八路抢答器plc课程设计

扬 州 大 学 本科生课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 报告 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目 抢答器PLC控制系统 课 程 电气控制及可编程控制器 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导老师 完成日期 2013/1/14 目 录 1 绪论……………………………………………………………………….……2 1.1 课程题目…………………………………………………………………2 1.2 设计目的及要求…………………………………………………………2 1.3 原始资料…………………………………………………………………2 1.4 课题要求…………………………………………………………………3 1.5 日程安排…………………………………………………………………3 1.6 主要参考书…………………………………………………………....…3 2 器件选择…………………………………………………………………….....4 2.1PLC的概述……………….….……………………………………………4 2.2抢答器整体功能的介绍…………………….……………………………4 2.3硬件电路选择………………………………………………...……….….5 2.3.1系统设计思想设计……………………………………………….… 5 2.3.2设计硬件选择……………………………………………………...…6 3 程序设计……………………………………………………………………….7 3.1 总体设计思路……………………………………………………...…….7 3.2 PLC输入输出口分配…………………………………….…….…......…10 3.3抢答器的外部接线图…………………………….……………….......…10 3.4抢答器的梯形图……………………………….….……………….....….11 4 安装、接线及系统联合测试…………………………………………...….…14 4.1硬件调试………………………………….….…………………...…..….14 4.1.1现场调试……………………………………………………........… 14 4.1.2欧姆龙联机调试………………………………………………......…14 4.2软件调试和模拟调试……………….…………….……………….....….14 5 总结………………………………………………………………………....…15 6参考文献………………………………………………………………….....…16 1 绪论 1.1 课程题目 抢答器PLC控制系统设计 1.2 设计目的及要求 1、熟悉电气控制系统的一般设计原则、设计内容及设计程序。 2、掌握电气设计制图的基本规范，熟练掌握PLC程序设计的方法和步骤。 3、学会收集、分析、运用电气设计有关资料及数据。 4、培养独立工作和工程设计能力以及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。 1.3 原始资料 1.3.1设备概况 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。 1.3.2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。 1.4 课题要求 1、设计原则：国家现行有关电气设计规范及主管部门规定等。 2、设计范围：控制系统主电路及控制电路设计，电器设备选型。 3、设计成果：课程设计报告（设计说明书及计算书等），主电路图、控制电路图、流程图、I/O端子接线图、梯形图及程序。（所有成果均应为打印稿） 1.5 日程安排 本次课程设计时间共一周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关电气设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1天） 2、分析控制要求、主电路及控制电路 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计。（1天） 3、绘制控制流程图、I/O端子接线图。（1天） 4、梯形图设计、编制程序及程序说明。（1天） 5、整理计算书及图纸、写课程设计报告。（1天） 1.6 主要参考书 1、《电气控制与可编程控制器应用技术》 郁汉琪主编 东南大学出版社 2、《工厂电气控制技术》 方承远主编 机械工业出版社 3、《可编程控制器原理应用网络》 徐世许主编 中国科学技术大学出版社 4、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册 中国电力出版社 2 器件选择 2.1 PLC的概述 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。 2.2 抢答器整体功能的介绍 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。 抢答器整体功能如下： 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。 2.3硬件电路设计 2.3.1 系统设计思想设计 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。 2.3.2 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 3 程序设计 3.1 总体设计思路 1、抢答器系统组成 抢答器控制系统分５部分：ＰＬＣ、抢答按钮、信号灯 、音响电路和显示部分，它利用抢答按钮输入各路的抢答信号，经ＰLC处理，输出控制信号，控制数码管和音响提示电路工作（系统结构如图3.1所示）。 图3.1 系统结构图 2、系统设计过程 （1）抢答器同时为八组选手提供了八个按钮SB0-SB7。 （2）复位按钮SB8，开始抢答按钮SB9，答题计时按钮SB10由主持人控制。 （3）抢答器锁存与显示功能设计：当有选手按动按钮时，梯形图中M1实现自锁，当M1自锁得电时，常开触点闭合，实现音响电路和指示灯电路的输出，常闭触电断开，在实现音响电路和指示灯电路的输出的同时完成优先锁存，实现屏蔽，并在LED数码管上显示。通过自锁优先抢答选手的编号一直保持直到到主持人按下复位按钮SB8自锁解除。 （4）复位按钮SB8接plc的X11，贯穿于整个梯形图，具有最高优先级，可实现随时中断，中断后数码管显示00。 （5）倒计时设计：本系统抢答计时10s，答题计时为30s，数码管２、数码管３显示部分的设计采用步进梯形图，静态显示方式。整个步进梯形图为30s，当主持人发出开始抢答指令（即按下X11按钮）后，梯形图跳到最后十秒，倒计时显示，当主持人发出开始答题指令（即按下X12按钮）后，梯形图跳到最开始位置，进行倒计时显示。 （6）数码管显示的设计：参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，由于M1断开，步进梯形图停止到正在运行的一步，保持输出，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。七段数码管显示器编码表（表3.1）及示意图（图3.2）如下： 数字 A B C D E F G １ ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ２ １ １ ０ １ １ ０ １ ３ １ １ １ １ ０ ０ １ ４ ０ １ １ ０ ０ １ １ ５ １ ０ １ １ ０ １ １ ６ １ ０ １ １ １ １ １ ７ １ １ １ ０ ０ ０ ０ ８ １ １ １ １ １ １ １ ９ １ １ １ １ ０ １ １ ０ １ １ １ １ １ １ ０ 3、工作流程图 系统设计工作流程图如下图3.2所示： 图3.2 工作流程图 3.2 PLC输入输出口分配 表3.2 IO端子分配表 元件名 地址 设备名及作用 X0~X7 0.00~0.07 八路选手抢答按钮SB0~SB7 X8 0.08 复位按钮SB8 X9 0.09 开始抢答按钮SB9 Y0 10.00 报警 Y1~Y7 10.01~10.07 七段数码管（a~g） 3.3 抢答器的外部接线图 3.4抢答器的梯形图 4 安装、接线及系统联合测试 4.1 硬件调试 PLC内部为输入电路所提供的电压，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，证明PLC选型正确，器件的选择符合要求。 4.1.1现场调试 在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。 4.1.2欧姆龙联机调试 欧姆龙联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从欧姆龙只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。 全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。 4.2 软件调试和模拟调试 按接线图接好线后，将程序的指令用欧姆龙编程软件输入到PLC系统中，编程器直接对PLC的用户程序储存器进行读写操作。采用脱机编程方式将所编制的用户程序存入编程器的ROM中后，经过多次调试。 将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。 程序模拟调试的基本思想：以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。 1)硬件模拟法是使用一些硬件设备(如用另一台PLC或一些输入器件等)模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到PLC系统的输入端，其时效性较强。 2)软件模拟法是在欧姆龙中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功能。 5总结与致谢 经过一周的努力，本次课程设计终于圆满完成。这主要是靠指导老师的谆谆指导和指点，其次就是组员之间的团结协作，自己动手查阅有关资料，认真积极地对待课程设计，这才能够完成顺利完成任务。 本次课程设计让我们对PLC这门课有了更深刻的了解和认识，知道了如何实现PLC在实际生活中的应用。利用工作软件实现对抢答器的电气控制，经安装调试后，其各项性能均达到了设计要求，运行良好。 我们为了能够圆满完成任务，同时也为了能够更加清楚地了解PLC的设计步骤，我们自己动手，查找了相关资料，并进行相关分析与总结。 在整个过程中，我们遇到很多困难。因为从未做过相关课题，毫无实际经验，无捷径可循，我们完全不知道该如何下手。幸好在老师的讲解下，再通过我们同学之间的互相讨论，终于在一步步的摸索之中，找到了方法。 我们的任务虽然按期完成了，但我清楚，肯定有很多问题没有暴露出来，很多错误没有被发现。我认为，重点不是结果，而在于过程。通过这次工艺实习，我学会了怎么去找资料，怎么去讨论，怎么去学习，怎么去思考，而这些恰恰是课本上所学不到的。 通过本次课程设计，我获得了很好的锻炼以及理论联系实际、与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网络成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。 这次设计的整个过程不仅是一个技术革新的过程,而且也是一个我们不断地学习的过程.这一段设计使本人自己提高了动手动脑,独立思考的能力,团队合作精神,还学会了解决问题的思路,使本人受益匪浅。 本次的课程设计得以顺利完成，除了本人的努力以及与搭档的相互配合外，更加离不开指导老师的谆谆教导。感谢他在百忙之中对我们的设计给予了详细的指导与细心的检查，并且不厌其烦地为我们解答各种疑问与难题。总之，我在本次课程设计中学到了许多知识，得到了极大的提高。 6 参考文献 1、《电气控制与可编程控制器应用技术》 郁汉琪主编 东南大学出版社 2、《工厂电气控制技术》 方承远主编 机械工业出版社 3、《可编程控制器原理应用网络》 徐世许主编 中国科学技术大学出版社 4、《工厂常用电气设备手册》（第2版）上、下册 中国电力出版社 - 1 -