四人抢答器plc优秀课程设计.docx

课程设计说明书

题目名称： 四组抢答器plc课程设计

系 部： 机械工程系
专业班级： 机械化13-1班
学生姓名：
学 号： 233
指导老师： 全 瑞 琴
完成日期： 1月8号

新疆工程学院
课程设计评定意见

设计题目 四组抢答器plc课程设计
系 部 机械工程系 专业班级 机械化13-1班
学生姓名 学生学号 233
评定意见：

评定成绩：

指导老师（署名）： 年 月 日

（此页背书）
评定意见参考提要：
1、学生完成工作量和内容是否符合任务书要求。
2、学生勤勉态度。
3、设计或说明书优缺点，包含：学生对理论知识掌握程度、实践工作能力、表现出发明性和综合应用能力等。

新疆工程学院
机械工程系系(部)课程设计任务书
- 年 第一 学期 年 1 月 10日
专业
机械制造和自动化
班级
机械化13-1班
课程名称
工厂电器控制和PLC
设计题目
四组抢答器PLC课程设计
指导老师
全瑞琴
起止时间
16.1.4-16.1.10
周数
一周
设计地点
1-204
设计目标：
设计任务或关键技术指标：（1）控制要求
①参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，不然提前按抢答按钮或一直按住抢答按钮不放，均不起作用。
②参赛者在许可抢答时，第一个按下抢答按钮抢答席上指示灯将会亮，且扬声器响一声，在释放抢答按钮后，指示灯仍然亮，其它组均被封锁。这么主持人就能够轻易地知道谁是第一个按下抢答器。
③在主持人宣告抢答开始后10 s内无抢答者，该题作废。
④每道答题在要求时间内（30 s）完成，超时则自动取消答题资格。
⑤答题完成后，主持人按下主持人席上复位按钮（释放按钮），则指示灯熄灭，为下一题抢答做准备。
（2）其中包含硬件设计和软件设计
（3）设计中存在问题和改善方法

设计进度和要求：
第一天：选题、搜集资料、做准备工作。
第二天：对硬件设计及选择plc型号。
第三天：设计软件编程，工作原理画步骤图并编译梯形图
第四天：调试程序，找出问题,进行修改,并改善设计
第五天：完成汇报撰写论文，、答辩
关键参考书及参考资料：
[1] 蒋圣平、 颜景龙、 裴焕斗等。 PLC 在抢答器中应用[J ]。测试技术学报，
[2] 林明星。电气控制及可编程序控制器[M ]。北京：机械工业出版社，
[3] 周淑珍、高鸿斌。PLC分析和设计应用。北京：电子工业出版社，

教研室主任（署名） 　 　 系（部）主任（署名） 　　　　　

摘 要
伴随微处理器、计算机和数字通讯技术飞速发展，计算机控制已扩展到了全部控制领域。而实用抢答器这一产品是多种竞赛活动中不可缺乏设备，不管是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，全部会举行多种多样智力竞赛，全部会用到抢答器。现在市场上已经有多种多样智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计，本设计要求就是利用PLC作为关键部件进行逻辑控制及信号产生，用PLC本身优势使竞赛真正达成公正、公平、公开。设计是利用PLC(Programmable Logic Controller)对PLC控制四路智力抢答器进行控制。首先选择这个题目以后我对此次设计进行了全方面思索。使自己对此次设计有一个大致总体思绪然后仔细分析PLC控制四路智力抢答器工作原理和它部分工作过程分析后得出它关键需要完成主持人控制、选手抢答、报警、计时及输出显示功效等。考虑到只是PLC控制四路智力抢答器则输出端口需要9个,输入端口需要6个,因为PLC含有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点所以我决定选择SIMATIC S7-200 系列CPU226和数字量扩展模块EM223作为此次设计PLC。含有方便灵活维护使用方便等特点。
关键词: 可编程控制器 抢答器 PLC 模拟电路 数字电路

目 录
摘 要 5
引 言 1
第一章 PLC抢答器概述 2
1.1 抢答器的组成 2
1.2 PLC智能抢答器的工作原理 2
1.3 系统控制要求及设计要求 3
1.3.1系统控制要求: 3
1.3.2设计要求: 3
第二章 PLC概述 4
2.1 PLC的产生 4
2.2 PLC的定义 4
2.3 PLC基本结构 5
2.4 PLC的编程语言 6
2.5 PLC的特点 6
2.5.2 PLC的特点 6
2.5.2 PLC的发展趋势 6
2.6 PLC工作原理 7
2.7 PLC的编程语言 7
2.8 PLC的性能指标 8
第三章 系统硬件设计 9
3.1 控制系统 9
3.2 控制系统硬件组成 10
3.3 控制系统I/O分配表 12
3.4 系统硬件连接图 12
第四章 程序设计 14
4.1整体设计 14
4.2程序设计 15
4.3语句表 17
4.4 软件程序调试 19
致 谢 23
参考文献 24

