基于PLC控制的抢答器设计(毕业论文）Word文档格式.docx

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随着微电子技术的发展，20世纪70年代中期以来，由于大规模集成电路和微处理器在PLC中的应用，使PLC的功能不断增强，它不仅能执行逻辑控制、顺序控制、计时及计数控制，还增加了算术运算、数据处理、通信等功能，具有处理分支、中断、自诊断的能力，使PLC更多地具有了计算机的功能。

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都是早期设计的，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。

现在的抢答器具有计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示）、屏幕显示等多种功能。

但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障多，显示方式简单（有的甚至没有显示电路）,无法判断提前抢答按钮的行为，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公平、公正、公开。

本课程设计是基于欧姆龙公司SYSMAC-C系列，以CPM1A为样机制作的。

关键字：

可编程控制器欧姆龙抢答器

目录 II

第1章绪论 1

1.1课题的研究背景及意义 1

1.2 PLC及抢答器的发展概况 1

1.3课题研究的内容 2

第2章抢答器的实现工具 3

2. 1PLC的功能特点 3

2.2 PLC控制系统组成 6

2.2.1硬件的组成 6

2.2.2软件的组成 8

第三章硬件电路设计 11

3. 1PLC机型选择步骤与原则 11

3. 2控制要求分析 13

3. 3设计要求 13

3.4I/O通道分配及I/O接线图 14

图3-1I/O接线图 15

第四章设计梯形图程序 15

4. 1控制要求 16

4. 2工作过程 17

4. 3程序的下载、安装和调试 18

第五章结论 19

致谢 20

参考文献 21

附录 22

附录指令表 22

II

第1章绪论

1.1课题的研究背景及意义

抢答器已经越来越多的出现在我们的学习生活和电视节目中，例如在学校里经常会举办各种各样的智力竞赛，就会用到抢答器，抢答器是能够在任何比赛及竞争性的游戏中体现公平、公正的电子装备，在各项中不仅可以准确、公正和直接地判断出第一个抢答者是谁，还有助于锻炼参赛者的掌握知识的能力、思维反应能力、语言表达能力、心理承受能力。

但如果在比赛中，做不到严格意义的公正，会挫伤选手的积极性，达不到比赛的真正目的。

随着电子技术的迅速发展，通过人为判断抢答器顺序这种古老的方法早已被现在先进的电子产品所取代。

现在的电子抢答器虽然制作方法不同，但基本设计实现色功能都大同小异，无外乎需要设计一个竞赛抢答器，要求具有任意路抢答输入，能够识别最先抢答的信号，显示该分台号；

对回答问题所用地时间进行计时、显示、超时报警；

可以预置回答问题的时间；

同时具有复位功能，倒计时启动功能等等的主要实现功能。

1.2PLC及抢答器的发展概况

产品规模向大、小两个方向发展大：

I/。

点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化；

小：

由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本；

LC在闭环过程控制中应用日益广泛；

加强通讯功能；

新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/。

模块等专用化模块；

编程工具丰富多样，功能不断提高,编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统；

发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式；

追求软硬件的标准化。

、

基于PLC的抢答器控制系统，可以根据PLC修改程序方便这一特点，随意调整设置的时间或者控制系统的工作状态，如果对外部电路稍加修改，或者在系统程序中加入分支，可以把八路抢答器变为更多的抢答器，比如十位、十六位或者二十位等。

如果将手动按钮变为触摸屏，可以使抢答器更为简单方便，如果去除系统中的限时功能，还可以把抢答器改为呼叫器，能够在医院病房、宾馆客房、写字办公室、工厂生产车间等多种地方使用。

1.3课题研究的内容

系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。

硬件部分包括控制结构框图外部接线图，然后对硬件进行调试，测试，以达到设计要求。

软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划，然后进行具体设计，包括各模块的流程图，I/O分配，梯形图设计等，最后是对软件进行调试，测试，达到所需功能要求、

在系统设计中设计方法的选用是系统能否成功的关键。

硬件电路是采用结构系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。

硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC,并确保与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。

硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。

软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用三菱FX可控制编程。

此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。

并且PLC的操作采用第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也很快掌握。

另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。

第2章抢答器的实现工具

2.1PLC的功能特点

从讨论PLC的工作原理知，PLC的输入与输出在物理上是彼此隔开的，其间的联系是靠运行存储于它的内存中的程序实现。

它的入出相关，不是靠物理过程，不是用线路；

而是靠信息过程，用软逻辑联系。

它的工作基础是用好信息。

信息不同于物质与能量，有自身的规律。

信息便于处理，便于传递，便于存储；

信息还可重用，等等。

正是由于信息的这些特点，决定了PLC的基本特点。

下面介绍PLC的四个特点：

2.1.1功能丰富

PLC的功能非常丰富。

这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。

它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。

凡普通计算机能做到的，它也都可作到。

它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。

I/O继电器,可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至10几万。

这意味着它可进行这么多I/O点的入出信息变换，进行这么大规模的控制。

它的内部种种继电器，相当于中间继电器，数量更多。

内存中一个位就可作为一个中间继电器，怎么不多！

它的计数器、定时器也很多，是继电电路所望尘莫及的。

小小的箱体或模块，其内部定时器、计数器可达成百、成千。

这也是因为只要用内存中的一个字，再加一些标志位，即可成为定时器、计数器，所以才那么多。

而且，这些内部器件还可设置成丢电保持的，或丢电不保持的，即上电后予以清零的。

以满足不同的使用要求。

这些也是继电器件所难以做到的。

它的数据存储区还可用以存储大量数据，几百、几千、几万字的信息都可以存，而且，掉电后还不丢失。

PLC还有丰富的外部设备，可建立友好的人机界面，以进行信息交换。

可送入程序，送入数据，可读出程序，读出数据。

而且读、写时可在图文并茂的画面上进行。

数据读出后，可转储，可打印。

数据送入可键入,可以读卡入，等等。

PLC还具有通讯接口，可与计算机链接或联网，与计算机交换信息。

自身也可联网，以形成单机所不能有的更大的、地域更广的控制系统。

PLC还有强大的自检功能，可进行自诊断。

其结果可自动记录。

这为它的维修增加了透明度，提供了方便。

丰富的功能为PLC的广泛应用提供了可能；

同时，也为工业系统的自动化、远动化及其控制的智能化创造了条件。

像PLC这样集丰富功能于一身，是别的电控制器所没有的；

更是传统的继电控制电路所无法比拟的

2.1.2使用方便

用PLC实现对系统的控制是非常方便的。

这是因为：

首先PLC控制逻辑的建立是程序，用程序代替硬件接线。

编程序比接线，更改程序比更改接线，当然要方便得多！

其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成为种种小型化的模块。

而且，这些模块是配套的，已实现了系列化与规格化。

种种控制系统所需的模块,PLC厂家多有现货供应，市场上即可购得。

所以，硬件系统配置与建造也非常方便。

正因如此，用可编程序控制器才有这个"

可"

字。

对软件讲，它的程序可编,也不难编。

对硬件讲，它的配置可变，而且也易于变。

2.1.3工作可靠

用PLC实现对系统的控制是非常可靠的。

这是因为PLC在硬件与软件两个方面都采取了很多措施，确保它能可靠工作。

事实上，如果PLC工作不可靠，就无法在工业环境下运用，也就不成其为PLC了。

（1）在硬件方面：

PLC的输入输出电路与内部CPU是电隔离。

其信息靠光耦器件或电磁器件传递。

而且，CPU板还有抗电磁干扰的屏蔽措施。

故可确保PLC程序的运行不受外界的电与磁干扰，能正常地工作。

PLC使用的元器件多为无触点的，而且为高度集成的，数量并不太多，也为其可靠工作提供了物质基础。

在机械结构设计与制造工艺上，为使PLC能安全可靠地工作，也采取了很多措施，可确保PLC耐振动、耐冲击。

使用环境温度可高达摄氏50多度，有的PLC可高达80——90度。

有的PLC的模块可热备，一个主机工作，另一个主机也运转，但不参与控制，仅作备份。

一旦工作主机出现故障，热备的可自动接替其工作。

还有更进一步冗余的，采用三取一的设计，CPU、I/O模块、电源模块都冗余或其中的部分冗余。

三套同时工作，最终输出取决于三者中的多数决定的结果。

这可使系统出故障的机率几乎为零，做到万无一失。

当然，这样的系统成本是很高的,只用于特别重要的场合，如铁路车站的道叉控制系统。

（2）软件方面：

PLC的工作方式为扫描加中断，这既可保证它能有序地工作，避免继电控制系统常出现的"

冒险竞争"

，其控制结果总是确定的；

而且又能应急处理急于处理的控制，保证了PLC对应急情况的及时响应，使PLC能可靠地工作。

为监控PLC运行程序是否正常，PLC系统都设置了"

看门狗"

（Watchingdog）监控程序。

运行用户程序开始时，先清'

'

看门狗'

定时器，并开始计时。

当用户程序一个循环运行完了，则查看定时器的计时值。

若超时（一般不超过100ms）,则报警。

严重超时，还可使PLC停止工作。

用户可依报警信号采取相应的应急措施。

定时器的计时值若不超时，则重复起始的过程，PLC将正常工作。

显然，有了这个”看门狗"

监控程序，可保证PLC用户程序的正常运行，可避免出现"

死循环"

而影响其工作的可靠性。

PLC还有很多防止及检测故障的指令，以产生各重要模块工作正常与否的提示信号。

可通过编制相应的用户程序，对PLC的工作状况，以及PLC所控制的系统进行监控，以确保其可靠工作。

PLC每次上电后，还都要运行自检程序及对系统进行初始化。

这是系统程序配置了的