PLC的4路抢答器设计方案

学代：学

号201131204081本科毕业设计说明书题

目于抢器计学姓名：任强学系专班

院力学别自动化系业自动化级自动化113指教师：磊

讲师二〇

一五

年

六

月内蒙古工业大学本科毕业设计说明书摘要随着社会的不断进步与发展已经运用到了各个领域我们实际生活当中，智能抢答器已经应用到不同的比赛场合。PLC其他的控制器相比有它自己的优点。与现在比较多的单片机相比较.单片机需要的编程时间长，芯片集成线路多，运行条件苛刻而PLC可以在恶劣环境下稳定运行线路少程序的编写时间短易于广泛应用。本设计从硬件和软件两部分进行了设计。硬件主要设计了硬件接线图I/O分配表和确定了器件型号软件主要设计了软件流程图和编写了梯形图程序最后将器件连接，进行了实物调试和运行，达到了预期的控制目标，取得了比较好的控制效果。关键词：抢答器；可编程控制；自动化；内蒙古工业大学本科毕业设计说书Withthecontinuousprogressofsociety,PLCbeenInwhichwelive,hasbeendifferentsituations.withothercontrollersPLChasitsownwithmoreMicrocontrollerlongcircuits,operatingThePLCstableoperationlinelesstimetoprogrameasytowidelyused.TheofsoftwarebeeninhardwaredesignhardwarewiringI/OallocationtablethepartsoftwareismainlydesignedsoftwareladderFinally,deviceisitphysicalandtotheobjectivesandachievedcontrolKeywords:Responder;内蒙古工业大学本科毕业设计说明书目录第一章绪论............................................................1.11.2

研究的目的及意义...............................................1本设计研究内容.................................................1第二章PLC介.........................................................2.1PLC的定义.....................................................32.2PLC的工作原理和应用4第三章硬件电路设计....................................................3.13.23.33.4

控制思想.......................................................控制系统的分配...........................................6硬件系统连接图.................................................7器件选型.......................................................第四章：系统软件的设计.................................................94.14.2

流程图.........................................................整体设计.......................................................4.3PLC四路抢答器控制梯形图......................................104.4

梯形图语言介绍................................................10第五章：调试与分析....................................................5.15.2

调试过程......................................................调试过程的分析................................................17结论..................................................................参考文献..............................................................致谢..................................................误！未定义书签。1.1

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第一章绪论研究的目的及意义随着社会的进步和数字通信的不断发展为实现公平公正的抢答答器这一产品成了各类比赛活动中不可缺少的器件论是商业的竞赛类游戏还是学校各类活动以及各类不同的竞赛活动为达到公平抢答抢答器就成了不可缺少的东西抢答器的到来除了达到公平竞争还给竞赛者带来了不一样的刺激性与挑战性。现在的抢答器有各式各样的有倒计时的定时的有数字显示的屏幕显示的以及指示灯显示和各种声响配置的在的很多抢答器都是无线的就是为了方便美观并且提高了它的可靠性是五花八门的抢答器目的只有一个就是在能够达到公平的基础上可以更直观的显示抢答的各种信息能越多的抢答器随之它的原理也有所不同电路原理和复杂程度也就不同所用的是欧姆龙的但现在市场上单片机的比较多一些。我们的实际生活当中有会遇到很多需要抢答的例子我们在学校简单举手这样的抢答必然会有很多的因素会导致抢答的不准确不公平不到抢答器那样的精准性快速性。所以就会出现现在高精度高准确率的现代化由控制的电子产品抢答器。PLC这个装置是由主体电路和扩展电路以及核心的模块等等共同构成的四路抢答器可供四个人或四个队伍使用要有人抢答就会有指示灯亮或有屏幕显示和各种声响等等前提是在主持人开始按钮按下之后或在规定时间内第一个选手或第一个队抢答才算抢答成功是在主持人没按下开始按钮之前抢答者算提前抢答犯规同时也会有选手的指示灯亮以及主持人的抢答违规指示灯红灯亮等。1.2

