塊可以依需要靈活配置。大、中型PLC常用組合式結(jié)構(gòu)。&l

30、t;/p><p>　　控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　3.1 PLC的體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，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(jī)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)在功能上某些相似之處。</p><

31、p>　　PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的。PLC硬件結(jié)構(gòu)圖可編程序控制器簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）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）</p><p>　　3.2控制程序流程圖設(shè)計</p><p>　　3.2系統(tǒng)變量定義及分配表</p><p>

32、　　下表所示為本次課程設(shè)計的I/O表:</p><p>　　3.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計</p><p>　　本課程設(shè)計包括有7個按鈕作為輸入，4個指示燈作為輸出顯示。</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)程序設(shè)計思路圖</p><p>　　控制系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計</p><p>　　4.1 人機(jī)界面軟件簡介</p>

33、<p>　　本設(shè)計的人機(jī)界面制作采用組態(tài)王軟件。下面簡要介紹一下組態(tài)王：</p><p>　　組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。在組態(tài)軟件中，通過組態(tài)生成的一個目標(biāo)應(yīng)用項(xiàng)目在計算機(jī)硬盤中占據(jù)唯一的物理空間（邏輯空間），可以用唯一的一個名稱來標(biāo)識，就被稱為一個應(yīng)用程序。在同一計算機(jī)中可以存儲多個應(yīng)用程序，組態(tài)軟件通過應(yīng)用

34、程序的名稱來訪問其組態(tài)內(nèi)容，打開其組態(tài)內(nèi)容進(jìn)行修改或?qū)⑵鋺?yīng)用程序裝入計算機(jī)內(nèi)存投入實(shí)時運(yùn)行。</p><p>　　組態(tài)王具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)、中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)

35、控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實(shí)時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。</p><p>　　4.2 人機(jī)界面制作過程</p><p&

36、gt;<b>　　1.新建工程</b></p><p><b>　　2.設(shè)置配置向?qū)?lt;/b></p><p>　　3.選擇串口COM1</p><p>　　4.編輯數(shù)據(jù)詞典：建立輸入輸出</p><p><b>　　5.畫圖</b></p><p>&l

37、t;b>　　6.設(shè)置動畫連接</b></p><p><b>　　7.編輯命令語言</b></p><p>　　第五章 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析</p><p><b>　　5.1 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　1.按下SW按鈕，啟動搶答器系統(tǒng)</p><p&

38、gt;　　2.當(dāng)兒童組有一人搶到時兒童組燈亮</p><p>　　3. 當(dāng)學(xué)生組有搶到時學(xué)生組燈亮</p><p>　　4. 當(dāng)教授組兩人都搶到時教授組燈亮</p><p>　　5. 10s內(nèi)搶到彩球轉(zhuǎn)</p><p><b>　　5.2 結(jié)果分析 </b></p><p>　　按下啟動按鈕SW，

39、搶答器開始工作。</p><p>　　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(xué)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)。</p><p>　　按下復(fù)位按鈕PW，搶答器停止工作。</p

40、><p>　　本設(shè)計可以很好地完成三組選手搶答器設(shè)計的要求，并且可以將組態(tài)王界面聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面控制。</p><p><b>　　小結(jié)與心得體會 </b></p><p>　　選擇PLC時首先要對生產(chǎn)工藝和被控對象進(jìn)行分析，進(jìn)行I/O點(diǎn)數(shù)和I/O點(diǎn)的類型(數(shù)字量、模擬量等)統(tǒng)計，適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量的估計，確定適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔慷焕速M(fèi)資源的機(jī)

41、型。在進(jìn)行設(shè)計前應(yīng)首先進(jìn)行I/O分配，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(yīng)的指令等。在設(shè)計完成后，還要將之與上位機(jī)連接，進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)試，這讓我學(xué)會了如何在調(diào)試過程中檢驗(yàn)系統(tǒng)的缺陷與故障，并能對其進(jìn)行及時的修改，對整個控制系統(tǒng)的的各個器件的作用和程序的使用了解的更多，并且得到了大量的練習(xí)，大大增加了熟練度，已經(jīng)能夠較為熟練地進(jìn)行操作。</p><p>　　經(jīng)過此次課程設(shè)計，我才知道，我對