引 言
对于科技飞速发展今天，PLC、单片机应用不停深入，带动了传统控制检测技术不停更新，并鉴于其本身含有优点，以PLC、单片机为关键部件成为主流 。
传统一般抢答器关键存在一下缺点：
(1) 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规有效信号不能进行处理，所以使该次抢答过程变为无效。
(2) 当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件“竞争”选择其中一个。对于后者因为抢答电路制作完成后电子元件被固定，各路抢答信号“竞争”能力也被固定，所以本质上也有优先权。一般抢答器存在不公平性。
(3) 当有多个违规抢答时，一般抢答器只能“抓住”其中一个违规者。所以出现了“漏洞”.现在大多抢答器全部是以PLC、单片机为控制关键智能抢答器，它对采样取得多种抢答信号进行分析。但仅有抢答功效抢答器已经不能满足当今社会需要，所以该设计采取基于PLC控制来设计四路抢答器。

第一章 PLC抢答器概述
1.1 抢答器组成
抢答器关键由指示灯、优先编码电路、锁存电路、控制开关、时序控制电路、定时电路组成。其组成框图图（1-1）

指示灯
锁存电路
抢答开关
优先编码电路

时序控制电路

控制开关

定时电路

图1-1抢答器组成框图
1.2 PLC智能抢答器工作原理
我所设计PLC智能抢答器是适合四个人抢答四路抢答器，现在以四路抢答器为例。给竞赛主持人设置了2个控制按钮，用来控制开始、复位，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编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提醒信号（连续三秒）以指示抢答成功，并对其后抢答信号不在对应，选手答题完成后，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。其中以上功效全部经过编制PLC程序来控1个制数码管和3个指示灯和2个喇叭来实现。图1-2所表示：
1.3 系统控制要求及设计要求
1.3.1系统控制要求:

1、参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，不然提前按抢答按钮或一直按住抢答按钮不放，均不起作用。
2、参赛者在许可抢答时，第一个按下抢答按钮抢答席上指示灯将会亮，且扬声器响一声，在释放抢答按钮后，指示灯仍然亮，其它组均被封锁。这么主持人就能够轻易地知道谁是第一个按下抢答器。
3、在主持人宣告抢答开始后10 s内无抢答者，该题作废。
4、每道答题在要求时间内（30 s）完成，超时则自动取消答题资格。
5、答题完成后，主持人按下主持人席上复位按钮（释放按钮），则指示灯熄灭，为下一题抢答做准备。

1.3.2设计要求:
（1）依据控制要求，进行抢答器PLC控制系统硬件电路设计，包含主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
（2）依据控制要求，编制抢答器PLC控制应用程序。
（3）编写设计说明书，内容包含：
①设计过程和相关说明。
②基于PLC抢答器电气控制系统电路图。
③PLC控制程序。
④电器元器件选择和相关计算。
⑤电气设备明细表。
⑥参考资料、参考书及参考手册。
⑦其它需要说明问题，挒如操作说明书、程序调用过程、碰到问题及处理方发、对课程设计认识和提议等。

第二章 PLC概述
2.1 PLC产生
可编程序控制器(Programmable Controller，简称PLC)，是在继电器控制基础上开发出来。 1968年，美国最大汽车制造商——通用汽车企业为了适应汽车型号不停更新改变所带来生产工艺不停改变，想寻求另一个全新控制方法。设想用这么一个控制装置，它既应该含有计算机控制功效性、灵活性、通用性，同时又应含有继电器控制方法简单性、操作方便性。对这种装置具体要求表现在通用招标书中；
即：
(1)编程简单可在现场修改程序。
(2)维护方便，采取插件式结构。
(3)可靠性高于继电器控制柜。
(4)体积小于继电器控制柜。
(5)可将数据直接送入管理计算机。
(6)成本可和继电器控制柜竞争。
(7)可接115V交流输入。
(8)输出采取交流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等。
(9)通用性强，扩展时方便。
(10)程序要能储存，存放容量可扩展到4K字节。
依据以上要求，1969年，美国数字设备企业(DEC)研制出了世界上第一台可编程序控制器，并在美国通用汽车企业生产线上试用，取得了满意效果，可编程序控制器由此诞生。可编程序控制器出现开创了以微电子技术为关键数字化电气控制技术新局面，以后这一全新技术便以很快速度发展起来。现在PLC不仅含有逻辑控制功效，而且还增加了数据运算、传送和处理功效，成为含有计算机功效一个通用工业控制装置。
2.2 PLC定义
可编程序控制器出现以后，名称一直没有统一。国际电工委员会(IEC)于1987年2月对可编程序控制器作了以下要求：“可编程序控制器是一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采取可编程序控制存放器，用来在其内部存放实施逻辑运算、次序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并经过数字式、模拟式输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。可编程序控制器及其相关设备，全部应按易于和工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功效标准设计。”因为早期可编程序控制器关键用于开关量逻辑控制，且为了和个人计算机(Personal Computer)相区分，大家把可编程序控制器缩写成为PLC(Programmable Logic Controller)，一直沿用至今。

