宫建毕业设计基于PLC控制的四路抢答器设计初稿.pdf

安徽矿业职业技术学院安徽矿业职业技术学院 毕业设计毕业设计 （2016 届）届） 题题目目基于基于 plcplc 控制的四路抢答器设计控制的四路抢答器设计 指导教师指导教师胡老师胡老师 院院系系机电工程系机电工程系 班班级级机电一体化机电一体化 13021302 班班 学学号号135802010216135802010216 姓姓名名宫建宫建 二一六年五月八日 安徽矿业职业技术学院安徽矿业职业技术学院 毕业设计任务书毕业设计任务书 （2016 届）届） 题题目目基于基于 plcplc 控制的四路抢答器设计控制的四路抢答器设计 指导教师指导教师胡老师胡老师 院院系系机电工程系机电工程系 专专业业机电一体化机电一体化 班班级级机电一体化机电一体化 13021302 学学号号135802010216135802010216 姓姓名名宫建宫建 2015 年年 12 月月 1 日至日至 2016 年年 5 月月 8 日共日共 22 周周 论文（设计）方向：论文（设计）方向：基于基于 plcplc 控制的四路抢答器设计控制的四路抢答器设计 一、主要参考资料主要参考资料： 二、 【参考文献】 三、1阮友德主编.电气控制与PLC，北京：人民邮电出版社，2007年10月. 四、 2.汤以范.电气与可编程序控制器技术M，机械工业出版社 2004 五、 3史国生主编.电气控制与可编程控制技术，北京：化学工业出版社. 2004 年. 六、 4阮友德主编. PLC 基础实训教程，北京：人民邮电出版社，2007 年 10 月. 七、5徐德.可编程序控制器（PLC）应用技术M，山东科学技术出版社. 八、课题的内容和任务要求课题的内容和任务要求： 【摘要】 ：随着我国经济和文化实业的发展，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、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。 本设计将以 PLC 为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，在保留 了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，灵活， 只要改变输入 PLC 的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。 【关键词】 ：PLC 四路抢答器 信号灯 九、九、毕业论文（设计）进度安排：毕业论文（设计）进度安排： 起 讫 日 期工作内容备注 2015 年 12 月 布置毕业实习任务和毕业设计任务 2016 年 1 月 收集毕业设计资料 2016 年 2 月 完成毕业设计大纲第一、二章内容 2016 年 3 月 完成毕业设计大纲第三、四、五章内容 2016 年 4 月 完成毕业设计大纲第六、七、八章内容 2015 年 5 月 整理抄写说明书、绘图、准备答辩； 2016 年 6 月 小组答辩 学生（签名）： 年月日 指导教师（签名）： 年月日 系毕业设计（论文）工作指导小组意见： 组长（签名） 年月日 系毕业论文工作领导小组审核意见： 主管领导（签名） 年月日 注：1.指导教师填写，任务下达人为指导教师，指导教师和接受任务的学生均应签字。 2.此任务书最迟必须在学生毕业设计（论文）开始前下达给学生。 安徽矿业职业技术学院安徽矿业职业技术学院 毕业设计毕业设计 开开 题题 报报 告告 （2016 届）届） 题题目目基于基于 plc 控制的四路抢答器设计控制的四路抢答器设计 指导教师指导教师胡老师胡老师 院院系系机电工程系机电工程系 班班级级机电一体化机电一体化 1302 学学号号135802010216 姓姓名名宫建宫建 二一六年五月八日 一、选题的意义 随着我国经济和文化实业的发展，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、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。 本设计将以 PLC 为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，在保留 了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，灵活， 只要改变输入 PLC 的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。 二、研究的主要内容，拟解决的主要问题（阐述的主要观点） 1、根据抢答器的工作要求设计出 PLC 四路抢答器控制系统； 2、根据四路抢答器系统的梯形图编写指令程序，然后将其输入 PLC 中； 3、检查调试运行四路抢答器的控制指令程序。 三、研究（工作）步骤、方法及措施（思路） 步骤： 1.分析任务、进行资料的收集工作：研究材料，罗列提纲（即抢答器的工作要求、PLC 指令等） 。 2.系统对四路抢答器的要求：基本要求（稳定性高、综合性能强） 。 3.整理材料，规范格式，完成论文 四、毕业论文（设计）提纲 1、摘要4、控制系统的任务要求及设计思路 2、关键词5、四路抢答器控制系统的硬件选择及控制 3、可编程控制器 PLC 的概况6、总结 7、参考文献8、结束语 指导教师意见： 签名： 年月日 系毕业设计（论文）工作指导小组意见： 签名： 年月日 系毕业设计（论文）工作领导小组意见： 签名： 年月日 基 于基 于 plcplc 控 制 的 四 路 抢 答 器控 制 的 四 路 抢 答 器设计设计 说说 明明 书书 二二 0 0 一六年五月一六年五月 目目录录 摘要 1 关键词 1 第一章可编程控制器 PLC 的概况 1 1.1 PLC的定义 1 1.2 PLC的特点 1 1.3 PLC的硬件和软件 1 第二章控制系统的任务要求及设计思路 3 2.1整体功能介绍 3 2.2任务要求 3 2.3控制 3 第三章四路抢答器控制系统的硬件选择及控制 4 3.1可编程控制器PLC的选型 4 3.2触摸屏 5 3.3外部接线图 6 3.4I/O分配表 6 3.5触摸屏显示 7 3.7梯形图设计 8 总结 11 参考文献 11 结束语 12 安徽矿业职业技术学院 1 基于 PLC 控制的四路抢答器设计 宫建 【摘要】 ：随着我国经济和文化实业的发展，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 正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。 