八路抢答器PLC控制系统设计.docx

1、八路抢答器PLC控制系统设计现代控制技术及PLC控制课程设计姓 名 学 号 班 级 机电 班 专 业 机械电子工程 院 别 机械工程学院 指导教师 2013年7月5日第1章 设计目的与要求31.1 设计目的31.2 设计要求3 2.2.2 抢答器电路分析 5 引言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

2、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

3、的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。第1章 设计目的与要求1.1设计目的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。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

4、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。1.2设计要求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S，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，同时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持到主持人将系统清除为止。4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进

5、行减计时，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）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。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00。第2章 系统要求的分析与设计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.设置一个系统抢答和清除控制开关S、S8，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

6、，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00。2.2 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

7、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，扬声器蜂鸣0.5秒，在LED显示器上显示抢答选手的编号和抢答时间，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。2.2.2抢答器电路分析图第3章 PLC控制系统设计3.1 I/O分配设计及硬件选择3.1.1 I/O分配设计在了解了系统工艺要求和控制要求后,接着要做的就是将I/O通道分配给PLC的指定I/O端子,具体如表3-1所示。表3-1 I/O点的分配与编号控制信号信号名称元件

8、名称元件符号地址编号输入信号主持人开始开关常开按钮SI0.01号选手按纽常开按钮S0I0.12号选手按纽常开按钮S1I0.23号选手按纽常开按钮S2I0.34号选手按纽常开按钮S3I0.45号选手按纽常开按钮S4I0.56号选手按纽常开按钮S5I0.67号选手按纽常开按钮S6I0.78号选手按钮常开按钮S7I1.0主持人复位开关常开按钮S8I1.1输出信号扬声器接触器KM1Q0.0数码显示0 LED管的a端LED显示管端子-Q0.1数码显示0 LED管的b端-Q0.2数码显示0 LED管的c端-Q0.3数码显示0 LED管的d端-Q0.4数码显示0 LED管的e端-Q0.5数码显示0 LED管

9、的f端-Q0.6数码显示0 LED管的g端-Q0.7数码显示1 LED管的a端LED显示管端子-Q1.0数码显示1 LED管的b端-Q1.1数码显示1 LED管的c端-Q1.2数码显示1 LED管的d端-Q1.3数码显示1 LED管的e端-Q1.4数码显示1 LED管的f端-Q1.5数码显示2 LED管的g端-Q1.6数码显示2 LED管的a端LED显示管端子-Q2.0数码显示2 LED管的b端-Q2.1数码显示2 LED管的c端-Q2.2控制信号信号名称元件名称元件符号地址编号输出信号数码显示2 LED管的d端LED显示管端子-Q2.3数码显示2 LED管的e端-Q2.4数码显示2 LED管

10、的f端-Q2.5数码显示2 LED管的g端-Q2.63.1.2 硬件选择 根据对系统装置的分析，选用以下硬件如表3-2所示表3-2 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S、S0-S7、S8配套10个扬声器配套1个LED显示器配套3个3.2 确定I/O信号数量，选择PLC类型3.2.1 系统I/O数量分析经分析控制系统有主持人控制开始按钮S、复位按钮S8和参赛选手S0-S7 10个输入，输出有扬声器1个和21个LED显示管端子22个输出，可以确定为10DI/22DO信号量。3.2.2 S7-200系列PLC的CPU的技术指标表3-3 S7-200系列PLC的CP

11、U的技术指标特性CPU221CPU222CPU224CPU226数字输入量（DI）681424数字输出量（DO）4610163.2.3 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，并且选用EM222（8点输出）作为扩展模块。3.3 I/O接线图抢答器I/O接线图如图3-1所示图3-1 I/O接线图3.4 程序流程图 图3-2 程序流程图3.5 控制程序的编制3.5.1 控制程序编制 1.程序设计及工作过程分析 本次抢答器的设计由于是供8个代表队参赛使用，所以用了八个按钮，分别由S0-S7来表

12、示，主持人开关由开始开关S、复位开关S8来表示，由于此抢答器具有锁存与显示功能，所以梯形图设计中需要用互锁来实现。 当主持人按下开关I0.0时，定时器工作，扬声器发出响声，持续时间0.5秒。此时八位选手开始抢答，在规定时间内抢答有效，如果定时器时间到了以后，仍无人抢答，则扬声器发出持续蜂鸣警报，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。3.5.2程序梯形图如图所示图3-2 程序梯形图 3. 指令语句表程序 使用简易编程器输入程序，将上述梯形图转化成指令语句表的形式，如下所示。/ 主持人按下开始按钮（I0.0）LD I0.0EUO M0.0AN M1.1= M0.0/ 主持人清除上一轮抢答信息（I1.1