2.3 PLC基础结构
PLC实质是一个专用于工业控制计算机，其硬件结构基础上和微型计算机相同，图2-1所表示：

图2-1PLC基础结构

2.4 PLC编程语言
PLC是经过程序对系统进行控制，作为一个专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用语言。PLC编程语言有多个，如梯形图、语句表、功效图等。梯形图编程语言是一个图形语言，含有继电器控制电路形象、直观优点；语句表编程语言类似计算机汇编语言，用助记符来表示多种指令功效，是PLC用户程序基础元素。梯形图程序让PLC仿真来自电源电流经过一系列输入逻辑条件，依据结果决定逻辑输出许可条件。梯形图按逻辑关系分为“梯级”或网络。
2.5 PLC特点
2.5.2 PLC特点
1、 软硬件功效强 
2、 使用维护方便 
3、 运行稳定可靠 
4、 组织灵活 
2.5.2 PLC发展趋势 
从目前产品来看，PLC发展仍然关键表现在提及缩小和性能提升两大方面。 
1． 向高速度、大容量方向发展  
2． 向超大型、超小型两个方向发展  
3． PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力 
4． 增强外部故障检测和处理能力  
5． 编程语言多样化  

2.6 PLC工作原理
可编程序控制器通电后，需要对硬件和软件做部分初始化工作。为了使可编程序控制器输出立即地响应多种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理多种不一样任务，( 图 2.2)，这种周而复始循环工作方法称为扫描工作方法。 读取输入

实施用户程序

智能模块通信

通信信息处理

自诊疗检验

修改输出
读入输入

智能模块通信

通信信息处理

自诊疗检验

修改输出
RUN状态
STOP状态

图2.2 PLC扫描过程
2.7 PLC编程语言
PLC是经过程序对系统进行控制，作为一个专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用语言。PLC编程语言有多个，如梯形图、语句表、功效图等。梯形图编程语言是一个图形语言，含有继电器控制电路形象、直观优点；语句表编程语言类似计算机汇编语言，用助记符来表示多种指令功效，是PLC用户程序基础元素。
梯形图程序让PLC仿真来自电源电流经过一系列输入逻辑条件，依据结果决定逻辑输出许可条件。梯形图按逻辑关系分为“梯级”或网络。
图2.3所表示是用PLC控制梯形图程序，可完成和继电器控制电动机直接起、停（起、保、停）继电器控制电路图相同功效。

图2.3PLC控制梯形图程序
2.8 PLC性能指标
1、I/O点数
I/O点数，即PLC面板上I/O端子个数。I/O点数越多，外部能够连接I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能关键指标之一。
2、存放容量
这里专指用户存放器存放容量，它决定了用户所编程序长短。大、中、小型PLC存放容量改变范围通常为2KB～2MB。
3、扫描速度
扫描速度是指PLC实施程序快慢，是一个关键性能指标，表现了计算机控制替换继电器控制稳合程度。可编程控制器采取循环扫描工作方法。
4、指令系统
它是衡量PLC能力强弱标志，决定了PLC处理能力、控制能力强弱。限定了计算机发挥运算功效、完成复杂控制能力。
5、通信功效
通信有PLC之间通信和PLC和计算机或其它设备之间通信。关键包含通信模块、通信接口、通信协议、通信指令等。
6、扩展能力
扩展能力包含I/O点数扩展和PLC功效扩展两方面内容。
7、特殊功效单元
特殊功效单元种类多，也能够说PLC功效多。经典特殊功效单元有模拟量、模糊控制连网等功效。