本设计将以 PLC 为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，在保留了原始抢答器 的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，灵活，只要改变输入 PLC 的控制程 序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。 【关键词】 ：PLC 四路抢答器 信号灯 第一章可编程控制器 PLC 的概况 1.1 PLC 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、计算和算术运算等 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。 1.2 PLC的特点 可编程控制器之所以能够高速发展，除了顺应工业自动化的客观需要外，还由于其具 有很多适合工业控制的独特优点，能较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、 灵活、方便、经济等问题，其主要特点如下： 1可靠性高，抗干扰能力强 2编程简单，操作简单 3系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便 4 体积小,能耗低 1.31.3 PLCPLC的硬件和软件的硬件和软件( (黑体黑体, ,不加粗不加粗, ,四号四号) ) 1.3.1 PLC的硬件构成 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、 显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模 块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 安徽矿业职业技术学院 2 CPU的构成：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送 来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和 编程过程中的语法错误等。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数 据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用 于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容 量等，因此限制着控制规模。 I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成 了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模 块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI） ，开 关量输出（DO） ，模拟量输入（AI） ，模拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V） 等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入 电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC） ，直流电源（常 用的为24VAC） 。 1.3.2 PLC的软件构成 （1）系统软件 系统软件包含三个部分：系统管理程序；用户指令解释程序；标准程序模块及 其调用程序。 （2）用户程序 用户程序即是应用程序，使PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。根据不同的 控制要求编制不同的程序，这相当于改变PLC的用途，相当于继电器控制设备的硬接线线 路，也正是所谓“可编程”一词的基本含义。 第二章 控制系统的任务要求及设计思路 安徽矿业职业技术学院 3 2.12.1 抢答器功能介绍抢答器功能介绍 知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新 型电器。随着社会科技技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升； 更加方便可靠。目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学 校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余 生活。用 PLC 进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入 PLC 的控制程 序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。 2.22.2 任务要求任务要求 设计一四路抢答器，采取 PLC 控制的方式。 要求有定时装置，时间到自动发出信号。 若有人抢答则报警。 2.32.3 控制要求控制要求 四路抢答器即能使 4 位参赛队员同时参加抢答。 设主持人为裁判台，参赛队员为参赛台。主持人有裁判灯，并且设有裁判台开始 按钮 SB1 和复位按钮 SB2；参赛台设有参赛队员抢答按钮以及参赛台灯。1-4 号参赛台分 别对应按钮 SB3-SB6 及参赛台信号灯 EL1-EL4。 知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队员抢答必须在主持人说出“开 始”并按下裁判台的开始按钮 SB1 后 15S 内抢答。 （若有选手在主持人未按下开始按钮就 开始抢答则报警）15S 时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。