plc智能抢答器设计

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1、学 号 1322041219天津 xx 大学（电气控制技术课程实训）设计说明书（用基本指令实现智能抢答器设计起止日期： 2015 年1月19日至 2015年 1月25日学生姓名班级成绩指导教师（签字）xxxx 学院2015 年 1月25 日1 / 22设计题目：用基本指令实现智能抢答器设计完成期限：自 2015 年 1月 19日至 2015 年 1月 25日共 1 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：指导教师（签字）：系（教研室）主任（签字）：批准日期：年 月 日摘要近年来随着科技的飞速发展，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，可编程控制器由于其 优良的控

2、制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛 普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组 织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活 动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上 丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位 开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。本次设计是利用PLC (Programmable Logic Controller)对 PLC控制的四路智力抢答器进行控制。首先，选择这个题目之后， 我对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致 的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路智力抢答器的工作原 理，以

3、及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人 的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。考虑到只 是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要25个，输入端口需 要7个，由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优 点，因此，我决定选用SIMATIC S7-200系列的CPU226和数字量 扩展模块EM223作为本次设计的PLC。具有方便灵活，维护使用方 便等特点。关键词：智力控制，四路抢答器， PLC目录摘 要 0一 PLC 概述 21.1 PLC 的定义 21.2 PLC 的基本结构 31.3 PLC 的特点 41.4 PLC 工作原理 5二 PLC 四路抢答器 52.1

4、 PLC 四路抢答器概述 6三 系统硬件设计 63.1 系统硬件连接图 63.2 控制系统 I/O 分配表 7四 系统软件设计 84.1 整体设计 84.2 系统流程图 84.3 PLC 控制程序 94.4 主持人控制台控制抢答器的开始 104.5 选手的抢答 104.6 组别显示 114.7 指示灯电路 124.8 系统总程序 14总结 17参考文献 18一 PLC概述1.1 PLC 的定义美国电气制造商协会 (National Electronic Manufacture Association,简称NEMA)对可编程序控制器进行了如下定义： “可编程序控制器是一种带有指令存储器，数字或模

5、拟输入 /输 出接口；以位运算为主；能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术 运算功能；面向机器或生产过程的自动控制装置”。并将其统一 命名为 Programmable logical Controller (PLC)。1.2 PLC 的基本结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本 上与微型计算机相同，如图 1.1 所示：编程器中央处理单元(CPU)系统程序存储器T |用户程序存绪訂|电源|图 1.1 PLC 硬件结构(1) 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统 程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据：检 查电源、存储器、

6、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程 序中的语法错误，当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接 收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然 后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指 令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄 存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区 的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如 此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高 PLC 的可靠性，灵活性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这 样，即使某个 CPU 出现故障，整

7、个系统仍能正常运行。(2) 存储器( Memory)可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外 部输入的信号的状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出 映像寄存器区域。CPU常用的微处理器有通用型微处理器，单片 机和位片式计算机等。小型 PLC 的 CPU 多采用单片机或专用的 CPU。大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。（3）基本 I/O 接口电路a 输入接口单元。 PLC 内部输入电路作用是将 PLC 外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的、符合PLC输入电路要 求的电压信号，通过光耦电路送至 PLC 内部电路。输入电路通常 以光电隔离和阻容滤波的方式

8、提高抗干扰能力，输入响应时间一 般在 0.115ms 之间。多数 PLC 的输入接口单元都相同，通常有 两种类型。一种是直流输入，一种是交流输入。b 输出接口单元。 PLC 输出电路用来将 CPU 运算的结果变换 成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触 器线圈等）。 PLC 输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和 晶体管输出型等三种。（4）接口电路PLC 接口电路分为 I/O 扩展接口电路和外设通信接口电路两类。I/O 扩展接口电路用连接 I/O 扩展单元，可以用来扩充开关 量 I/O 点数和增加模拟量的 I/O 端子。 I/O 扩展接口电路采用并 行接口和串行接口两种电路

9、形式。根据被控制对象对 PLC 控制系 统的技术和要求，确定用户所需的输入、输出设备，据此确定 PLC 的 I/O 点数。通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本 显示器，并能组成 PLC 的控制网络。 PLC 通过 PC/PPI 电缆或使 用 MPI 卡通过 RS-485 接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、 监控、联网等功能。（ 5 ）电源PLC 内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电源需要的工作电源（5V直流）。当输入端 子为非干接点结构时，为外部输入元件提供 24V 直流电源（仅供 输入点使用）。1.3 PLC 的特点1. 使用方便，编程简

10、单2. 功能强，性能价格比高3. 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4. 可靠性高，抗干扰能力强5. 系统的设计、安装、调试工作量少6. 维修工作量小，维修方便1.4 PLC 工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个 阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上 述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控 制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入 所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元 内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这 两个阶段中，即

11、使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相 应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号， 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情 况下，该输入均能被读入。在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的 顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又 总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后 右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然 后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对 应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状 态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即， 在用户程

12、序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数 据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统 RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的 梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数 据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑 线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的 程序起作用。当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新 阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新 所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才 是可编程逻辑控制器的真正输出。二PLC四路抢答器2.1 PLC 四路

13、抢答器概述抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺 激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍 一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个 裁判台，4 个参赛台，分别为 1 号、2 号、3 号、4 号参赛台.总 体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可 以使用，并且给人的视觉效果非常好。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

14、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。我所设计的 PLC 智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答 器，现在以四路抢答器为例。给竞赛主持人设置了2 个控制按钮， 用来控制开始、复位，每当主持人发出开始抢答指令后，哪组选 手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，并对其后 的抢答信号不在响应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮， 系统开始下一轮抢答。若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视 为违规，违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声 响。

15、当主持人按下抢答器按钮时定时器 T0 开始计时（设定 30 秒） 若 30 秒限制到时仍无人抢答则以示选手放弃该题。三 系统硬件设计3.1 系统硬件连接图根据系统要求和所需要的硬件，系统数字量输入点总计 7个 点，输出点总计 25 个点。综合考虑到系统的性价比和系统的可 扩展性，输入、输出点留出一定的富裕量，因此PLC选择SIEMENS 的S7-200系列的CPU226继电器输出型和数字量扩展模块EM223。 输入、输出端子电气接线图如图 3.1 所示。图 3.1 系统硬件接线图3.2控制系统I/O分配表抢答器的PLC控制系统的输入端口 I/O分配表如表1所示。表1 输入端口表抢答器的PLC控制系统的输出端口如表2所示。表2 输出端口表信号名称内部地址信号名称内部地址抢答开始按钮SB1I0.0第二组抢答按钮SB4I0.3主持人复位按钮SB2I0.1第三组抢答按钮SB5I0.4第一组抢答按钮SB3I0.2第四组抢答按钮SB6I0.5信号名称内部地址信号名称内部地址数码管aQ0.0数码管fQ0.5数码管bQ0.1数码管gQ0.6数码管c