本设计研究内容本次设计主要是利用自己学习过的知识以及自己在后期学习的，做抢答器，做抢答器可以说是与时俱进现在这个现代化的时代的出现以及应用必然会成为主流在也确实成为了主流PLC相比其他的新型控制器相比有他的独特优点如使用稳定可以再恶劣环境下使用、线路简单、价格低、易于广泛使用等等，我所设计的PLC中也体现出来了一些优点就是布线少又方便。下面是我本次设计的工作安排：第一章：主要介绍本次设计的主要内容以及工作的安排，。第二章要通过查找资料介绍PLC绍PLC的定义用途以及PLC各个模块，各个模块的具体介绍PLC与现在市场上的一些主流可编程控制器的对比，他有哪些突出的优点，为什么选PLC而不是选其他的可编程控制器等等。第三章第一步写我整个设计的控制思想在控制思想中可以知道我自己的设计1内蒙古工业大学本科毕业设计说明书方案，I/O分配表以及I/O分配表的介绍。硬件系统连接图以及器件的选型。第四章这章节主要进行梯形图程序的编写流程图以及在编写程序时对模块的设置输入和输出。PLC梯形图语言的简单介绍等等。第五章：进行本次设计的硬件和软件调试，以及介绍我所用的编程程序CX-Programme。最后总结我这次设计的情况。2内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第二章PLC绍2.1PLC的定义很多人会认为PLC就是微型计算机际上它们是有区别的PLC是一个用微处理系统和数字操作系统来控制的电子系统的装置。是一种由“事先存贮的程序”来确定控制功能的可编程控制计算机，由于在PLC前我们所用的继电器他的技术是成熟的，所以PLC是根据我们以前用的继电器作为他的开始设计的思想，利用不断出现的新技术新器件新思想很快就有步各种各样的现代化的产品的产生，一种数字操作运行的计算机经过逻辑的运算就形成了由顺序控制序和计数以及其他不同的算术运算等控制程序然耨用指令的形式放到存储器中随后根据存储的控制内容经过模拟调试字等输入输出的硬件产机器及设备和生产过程进行的控制装置，这就是软件和硬件的连接过程。现在的PLC有以下特点：编写程序简单可随时修改；2、维护修理简单方便；3、体积小质量轻功率低耗能少；4、可靠性较高可以在恶劣环境下工作；5、开发所需的时间比较短，功能多效率高、传输的速度快质量高带宽稳定。PLC硬件模块有CPU模块、输入模块、输出模块和编程器。PLC还有扫描的这个过程，这个过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理等其他的几个阶段。全部过程扫描一次所用的时间叫做扫描周期。当PLC停止工作时，只进行内部处理和通信操作等内容。在PLC处在运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描运行工作。工作过程：主要分为内部处理、通信操作、输入输出处理、程序执行几个阶段。1.内部处理时段在这个时段，PLC会自动的检查内部的CPU块是否完好，复位的作用是监测定时器的工作监测它的工作的好坏，换可以完成其他的一些工作。2.通信服务时段这个阶段，PLC会与智能模块相连、通过相连来识别编程器输入的命令，这样可以随时显示编程器的内容等，当PLC处在停止不工作时，只会进行内容处理和其他通信的操作等一些内容。3．输入处理输入处理别名输入采样设个时段然有序的读入所有输入端子是否接通，随后它会把上一步读进来的放到相应的映象寄存器中去在这个时候输入的映象寄存器就会被更新接下来将进入程序执行阶段在程序执行时输入映象寄存器与与外3内蒙古工业大学本科毕业设计说明书接设备是不相连的就是不管输入信号怎样的变化存放在映像寄存器的内容是不会发生变化，只有在进行到下一个扫描周期的输入阶段才有可能被再一次的读写入信息。4．程序执行依据PLC梯形图程序扫描的原理，按照找先左后又右，先上后下的先后步骤，一个字一个句的扫描扫描完之后在进行程序的执行如果有程序跳转指令的出现依据指令跳转条件是否可以满足之后从而确定程序的跳转地址我们所用的程序开始到输入和输出这个过程，PLC会在输入映象寄存器中调出在上一环节中采取相对应的输入端子工作情况在从输出映象寄存器读出上一个工作中的映象寄存器依据用户程序然后进行逻辑运算，然后存入各个相对应的器件寄存器中去。在LC所有的器件中只要他们有一点变化那么在器件映象寄存器中存放的东西也会随之有一定的变化，变化的大小根据器件的不同有关。5．输出处理在整个程序执行完之后映象寄存器中的所有东西都要被输出在这个过程之后就是所有器件在映象寄存器中呈现出Y寄存器的状态，然后从输出过程转存到输出锁存器中通过电路的隔离放大电路驱动所用的功率这样输出端子向外部设备所输出的信号就是输出控制信号，用来驱动外部负载的运行。其实PLC和我们平时用的计算机没什么太大区别是增强的的I/O功能是为了方便和你自己所控制的对象计算机相连。其实PLC就是通过一些算法进行I/O的变换且可以和物理设备相连接这样就实现了通过计算机控制了硬件设备也就是我们所说的计算机控制PLC的设计就是通过他的模块和我们平时可以看得到摸得着的电器元件或电子元件组成一个回路。PLC通俗的讲就相当于一个人，他的大脑就是PLC模块，他的四肢以及其他的就是我们所连接的电器或电子元件，通PLC模块中的CPU来控制整个电路的运行。2.2PLC的工作原理和用PLC的应用就它取代了以前传统的继电器实现了逻辑控制和顺序控制，它既可以实现单台设备的控制运行还可以实现多台设备的流水线。与传统的继电器相比，的出现之所以能在大部分领域取代是因为PLC化了继电器的接线的几段程序也许就可以代替以前继电器上百了接触点。正因为接线少它的那么可靠性就会很高。随着电子产品的不断发展现在的LC向微型化、多功能、高精准度的方向不断发展他的用途越来越广不断地进入我们生活的各个方面在如今的工业界只要用到控4内蒙古工业大学本科毕业设计说明书制的地方都有PLC的参与简单的说可以分为两个方面：第一个是一个机器控制设备的自动化。比如：印刷机纺织、自动化的焊接、冶金等等这些设备的所有动作都需要内设的PLC程序控制所需要的硬件来完成。第二个是以流水线为主的工业生产，现在的企业大多数都是流水线生产像我们以前去的伊利集团宝钢集团电子产品等等工厂里面员工寥寥无几除了一些原料的供应，其他工序都由LC控制的机械设备以及机械手驱动共同来完成整个流水线的生产。之所以PLC可以得到广泛应用主要它可以再一些复杂恶劣的环境下稳定运行这样就可以运用到一些大型户外的设备上上他的线路比较少这样就会给维修人员减少了不少的工作量，线路少那么它出现问题的几率也随之降低。53.1

