基于PLC的打地鼠游戏设计.doc

一、 绪 论1.1 课程设计的意义电气控制技术是电气工程及其自动化专业的一门重要的专业课，该课程不但有较高的理论基础要求，而且工程实践性很强，因此除安排上完理论课时外， 还安排了三周的课程设计1.2 课程设计的目的(1)综合运用PLC课程和其它选修课程的理论和知识，掌握PLC设计的一般方法，树立正确的设计思想，培养分析问题和解决实际问题的能力；(2)学会从控制系统功能的要求出发，合理的选择外围设备，制定设计方案，编写控制程序3)学习使用技术手册，掌握查阅专业资料的相关方法1.3 PLC可编程逻辑控制器的定义PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计1.4 PLC的基本结构PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。

PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成PLC的结构框图如图1.1所示图1.1 PLC的基本结构如图1.1，PLC的基本结构有电源、中央处理单元、存储器、输入输出接口电路，此外还有功能模块、通信模块a、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内b、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、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c、存储器 PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分 系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序固化在ROM内，用户不能直接更改，它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分第一部分为系统管理程序，它主要控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。

第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令第三部分为标准程序模块与系统调用PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少也决定了PLC性能的高低用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一d、输入输出接口电路 (1)现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道 (2)现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号 1.5 PLC的编程语言在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。

梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，梯形图程序设计语言的特点是： (1)与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性； (2)与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习； (3)与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流（Power FLow）不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关概念区别对待； (4)与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查1.6 三菱PLC- FX2N系列的特点三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出16～25 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC特点： 系统配置即固定又灵活；-编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备  三菱PLC- FX2N二、 系统方案设计及确定2.1 打地鼠游戏成品中有一个4×4的发光二极管阵列和开关阵列，并且开关和对应位置的发光二极管在逻辑上对应。

游戏时，发光二极管阵列中的一个会闪烁一下，然后给出一定时间（根据级别不同时间也不同）让游戏者将对应的开关按下，如果按对则加分，按错或没有在规定的时间内按下按键均不加分但也不扣分；如果前10次按对的次数不超过7次，那么游戏将自动返回到开始状态，重新开始；如果得分超过了20分，游戏将自动升级，灯闪烁的间隔会减小，意为难度增大七段数码管用以显示所得分数此游戏与传统的打地鼠游戏不同：传统的打地鼠游戏每次出现不止一个地鼠，规定在地鼠出现的时间内（并且在这段时间内地鼠会一直显示）如果游戏者按对按键才会得分而我们的就不一样，我们设计的游戏一次只有一个地鼠出现，并且只是闪烁一下而已，需要游戏者凭记忆记住那个地鼠的位置，然后给出一定的时间让游戏者按开关按键，如果按对才能得分所以说，传统的打地鼠游戏只是锻炼了反应时间，而我们的打地鼠游戏既锻炼了反应时间，又锻炼了短期记忆能力 2.2 功能要求游戏时，发光二极管阵列中的灯会亮，然后给出一定时间（根据级别不同时间也不同）让游戏者将对应的开关按下，如果按对则加分，按错或没有在规定的时间内按下按键均不加分但也不扣分；如果得分超过了10分，游戏将自动升级，灯闪的间隔会减小，意为难度增大。

七段数码管用以显示所得分数灯的出现可以是一个或者是多个，可以是按一定次序出现或随机出现，灯亮的时间自己定，根据作者熟练程度选择方案）2.3 系统方案说明本次设计基于PLC的打地鼠游戏，本文的课题源于风靡的打地鼠游戏PLC控制具有实时性、信号处理时间短、速度快、更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目，可靠性高，丰富的I/O卡件，质优价廉，性价比高，安装简单，维修方便，PLC控制能在高粉尘、高噪声、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作因为它是整体模块，集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能，所以在使用中，硬件相对简单，编程语言也相对简单，并且测试容易，维修方便，更可以提高控制系统设计的灵活性及控制系统的可靠性本设计以操作简单、使用可靠、维护修理方便作为主要设计方向三、系统硬件设计该系统输入为按钮，输出包括发光二极管、七段数码管由于此次实习是设计控制系统，所以没有实物，结合实验室现有的硬件：模拟实验板，再合理分配输入输出端子，连接按钮四、系统软件设计4.1系统流程图PLC进入运行，系统处于初始状态，准备好启动按下启动按扭，选择难度（初级和中级），灯随机点亮，结合相对应的开关按钮，在自动（系统设置时间）灯熄灭前，按下对应的按钮进行熄灭，在一轮游戏结束时数码管显示当前所得分数。

4.1.1 工艺流程分析初始状态 启动 选择难度 二极管亮 按下对应按钮熄灭灯 回合结束 计分 数码管显示分数 是否继续 停 机 4.2 输入输出地址及接线五、系统调试5.1 硬件调试硬件线路连的好不好，直接关系到整个系统的成败。

仔细看电源极性有没有接反，是否接地，看有没有逻辑性错误，主要包括错线、开路、短路检查接线是否牢固5.2 软件调试在FX2N环境里实现系统软件调试，首先在端口选择上选择FX2N/，然后画好梯形图仔细检查梯形图后方可进行软件调试1)工作:该软件与PLC连接在一起，称为工作，否则称为离线工作2)传送：将程序、扩展指令等下载到PLC3)操作模式：PLC工作模式为编程、调试、监视和运行四种程序传送成功后选择运行，这样PLC就能按程序工作了，调节PLC输入，观察对应的输出是不是想要的结果5.3 调试结果（部分）初级挑战中级挑战六、总结通过这次设计实践，学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合能解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距了解了PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆做事要学思结合七、参考文献[1]韩顺杰,蔡长青.电气控制技术[M].北京:北京大学出版社,2010[2]杨亚萍,陈北莉.电气控制与PLC[M].北京:化学工业出版社,2009[3]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].第二版.北京:化学工业出版社,2008 [4]钟肇新,范建东.可编程控制器原理及应用.[M].广州:华南理工大学出版社,2003[5]史宜巧.PLC技术及应用项目教程. 北京:机械工业出版社,2009.1八、附录梯形图。