在 有队抢答的情况下，则抢答器发出“抢答”信号，抢到题的队必须在 30S 内答完题，如 30S 内未答完，则作超时违规处理，扬声器发出超时信号，答题结束。 信号灯、扬声器信号的意义如下： 主持人开始灯亮，过 15 秒，扬声器响，无人抢答。 主持人开始灯亮，由某参赛队正常抢答，答题时间开始，队员答出，主持人按复位 开关，准备下一轮。 主持人开始灯亮，某台灯亮，由某参赛队正常抢答，抢答时间过，没答出，扬声器 响，答题结束，主持人按复位开关，准备下一轮。 在某个题结束后，主持人按下台上的复位按钮 SB2，抢答器恢复原来的状态，为下 安徽矿业职业技术学院 4 一轮抢答作好准备。 若主持人未按下开始按钮时有参赛选手按则表示抢答，系统报警。 第三章抢答器控制系统的硬件选择 3.13.1 可编程控制器可编程控制器 PLCPLC 的选型的选型 本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC,其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富 的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力， 丰富的扩展模块。 1.S7-200的特征 (1) 体积小, 尺寸: 1608062mm由于其紧凑的设计,S7- 200可以适合于任何机器 控制环境。 (2) 易于使用: 通过STEP7- Micro/Dos软件可以非常方便地为S7- 200编程,而且该软 件能够在任何一台IBM兼容个人计算机上使用,哪怕是一台286 的微机,要求MS-DOS5.0以 上。 (3) 灵活多用: S7- 200的输入/输出点可以支持各个领域的设备,如: 光电传感器,驱 动马达按钮开关,灯,泵,搅拌器等。 安徽矿业职业技术学院 5 3.23.2 触摸屏触摸屏 1.触摸屏的选型 本设计选用国产步科触摸屏 MT4300C，此触摸屏的优点在于：有很强的实用性、操作 简单、与 PLC 配用方便、体积小、价格优惠。 2.触摸屏的工作原理 为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。工作时，我们必须首先用手指 或者其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置 来定位选择信息输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成：触摸检测部件安装在 显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受到位置信号后将其送到触摸屏控制器；而 触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接受触摸信息，并将它装换成触点坐标， 再送给 CPU 同时它能接收 CPU 发来的命令并加以执行。 3.触摸屏组态的制作 在计算机上打开步科触摸屏配用软件 EV5000，选择触摸屏及 PLC 型号，用串口将其连 接。右击鼠标编辑组态，点中右边原件库窗口下列的 PLC 元件中需要用到的位状态拖入组 态窗口中，然后根据 PLC 程序中所用到的输入/输出地址在触摸屏位状态元件属性中给位 状态选择相应的地址，位状态设定、加标签、选图形等，来确定输入和显示的类型。在选 择软件中文字快捷键，输入相应的文字来确定按钮及显示的功能。 简单的组态窗口设定如图 3-2： 图 3-1 连接窗口图 安徽矿业职业技术学院 6 3.33.3 外部接线图外部接线图 根据任务书控制要求，得出外部接线图，如图 3-3： 图 3-2外部接线图 3.4I/O 分配表 根据控制要求，做出四路抢答器 I/O 口分配表如图 3-4： 安徽矿业职业技术学院 7 图 3-4 3.53.5 触摸屏显示触摸屏显示 输入信号输出信号 名称输入名称输出 主持人启动按钮I0.0主持人灯Q0.0 主持台停止按钮I1.01 号选手灯Q0.1 1 号选手按钮I0.12 号选手灯Q0.2 2 号选手按钮I0.23 号选手灯Q0.3 3 号选手按钮I0.34 号选手灯Q0.4 4 号选手按钮I0.4抢答时间超时灯Q0.5 扬声器信号灯Q0.6 报警灯Q0.7 安徽矿业职业技术学院 8 3.63.6 梯形图设计梯形图设计 按下 I0.0，主持人灯亮。四位参赛选手可按 I0.1、I0.2、I0.3、I0.4 开始抢答，当 超过 15S 还未抢答则表示参赛选手弃权，无法再抢答，抢答后有相应的指示灯亮起。选手 有 30S 的答题时间，当选手的答题时间超过 30 秒则扬声器信号指示亮。若参赛选手在主 持人未按下抢答按钮 I0.0 的时候就开始抢答则报警指示灯亮起（表示选手超前抢答此题 作废） 。以上错误抢答都必须在主持人按下 I1.0 停止按钮后继续进行。只有在主持人按下 I0.0，之后参赛选手抢答且在 30S 内完成答题才算完成一轮抢答。一轮抢答结束后主持人 按下停止按钮 I1.0 后进行下一轮抢答。 安徽矿业职业技术学院 9 安徽矿业职业技术学院 10 安徽矿业职业技术学院 11 总总 结结 在老师和同学的帮助下做完了毕业设计的工作，由于自己知识的缺乏及能力的有限， 仍没有能够实现带有扬声器功能我只是用一个指示灯来补充与完善。但是通过这次的软件 和硬件上的调试、仿真。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次 设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，做毕业设计时，我能运用已学的 知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提 高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料， 从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。在做设计时，我复习了很多专 业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。但整个设计通过的软件本身理 论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以毕业设计中我运用