畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC四路智力搶答器設(shè)計(jì)

1、目目 錄錄 緒 論.1 任務(wù)要求.1 1 plc 概述 .1 1.1 plc 的產(chǎn)生、定義、組成、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì) .36 1.2 plc 的工作原理 .36 1.3 plc 的編程語(yǔ)言 .36 1.4plc 的分類及性能指標(biāo) .36 2 plc 四路搶答器概述 .36 2.1 plc 四路搶答器概述.1 2.2 plc 智能搶答器的工作原理.3 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).12 3.1 控制系統(tǒng)選取.12 3.2 控制系統(tǒng)的硬件組成 .12 3.3 系統(tǒng)控制要求 .13 3.4 控制系統(tǒng) i/o 分配表 .14 3.5 系統(tǒng)硬件連接圖 .15 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).17 4.1 整體設(shè)計(jì) .17 4.2 p

2、lc 控制程序.18 5 模擬運(yùn)行與調(diào)試過(guò)程.36 5.1 程序的模擬運(yùn)行 .36 5.2 程序的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 .37 6 總 結(jié) .36 7 致 謝 .43 8 參考文獻(xiàn) .44 摘摘 要要 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展， plc 的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng) 的控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可 靠性，在各行各業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛普及。對(duì)于搶答器其廣泛用于電視臺(tái)、商 業(yè)機(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會(huì)組織、俱樂(lè)部及學(xué)校等單位組織舉辦各種知識(shí)、技術(shù)競(jìng)賽 及文娛活動(dòng)時(shí)作搶答之用，為競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性，在一定程度上豐富 了人們的業(yè)余生活，并且給人的視覺(jué)效果非常好，是各單位開(kāi)展素

3、質(zhì)教育、精 神文明、娛樂(lè)活動(dòng)的必備產(chǎn)品。 本次設(shè)計(jì)是利用plc（programmable logic controller）對(duì)plc控制的四路 智力搶答器進(jìn)行控制。由于plc具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優(yōu) 點(diǎn)。因此，我決定選用西門子 s7-200 作為本次設(shè)計(jì)的plc。具有方便靈活，維 護(hù)使用方便等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：四路搶答器， plc abstract with the rapid development of science and technology in recent years, plc applications continue to go deeper, and pr

4、omote the traditional control constantly updated detection technology, programmable logic controller to control because of its excellent performance, high reliability, in all walks of life increasingly wide spread of applications. responder which are widely used for television, commercial institutio

5、ns, enterprises and trade unions, clubs and schools and other units to organize all kinds of knowledge, skills competitions and cultural activities for the answer in use, the race added a provocative, entertaining, in the a certain extent, enrich peoples leisure life, and gives the visual effect is

6、very good, is to carry out the various units of quality education, spiritual, recreational activities, essential products. this design is the use of plc (programmable logic controller) control of the plc to control four intelligence responder. as plc has high reliability, small size, versatility, ea

7、se of use. therefore, i decided to use siemens s7-200 design as the second plc. with convenient and flexible, easy maintenance features. keywords: quad responder, plc 任任 務(wù)務(wù) 要要 求求 假設(shè)有四組搶答器，有四位選手，一位主持人。主持人有一個(gè)開(kāi)始答題按 鈕，一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位按鈕。如果主持人按下開(kāi)始答題按鈕后，四位選手開(kāi)始搶答， 搶先按下按鈕的選手的正常搶答指示燈亮，同時(shí)選手序號(hào)在數(shù)碼管上顯示，其 他選手按鈕不起作用。如果主持人未按

8、下開(kāi)始搶答按鈕，就有選手搶答，則認(rèn) 為犯規(guī)，犯規(guī)指示燈亮并閃爍；同時(shí)選手序號(hào)在數(shù)碼管上顯示，其他選手按鈕 不起作用。當(dāng)主持人按下開(kāi)始答題按鈕，時(shí)間開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，在 10s 內(nèi)仍無(wú)選手 搶答，則系統(tǒng)超時(shí)指示燈亮，此時(shí)不能再有選手搶答。所有各種情況，只有主 持人按下系統(tǒng)復(fù)位按鈕后，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。 設(shè)計(jì)進(jìn)度要求設(shè)計(jì)進(jìn)度要求: : 確定設(shè)計(jì),查找資料，根據(jù)要求設(shè)計(jì)流程圖、梯形圖及進(jìn)行 i/o 接線圖的設(shè) 計(jì)，最后完成論文。 1 1 plcplc 概述概述 1.11.1 plcplc 的產(chǎn)生、定義、組成、特點(diǎn)的產(chǎn)生、定義、組成、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì) 1.1.11.1.1 plcplc 的產(chǎn)生的產(chǎn)生

