基于PLC控制的智能抢答器设计

正文：一、可编程控制器的开展史1、可编程控制器的概述可编程控制器是一种存储器控制器，支持控制系统工作的程序存放在存储器中利用程序来实现控制逻辑，完成控制任务。在可编程控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，首先要针对具体的被控对象，分析它对控制系统的要求，然后编制出相应的控制程序，利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。系统运行时，可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句，对它们的内容加以解释并执行。根据输入设备的状态和其他条件，可编程控制器将其程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。可编程控制器是利用软件来实现控制逻辑的，能够适应不同的控制任务的需要，通用、灵活、可靠性高。它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它的内部存储器可以执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数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或输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是在继电器控制逻辑根底上，与3C技(ComputerControlCommunication)相结合，不断开展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，开展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的开展，其应用领域正在不断扩大.可编程控制器(ProgrammableLogicalController)简称PC或PLC，是60年代末创造的工业控制器件，是美国数字公司(DEC)为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速开展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断开展，同时推动了先进制造技术的相应开展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后参加了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以本钱迅速下降;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢送。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其本钱的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余局部来自造纸、采矿、污水处理等部门‘“。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC己通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。2、可编程控制器的主要用途PLC编程一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观，在了解了PLC简单工作原理和它的编程技术后，就可以结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用语实际控制系统中，此外，PLC还具有使用和编程方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，在实际运用中设施施工周期短等特点，是一种用于工业自动化控制的理想工具PLC诞生后，受到工业界的普遍欢送，并得到迅速开展，目前，它的应用几乎覆盖了所有工业企业，而且随着PLC技术的推广和应用，PLC将向着标准化，小型化，模块化及低本钱，高功能的方向开展。3-2PLC与一般的计算机的结构相似，由中央处理单元〔CPU〕，存储器〔MEMERY〕，输入/输出〔INPUT/OUTPUT〕接口，电源部件外部设备接口等，但由于PLC专为工业环境下设计的，为了便于接线，扩充功能，操作及维护，它的结构与组成又与一般的计算机系统有所区别。二、PLC的组成及主要功能1、可编程控制器的组成可编程控制器主要有以下几方面组成：1.输入存放器输入存放器可按位进行寻址，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.输出存放器输出存放器的每一位都说明了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存放器的值,说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存放器的值。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存放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存放器的读、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、可编程控制器的主要功能PLC是一种微机控制系统，工作原理也与微机相同，但它在应用时一般将其等效成输入，输出和内部控制电路三局部。输入局部用于接受被控设备的信息或操作命令等外部信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关，按钮，传感器转换信号等连接的端口，每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个由接到输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供，也可由独立的交流电源供应，每个输入继电器可以有无数多个内部触电〔动合，动断的形式均可〕，供用户设计PLC的内部控制电路时使用。