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第三章硬件电路设计控制思想本次我所设计的PLC四路抢答器可供四名或四个队同时进行抢答，每一路抢答器都配备一个绿色24V直流指示灯和一个绿色点动式按钮来完成。抢答器的复位按钮和开始按钮由主持人控制，另外主持人还有3个显示灯。抢答器由指示灯作为标识。在主持人没有按下开始按钮之前有选手按下抢答器按钮此时选手的绿色指示灯亮以及主持人红色指示灯亮代表亮灯的选手提前抢答犯规那么此题属于作废提前抢答的选手扣掉相应的分数主持人按下复位按钮准备下一题的抢答。抢答器具有定时功能。主持人按下开始按钮主持人的绿灯亮代表可以开始抢答如果在20秒内有人抢答那么该选手绿灯亮表示该选手抢答成功答器带有自锁功能是同时有多名选手抢答只有最先抢答的选手绿灯亮其他后按下抢答按钮选手的灯仍处于熄灭的状态果在0秒内没有人抢答主持人黄灯开始闪烁表示提醒选手抢答时间快到了在25秒内仍没有选手抢答主持人红灯亮起代表此题没人抢答并且此题作废25秒后如果有选手按下抢答器按钮那么该选手的绿色指示灯仍处于熄灭状态。主持人宣布此题作废后按下复位键准备下一题的抢答。3.2