9、 可編程序控制器(programmable logic controller，簡(jiǎn)稱 plc)，是隨著科 學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)力式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的需要 而產(chǎn)牛、發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置。 plc 從 1969 年問(wèn)世以來(lái)，雖然至今還不到 40 年，但由于其具有道用靈活 的控制性能、可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性與簡(jiǎn)單方便的使用性能，在工業(yè) 自動(dòng)化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。曾經(jīng)有人將 plc 技術(shù)與數(shù)控技術(shù)(cnc)、 cadcam 技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的四大支柱。 眾所周知，制造業(yè)中使用的生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程的控制，一般都需要通過(guò) 工作機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)

10、機(jī)構(gòu)、原動(dòng)機(jī)以及控制系統(tǒng)等部分實(shí)現(xiàn)。特別是當(dāng)原動(dòng)機(jī)為電 動(dòng)機(jī)時(shí)，還需要對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速與定位等動(dòng)作進(jìn)行控制。 生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)過(guò)程的電器操作與控制部分，稱為電氣自動(dòng)控制裝置或電氣自 動(dòng)控制系統(tǒng)。 最初的電氣自動(dòng)控制裝置(包括日前使用的一些簡(jiǎn)單機(jī)械)，只是一些簡(jiǎn)單 的手動(dòng)電器(如刀開(kāi)關(guān)、正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)等)。這些電器只適合于電機(jī)容量小、控制 要求簡(jiǎn)單、動(dòng)作單一的場(chǎng)合。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電氣自動(dòng)控制提出了越來(lái)越高的要求，電氣 自動(dòng)控制裝置逐步發(fā)展成了各種形式的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)。 作為常用電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種，人們習(xí)慣上把以繼電器、接觸器、按 鈕、開(kāi)關(guān)等為主要器件所組成的邏輯控制系

11、統(tǒng)，稱為“繼電接觸器控制系統(tǒng)” 。 “繼電接觸器控制系統(tǒng)”的基本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、抗干擾能力 強(qiáng)、故障檢修立觀方便、運(yùn)用范圍廣。它不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程的 自動(dòng)控制，而且還可以滿足大容量、遠(yuǎn)距離、集中控制的要求。因此，直到今 天“繼電接觸器控制系統(tǒng)”仍是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域最基本的控制系統(tǒng)之一。 但是，出于“繼電接觸器控制系統(tǒng)”的控制元件(繼電器、接觸器)均為 獨(dú)立元件，它決定了系統(tǒng)的“邏輯控制”與“順序控制”功能只能通過(guò)控制元 件間的不同連接實(shí)現(xiàn)，因此，它不可避免地存在以下不足： 通用性、靈活性差。 體積大，材料消耗多。 功能局限性大。 可靠性較低，性用壽命較短。 不具備現(xiàn)代工

12、業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)控制等功能。 正因?yàn)槿绱?，“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”難以適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜多變的生產(chǎn)控 制要求與生產(chǎn)過(guò)程摔制集成化、網(wǎng)絡(luò)化需要。 為了解決“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”存在的通用性、靈活性關(guān)，功能局限 性大與通信、網(wǎng)絡(luò)方面欠缺的問(wèn)題，20 世紀(jì) 50 年代末人們?cè)O(shè)想利用計(jì)算 機(jī)功能先備、通用性和靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)來(lái)解次以上問(wèn)題。但由于當(dāng)時(shí)的汁算機(jī) 原理復(fù)雜，生產(chǎn)成術(shù)高，程序編制難度大，加工業(yè)上控制需要大量的外圍接口 設(shè)備，可靠性問(wèn)題突出，使得它在面廣量大的一般工業(yè)控制領(lǐng)域難以普及與應(yīng) 用。 到了 20 世紀(jì) 60 年代木，有人這樣設(shè)想：能否把計(jì)算機(jī)通用、靈活、功能 完善的特點(diǎn)與“繼

