课程设计（论文）抢答器PLC控制系统设计.doc

内容摘要随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生而实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟而现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单(有的甚至没有显示电路)，无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开关键词：可编程控制器 、抢答器、PLC目 录第1章 引言……………………………………………………………31.1 PLC的由来及发展史……………………………………………31.2 PLC的基本结构…………………………………………………41.3 PLC的工作原理…………………………………………………4第2章 系统方案的分析与设计……………………………………62.1 控制要求分析，设计主电路………………………………… 62.2 系统设计思想及控制流程设计……………………………… 62.3 设计硬件选择………………………………………………… 6第3章 PLC控制系统设计………………………………………… 83.1 确定I/O信号数量，选择PLC类型………………………… 83.2 I/O通道分配及I/O接线图……………………………………83.3 控制程序编制与调试………………………………………… 10设计总结……………………………………………………………………22谢词………………………………………………………………………… 23参考文献……………………………………………………………………24第1章 引言1．1 PLC的由来及发展史PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大 . 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。

随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展现代PLC已经成为真正的工业控制设备虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1．早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等其中PLC 特有的编程语言—梯形图一直沿用至今2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。

美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）这样，使PLC 得功能大大增强在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 得应用范围得以扩大3．近期的PLC（80 年代中后期至今）进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化1．2 PLC的基本结构PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机其完成控制的实质是按一定算法进行I／O变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场1. 输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。

CPU可以读其值，但不可以写或进行修改2. 输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响3. 存储器存储器分为系统存储器和用户存储器系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能4. CPU单元CPU单元控制着I／O寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中程序的解释执行工作，是PLC的大脑5. 其它接口单元其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件1．3 PLC的工作原理1. 扫描技术 当PLC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，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 1） 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC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映象区中的相应得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 2） 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC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 在用户程序执行过程中，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。

在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别 3） 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC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PLC的真正输出 第2章 系统方案的分析与设计2.1 控制要求分析，设计主电路2.1.1 PLC抢答器的控制要求1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0-S7表示2.设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制3.抢答器具有锁存与显示功能即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，勇士扬声器发出报警声响提示选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保存到主持人将系统清楚为止4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由支持人设定（如30秒）当主持人启动“开始”按钮后，定时器惊醒减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右5.参赛选手在设定时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢搭的时间，并保持到主持人将系统清楚为止。

6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示002.2 系统设计思想设计2.2.1 系统设计思想 在主持人按动“开始”按钮后，计时器开始计时，同时扬声器蜂鸣0.5秒，此时各参赛选手开始抢答各选手之间实行互锁，在一名选手抢先按下抢答按钮时，其他的选手再按抢答按钮则无效在选手按下抢搭按钮后，选手的抢搭指示灯亮起，同时扬声器蜂鸣0.5秒，在LED显示器上显示抢答选手的编号，一直保存到主持人清除位置，此时可以由选手来回答抢答的问题在回答环节进行过后，由主持人对此次的抢答显示进行清除，进而进行下一轮的抢答2.3 设计硬件选择根据对系统装置的分析，选用以下硬件如表2-1所示表2-1 硬件选择表名称型号数量PLC主机单元S7-200(226)1台控制按钮SB配套9个指示灯配套配套扬声器配套1个LED显示器配套1个第3章 PLC控制系统设计3.1 确定I/O信号数量，选择PLC类型3.1.1 系统I/O数量分析经分析控制系统有主持人控制按钮SB0和参赛选手S1-S8九个输入，输出有八名选手的抢搭指示灯亮、扬声器和7个LED显示管端子十六个输出，可以确定为9I/16O信号量3.1.2 S7-200系列PLC的CPU的技术指标表3-1 S7-200系列PLC的CPU的技术指标特性CPU221CPU222CPU224CPU226数字输入量（DI）681424数字输出量（DO）4610163.1.3 S7-200系列PLC的CPU型号的选择根据该系统的信号输出量和输出量的数量，配合S7-200的CPU的数字量I/O数量，考虑选用CPU226型号。

3.2 I/O通道分配及I/O。