控制系统的I/O分配表表.1I/O分表地址

输入信号

地址

输出信号00400主持人开始按钮00401第一路抢答器按钮00402第二路抢答器按钮00403第三路抢答器按钮00404第四路抢答器按钮00405主持人复位按钮

第一路抢答器指示灯第二路抢答器指示灯第三路抢答器指示灯第四路抢答器指示灯主持人红色指示灯主持人黄色指示灯主持人绿色指示灯PLC的I/O就是PLC和不同设备相连接所用的输入模块和输出模块的接线点我所设计抢答器中6个输入点7个输出点外输入端在接线方面还有一个公共端。由于我的最大输入和输出为七位所以我选择了欧姆龙C200He型号的八位输入和输出6模块。3.3

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书硬件系统连接图PLC器件的连接就像我们平时实验的一个完整电路中加上一个PLC模块,不同型号的PLC它的输入模块和输出模块的数量也有所不同于它的接线是只接输入和输出在加公共端和电源以它的接线特别少这也是与传统继电器复杂接线相比突出的优点。我所设计的6位输入和7位输出的接线如图3.2所示：3.4

图.2硬连接图器件选型根据实验实验室提供的型号是欧姆龙的C200He它所用的输出电源是直流的有24V和220V两种，为了安全我选用了24V供电。我设计的是指示灯显示所以就用不同颜色的来提供抢答的信息。我所购买设备的型号如表所示：表3.3器型号名称绿色指示灯红色指示灯黄色指示灯绿色按钮

型号AD16-30D/CAD16-30D/CAD16-30D/CR13-507

电压24V24V24V24V

交流/直流交直流通用交直流通用交直流通用交直流通用

数量5116我所选用的硬件是根PLC块的电压以及型号购买了如3.4所示的开关以及7内蒙古工业大学本科毕业设计说明书按钮依据PLC模块我选取了电压为24V属于LED灯的指示灯我所设计的方案中四路抢答器各有一个绿色指示灯以及按钮持人的三个按钮分别是红黄绿不同颜色代表不同的功能红色代表提前抢答或抢答时间已到没人抢答红灯亮黄灯代表抢答时间快到了目的是给予参赛选手时间的提示灯代表主持人已经按下开始按钮选手可以抢答。而关于开关的选取是点动式无自锁点动式按钮。图3.4开关和指示灯8内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第四章系统软件的设计4.1

流程图开始N复位是否按下Y开始按钮是否按下

N

是否有人抢答

NYY主持人绿灯亮定时器开始计时

提前抢答主持人红灯和对应选手绿灯Y秒否有人抢答N黄灯闪烁Y抢答成功主持人和选手绿灯亮

秒是否有人抢答N主持人红灯亮本题作废4.2

整体设计抢答器顾名思义就是利用抢答器的精准性和快速性个选手比赛反应的时间的9内蒙古工业大学本科毕业设计说明书长短和思维的快速性以及自己知识量的多少，给选手们制造了刺激又紧张的比赛气氛，随着现代科技的日益发展应用越来越多的走进我们生活的各个领域。在知道我选的题目之后我通过复习以前学习过的和自己在查找资料知道PLC的基本原理之后开始初步设计的设计思路是通过我们平时在各个比赛场所和电视节目以及我所遇到过有抢答器的比赛中去探索我的设计方案。设计的要求是必须可以满足公平公正其次设计的成本要低线路要少有直观的感觉让选手明白抢答是否可以开始间所剩的多少以及自己按下了抢答器的按钮是否抢答成功。我设计的方案中总共有6个输入端口，个输出端口，还有1个公共端和1个电源。设计可满足四名选手或四队的抢答以下就是我的设计方案：在主持人读抢答题的题目之前复位按钮是复位的状态。在主持人还没有读完抢答题或主持人还没有按下开始按钮绿灯没亮之前有选手抢答选手指示灯和主持人红灯同时亮。那么就算该名选手提前抢答扣掉相应的分数。在主持人读完抢答的题目并按下开始按钮在25秒之前第一个按下抢答器按钮的选手就算抢答成功。在主持人读完抢答题目按下开始按钮是定时器了开始计时在定时器到达20秒之前没人抢答那么主持人的黄灯开始闪烁表示提醒选手抢答的时间快到了。当计时器到达仍没有人抢答那么主持人红灯亮表示此题没有选手可以作答此题作废，主持人按下复位按钮准备下一题抢答。4.3PLC四路抢答器控制梯形图我所用的编程软件为欧姆龙C200He。在编程过程中我根据我所选用的器材以及我的设计的方案可知我所设计的每个选手以及主持人开始按钮和复位按钮需要加自锁设计黄灯的时候加了一个时钟脉冲目的是使黄灯可以间隔性通电达到闪烁的效果。程序梯形图如附录所示。4.4梯形图语言介绍（1）下面是欧姆龙C200He基本语言的介绍如表：表4.1梯形图基本语言介绍图标