13、電一接觸器控制系統(tǒng)”的簡(jiǎn)單易懂、使用方便、生產(chǎn)成本低 的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，生產(chǎn)出一種而向生產(chǎn)過(guò)程順序控制，plc 利用簡(jiǎn)單語(yǔ)言編程， 能讓完全不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便使用的控制器呢？ 這一設(shè)想最早由美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司(gm 公司)于 1968 年提出。當(dāng)時(shí)，該公司為了適應(yīng)汽車市場(chǎng)多品種、小批量的生產(chǎn)要求，需要解 決汽車生產(chǎn)線“繼電一接觸器控制系統(tǒng)”中普遍存在的通用性、靈活性問(wèn)題， 提到了對(duì)一種新穎控制器的十大技術(shù)要求，并面向社會(huì)進(jìn)行招標(biāo)。 十大技術(shù)要求具體如下： 1) 編樣方使，從可以在現(xiàn)場(chǎng)方便地編輯、修改控制程序； 2) 價(jià)格便宜，性能價(jià)格比要而于繼電器系統(tǒng)； 3) 體積要明顯小于

14、繼電器控制系統(tǒng)； 4) 可靠性要明顯高于繼電器控制系統(tǒng)： 5) 具有數(shù)據(jù)通信功能； 6) 輸入可以是 ac115v； 7) 輸出驅(qū)動(dòng)能力在 ac115v/2a 以上； 8) 硬件維護(hù)方便，最好采即 “插接式”結(jié)構(gòu)； 9) 擴(kuò)展時(shí)，只需要對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行很小的改動(dòng)； 10) 用戶存儲(chǔ)器容量至少可以擴(kuò)展到 4kb。 根據(jù)以上要求，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(dec 公司)在 1969 年首先研制比了全世 界第一臺(tái)可編程序控制器，并稱之為“可編程序邏輯制器”programmable logic controller，簡(jiǎn)稱 plc)。試樣機(jī)在 gm 公司的應(yīng)用獲得了成功。此后， plc 得到了快速發(fā)展，并被廣泛用于

15、各種開(kāi)義量邏輯運(yùn)算與處理的場(chǎng)合。 早期 plc 的硬件主要由分立元件與小規(guī)模集成電路構(gòu)成，它雖然采用了計(jì) 算機(jī)技術(shù)，但指令系統(tǒng)、軟件與功能相對(duì)較簡(jiǎn)單，一般只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算的處 理，同時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與改進(jìn)可靠性等措施，使之能與工業(yè)環(huán)境 相適應(yīng)。 正因?yàn)槿绱?，?20 世紀(jì) 70 年代初期曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)一些出二極管矩陣、集成 電路等器件組成的所謂“順序控制器”；20 世紀(jì) 70 年末期曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)以 mcl4500 工業(yè)控制單元(industrial control unit，簡(jiǎn)稱 icu)為核心出 8 通 道數(shù)據(jù)選擇器mcl4512)、指令計(jì)數(shù)器(mcl4516)、8 位可尋址雙向鎖存器

16、(mcl4599)、存儲(chǔ)器(2732)等組成的“可編程序控制器”等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品與 plc 相比，雖然具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但最終還是因可靠性、功能等多方面的 原因，未能得到進(jìn)一步的推廣與發(fā)展；而 plc 則隨著微處理器價(jià)格的全面下降， 最終以其優(yōu)良的性能價(jià)格比，得到了迅速發(fā)展，并最終成為了當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)控 制技術(shù)的重要支柱枝術(shù)之一。 1.1.21.1.2plcplc 的定義的定義 plc 技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，立即引起了全世界的廣泛關(guān)注，1969 年首先將其進(jìn)行 商品化并推向市場(chǎng)的是美國(guó) gould 公司；1971 年，在引進(jìn)美國(guó)技術(shù)后，日木研 制出了自己的第一臺(tái) plc；l973 年，德國(guó) sieme