输出局部作用是驱动外部负载，在PLC内部，有假设干能与外部设备直接相连的输出继电器〔有继电器形、双向硅形，晶体管形等三种形式〕，它也有无限多个软件实现的动合，动断触点，可在PLC内部控制电路中使用，但对应每个输出只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载，外部复杂的驱动电源接在输出公共端〔COM〕上。总之，在使用PLC时，可以把输入端为一个继电器线圈，其相应的继电器结点可以在内部控制电路中使用，而输出端又可以等效为内部输出继电器的一个动合触点，驱动外部设备。三、智能抢答器的电路设计1、设计方案和思路PLC抢答器的控制要求：一、在主持人按下抢答按钮之前，选手提前抢答那么选手桌上的指示灯1或者2闪烁4秒，然后熄灭二、在主持人按下抢答按钮之后15秒钟之内，选手未抢答那么主持人桌上的指示灯灭，宣布抢答无效。三、主持人按下抢答按钮以后，其中一个选手先抢答，其桌上的指示灯亮，另一个选手不能抢答桌上的指示灯不亮。四、选手抢答后必须在40秒钟之内答复完毕，如果在40秒钟内未答复完毕那么其桌上的指示灯灭，主持人桌上的指示灯亮，15秒后自动熄灭。五、每一次抢答之前主持人按下复位开关，使得各选手桌上的指示灯处于熄灭状态。六、选手答复正确以后，主持人按下加分按钮，那么其对应的选手组计分灯亮一个，答复错误，按下减分按钮，那么对应的选手组计分灯灭一个。主持人按下复位按钮以后，加减分指示灯不变化。基于以上控制要求，我们准备用PLC作为主要的控制器。硬件设计方案，即I/O配线图输入设备：S1抢答启动按钮00000S21号抢答按钮00001S32号抢答按钮00002S41号加分按钮00003S51号抢答按钮00004S62号加分按钮00005S72号减分按钮00006S8复位按钮00007输出设备：HL101000HL201001/01003HL301002/01004HL401005HL501006HL601007HL701100HL801101HL901102HL1001103HL1101104软件编程根据以上设计的I/O配线图，我们用欧姆龙的软件进行的编程。其程序见附录一；上机调试过程在小组的硬件设计完成以后，我们把程序传入PLC中，进行上机调试。发现在不同的时间段，各个信号灯的状态如下列图所示：序号10秒后20秒后30秒后HL1正常正常闪动HL2正常正常闪动HL3正常正常闪动HL4正常正常闪动HL5正常正常闪动HL6正常正常闪动HL7正常正常闪动HL8正常正常闪动HL9正常正常闪动HL10正常正常闪动HL11正常正常闪动经过小组的讨论，我们最后找到问题的解决方案，经过一段时间的调试，恢复了正常。本次设计在实际中的应用抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观的分辨出最先获的发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示识别出选手号码。现在大多数抢答器均用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。本课题利用欧姆龙公司的PLC及外围接口实现智能抢答器的设计，可以应用于现实生活中竞赛和抢答场合，准确的显示最先发言的选手，并且能够准确的错误报警，也可以应用于教学课件等领域。结论在这次设计的制作过程中，我们分了四个阶段，第一阶段：我们收集相关的资料，把在制作过程中所需要的原件，进行统一整理，以备下一阶段的采购；第二阶段：针对以上的材料准备，我们分工明细，一起购置在设计中所需要的物件。第三阶段:在所有的物件都准备齐全以后，我们开始了水箱液位系统的制作过程，我们在陈娜老师的指导下，不断的发现问题，解决问题。最终根本完成了制作任务；第四阶段：我们整理了与制作相关的资料，对本次制作过程中花费进行了清算，最后全身心的去写作毕业论文。在本次的制作过程中，学会了如何去设计一个工程，如何去完成一个工程。让我从中学到了好多在书本上接触不到的东西。使我受益匪浅。参考文献[1]廖常初，PLC的顺序控制编程方法。工业自动化〔香港〕，1997。[2]张万忠等.电器与PLC控制技术.化学工业出版社,2002[3]高钦和.可编程控制器应用技术与设计.人民邮电出版社,2001.3[4]路林吉.PLC应用开发技术与工程实践.人民邮电出版社,1999.5[5]平志韩.可编程序控制器及其在包装机械中的应用初探.1989.2[6]段然.可编程控制技术采样机控制系统中的应用研究.西北工业大学，2001.3[7]陈立定,吴玉香,苏开才.电气控制与可编程控制器.华南理工大学了版社，2001.2[8]路林吉,王坚，江龙康.可编程控制器原理及应用.清华大学出版社，2002[9]齐从谦,王士兰.PLC技术及应用.机械工业出版社，2000.8[10]西门子公司.SIMATICS7-200T系统手册,2002[11]吴建强,姜三勇.《可编程序控制器原理及其应用》.哈尔滨工业大学出版社，1990[12]陈宇.可编程控制器根底及编程技巧.华南理工大学出版社，2000.1[13]魏志精.可编程控制器应用技术.电子工业出版社，1995.7[14]何衍庆,俞金寿.可编程控制器原理及应用技巧.化学工业出版社，2001[15]周渊深.可编程控制器应用技术.化学工业出版社，2002[16]黄净主编.电器及PLC控制技术.北京工业出版社，2002[17]DavidG.Johnson.ProgrammableControllersforFactoryAutomattionNewYorkandBaselMarcelDekkerInc,1987.[18]廖常初，可编程控制器应用技术〔第3版〕。重庆：重庆大学出版社，1998。[19]廖常初，可编程控制器的编程方法与应用，重庆：重庆大学出版社，2001。[20]王永华等.现代电气控制及PLC应用技术.北京航空航天大学出版社,2000[21]廖常初，可编程控制器的原理及其应用。电子技术，1990。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局部，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