较复杂的三组抢答器的PLC控制 - 图文

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第1章绪论

1.1PLC三路抢答器概述

本次课设要求是一种数字式抢答器，能使三个队同时参加抢答，赛场设有一个裁判台，三个参赛台，分别为一号、二号、三号参赛台，总体设计选用PLC控制。

抢答器，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。随着科技的发展，他的应用场合也在增加，技术含量提升，可靠性更高。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。

PLC是今年来应用很广泛的可编程控制器，其有点安全可靠，容易编程，使用简单，得到了很广泛的应用。它适用于大、中、小各种控制系统当中。

1.2PLC的分类

1、小型机（I/O点数小于256点）

典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列。 2、中型机（I/O点数在256-1024）

典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列。 3、大型机（I/O点数在1024点以上）

典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7400、OMRON公司的CVM1和CS1系列。

1.3PLC的性能指标

1、I/O点数

I/O点数，即PLC面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多，外部可以连接的I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。 2、存储容量

这里专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型PLC的存储容量变化范围一般为2KB~4MB。 3、扫描速度

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扫描速度是指PLC执行程序的快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的稳合程度。可编程控制器采用循环扫描的工作方式。 4、指令系统

它是衡量PLC能力强弱的标志，决定了PLC的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。 5、通信能力

通信有PLC之间的通信和PLC与计算机或其它设备之间的通信。这要涉及通信模块、通信接口、通信协议、通信指令等。

6、扩展能力

扩展能力包括I/O点数的扩展和PLC的扩展两方面的内容。 7、特殊功能单元

特殊功能单元种类多，也可以说PLC的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。

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第2章课程设计的方案

2.1概述

本次设计主要是综合PLC所学的知识，设计三路抢答器，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。有较好的巩固PLC中所学基本理论和基本方法，能够熟练一些梯形图的基本指令和编程的方法。

应用场合：主要是电视台、商业机构、学校等单位，为各种竞赛公平竞争所用，通过PLC的控制实现答题人的抢答、计时、计分功能。

系统功能介绍：主持人总台设有总台灯及总音响，分台设有分台灯及分台抢答按钮。抢答在主持人给出题目、宣布开始并按下开始按钮后的10S内进行； 如果提前抢答，总台灯及分台灯亮，总台音响发声，表示“违例”； 10s内无抢答，总台音响发生表示应答时间到，该题作废； 正常抢答时，分台灯亮，总台音响发声。抢到答题后需在30s内完成，30S到时，总台音响发声，表示答题超时；每组的基本分是50分，答对者每次加10分，答错者减10分，最低减到0分为止。一个题目终了时，按下总台复位按钮，抢答器恢复原始状态，为下一轮抢答做准备。

2.2方案论证

通过分析题目可以确定可以用小型PLC就可以实现题目所要求的控制功能，所选用SP-200系列的PLC。就可下面主要的问题就是怎样选择CPU，主要几种CPU可以选择CPU221\\CPU222\\CPU224\\CPU224X\\CUP226。无论哪种CPU都是需要扩展数字模块的下面通过考虑系统的经济安全和快速性考虑有两种方案可以选择，用CPU224，CPU226两种方法：

1、CPU224本机集成14输入/10输出，程序存储容量扩大了很多，它最多可以有7个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用最多的SP-200产品

2、CPU226本机集成了24输入/16输出，I/O共计40点，和CPU224相比程序存储容量扩大了一倍，数据存储容量增加到10kb，它有2个通信口，通信能力大大增大强了，它可以由于点数多，要求较高的小型或中型控制系统。

综合两系统的优缺点，在结合本题的要求其I/O要求不多，再从经济方面考

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虑CPU224能更经济些，可靠性方面两个CPU是差不多的，所本题选用CPU224就可以满足要求了。

在选完CPU后就是怎么样选取扩展数字模块了。有两种模块可以选用EM222和EM223，EM222共有2种即8点DC和4点DC，而EM223有4点的8点和16点DC，具体没什么很大区别都可以满足要求，本设计采用EM223扩展模块。