17、ns 公司也研制出了歐洲第一臺(tái) plc；1974 年，法國(guó)隨之也研制出了 plc。 到了 20 世紀(jì) 70 年代中期，plc 開(kāi)始采用微處理器。plc 的功能也從最初的 邏輯運(yùn)算拓展到具有數(shù)據(jù)處理功能，并得到了更為廣泛的應(yīng)用。由于當(dāng)時(shí)的 plc 功能已經(jīng)不再局限于邏輯處理的范疇，為此，plc 也隨之改稱為可編程序控 制器(programmable controller，簡(jiǎn)稱 pc)。 1980 年，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(national electronic manufacture association，簡(jiǎn)稱 nema)對(duì)可編程序控制器進(jìn)行了如下定義： “可編程序控制器是一種帶有指令存儲(chǔ)器，數(shù)

18、字或模擬輸入/輸出接口；以 位運(yùn)算為主；能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算功能；面向機(jī)器或生 產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制裝置”。并將其統(tǒng)一命名為 programmable controller (pc)。 1.1.31.1.3 plcplc 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) plc 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算 機(jī)相同，如圖所示： plc 硬件結(jié)構(gòu) 1、中央處理單元（cpu） 中央處理單元（cpu）是 plc 的控制中樞。它按照 plc 系統(tǒng)程序賦予的功 能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲(chǔ)器、i/o 以及 警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，當(dāng)

19、plc 投入運(yùn)行時(shí)，首 先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 i/o 映象區(qū)， 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí) 行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序 執(zhí)行完畢之后，最后將 i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到 相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 plc 的可靠性，靈活性，近年來(lái)對(duì)大型 plc 還采用雙 cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 cpu 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) cpu 出現(xiàn)故障， 整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 2、存儲(chǔ)器（memory） 可編程控制器的

20、控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號(hào) 的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。cpu 常用 的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。小型 plc 的 cpu 多 采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫?cpu。大型 plc 的 cpu 多用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處 理能力。 3、基本 i/o 接口電路 （1）輸入接口單元。plc 內(nèi)部輸入電路作用是將 plc 外部電路（如行程開(kāi) 關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的、符合 plc 輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過(guò)光耦 電路送至 plc 內(nèi)部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干 擾能力，輸入響應(yīng)時(shí)間一般在 0.115

21、ms 之間。多數(shù) plc 的輸入接口單元都相同， 通常有兩種類型。一種是直流輸入，一種是交流輸入。 （2）輸出接口單元。plc 輸出電路用來(lái)將 cpu 運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式 的功率輸出，驅(qū)動(dòng)被控負(fù)載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等） 。plc 輸出電路 結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。 4、接口電路 plc 接口電路分為 i/o 擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類 （1）i/o 擴(kuò)接口電路 i/o 擴(kuò)展接口電路用連接 i/o 擴(kuò)展單元，可以用來(lái)擴(kuò)充開(kāi)關(guān)量 i/o 點(diǎn)數(shù)和 增加模擬量的 i/o 端子。i/o 擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路 形式。 根據(jù)被控制對(duì)象

22、對(duì) plc 控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸 出設(shè)備，據(jù)此確定 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)。 （2）外設(shè)通信接口電路 通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能 組成 plc 的控制網(wǎng)絡(luò)。plc 通過(guò) pc/ppi 電纜或使用 mpi 卡通過(guò) rs-485 接口和 電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。 5、電源 plc 內(nèi)部配有一個(gè)專用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為 plc 內(nèi)部電源需要的工作電源（5v 直流） 。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部 輸入元件提供 24v 直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用） 。 1.1.41.1.4 plcplc

23、 的特點(diǎn)的特點(diǎn) 1、軟硬件功能強(qiáng) 2、使用維護(hù)方便 3、運(yùn)行穩(wěn)定可靠 4、組織靈活 1.1.51.1.5 plcplc 的發(fā)展趨勢(shì)的發(fā)展趨勢(shì) 從當(dāng)前產(chǎn)品來(lái)看，plc 的發(fā)展仍然主要體現(xiàn)在提及的縮小與性能的提高兩 大方面。 1向高速度、大容量方向發(fā)展 2向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 3plc 大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 4增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力 5編程語(yǔ)言多樣化 1.21.2 plcplc 工作原理工作原理 1.2.11.2.1 循環(huán)掃描的特點(diǎn)循環(huán)掃描的特點(diǎn) 1、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)周期 內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，cpu 采用集中輸入的控制

