基于PLC的六路抢答器系统设计.docx
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1、基于PLC的六路抢答器系统设计492020年4月19日文档仅供参考课程设计说明书题目: 基于PLC的六路抢答器系统设计 系 别: 机 械 工 程 学 院 专 业 班 级: 机设10-12 学 号: 302627 学 生 姓 名: 张 磊 指 导 教 师: 马 天 兵 年 0 1 月 15 日安徽理工大学课程设计(论文)任务书 机械工程学院 测控教研室 学 号学生姓名张磊专业(班级)机设10-12班设计题目基于PLC的六路抢答器系统设计设计技术参数1.抢答器同时供6个人或6支参赛队伍使用。2.每位选手配有一个抢答按钮和一个抢答成功指示灯,违规抢答指示灯。3.主持人没按下开始按钮,选手按下抢答按钮
2、属于违规抢答,违规抢答的第一个抢答有效。4.当主持人按下起动按钮时,准备抢答信号灯灭,允许抢答;第一位抢答有效,对应信号灯亮,其它选手则抢答无效。设计要求1. 抢答器同时供6个人或6支参赛队伍使用。2. 主持人台设有一个开始按钮、一个复位按钮和一个准备抢答信号灯。3. 选手台设有6个抢答成功指示灯和6个抢答违规指示灯。4. 当主持人按下起动按钮时,准备抢答信号灯灭,允许抢答;第一位抢答有效,对应信号灯亮,其它选手则抢答无效。5. 主持人按下复位按钮时,所有指示灯都回到初始状态,准备抢答信号灯亮。6. 如果在准备抢答信号灯亮时抢答,则犯规者所对应的抢答违规信号灯亮。工作量熟悉PLC技术,编写程序
3、并调试,课程设计说明书一份。工作计划第一周:查阅相关资料和书籍,进行方案拟定。 第二周:进行硬件和原理设计。第三周:编写程序并进行仿真调试。第四周:实物调试成功,编写课程设计说明书。参考资料1 FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC编程手册2 郑凤翼. 三菱FX2N系列PLC应用100例M. 电子工业出版社, .3 姜治臻.PLC项目实训FX2N系列M.北京:高等教育出版社, .4 魏德仙.可编程控制原理及应用M.北京:中国水利水电出版社. .5 汤自春.PLC原理及应用技术M.北京:高等教育出版社, .6 王阿根. 电气可编程控制原理与应用M.北京:清华大学出版社. .指导教师签字教研室主
4、任签字 年 01月15 日 学生姓名: 张磊 学号: 专业班级: 机设10-12班 课程设计题目: 基于PLC的六路抢答器系统设计 指导教师评语: 成绩: 指导教师: 年 月 日安徽理工大学课程设计(论文)成绩评定表摘 要 抢答器在生活中应用较为广泛,我们常在各种电视的娱乐节目中看到。传统举手强大不适用于微小时间间隔的快速响应场合。PLC 具有可靠性高,抗干扰能力强,功能完善,编程语言易学,体积小、重量轻、能耗低等特点。利用PLC控制的新型抢答器改变了传统举手抢答的不足之处,经过预定程序的设定能更准确、更公正、更直观的显示抢答选手的信息。基于PLC设计的抢答器能让主持人很直观的看到是谁抢答了或
5、者是谁犯规了,让比赛更加公正 ,更有趣味性,更有刺激性。 本设计任务是基于三菱FX1N型PLC为主要控制器进行六人抢答器的设计。并针对要求给出了两种设计方法,一种是采用基本指令实现,另一种是用数据传送指令、比较指令实现。然后在基于实验平台进行仿真模拟调试。关键词:PLC;可编程控制器;六人抢答器目录第一章 课程设计综述11.1课程设计背景11.2课程设计任务11.3课程设计的意义2第二章 抢答系统技术介绍32.1 PLC技术介绍32.2 单片机与PLC的对比4第三章 硬件系统设计53.1 PLC选型53.2 LED灯的介绍53.3 功能布局6第四章 控制系统软件设计74.1 系统总体功能的确定
6、74.2实现功能方案的确定74.3 I/O分配表和PLC接线图74.4 方案一的实现94.4.1程序流程图如下94.4.2 程序梯形图94.5 方案二的实现144.5.1 实现方式图解144.5.2 梯形图与梯形图解释144.6 方案三的实现18第五章 程序调试225.1 软件仿真调试225.1.1 软件仿真调试概述225.1.2软件仿真调试过程225.2 实物调试265.3 调试总结28总结与展望29参考文献30第一章 课程设计综述1.1课程设计背景智力竞赛是一种生动活泼的教育方式,而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣,而且能在极短的时间内,使人们迅速