2.3系统框图

通过分析系统的组成结构其扩展模块构成的系统框图如图2.3所示。

图2.3系统框图

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第3章硬件设计

3.1I/O接口分配

在本系统中主持人台控制的开始为I0.0，复位按钮I0.4，在接口分配中有7输入，29输出，所以扩展了3个数字模块。主机与扩展模块的I/O分配如表3.1所示。

表3.1 输入与输出量I/O分配 输入信号 1 2 3 4 5 6 7

I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 开始 抢答者1 抢答者2 抢答者3 复位 加分 减分 1 2 3 4 5 6 7 8 输出信号 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q2.0~Q2.7 Q3.0~Q3.7 Q4.0~Q4.7 总台灯 抢答台1灯 抢答台2灯 抢答台3灯 总台音响 显示器LED1 显示器LED2 显示器LED3 3.2 系统硬件连接图

根据系统要求和需要的硬件，本系统需要7路模拟输入，输出模拟量5个，输出数字量21个，输出总点29个。综合考虑到系统的I/O端口进行扩展，其输入输出具体端子电气接线图如图3.2所示。

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图3.2电气接线图

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第4章软件设计

4.1整体设计

根据PLC抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统需要少量的按钮和接口。系统应在简单易懂、可靠性强、适应强等方面进行设计。抢答时只要按动按钮就可以实现抢答及计时和显示功能。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。通过SIEMENS编程软件来进行编程，采用梯形图编写，实现共同抢答，抢答记时，定时答题，显示报警,互锁自锁等功能的具体梯形图如图4.1所示。

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图4.1梯形图

一组抢答时显示数码管显示初始值为50分，答对控制台对其加十分，答错控制台对其减十分，实现数码显示分数且用单一数码管循环显示。其程序具体如

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图4.2所示。

图4.2梯形图

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第5章系统测试与分析

5．1系统分析

根据原理图连接PLC，检查无误后，将程序下载到PLC中，运行程序， 观察控制过程。

（1）按下外部启动按钮I0.6，程序启动，没有现象，选手可以开始抢答。 （2）选手按下抢答按钮后，该组的灯就亮。 （3）系统有定时程序就可以控制抢答时间。 （4）按下I0.4复位系统清零答下一题。

（5）数码管显示分数，有控制加减分数按钮。

5．2系统调试

2号抢答成功Q0.2亮Q0.4发出报警显示如图5.1所示。

图5.1抢答成功示意图

10S无人抢答时总音响发出声音示意图如图5.2所示

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5.2无人抢答示意图

数码管显示部分初始时为50分，用循环方式显示如图5.3所示。

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图5.3初始显示

当答题者答错时控制台控制按钮进行减十分如图5.4所示

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图5.4减十分后显示

继续减分显示如图5.5所示

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图5.5继续减分

整个系统调试成功，显示和梯形图符合要求。 提示结果正确。

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第6章课程设计总结

这次课程设计主要应用到PLC，通过对题目要求的分析，题目要主要涉及到PLC的控制流程，定时系统，复位，和显示。应用到大部分PLC中的知识，通过分析确定了设计的选型，对系统的I/O进行分配，大体的画出电路图的总体设计思路，再通过参考资料得到总体设计思路，硬件设计完成后主要就是梯形图的设计，通过题目的要求完成控制。在调试中遇到了 很大错误，其中显示部分，设及到循环显示，在参考资料和相关的网上知识后终于调示成功。

通过本次课程设计充分的复习了PLC的很多知识，也看到了很多的不足，许多的知识学过但是并没有掌握和理解，要想更好的学好知识，就必须的增加实际的操作，还复习学过的知识是很重要的，理论的东西要更好的与实际的应用结合起来。

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参考文献

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[2]王玉中。电气控制及PLC应用技术。河南：河南科学技术出版社，2006 [3] 江秀汉、汤楠主编。可编程程序控制器原理及应用。西安：西安电子科技大学出版社，2003

[4] 王永华。现代电气控制及PLC应用技术。北京：航空航天大学出版社，2003 [5] 钟肇新等。可编程程序控制器原理及应用。广州：华南理工大学出版社，2008

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