24、思想，只能使用輸 入映像寄存器的值來(lái)控制程序的執(zhí)行。 2、掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 3、對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。 4、各個(gè)電路和不同掃描階段會(huì)造成輸入和輸出延遲，這是 plc 的主要缺點(diǎn)。 在讀輸入階段，cpu 對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)輸入電路將各輸入點(diǎn) 的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，cpu 按照先左后右、 先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器 的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。 2.2.2 plc 中的存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)器 plc 中的存儲(chǔ)器按用

25、途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器。 1、用戶程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。 2、用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。 3、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中存放的是廠家根據(jù)其選用的 plc 的指令的系統(tǒng)編寫的 系統(tǒng)程序，它決定了 plc 的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 1.31.3 plcplc 的編程語(yǔ)言的編程語(yǔ)言 plc 是通過(guò)程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng) 用領(lǐng)域，一定有其專用的語(yǔ)言。plc 的編程語(yǔ)言有多種，如梯形圖、語(yǔ)句表、 功能圖等。梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言，具有繼電器控制電路形象、直觀 的優(yōu)點(diǎn)；語(yǔ)句表編程語(yǔ)言類似計(jì)算機(jī)的匯編

26、語(yǔ)言，用助記符來(lái)表示各種指令的 功能，是 plc 用戶程序的基礎(chǔ)元素。 梯形圖程序讓 plc 仿真來(lái)自電源的電流通過(guò)一系列的輸入邏輯條件，根據(jù) 結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關(guān)系分為“梯級(jí)”或網(wǎng)絡(luò)。 如圖所示是用 plc 控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動(dòng)機(jī)直接 起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。 plc 控制的梯形圖程序 1.41.4 plcplc 的分類的分類及性能指標(biāo)及性能指標(biāo) 1.4.11.4.1 按按 i/oi/o 點(diǎn)數(shù)容量分類點(diǎn)數(shù)容量分類 1、小型機(jī)（i/o 點(diǎn)數(shù)小于 256 點(diǎn)） 典型的小型機(jī)有 siemens 公司的 s7-200 系列。 2、中

27、型機(jī)（i/o 點(diǎn)數(shù)在 2561024 之間） 典型的中型機(jī)有 siemens 公司的 s7-300 系列、omron 公司的 c200h 系列。 3、大型機(jī)（i/o 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上） 典型的大型 plc 有 siemens 公司的 s7-400、omron 公司的 cvm1 和 cs1 系列。 1.4.21.4.2 按結(jié)構(gòu)形式分按結(jié)構(gòu)形式分 根據(jù) plc 結(jié)構(gòu)形式的不同，plc 主要可分為整體式和模塊式兩類。 1、整體式結(jié)構(gòu) 微型和小型 plc 一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的 s7-200。 2、模塊式結(jié)構(gòu) 目前大、中型 plc 都采用這種方式。如西門子的 s7-300 和 s7-40

28、0 系列。 1.4.3plc1.4.3plc 的性能指標(biāo)的性能指標(biāo) 1、i/o 點(diǎn)數(shù) i/o 點(diǎn)數(shù)，即 plc 面板上的 i/o 端子的個(gè)數(shù)。i/o 點(diǎn)數(shù)越多，外部可以連接 的 i/o 器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量 plc 性能的重要指標(biāo)之一。 2、存儲(chǔ)容量 這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長(zhǎng)短。大、中、 小型 plc 的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為 2kb2mb。 3、掃描速度 掃描速度是指 plc 執(zhí)行程序的快慢，是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算 機(jī)控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度?？删幊炭刂破鞑捎醚h(huán)掃描的工作方式。 4、指令系統(tǒng) 它是衡量 plc 能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定

29、了 plc 的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。 限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。 5、通信功能 通信有 plc 之間的通信和 plc 與計(jì)算機(jī)或其它設(shè)備之間的通信。主要涉及 通信模塊、通信接口、通信協(xié)議、通信指令等。 6、擴(kuò)展能力 擴(kuò)展能力包括 i/o 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和 plc 功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。 7、特殊功能單元 特殊功能單元種類多，也可以說(shuō) plc 的功能多。典型的特殊功能單元有模 擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能。 2 2 plcplc 四路搶答器概述四路搶答器概述 2.12.1 plcplc 四路搶答器概述四路搶答器概述 本文介紹一種搶答器，能使四個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答,這其中設(shè)有 1 個(gè)