第三章 系统硬件设计
3.1 控制系统
选择抢答器对时间间隔要求很高，而且多在会议、答辩赛等部分正规需要进行抢答场所中使用，所以对设备正确性和可靠性要求很高。为此，我们对将采取控制系统进行了全方面分析对比。可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入输出设备、保护及抗干扰隔离电路等组成微机控制装置，含有次序、周期性工作特征，从应用角度看可编程控制器含有以下特点：
1、可靠性高：因为可编程控制器输入输出端口均采取继电器或光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰方法，使其含有很高抗干扰能力，所以能在恶劣环境下可靠工作。
2、体积小：因为在制造时采取了大规模集成电路和微处理器，用软件编程替换了硬连线，便于安装，实现了小型化。
3、通用性好：因为可编程控制器采取模块化结构，通常有CPU 模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，能够用这些模块灵活组成多种不一样控制系统，对不一样控制系统，只需选择不一样模块即可，所以含有很好适用性。
4、使用方便：对于不一样控制系统，当硬件结构选定后，假如输入、输出作很小变动时，只需修改对应程序即可，无需对系统连线做较大修改，降低了现场调试工作量，使用起来灵活方便。基于可编程控制器上述优点能够适应和满足立体车库高性能使用要求，所以我确定该车库控制系统为PLC(西门子S7-200系列)。S7-200系列PLC在多种行业检测及控制自动化全部得到广泛应用。因为其含有极高性价比，在以下几方面全部有优越表现：极高可靠性、程序易于掌握，实时特征功效、编程语言指令丰富，操作简便，有丰富扩展功效。抢答器所使用多种判定信号均为数字量，所以用西门子S7-200系列就完全能够满足电气控制系统方面要求。
3.2 控制系统硬件组成
在抢答器工作过程中，主控单元关键控制对象首先是输入信号，控制系统就是判别这个事件有没有发生，不一样情况给出不一样结果，让大家全部很快明。其硬件组成结构图图3-1所表示

扬
声
器

指
示
灯

图3-1控制系统硬件组成结构图

3.3 控制系统I/O分配表
图3-2I/O分配表

信号名称
内部地址
信号名称
内部地址
输入
代码
输出
代码
抢答器开始
I0.1
扬声器
Q0.0
主持人复位
I0.0
第一组灯
Q0.1
第一组抢答按钮
I0.2
第二组灯
Q0.2
第二组抢答按钮
I0.3
第三组灯
Q0.3
第三组抢答按钮
I0.4
第四组灯
Q0.4
第四组抢答按钮
I0.5

3.4 系统硬件连接图
依据系统要求和所需要硬件，系统数字量输入点总计6个点，输出点总计5个点。综合考虑到系统性价比和系统可扩展性，输入、输出点留出一定富裕量，所以PLC选择SIEMENSS7-200系列CPU226继电器输出型和数字量扩展模块EM223。输入、输出端子电气接线图图3.2所表示。
CPU226

Q0.0

Q0.1
Q0.2
Q0.3

Q0.4
I0.0

I0.1
I0.2

I0.3
I0.4

I0.5

图3-3系统硬件连接图

第四章 程序设计
4.1整体设计
依据PLC智能抢答器控制要求，应用程序采取一体化结构。经过PLC控制程序来实现整体运行，系统仅需要少许按钮和接口，通常PLC配置全部可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序控制下自动显示组号和倒计时时间。安全、可靠、省时、省力、价格廉价。
控制软件应用SIEMENS编程软件，采取梯形图语言编写,工作系统自动控制步骤框图图4.1.所表示。依据系统控制要求，进行针对性设计，要充足确保系统安全，确保整个系统运行安全可靠。自动条件下，必需复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充足应用各个过程互锁来确保系统安全。以下图所表示，有主程序和若干子程序组成，其整体设计工作系统自动控制步骤图图4.1所
指
示
灯

