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1、湖南文理学院课程设计报告课程名称： 专业综合课程设计 专业班级： 自动化10102班 学号15号 学生姓名： 单正涛 指导教师： 王丽娟 完成时间： 2013年 6 月 15 日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 2013.6.20 湖南文理学院制 摘 要本文介绍了利用三菱FX2N系列PLC对知识竞赛抢答器的控制,阐述了控制方案。实现抢答器功能的方式有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用日本三菱公司生产的FX2N-32MR型PLC 作为核心控制器进行四路抢答器系统
2、的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据知识竞赛抢答器的控制要求和特点,确定PLC 的输入输出分配,并进行现场调试。关键词: PLC 知识竞赛抢答器 PLC程序设计 目 录绪 论11.1 PLC的认识11.2 PLC的应用和特点1一、设计题目3二、设计目的与要求32.1 设计目的32.2 设计要求3三、设计作用3四、所用仪器设备及仿真软件44.1 PLC仪器的选型44.2 仿真软件GX Developer8.0概要及特点5五、系统设计方案论证75.1 基本要求75.2 设计任务及工作原理85.3 方案论证8六、系统硬件设计96.1 PLC工作原理96
3、.2 外部接线图12七、系统软件设计137.1 I/O口的分配137.2 系统支路的设计157.2.1 应答开始控制157.2.2抢答控制157.2.3 答题时限控制：167.2.4 违例：17八、系统仿真与调试188.1 系统的仿真188.2 工作过程分析19九、心得体会20十、参考文献20附 录2131绪 论1.1 PLC的认识PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器,可以编制程序的控制器。PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它能够存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序控
4、制,定时,计数和算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。在电视上我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观的判力竞赛的电路装置,该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主断出第一个抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只能靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。八路数字抢答器是一个可供八个参赛组进行智持人开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路。通过
5、定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路。通过这次设计，掌握PIC单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。 PLC本身的模块化结构以及远程I/O模块功能的不断完善，使得PLC易于实现多级控制（分布控制、分散控制），通过不同级别的网络
6、将PLC与PLC、PLC与远程I/O模块、PLC与人机界面以及PLC与PC机连接起来，形成管控一体化的网络结构。1.2 PLC的应用和特点PLC出现后就受到普遍的重视,其应用发展也十分的迅速,原因在于现有的各种控制方式相比,它有一系列受用户欢迎的特点,主要是: 1.可靠性高,抗干扰能力强 在恶劣的工业环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很到目前为止尚无任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PLC。保证PC工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是:(1) 采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。高的要求。PLC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施,使PLC控制系统的平均无故障间隔时间
7、一般能达到45万h,远远超过传统继电器控制和计算机控制系统。可以说,(2) 硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。(3) 软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能。因此PLC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。2.编程简单、易于掌握这是PC优于微机的另一个特点。梯形图编程方式是PC最常用的编程语言。它与继电器控制原理图类似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点。3组合灵活使用方便 由于它采用标准化得到通用模块结构，能灵活方便地
8、组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。4功能强，通用性好现代PLC具备很强的信息处理功能和输出控制能力，它既可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制。5开发周期短，功率高，维护方便PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时维护也变得容易起来。6体积小，重量轻，工耗低。随着电子技术的发展和应用领域日益扩大，PLC技术及其产品仍在继续发展，其结构不断改进，功能日益增强，性价比越来越高。一、设计题目 基于PLC的八路抢答器的设计二、设计目的与要求2.1 设计目的抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获
9、得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。从而使竞赛真正达到公正、公平、公开。2.2 设计要求1）抢答器可同时供8名选手或者8个代表对比赛，每组使用一个按钮，8个按钮分别用1-8号表示。2）设置系统复位和抢答开始开关，该开关由主持人控制。3）抢答器具有定时抢答功能。4）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，显示器显示选手的编号和限答的时间倒计时，并保持到主持人将系统复位。5）可以通过按键操作修改答题限制时间和抢答
10、限制时间。6）如果抢答时间以到，无人抢答，本次抢答无效，系统复位。三、设计作用知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位, 它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。四、所用仪器设备及仿真软件4.1 PLC仪器的选型随着PLC控制的普及与应用，PLC产品的种
11、类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列，上百种型号。目前在国内应用较多地PLC产品主要包括：美国AB、GE、MODICON公司，德国西门子公司，日本OMRON、三菱公司等的PLC产品。因此PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有自己的特点，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。1）对输入 / 输出点的选
12、择要先弄清楚控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 20 留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。 PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。对存储容量的选择对用户存储容量只能作粗略的估算。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器 / 定时器按（ 3 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 10 ）字 / 量估算；在有
13、模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 100 留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。2)对 I/O 响应时间的选择。PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统,PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。3)根据输出负载的特点选
14、型。不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。 4）对在线和离线编程的选择。 离线编程是指主机和编程器共用一个 CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU ，主机的 CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。 据是否联网通信选型 若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC 、上位计算机及 CRT 等的接口。大、中型机都有通