30、裁判臺(tái)， 4 個(gè)參賽臺(tái)，分別為 1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)、4 號(hào)參賽臺(tái).總體設(shè)計(jì)選用西門子 plc 控 制,搶答操作方便、簡(jiǎn)單，普及面很廣。 搶答器，是一種用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)快慢，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的電器。 隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場(chǎng)合也隨之增加，方便、可靠。目前, 應(yīng)用在各種競(jìng)賽中，給競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性, 在一定程度上豐富了人們 的業(yè)余生活。用 plc 進(jìn)行知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變 輸入 plc 的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。 可編程控制器（plc）： 所謂 plc 系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上各大工業(yè)控制 廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同

31、的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以 達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛。 plc 的可靠性：進(jìn)口 plc 采用的 cpu 都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專用 處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購(gòu)買的，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選的工業(yè)級(jí)元件， 另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗(yàn)而特別設(shè)計(jì)的，抗干擾性特 別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正 常工作。 plc 的可擴(kuò)展性：要增加一個(gè)功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對(duì)應(yīng)的程序， 而 plc 的編程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，這樣對(duì)于開(kāi)發(fā)周期會(huì)縮短。 plc 的可維護(hù)性：plc 本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù) 自診

32、斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序 設(shè)計(jì)不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡(jiǎn)單。 操作：plc 的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì) 了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了 對(duì)操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫(huà)面 自動(dòng)切換到故障提示畫(huà)面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī) 器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。 特點(diǎn)：價(jià)格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡(jiǎn)單。 2.22.2 plcplc 搶答器的工作原理?yè)尨鹌鞯墓ぷ髟?我所設(shè)計(jì)的 plc 智

33、能搶答器是適合四個(gè)人搶答的四路搶答器，現(xiàn)在以四路 搶答器為例。給競(jìng)賽主持人設(shè)置了兩個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制開(kāi)始、復(fù)位、答題 計(jì)時(shí)，每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，哪組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù) 碼管就顯示該組的序號(hào)，同時(shí)指示燈亮，以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信 號(hào)不在相應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始下一輪搶答。 若選手在未開(kāi)始搶答時(shí)提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管顯示其序號(hào)。 當(dāng)主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時(shí)定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)（設(shè)定 10 秒）若 10 秒限制到時(shí) 仍無(wú)人搶答則系統(tǒng)超時(shí)指示燈亮，以示選手放棄該題。其中以上功能都通過(guò)編 制的 plc 程序來(lái)控兩個(gè)制數(shù)碼管和兩個(gè)指示燈，

34、如圖所示: hl1hl2 hl3hl4 sb3 sb4 sb5 sb6 hl5 hl6 搶答器模型圖 plc 控制器 sb1 sb2 開(kāi)始 復(fù)位 3 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3.13.1 控制系統(tǒng)選取控制系統(tǒng)選取 搶答器對(duì)時(shí)間間隔的要求很高，而且多在會(huì)議、答辯賽等一些正規(guī)的需要 進(jìn)行搶答的場(chǎng)合中使用，所以對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們 對(duì)將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對(duì)比?？删幊炭刂破鳎╬lc）是由工業(yè)微 型計(jì)算機(jī)、輸入, 輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機(jī)控制裝置， 具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點(diǎn)： 1、可靠性高：由于可編程控制器

35、的輸入, 輸出端口均采用繼電器或光電耦 合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡 劣環(huán)境下可靠工作。 2、體積?。河捎谠谥圃鞎r(shí)采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程 代替了硬連線，便于安裝，實(shí)現(xiàn)了小型化。 3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有cpu 模塊、電源 模塊、pid模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同 的控制系統(tǒng)，對(duì)不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的 適用性。 4、使用方便：對(duì)于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出 作很小的變動(dòng)時(shí)，只需修改相應(yīng)程序即可，無(wú)需對(duì)系統(tǒng)連線做較大的修改，減