7、增加一些科学知识和生活常识。可是,在这类比赛中,对于谁先谁后抢答,在何时抢答,如何计算答题时间等等问题,若是仅凭主持人的主观判断,就很容易出现误判。因此,我们就需要一种具备自动锁存,置位,清零等功能智能抢答器来解决这些问题。PLC虽然在中国发展只有短短的四十多年,但由于其极高的可靠性高,高度抗干扰能力强的突出特点 ,现已广泛应用在国民经济乃至人们日常生活的各个方面;PLC已成为现代工业自动化的三大支柱(PLC、CAD/CAM、机器人)之一。 基于可编程控制器(PLC)设计抢答器具备开发周期短,性能呢稳定、功能强大,容易功能扩展等特点。使用PLC设计抢答器具备优秀的可行性和发展前景。图1-1 六
8、人抢答器1.2课程设计任务用六个抢答按钮对应六个抢答指示灯,一个主持人起动按钮和一个复位按钮, 一个准备抢答信号灯和一个犯规信号灯(蜂鸣器),实现先输入有效,后输入无效的抢答器功能。当主持人按下起动按钮时,准备抢答信号灯灭,允许抢答;第一位抢答有效,对应信号灯亮,其它无效。主持人按下复位按钮,回到初始状态,准备抢答信号灯亮。如在准备抢答信号灯亮时抢答,犯规者对应信号灯亮,同时犯规信号灯(蜂鸣器)发光(发声)。(1)抢答器同时供6个人或6支参赛队伍使用。(2)主持人台设有一个开始按钮、一个复位按钮和一个准备抢答信号灯。(3)选手台设有6个抢答成功指示灯和6个抢答违规指示灯。(4)当主持人按下起动
9、按钮时,准备抢答信号灯灭,允许抢答;第一位抢答有效,对应信号灯亮,其它选手则抢答无效。(5)主持人按下复位按钮时,所有指示灯都回到初始状态,准备抢答信号灯亮。(6)如果在准备抢答信号灯亮时抢答,则犯规者所对应的抢答违规信号灯亮。1.3课程设计的意义经过此次的抢答器课程设计,让我对PLC抢答器的基本原理有了更深入的理解,在实验平台的仿真模拟提高了我们的动手能力和解决实际问题的能力。巩固了所学的知识,并建立理论知识与实际的相结合。第二章 抢答系统技术介绍2.1 PLC技术介绍在PLC创造之前,在工业控制的控制领域内,常常采用诸如鼓式开关、继电器、纸带阅读器等机械、电气式器件作为控制元件,特别是控制
10、继电器,在离散制造过程控制领域内,成为“开关控制系统”中最广泛使用的器件。可是,随着工业现代化的发展,生产规模越来越大,劳动生产率及产品质量的要求在不断提高,对于控制系统的可靠性也提出了更高的要求。可是传统继电器控制方案动作缓慢;寿命短、可靠性差;体积大、耗电多;设计制造周期长、程序修改费时。原有“继电器控制系统”已不适应需要。为了解决传统继电器控制系统的种种弊病,可编程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)技术应运而生。PLC用固态电路(集成电路)来代替传统继电器逻辑电路,用微电子电路中的存储数位(程序)来代替继电器系统的布线,用程序来规定逻辑关系;用固
11、态I/ O触电来检测按钮和限位开关的信号,给出输出以控制电机和其它执行机构。这时的PLC系统已开始具有如下一些特点:环境适应性强,能够使用于工业现场,有较高的可靠性和自诊断能力,易于维修,基于能适应不同的制造过程所需,只要改变系统中的程序即可改变控制“逻辑”,而无需改造或更换控制硬件等。这些特点使得PLC在柔性制造领域顺风顺水。第一代可编程控制器最早是用于替代传统继电器控制方案,功能上只有逻辑控制、计时、计数以及顺序控制等,而且只能进行简单开关量控制。因此第一代可编程控制被命名为可编程逻辑控制器,英文名称为Programmable Logic Controller,简称PLC。 后来,随着电子
12、科技的发展特别是微机技术的发展,PLC技术也取得了空前进步,其控制功能已经远远超出逻辑控制的范畴,PLC的功能也日益强大,在PLC中加入了模拟量、位置控制、字节寄存器及网路等功能,其名称也就改为可编程控制器(Programmable Controller),称PC。但PC容易与个人计算机(Personal Computer)的简称PC产生混淆,因此使用PLC这一简称,中文依然称“可编程控制器”。 自1976年以来,微处理器及微控制器开始引入PLC领域,这大大加强了PLC的功能,使PLC由简单地代替继电器控制,而发展为先进的控制装置系统的核心设备。当今PLC具有采集与处理大量数据、完成复杂数学运
