基于PLC八路抢答器的设计.docx
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基于PLC八路抢答器的设计.docx
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基于PLC八路抢答器的设计
摘要:
近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用不断地走向深入,同时带动传统的控制检测技术的不断更新,可编程控制器由于其优良的控制性能,极高的可靠性,在各行各业中的应用日益广泛普及。
对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用,为竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活,并且给人的视觉效果非常好,是各单位开展素质教育、精神文明乐活动的必备产品。
本次设计是利用PLC(ProgrammableLogicController)对PLC控制的八路智力抢答器进行控制。
首先,选择这个题目之后,我对本次设计进行了全面的思考。
使自己对本次设计有一个大致的总体思路,然后仔细分析PLC控制的八路智力抢答器的工作原理,以及它的一些工作过程,分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。
考虑到只是PLC控制的八路智力抢答器则输出端口需要25个,输入端口需要11个,由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点,因此,我决定选用SIMATICS7-200系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为本次设计的PLC。
具有方便灵活,维护使用方便等特点。
关键词:
智力控制八路抢答器PLC
1PLC八路抢答器概述
1.1PLC八路抢答器概述
抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校,为竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活。
本文介绍一种数字式抢答器,能使八个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台,8个参赛台,分别为1号、2号、3号、4号、五号、六号、七号、八号参赛台.总体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便,在很多的场所都可以使用,并且给人的视觉效果非常好。
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,他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。
1.2PLC智能抢答器的优势
PLC智能抢答器与单片机抢答器相比,在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器,所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片,根据不同系统设计电路板,最终设计成一台简易的计算机系统,并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。
这种形式在80年代国内很流行,但由于受到本身可靠性及其它方面的限制,目前除了仪表上仍然采用外,在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。
1.3单片机的特点
单片机的可靠性:
由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐,很大一部分还是国外筛选出来的次等品,加上其它外围元件(如电阻、电容等)的参数离散性也很大,批量小的产品不可能经过筛选配对等技术处理,因此这样的产品很难做到很好的一致性和高可靠性,因为任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳定。
另外,单片机的所有器件均不是工业级的,抗干扰性特别是抗电源干扰能力很弱,而国内的电源一般都很差,加上压片机的变频调速对电源的干扰很大,因此,更可能引起单片机系统的不稳定。
单片机的可扩展性:
由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的,所以要增加一个功能就要重新设计线路,而且对应的程序都要重新设计。
这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。
单片机的可维护性:
一旦单片机系统出现故障,很难诊断出故障元件,最简单的方法是更换整个系统,这样维修成本增加了。
1.4可编程控制器(PLC)
可编程控制器(PLC):
所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器,根据要求选用不同的模块,在此基础上设计程序以达到所设计的功能。
这种形式目前在工业现场应用最为广泛。
PLC的可靠性:
进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器,其余各元件也是直接向生产厂家购买的,经过严格挑选的工业级元件,另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的,抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高,即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。
PLC的可扩展性:
要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序,而PLC的编程相对比较简单,这样对于开发周期会缩短。
PLC的可维护性:
PLC本身有很强的自诊断功能,一旦系统出现故障,根据自诊断很容易诊断出故障元件,即使非专业人员也能维修,如果故障由于程序设计不合理引起,由于它提供完善的调试工具,要找出故障也较为简单。
操作:
PLC的操作采用触摸式操作终端,人机界面,全屏显示,上面设计了很详尽的操作指南,即使第一次使用,也能根据提示顺利操作,这就降低了对操作人员的要求,一般工人也能很快掌握。
另外,一旦系统发生故障,画面自动切换到故障提示画面,提示故障原因和排除方法。
甚至可以显示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。
特点:
价格与前二种控制器相比略贵,可靠性好,操作简单。
2PLC智能抢答器的工作原理
我所设计的PLC智能抢答器是适合八个人抢答的八路抢答器,现在以八路抢答器为例。