36、 少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量，使用起來(lái)靈活方便。基于可編程控制器的上述優(yōu)點(diǎn)能 夠適應(yīng)和滿足立體車庫(kù)高性能的使用要求，所以我確定該車庫(kù)控制系統(tǒng)為 plc(西門子s7-200系列)。 s7-200 系列的 plc 在各種行業(yè)的檢測(cè)及控制的自動(dòng)化都得到廣泛的應(yīng)用。 由于其具有極高的性價(jià)比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程 序易于掌握，實(shí)時(shí)特性功能、編程語(yǔ)言指令豐富，操作簡(jiǎn)便，有豐富的擴(kuò)展功 能。搶答器所使用的各種判斷信號(hào)均為數(shù)字量，所以用西門子 s7-200 系列就完 全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。 3.23.2 控制系統(tǒng)的硬件組成控制系統(tǒng)的硬件組成 在搶答器的工作過(guò)程中，主控單元的主要控

37、制對(duì)象首先是輸入信號(hào)，控制 系統(tǒng)就是判別這個(gè)事件有沒(méi)有發(fā)生，不同的情況給出不同的結(jié)果，讓大家都很 快的明白。 其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖所示: plc 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 3.33.3 系統(tǒng)控制要求系統(tǒng)控制要求 1搶答器可同時(shí)供四組選手參加比賽 2給主持人設(shè)置兩個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制搶答的開(kāi)始、復(fù)位。 3每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù) 碼管就顯示該組的編號(hào)，以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)不再響應(yīng)。選 手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開(kāi)始下一輪搶答。 4違規(guī)搶答：若選手在未開(kāi)時(shí)搶答試題時(shí)搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)指 示燈亮并閃爍。 plc cpu224 數(shù)字輸入數(shù)字

38、輸出 主 持 人 輸 入 信 號(hào) 選 手 輸 入 信 號(hào) 組 別 顯 示 輸 出 信 號(hào) 倒 計(jì) 時(shí) 輸 出 信 號(hào) 指 示 燈 輸 出 信 號(hào) 5搶答限時(shí)：當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕后，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)（設(shè)定 10s） 。 若 10s 時(shí)限到仍無(wú)人搶答，則超時(shí)指示燈亮，以示選手放棄該題。 3.43.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) i/oi/o 分配表分配表 3.4.13.4.1 搶答器的搶答器的 plcplc 控制系統(tǒng)的輸出端口控制系統(tǒng)的輸出端口 搶答器的 plc 控制系統(tǒng)的輸出端口如表所示： 輸出信號(hào)對(duì)照表 信號(hào)名稱內(nèi)部地址指示燈名稱內(nèi)部地 址 數(shù)碼管 a 段 q1.0hl1q0.0 數(shù)碼管 b 段 q1.

39、1hl2q0.1 數(shù)碼管 c 段 q1.2hl3q0.2 數(shù)碼管 d 段 q1.3hl4q0.3 數(shù)碼管 e 段 q1.4hl5(無(wú)人搶答燈)q0.4 數(shù)碼管 f 段 q1.5 hl6（犯規(guī)燈） q0.5 數(shù)碼管 g 段 q1.6 3.4.23.4.2 搶答器的搶答器的 plcplc 控制系統(tǒng)的輸入端口控制系統(tǒng)的輸入端口 搶答器的 plc 控制系統(tǒng)的輸入端口如表所示： 輸入信號(hào)對(duì)照表 信號(hào)名稱內(nèi)部地址信號(hào)名稱內(nèi)部地址 搶答開(kāi)始按鈕 sb1 i0.0 第二組搶答按鈕 sb4 i0.3 主持人復(fù)位按鈕 sb2 i0.1 第三組搶答按鈕 sb5 i0.4 第一組搶答按鈕 sb3 i0.2 第四組搶答