13、）LD I1.1EUA M0.0= M1.1/ 定时器开始计时 通电延时定时器（30s）LD M0.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0TON T37, +300/ 选手1抢答控制LD I0.1O M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.1SEG 1, QB0/ 选手2抢答控制LD I0.2O M0.2AN M0.1AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0

14、.0= M0.2SEG 2, QB0/ 选手3抢答控制LD I0.3O M0.3AN M0.1AN M0.2AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.3SEG 3, QB0/ 选手4抢答控制LD I0.4O M0.4AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.4SEG 4, QB0/ 选手5抢答控制LD I0.5O M0.5AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0=

15、 M0.5SEG 5, QB0/ 选手6抢答控制LD I0.6O M0.6AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.6SEG 6, QB0/ 选手7抢答控制LD I0.7O M0.7AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M1.0AN T37A M0.0= M0.7SEG 7, QB0/ 选手8抢答控制LD I1.0O M1.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN T37A M0.0= M1

16、.0SEG 8, QB0/ 主持人按下开始按钮SB0（M0.0）及选手抢答成功时扬声器蜂鸣LD M0.0O M0.1O M0.2O M0.3O M0.4O M0.5O M0.6O M0.7O M1.0EUS Q0.0, 1/ 扬声器蜂鸣定时控制扬声器蜂鸣时间（0.5s）LD Q0.0TON T38, +5Network 14 / 扬声器停止蜂鸣LD T38R Q0.0, 1/ 在抢答时间内没有选手抢答扬声器蜂鸣LDN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0A T37A M0.0= Q0.0/ 主持人按下开关显示器显示30LD

17、M0.0MOVW 30, VW200/ 主持人按下开关定时器倒计时开始并显示LD M0.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A SM0.5EU-I VW200,1 / 选手抢答成功显示并锁定抢答时间LD SM0.0MOVW 30, VW202AENODIV VD200,10AENOSEG VB201, QB1SEG VB203, QB2结束语通过本次课程设计使我比较系统地掌握有关PLC控制系统的设计思想和设计方法，主要对PLC（西门子S7-200）的结构、功能、内部资源等了解并对其进行测试和加以应用的知识

18、得到学习。经过多次的反复实验与分析,可以对电路的原理及功能更加熟悉,同时提高了设计能力与及对电路的分析能力.同时在软件的编程方面得到更到的提高,对编程能力得到加强.同时对所学的知识得到很大的提高与巩固.我在这次课程设计中，刚开始我没有完全明白设计要求走了不少错路耽误了不少时间，在老师的指导下我才慢慢的弄明白。经过这次设计我学会了怎么去发现问题，解决问题。遇到不明白的问题都会去找寻相关的资料或者的去询问老师。从中学到了很多知识。这次课程设计我们把我们的课堂理论知识运用到实际生活中，贴近生活，实现我们的人生价值。并且通过对知识的综合利用，加入个人的分析和比较，加深了了我们对理论知识的理解和运用。也

19、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。遇到问题和同学互相讨论交流。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。通过这次PLC控制抢答器设计，让我对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解。经过一个星期的PLC课程设计，在老师的指导和同学们的帮助下，完成了本次课程设计，由于缺乏设计经验，在设计中有许多忽略或考虑不周全的地方，多亏老师的指点和同学的

20、提醒让我能及时纠正。 在这论文完成之时，首先衷心感谢我的指导老师李杰老师。在李老师的悉心指导下，本课题的设计任务才能最终完成。另外，要感谢我的同学积极的帮助，能及时一起讨论发现错误改正错误使设计少走错路。在课下我反复的阅读课本，弄清楚PLC的工作原理，对每条指令都争取理解清楚，这也是我这次课程设计能够完成的重要因素之一。其次，也要感谢那些帮助过我们的同学，是他们不厌其烦的回答我们的疑问，解决了不少我们不太明白的设计上的难题，使我们能够顺利的完成调试工作。总之，本次毕业设计能够能顺利完成，李杰老师倾注了大量的心血和汗水，在此，向李杰老师致以最诚挚的谢意。参考文献1 王宗才.机电传动与控制.电子工

21、业出版社，2011.62 程先平.机电传动与控制.华中科技大学出版社，19853 王卫兵.可编程控制器原理即应用.北京：机械工业出版社，19984 张万忠.电器与PLC控制技术.化学工业出版社，2003.8 5 陈宏钧.可编程控制器课程设计指导书M天津：天津大学出版社，20016 胡学林.电气控制及PLC.北京:冶金工业出版社，1997. 7 陈忠华.可编程序控制器与工业自动化系统.北京:机械工业出版，2206.8 苏中.基于PC架构的可编程序控制器.北京:机械工业出版社，2005.9 李缓.PLC原理与应用.北京:北京邮电大学出版社，2009.10 罗伟、邓木生.PLC与电气控制.北京:中国电力出版社，2009.