给竞赛主持人设置了3个控制按钮,用来控制开始、复位、答题计时,每当主持人发出开始抢答指令后,那组选手最先按下抢答器按钮,则数码管就显示该组的编号,同时绿色指示灯亮,音响电路发出声响提示信号(持续三秒)以指示抢答成功,并对其后的抢答信号不在相应,选手答题完毕后,由主持人按下复位按钮,系统开始下一轮抢答。
若选手在未开始抢答时提前抢答了,则视为违规,违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。
当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时(设定30秒)若30秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响,以示选手放弃该题。
在抢答成功后,主持人按下答题计时按钮,同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节,此设定为50秒,选手必须在设定时间内完成答题,否则,音响电路发出超时报警信号。
其中以上功能都通过编制的PLC程序来控3个制数码管和3个指示灯以及一个喇叭来实现,如图1.1所示:
图1.1抢答器模型图
2.1PLC的产生
可编程序控制器(ProgrammableLogicController,简称PLC),是随着科学技术的进步与现代社会生产力式的转变,为适应多品种、小批量生产的需要而产牛、发展起来的一种新型的工业控制装置。
PLC从1969年问世以来,虽然至今还不到40年,但由于其具有道用灵活的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性与简单方便的使用性能,在工业自动化各领域取得了广泛的应用。
曾经有人将PLC技术与数控技术(CNC)、CAD/CAM技术、工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。
众所周知,制造业中使用的生产设备与生产过程的控制,一般都需要通过工作机构、传动机构、原动机以及控制系统等部分实现。
特别是当原动机为电动机时,还需要对电动机的启/制动、正反转、调速与定位等动作进行控制。
生产设备与生产过程的电器操作与控制部分,称为电气自动控制装置或电气自动控制系统。
最初的电气自动控制装置(包括日前使用的一些简单机械),只是一些简单的手动电器(如刀开关、正反转开关等)。
这些电器只适合于电机容量小、控制要求简单、动作单一的场合。
随着技术的进步,生产机械对电气自动控制提出了越来越高的要求,电气自动控制装置逐步发展成了各种形式的电气自动控制系统。
作为常用电气自动控制系统的一种,人们习惯上把以继电器、接触器、按钮、开关等为主要器件所组成的逻辑控制系统,称为“继电—接触器控制系统”。
“继电—接触器控制系统”的基本特点是结构简单、生产成本低、抗干扰能力强、故障检修立观方便、运用范围广。
它不仅可以实现生产设备、生产过程的自动控制,而且还可以满足大容量、远距离、集中控制的要求。
因此,直到今天“继电—接触器控制系统”仍是工业自动控制领域最基本的控制系统之一。
但是,出于“继电-接触器控制系统”的控制元件(继电器、接触器)均为独立元件,它决定了系统的“逻辑控制”与“顺序控制”功能只能通过控制元件间的不同连接实现,因此,它不可避免地存在以下不足:
通用性、灵活性差;体积大,材料消耗多;功能局限性大;可靠性较低,性用寿命较短。
不具备现代工业控制所需要的数据通信、网络控制等功能。
正因为如此,“继电一接触器控制系统”难以适应现代复杂多变的生产控制要求与生产过程摔制集成化、网络化需要。
为了解决“继电一接触器控制系统”存在的通用性、灵活性关,功能局限性大与通信、网络方面欠缺的问题,20世纪50年代末.人们曾设想利用计算机功能先备、通用性和灵活性强的特点来解次以上问题。
但由于当时的汁算机原理复杂,生产成术高,程序编制难度大,加工业上控制需要大量的外围接口设备,可靠性问题突出,使得它在面广量大的一般工业控制领域难以普及与应用。
到了20世纪60年代木,有人这样设想:
能否把计算机通用、灵活、功能完善的特点与“继电一接触器控制系统”的简单易懂、使用方便、生产成本低的特点结合起来,生产出一种而向生产过程顺序控制,PLC利用简单语言编程,能让完全不熟悉计算机的人也能方便使用的控制器呢?
这一设想最早由美国最大的汽车制造商——通用汽车公司(GM公司)于1968年提出。
当时,该公司为了适应汽车市场多品种、小批量的生产要求,需要解决汽车生产线“继电一接触器控制系统”中普遍存在的通用性、灵活性问题,提到了对一种新颖控制器的十大技术要求,并面向社会进行招标。
十大技术要求具体如下:
编样方使,从可以在现场方便地编辑、修改控制程序;价格便宜,性能价格比要而于继电器系统;体积要明显小于继电器控制系统;可靠性要明显高于继电器控制系统:
具有数据通信功能;输入可以是AC115V;输出驱动能力在AC115V/2A以上;硬件维护方便,最好采即“插接式”结构;扩展时,只需要对原系统进行很小的改动;用户存储器容量至少可以扩展到4KB。
根据以上要求,美国数字设备公司(DEC公司)在1969年首先研制比了全世界第一台可编程序控制器,并称之为“可编程序逻辑制器”〔ProgrammableLogicController,简称PLC)。
试样机在GM公司的应用获得了成功。
此后,PLC得到了快速发展,并被广泛用于各种开义量逻辑运算与处理的场合。
2.2早期的PLC
早期PLC的硬件主要由分立元件与小规模集成电路构成,它虽然采用了计算机技术,但指令系统、软件与功能相对较简单,一般只能进行逻辑运算的处理,同时通过简化计算机的内部结构与改进可靠性等措施,使之能与工业环境相适应。
正因为如此,在20世纪70年代初期曾经出现过一些出二极管矩阵、集成电路等器件组成的所谓“顺序控制器”;20世纪70年末期曾经出现过以MCl4500工业控制单元(Industrialcontrolunit,简称ICU)为核心.出8通道数据选择器〔MCl4512)、指令计数器(MCl4516)、8位可寻址双向锁存器(MCl4599)、存储器(2732)等组成的“可编程序控制器”等产品。
这些产品与PLC相比,虽然具有一定的价格优势,但最终还是因可靠性、功能等多方面的原因,未能得到进一步的推广与发展;而PLC则随着微处理器价格的全面下降,最终以其优良的性能价格比,得到了迅速发展,并最终成为了当代工业自动控制技术的重要支柱枝术之一。
2.3PLC的定义
PLC技术一经出现,立即引起了全世界的广泛关注,1969年首先将其进行商品化并推向市场的是美国GOULD公司;1971年,在引进美国技术后,日木研制出了自己的第一台PLC;l973年,德国SIEMENS公司也研制出了欧洲第一台PLC;1974年,法国随之也研制出了PLC。
到了20世纪7
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