13、算、与其它智能设备互联通信的能力,以及具有先进的人机对话功能(如屏幕、键盘、CRT和语音对话),近年来由于现场总线理念的出现和相关标准的建立,以及产品的迅速发展,PLC成为工业现场总线的一个重要组成部分,进一步扩大了PLC的应用领域。2.2 单片机与PLC的对比所谓单片机系统就是采用当前市场上的单片机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,当前除了仪表上依然采用外,在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。单片机的可靠性:由于当前国内市场上的单片机
14、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性。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,因此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开发费用
15、。单片机的可维护性差。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成本。操作:现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘,设定数据用拨码开关,显示用LED,整个面板显得繁锁,而且为了减少操作键,设计时往往一键多用,操作人员很难脱开说明书操作。特别是故障显示只能显示故障代码,一旦发生故障,操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在,最终按说明书指示排除故障,这样排除故障的时间相对较长。总之,这样的人机对话不够友善。可编程控制器(PLC): 所谓PLC系统就是采用当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
16、所设计的功能。这种形式当前在工业现场应用最为广泛。总结分析发现,虽然单片机的开发自由度更大,可是开发周期长,费用高。基于PLC设计抢答器更具有前景。第三章 硬件系统设计3.1 PLC选型FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器,以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品,FX0是在FX2之后推出的超小型PLC,近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC,具有较高的性能价格比,应用广泛。FX1N-60MR型PLC具备36点输入/24点输出的普及型PLC。考虑
17、到此次设计的六路抢答器具备8路输入,13路输出能力,FX1N-60MR型PLC适合六路抢答器的设计。本实验选定FX1N-60MR型PLC。3.2 LED灯的介绍LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它能够直接把电转化为光。LED灯相对于传统白炽灯有诸多优点。灯体很小巧LED是将很精巧,很细致的晶片封装在透明的环氧树脂里面,因此它体积小巧,非常轻便,在制作与应用场合上能够节省大量的材料与空间。 能耗非常低 LED的工作电压较低,一般只有23.6V,工作电流也微乎其微,只要0.020.03A.也就是说:它消耗的电功率不超过0
18、.1W,消耗的电能比相同光效的白炽灯至少少90%,比节能灯减少70%以上。因此,只有LED才称得上真正的节能光源! 坚固而耐用 LED的晶片被完全地密封在环氧树脂里面。精巧的环氧树脂颗粒极难摔破,整个灯体也没有运动部件;里面的晶片极难摔断,也少有热效应而可能挥发,熔断。这些特点使得LED很难损坏。相比于普通灯泡,荧光灯,LED可谓固若金汤,坚固无数倍,耐用无数倍。 使用寿命长 在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时,也即理论上产品生命达到 以上,是灯具领域唯一的长寿明星。 安全低电压 LED使用低压的直流电源(可将交流电整流为直流电),供电电压在624V之间,因产品不同而有所差异
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