基于欧姆龙PLC的抢答器控制系统课程设计.docx
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基于欧姆龙PLC的抢答器控制系统课程设计
目录
引言1
第一章课题要求2
1.1设计目的2
1.2控制要求2
1.3设计任务2
第二章PLC概述3
2.1PLC简介3
2.2PLC的用途3
2.3PLC的特点4
2.4PLC的分类4
第三章控制系统总体方案设计5
3.1PLC的体系结构5
3.2控制程序流程图设计6
3.2系统变量定义及分配表7
3.3系统接线图设计7
3.3控制系统程序设计思路图8
第五章系统调试及结果分析12
5.1系统调试12
5.2结果分析13
小结与心得体会13
附录14
摘要
近年来随着科技的飞速发展以及我国经济和文化事业的发展，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制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。
在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。
最初的抢答器是由优先权编码器构成的逻辑电路，其运算速度慢、线路复杂、可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更加困难。
因此，一种能够体现竞赛的公开，公平，公正性的竞赛抢答器成为一种需求。
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。
本设计将以PLC为核心设计了一个较为简单的抢答器系统。
其中包括系统结构图，程序指令，梯形图以及输入输出端子的分配方案，人机界面。
本设计的抢答器系统控制方便，灵活。
关键词：
PLC可编程控制器抢答器
第一章课题要求
1.1设计目的
（1）本次课程设计主要是配合《PLC技术与应用》理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。
（2）通过本次课程设计掌握CJ、CP系列PLC的编程和运行方法，熟练进行PLC编程设计以及调试。
1.2控制要求
（1）竞赛者若要回答主持人所提问题时，需抢先按下桌上的按钮。
（2）指示灯亮后，需等到主持人按下复位键PW后才熄灭。
为了给参赛儿童一些优待，PB11和PB12中任何一个按下时，灯L1都亮。
而为了对教授组作一定限制，而只有在PB31和PB32键都按下时才亮。
（3）如果竞赛者在主持人打开SW开关的10s内按下按钮，电磁线圈将使彩球转动，以示竞赛者得到一次幸运的机会。
1.3设计任务
（1）作出PLC的I/O分配表、I/O接线图、流程图、设计梯形图和人机界面并调试运行。
（2）课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
第2章PLC概述
2.1PLC简介
可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，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，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。
可编程控制器（ProgrammableLogicController）即PLC。
现已广泛应用于工业控制的各个领域。
他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（ProgrammableController），简写为PC。
后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（PersonalComputer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。
国际电工委员会（IEC）于1987年对PLC定义如下:
PLC是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器,可以编制程序的控制器。
它能够存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。
PLC及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形式一体,易于拓展其功能的原则设计。
事实上,PLC就是以嵌入式CPU为核心,配以输入,输出等模块,可以方便的用于工业控制领域的装置。
PLC与机器人,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱
2.2PLC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，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。
相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。
（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（ProportionalIntergralDerivative）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。
2.3PLC的特点
（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
2.4PLC的分类
1.按I/O点数容量分类
一般来说，PLC处理的I/O点数比较多，反映控制关系比较复杂，用户要求的程序存储器容量比较大，要求PLC的指令及其他功能比较多，指令执行的过程比较快等。
按PLC的输入输出点数可将PLC分为三类:
（1）小型机小型PLC的功能一般以开关量控制为主，其输入、输出总数在256点一下，用户程序存储器容量在4K字一下。
现在的高性能小型机还具有一定的通信能力和少量的模拟量处理能力。
这类PLC价格低廉，体积小，适合于控制单台设备，开发机电一体化产品。
典型的小型机有OMRON公司的CPM2A系列、SIEMEN公司的S7-200系列，MITSUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整式PLC等产品。
（2）中型机中型机PLC的输入、输出总点数在256-2048点之间，用户程序存储器容量达到2-8K字。
中型机PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，他的通信功能和模拟量处理能力更强大。