计时电路
开始抢答

复位
第一组
第二组
第三组
第四组

图4.1PLC工作系统自动控制步骤图
4.2程序设计
1.按下抢答开始I0.0,辅助触电M0.0得电，T37开始计时

2.若10s以后无人抢答，则该题作废，扬声器响一声。或是有些人抢答不过作答时间超出30s秒，答题无效扬声器响一声。

3．网络3是第一组抢答成功，驱动辅助触电M0.1得电，网络4是第二组抢答成功，驱动辅助触电M0.2得电，

4. 网络4是第三组抢答成功，驱动辅助触电M0.3得电，网络6是第四组抢答成功，驱动辅助触电M0.4得电。

5.任意一组抢答成功，作答时间计时。不超出30s。

6.网络8辅助触点M0.1驱动第一组灯亮Q0.1得电，网络9辅助触点M0.2驱动第二组灯亮Q0.2得电，.网络10辅助触点M0.3驱动第三组灯亮Q0.3得电。

7. .辅助触点M0.4驱动第一组灯亮Q0.4得电，

4.3语句表

4.4 软件程序调试

将设计好程序写入PLC后，首先要做就是仔细检验程序，并更正写入时出现错误。用户程序通常先在试验室模拟调试，通常不用接PLC实际负载(如接触器、电磁阀等)。也能够依据功效表图，在合适时候用开关或按钮来模拟实际反馈信号。在调试时应充足考虑多种可能情况，对系统多种不一样工作方法、有选择序列功效表图中每一条支路、多种可能进展路线，全部应逐一检验，不能遗漏。发觉问题后应立即修改梯形图和PLC中程序，直到在多种可能情况下输入量和输出量之间关系完全符合要求。 完成上述工作后，就能够进行现场调试工作。首先将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中有可能将会显示出系统中原先可能存在传感器、实施器和硬接线等方面问题，和PLC外部接线图和梯形图程序设计中问题，应对出现问题立即加以处理。假如调试达不到指标要求，则能够对对应硬件和软件部分设计作合适调整，通常只需要略微修改程序就可能出现实际效果。全部调试经过后，再经过一段时间试验，系统才能够投入到实际利用当中。 调试过程中碰到问题和处理方法：
1、 调试结果和设计不完全吻合，此时需检验程序看是否存在逻辑上错误或是双线圈输出问题。
2、不停地调试和检验，使得在满足要求前提设计出运行最稳定程序最简单程序。
调试步骤以下：
先按先I0.0在10s后无人抢答Q0.0亮

先按先I0.0，第一组抢答即按下I0.2， Q0.0闪亮、Q0.1亮

先按先I0.0，第二组抢答即按下I0.3， Q0.0闪亮、Q0.2亮

先按先I0.0，第三组抢答即按下I0.4， Q0.0闪亮、Q0.3亮

先按先I0.0，第三组抢答即按下I0.5， Q0.0闪亮、Q0.4亮

最终主持人复位按下I0.1，灯全灭

致 谢
时光急忙如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真轻易。离校日期已日趋临近，毕业论文完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文顺利完成，一直全部离不开老师、同学、好友给我热情帮助，在这里请接收我真挚谢意!
学校以其优良学习风气、严谨气氛教我求学，以其博大包容情怀胸襟、浪漫充实校园生活育我成人。值此毕业论文完成之际，我谨向全部关心、珍惜、帮助我大家表示最真挚感谢和最美好祝福。
回想整个论文写作过程，虽有不易，却让我除却浮躁，经历了思索和启示，也愈加深切地体会了法学精髓和意义，所以倍感珍爱。
三年寒窗，所收获不仅仅是愈加丰厚知识，更关键是在阅读、实践中所培养思维方法、表示能力和宽广视野。很庆幸这些年来我碰到了很多恩师益友，不管在学习上、生活上还是工作上全部给了我无私帮助和热心照料，让我在很多方面全部有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实话语致以最高尚敬意。

参考文件
[1] 蒋圣平、 颜景龙、 裴焕斗等。 PLC 在抢答器中应用[J ]。测试技术学报，
[2] 林明星。电气控制及可编程序控制器[M ]。北京：机械工业出版社，
[3] 周淑珍、高鸿斌。PLC分析和设计应用。北京：电子工业出版社，
[5] 王玉中。电气控制及PLC应用技术。河南：河南科学技术出版社，
[6] 孙平。可编程序控制器原理及应用，北京：高等教育出版社，
[7] 张新军。电气控制和PLC技术及应用。济源：济源职业技术学院出版社，
[8] 王芳。立体车库及其控制[J]。电器传动，1998
[9] 邹其洪、黄智伟、高嵩、等编著。电工电子试验和计算机仿真[M]。电子工业出版社，
[10] 王成福主编。可编程序控制器原理及应用。北京：机械工业出版社，
[11] 张进秋主编。可编程控制器原理及应用实例[M]。北京：机械工业出版社，
[12] 江秀汉、汤楠主编。可编程序控制器原理及应用。西安：西安电子科技大学出版社，
[13] 陈新华主编。电工技术和可编程序控制器实践。北京：机械工业出版社，