名称常开开关10

功能不通电时处于不接触状态内蒙古工业大学本科毕业设计说明书常闭开关时钟脉冲输出符号

不通电时处于接触状态间断性的通电表示在输出模块中的输出指示我所用的定时器是类型的它的定时范围是0到100ms我们可以再这个范围内设置自己需要的定时时间定时器的设计时为了提供抢答器的计时功能而我用了两个是为了在20秒到25内黄灯的计时果没有黄灯的设计用一个定时器就可以完成。我所选用的两个定时器如图4.2所示：图4.220秒和25秒定时器四路抢答器按钮和指示灯的梯形图中在每一路中都加了主持人复位按钮和TIM001定时器（在有选手抢答是定时器中断计时）主持人复位按钮是因为不管在什么情况下主持人在按下复位按钮是PLC的运行都可以回到初始状态外在每一路指示灯的输出都加了自锁程序就是在按钮在按下时电路接通了到放开抢答器按钮自动归位时虽然按钮断开了，但由于加了自锁程序抢答器的输出指示灯依然是亮着的，因为有了自锁程序所以所有的按钮都是点动式的。四路抢答器的按钮和指示灯如图4.3所示：11内蒙古工业大学本科毕业设计说明书图4.3四抢答器按钮和指示灯主持人按开始按钮就是一个简单的自锁程序再在程序上加了一个复位按钮保证了主持人开始按钮在按下带复位按钮按下之前一直是亮的。主持人开始按钮如图4.4所示：图4.4主人开始按钮主持人开始按钮按下时计时器开始计时到达时时钟脉冲得于时钟脉冲间隔性的断电的原理我所设计的电黄灯每0.2s一次。黄灯的输出如图4.5所示：图4.5黄的输出抢答器设计的主程序这段程序的含义是：当TIM001定时器到时间后主持人红灯亮代表没有选手按下抢答器按钮持人红灯下面的程序的是在主持人开始按钮还没12内蒙古工业大学本科毕业设计说明书有按下之前有选手提前抢答主持人红色指示灯亮以及选手的绿色指示灯亮段程序的输出是主持人的红色指示灯。主程序段如图所示：图4.6主序段135.1

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第五章调试与分析调试过程CX-P软件能够实现梯形图的编写，编译程序的检查，程序数据的上传与下载，程序的调试与监测等等。CX-P软件的编程界面所包括的标题栏、菜单条、工具条状态栏以及工作窗口图表工作地址引用工具窗口查看窗口输出窗口等等。如图5.1就是本次设计的可编程控制PLC中左边两个小模块是输入和输出模块，右边的是PLC的CPU以及其他的模块。图5.1PLC实物通过器件的选型梯形图的编写实验室所提供的硬件模块我搭建了如图硬件接线图。14内蒙古工业大学本科毕业设计说明书图5.2实物连线CX-P软件能够实现梯形图的编写，编译程序的检查，程序数据的上传与下载，程序的调试与监测等等。CX-P软件的编程界面所包括的标题栏、菜单条、工具条状态栏以及工作窗口图表工作地址引用工具窗口查看窗口输出窗口等等。下面是我用CX-P软件调试的整个过程。第一步：在开始的界面以及画梯形图窗口的新建。新建窗口如图5.1所示：图5.1新建窗口第二步：创建文件并且要设置型号，将设备型号设置C200HE，将网络类型中的CPU类型设置为CPU42，确定之后就进入编程界面。创建文件界面如图5.2所示：图5.2创建文件第三步：在新建的对话框中打I/O表，然后点主机架，我所用的8位的输入和输出，03号槽是输出04号槽是输入，然后将号槽设置为输出，号设置为输入。具体如图5.3所示：15内蒙古工业大学本科毕业设计说明书图5.3I/O表创建第四步：要定义符号，不同的它所设置的符号也有所不同。如图所示：图5.4符号表设置第五步：在以上工作都做完之后就可以进行梯形图的编写了。第六步：在编写好程序进行程序的编译，编译时检查程序的对错。编译如图所示：图5.5程的编译第七步：进行程序的上传，上床成功之后就可以运行了，上传如图所示图5.6程的上传165.2