中型机的指令比小型机更丰富，适用于更复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程控制场合。
典型的中型机有SIEMENS公司的S-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列模块式PLC等产品。
（3）大型机大型机PLC的输入、输出总点数在2048点以上，用户程序存储器容量达到8-6K字。
大型PLC的性能已经与工业控制计算机相当，他具有计算、控制和调节的功能，还具有很强的网络结构和通信联网能力。
他的监视采用CRT显示，能够表示过程动态流程，纪录各种曲线，PID调节参数选择图；他配备多种智能板，构成一个多功能系统。
这种系统还可以和其他型号的PLC互联，和上位机相连，组成一个集中分散的生产过程和产品质量控制系统。
大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统。
典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等产品。
上述划分没有严格的界限，随着PLC技术的飞速发展，某些小型PLC也具备中型机和大型机的功能，这也是PLC的发展趋势。
2.按PLC物理结构分类
按PLC物理结构形式的不同，可分为整体式（也称单元式）和组合式（也称模块式）两类。
（1）整体式结构整体式结构的PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、电源、通信端口、I/O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。
内外还有独立的I/O扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成PLC不同配置与主机配合使用。
整体式结构的PLC结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。
小型机常用这种结构。
（2）组合式结构这种结构的PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I/O单元，通信单元等分别做成相应的电路板和扩展模块。
组合式的特点是配置灵活，输入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能模块可以依需要灵活配置。
大、中型PLC常用组合式结构。
第3章控制系统总体方案设计
3.1PLC的体系结构
可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。
这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。
PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。
PLC硬件结构图可编程序控制器简称为PLC（ProgrammableLogicController）主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。
（如下图所示）
3.2控制程序流程图设计
3.2系统变量定义及分配表
下表所示为本次课程设计的I/O表:
3.3系统接线图设计
本课程设计包括有7个按钮作为输入，4个指示灯作为输出显示。
L1
1.00
L2
1.01
L3
1.02
1.03
CB
1.03
24V
COM
220V
3.3控制系统程序设计思路图
第五章系统调试及结果分析
5.1系统调试
1.按下SW按钮，启动抢答器系统
2.当儿童组有一人抢到时儿童组灯亮
3.当学生组有抢到时学生组灯亮
4.当教授组两人都抢到时教授组灯亮
5.10s内抢到彩球转
5.2结果分析
按下启动按钮SW，抢答器开始工作。
儿童组两位选手中任何一位在10s时间内先于其他两组按下抢答按钮，抢答器指示灯L1亮，同时彩球CB旋转；学生组的选手在10s时间内先于其他两组按下抢答按钮，抢答器指示灯L2亮，同时彩球CB旋转；教授组两位选手都在10s时间内先于其他两组按下抢答按钮，抢答器指示灯L3亮，同时彩球CB旋转。
按下复位按钮PW，抢答器停止工作。
本设计可以很好地完成三组选手抢答器设计的要求，并且可以将组态王界面联机实现人机界面控制。
小结与心得体会
选择PLC时首先要对生产工艺和被控对象进行分析，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，适当进行内存容量的估计，确定适当的留有余量而不浪费资源的机型。
在进行设计前应首先进行I/O分配，以确定这个程序该如何编写，梯形图如何绘制，各个按钮和指示灯所对应的指令等。
在设计完成后，还要将之与上位机连接，进行监控与调试，这让我学会了如何在调试过程中检验系统的缺陷与故障，并能对其进行及时的修改，对整个控制系统的的各个器件的作用和程序的使用了解的更多，并且得到了大量的练习，大大增加了熟练度，已经能够较为熟练地进行操作。
经过此次课程设计，我才知道，我对plc的了解少之又少。
从一开始对plc的选型，就需要根据项目的性能，考虑所需的plc。
需要对题目考虑，编程。
编程的过程需要缜密的思索，每一步都是有联系的。
让我对plc的编程基础又有复习了一遍。
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。
事要学思结合。
致谢
本次论文的写作是在陈娜老师的指导下进行的。
针对在写作过程中遇到许多的难题，包括技术上和理论中难以理解的部分，陈娜老师都给认真的解释，为此，向陈娜老师表示最衷心的谢意。
我们小组在设计智能抢答器控制系统的设计中，互相配合，相互协作，学会去发现问题，解决问题。
遇到不明白的问题都积极的去询问老师，或者去找寻相关的资料。
从中感受到了团结合作的力量，每一个人在我们的设计过程中，都担当了非常重要的角色。
也要感谢在制作过程中给予我们帮助的院级领导和同学们。
这次毕业设计使我们有机会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。
从这次毕业设计的制作过程中，让我深切的领会到想要在激烈的社会竞争中占领自己的一块领地，必须要把自己的闪光点，发挥出来，并不断的改正自己的缺点，完善自己的能力，以更好的一面去面对社会。
在以后的学习工作过程中，我会虚心的接受师傅们对我的教导，好好的工作，发扬我们学校吃苦耐劳的精神，做有一个合格的滨海毕业生。
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