竞赛抢答器的设计毕业论文.doc

湖南软件职业学院毕业设计（论文） 目录 I 目目 录录 第一章第一章 引言引言 1 1 第二章第二章 概述概述 2 2 2.12.1 PLCPLC 的发展史的发展史2 2 2.1.1 PLC 的由来 .2 2.1.2 可控制编程器的发展.2 2.1.3 可控制编程器的发展趋势.3 2.22.2 PLCPLC 的用途与特点的用途与特点3 3 2.2.1 PLC 的用途 .3 2.2.2 PLC 的特点 .4 2.32.3 PLCPLC 的主要原理和组成的主要原理和组成6 6 2.3.1 PLC 的主要原理6 6 2.3.2 PLC 的组成部分 6 第三章第三章 竞赛抢答器的设计方案和思路竞赛抢答器的设计方案和思路 8 8 3.13.1 PLCPLC 抢答器的控制要求：抢答器的控制要求：8 8 3.23.2 硬件设计方案硬件设计方案 8 8 3.2.1 控制特点分析8 3.2.2 I/O 配线图 8 3.2.3 答题流程图 4-1： .10 3.2.4 PLC 机型的选择步骤与原则 .11 3.33.3 软件设计方案软件设计方案 1212 3.3.1 设计假设： .12 3.3.2 梯形图的设计及分析： .13 3.43.4 程序的下载、安装和调程序的下载、安装和调 1717 第四章第四章 总总 结结 2020 致谢致谢 2121 参考文献参考文献 2222 湖南软件职业学院毕业设计（论文） 1 引言 1 第一章第一章 引言引言 可编程序控制器(PLC) 是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器 控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是功能加强、编程简单、使用方便以 及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。

近年来随着科技的飞速发展，PLC 的应用正在不断地走向深入，同时带动传统 控制检测日新月益更新在实时检测和自动控制的 PLC 应用系统中，PLC 往往是作 为一个核心部件来使用，仅 PLC 方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以 及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善 PLC 的应用领域已经拓宽到了各个领域，在日常生活中，智能抢答器广泛的应 用于各种竞赛和抢答场合越来越多的抢答器投入市场，可是大部分的抢答器主 要采用的是单片机系统；而单片机系统由于稳定性不高，基于此，我们采用了 S7- 200 PLC 来实现智能抢答器控制系统的设计 湖南软件职业学院毕业设计（论文） 2 概述 2 第二章第二章 概述概述 2.12.1 PLCPLC 的发展史的发展史 2.1.12.1.1 PLCPLC 的由来的由来 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 设备如下图 1-1 所示： 图 1-1 2.1.22.1.2 可控制编程器的发展可控制编程器的发展 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， 湖南软件职业学院毕业设计（论文） 2 概述 3 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 2.1.32.1.3 可控制编程器的发展趋势可控制编程器的发展趋势 PLC 自问世以来，经过几十年的发展，PLC 的功能越来越强大，应用范围也越 来越广泛，其足迹已遍及国民经济的各个领域，但 PLC 得主要应用领域是自动化， 不同的企业对自动化程度的要求都不相同不仅需要发展适合于大、中型企业的 高水准的 PLC 网络系统，而且也要发展合适小型企业、性能价格比高的小型 PLC 控制系统所以 PLC 控制系统将朝着体积小、速度更快、功能更强、价格更低的 方向发展； 二是向大型化、网络化、多功能方向发 2.22.2 PLCPLC 的用途与特点的用途与特点 2.2.12.2.1 PLCPLC 的用途的用途 PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制但近年来由 于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使 PLC 的成本下降,同时又由于 PLC 的 功能大大增强,使 PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、 采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业PLC 的应用通常可分为 五种类型： （1）顺序控制 这是 PLC 应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控 湖南软件职业学院毕业设计（论文） 2 概述 4 制。

PLC 可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等如注塑机、印刷机械、 订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等 （2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单 轴或多轴位置控制模版在多数情况下，PLC 把扫描目标位置的数据送给模版块， 其输出移动一轴或数轴到目标位置每个轴移动时， （3）闭环过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流 量等PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使 PLC 具有闭环 控制功能,即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可用于过程控制当过程控制中某一个 变量出现偏差时,PID 控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上 （4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的 PLC 和计算机数值 控制（CNC）设备紧密结合的趋向著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen10、11、12 系列，已将 CNC 控制功能作为 PLC 的一部分为了实现 PLC 和 CNC 设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件通过窗口软件，用户可 以独自编程，由 PLC 送至 CNC 设备使用。

美国 GE 公司的 CNC 设备新机种也同样使 用了具有数据处理的 PLC预计今后几年 CNC 系统将变成以 PLC 为主体的控制和管 理系统 （5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔 性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展 PLC 之间， PLC 和上级计算机之间的通信功能作为实时控制系统，不仅 PLC 数据通信速率要 求高，而且要考虑出现停电故障时的对策 2.2.22.2.2 PLCPLC 的特点的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能 力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头 的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性传统的继电器控 制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器由于触点接触不良，容易出现 故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关 的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10--1/100，因触点接触不良造成 的故障大为减少 而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成， 大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。

微机虽然具有很强的功能，但抗干扰能力差，工业现场的电磁波干扰，电源 波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机不能正常工作而 PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸收了生产控制经验，主要模块均采 用了大规模集成电路，I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上 湖南软件职业学院毕业设计（论文） 2 概述 5 对耐热、防潮、抗震等都有精确的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地 等抗干扰能力，目前个生产厂家生产的 PLC，平均无故障时间都大大超过了 IEC 规 定的 10 万小时，有的甚至达到了几十万小时 （2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活 PLC 产品均成系列化生产， 品种齐全，外围模块品种也多，可有各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的 控制系统在 PLC 构成的控制系统中，只需在 PLC 的端子上接入相应的输入、输 出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而有繁杂的硬件接 线线路当控制要求改变，需要变更控制系统功能时，可以用编程器或离线 修改程序，修改接线量很小同一个 PLC 装置有、用于不同的控制对象，只是输 入、输出组件和应用软件不同而已。

（3）编程方便，易于使用 PLC 是面向用户的设备，PLC 的设计者充分考虑 到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC 程序的编制，采用梯形图或面向工业控制 的简单指令形式梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要 专门的计算机知识和语言，深受现场电气技术人员的欢迎 （4）功能完善，扩展能力强 PLC 中含有数量巨大的用于开关量处理的继电 器类软件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不 能实现的PLC 内部具有许多控制功能，能方便地实现 D/A、A/D 转换及 PID 运算， 实现过程控制、数字控制等功能PLC 具有通信联网功能，他不仅可以控制一台单 机，一条生产线，还可以控制一个机群，许多生产线他不但可以进行现场控制， 还可以用于远程控制 （5）PLC 控制系统设计、安装、调试方便 PLC 中相当于继电器系统中的中 间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，硬件齐全，且为模块化 积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量（输入、输出点、内存大小）等选 用组装又由于用软件编程取代了硬接线实。