40、按鈕 sb5 i0.5 3.53.5 系統(tǒng)硬件連接圖系統(tǒng)硬件連接圖 根據(jù)系統(tǒng)要求和所需要的硬件，系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)總計(jì) 6 個(gè)點(diǎn)，輸出點(diǎn)總 計(jì) 13 個(gè)點(diǎn)。綜合考慮到系統(tǒng)的性價(jià)比和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，輸入、輸出點(diǎn)留出一 定的富裕量，因此 plc 選擇 siemens 的 s7-200 系列的 cpu224 繼電器輸出型和 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 em223。輸入、輸出端子電氣接線圖。 如圖所示： 控制系統(tǒng)外部 i/o 接線圖 4 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.14.1 整體設(shè)計(jì)整體設(shè)計(jì) 根據(jù) plc 智能搶答器的控制要求，應(yīng)用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。通過(guò) plc 控 制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)行，系統(tǒng)僅需要少量的

41、按鈕和接口，一般的 plc 配置都 可運(yùn)行。該系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單易懂、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在搶答 時(shí)只需按動(dòng)按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動(dòng)顯示組號(hào)以及倒計(jì)時(shí)時(shí)間。 安全、可靠、省時(shí)、省力、價(jià)格便宜。 控制軟件應(yīng)用 siemens 編程軟件，采用梯形圖語(yǔ)言編寫,工作系統(tǒng)自動(dòng)控制 流程框圖如圖 4.1.所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，要充分保證系 統(tǒng)的安全，保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠。自動(dòng)條件下，必須復(fù)位后在滿足自 動(dòng)條件下才能進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個(gè)過(guò)程的互鎖來(lái)保證系統(tǒng)的 安全。如下圖所示，有主程序和若干子程序組成，其整體設(shè)計(jì)工作系統(tǒng)自動(dòng)控 制流程圖如圖所示： s

42、b6 sb5 sb4 sb3 sb2 sb1 plc 工作系統(tǒng)自動(dòng)控制流程圖 搶 答 按 鈕 主 持 人 按 鈕 plc cpu224 組 顯 電 路 違 規(guī) 電 路 計(jì) 時(shí) 電 路 時(shí) 間 顯 示 4.24.2 plcplc 控制程序控制程序 為了編程結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、明了在主程序中引用了中間繼電器，i0.2i0.5 分 別為四組選手的搶答信號(hào)， 同時(shí)我們用中間繼電器 m0.0、m0.1、m1.0m1.3 進(jìn)行自鎖和互鎖功能，以保證每個(gè)選手公平搶答。主持人控制臺(tái)有 i0.0 按鈕用 以搶答開(kāi)始，i0.2 按鈕用以控制答題時(shí)間地開(kāi)始，i0.1 按鈕為復(fù)位按鈕。 4.2.14.2.1 主持人控制臺(tái)控制

43、搶答器搶答或復(fù)位主持人控制臺(tái)控制搶答器搶答或復(fù)位 搶答如圖所示： 復(fù)位如圖所示： 4.2.24.2.2 組別顯示組別顯示 每當(dāng)主持人發(fā)出開(kāi)始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，就顯示該 組的組號(hào)，依次如下圖所示： 4.2.3超時(shí)無(wú)人搶答指示燈亮超時(shí)無(wú)人搶答指示燈亮 4.2.4 犯規(guī)指示燈亮并閃爍犯規(guī)指示燈亮并閃爍 5 5 模擬運(yùn)行與調(diào)試過(guò)程模擬運(yùn)行與調(diào)試過(guò)程 5.15.1 程序的模擬運(yùn)行程序的模擬運(yùn)行 將設(shè)計(jì)好的程序?qū)懭?plc 后，首先要做的就是仔細(xì)檢查程序，并改正寫入 時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，一般不用接 plc 實(shí)際的負(fù) 載(如接觸器、電磁閥等)。也可以根據(jù)功能表圖

44、，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用開(kāi)關(guān)或按鈕 來(lái)模擬實(shí)際的反饋信號(hào)。在調(diào)試時(shí)應(yīng)充分考慮各種可能的情況，對(duì)系統(tǒng)各種不 同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線， 都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和 plc 中的程序，直 到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求，下面圖 1.11.3 是程序運(yùn)行調(diào)試中的幾個(gè)過(guò)程圖。 圖 1.1 程序下載 圖 1.2 程序運(yùn)行 圖 1.3 程序停止 如果程序中某些定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過(guò)大，為了縮短調(diào)試時(shí)間，可以 在調(diào)試時(shí)將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實(shí)際設(shè)定值。在設(shè)計(jì)和模 擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜，plc 之外的其他硬件的 安裝、接