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书调试过程的分析在做硬件设计的时候我也是遇到了许多的问题件是从网上够买的由于网上的有差距大小判断的不准确示灯闭按钮大的太多由于时间紧迫我又去机电商城够买了指示灯钮指示灯都有了但是没有好的实验板在我漫无目的走到了超市看到了同学录的夹子挺适合于是我就决定用它回来挖洞挖完之后安装上硬件夹子大小正好合适而且可以将导线包装起来样就既不会因为导线杂乱无章造成连电又不会在做实验室因为不小心将导线弄开而且又美观做软件梯形图遇到的困难闭硬件连接与调试遇到的问题多的很我一开始设计的梯形图中我遇到了如下问题：（1）在抢答时间范围内有选手按下抢答器按钮选手的绿色指示灯亮这是正常的，但是主持人的红灯也亮主人红灯亮是在提前抢答和抢答时间到了没有选手抢答（2）有选手抢答成功了但是计时器仍在计时秒后黄灯仍会闪烁。（3）在黄灯闪烁期间有选手抢答黄灯熄灭主持人红灯和选手绿灯亮，但是定时器开始重新定时到达20秒后黄灯又开始闪烁。在我经过和导师的讨论在每位选手的抢答按钮和指示灯电路加了一个定时器的常闭开关这样就解决了在选手抢答成功后定时器重新计时的问只要有选手抢答常闭开关得点那么常开开关就会断开另外一个就是有选手抢答成功了除了选手绿灯（地址是到3.03依次排序）亮之外主持人红灯（地址是3.04）也会亮，这个问题的解决方法是将主程序中主持人的开始按钮换成主持人的绿灯（地址是3.06闭开关.因为主持人绿灯亮的条件是在主持人按下开始按钮后到定时器结束不管有没有选手抢答会一直亮主持人绿灯和红灯时不会同时亮的将主程序中主持人的开始按钮换成主持人的绿灯的常闭开关这样就解决了主持人绿灯和红灯同时亮的问题。17内蒙古工业大学本科毕业设计说明书结论在经过本次的设计才发现要做一个好的程序光书本上的知识是远远不够的。在最开始做的时候是一头雾水不知从何处着手过指导老师的提醒慢慢可以跟着进度进行做。硬件部分在做到硬件部分时主要是通过器件的选型以及器件的连接通过这次设计感觉到我把我所学到的知识终于与实际联系起来了过一个月的努力开始在调试的时候因为程序有问题直接造成了硬件的错误经过修改硬件达到了我所要设计的目的。软件部分我做到梯形图设计时设计完之后就在主持人开始按钮按下后时间到了主持人的红灯却不亮过反复思考查看程序怎么也找不到问题从运行上看红灯的线路是通的但就是灯不亮一个问题就是在主持人开始按钮按下了钮自锁不了，本来我的程序是带自锁的但是在定时器那一块就是不通过我和导师研究才最终解决了。通过这些问题我懂得了当我们遇到问题时当我们从问题表面的地方找不到时我们可以换个角度从整体到个体从个体到整体来看问题也许能找到答案次设计我虽然没懂太多和我设计相关的知识但我学到了一些在遇到空难解决问题的方法在我们从一个问题的地方找不到问题的时候我们除了从全局找职位就是从和问题相关的地方找也许会有新的发现。18内蒙古工业大学本科毕业设计说明书参考文献[1]孙长伟王艳春.于EDA技术的智能抢答器的设计[J].科技创新导报.2011(01)[2]徐轶,丁斌.基于VHDL语言的数字智能抢答器设计[J].信