PLC控制的抢答器设计毕业设计.doc
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1、 学号:2012203264咸阳职业技术学院毕业论文(设计)基于 PLC 控制的抢答器设计姓名陈杰学科专业研究方向指导教师完成时间机电一体化PLC 技术技术李锁牢2014 年 10 月1 目录一、摘要(含关键词) 3二、前言4三、主要内容第一章 整体方案的选择 51.1 整体功能介绍 51.2 控制要求 51.3 用单片机和 PLC 分别做系统的比较 51.4 控制特点分析 71.5 PLC 机型的选择步骤与原则 71.6 抢答器流程图 81.7 程序中所使用的 FX 系列 PLC 的编程元件介绍10第二章 软件设计122.1I/O 分配 122.2 程序运行过程分析 13致谢15参考文献 1
2、62 摘 要本文介绍了利用三菱 FX2N 系列 PLC 对知识竞赛抢答器的控制,阐述了控制方案。实现抢答器功能的方式有多种,可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展,单片机、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。本文采用日本三菱公司生产的 FX2N-48MR 型 PLC 作为核心控制器进行四路抢答器系统的设计,并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据知识竞赛抢答器的控制要求和特点,确定 PLC 的输入输出分配,并进行现场调试。关键词:PLC知识竞赛抢答器PLC程序设计3 前言可编程控制器(PLC)
3、是一种新型的通用自动化控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,具有控制功能强,可靠性高,使用灵活方便,易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(ProgrammableLogic Controller)即 PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心,用编写的程序不仅可以进行逻辑控制,还可以定时,计数和算术运算等,并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过 4 年调查,与 1980 年将其正式命名为可编程控制器(ProgrammableController),简写为 PC。后来由于 PC 这个名称常常被用来称呼个
4、人电脑(Personal Computer),为了区别,现在也把可编程控制器称为 PLC。抢答器是作为一种电子产品,早已广泛应用于各种智力和知识竞赛等场合,但目前所使用的抢答器有的电路比较复杂不便于制作,可靠性低,实现起来很困难。随着电子技术的发展,应用系统向小型化,快速化,大容量,重量轻的方向发展。而 PLC 具有通用性强,使用方便,适应面广,可靠性高,抗干扰能力强,编程简单等特点,且以微处理器为基础,综合了计算机技术,自动控制技术和网络通信技术等现代科技技术而发展起来的一种新型工业自动控制装置,是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。由于 PLC 具有的优点及特点,使我们编程灵活,系统安
5、装和维修简单,却在抢答器的制作时能够更加方便和精确,是竞赛真正达到公平,公正,公开。同时,随着时代的不断发展进步,抢答器不断的在知识性,娱乐性和趣味性的比赛中出现,丰富了人们的生活文化和娱乐活动。本次设计我选用了最具特色和极有代表性的三菱 FX2N 系列 PLC 对八路抢答器进行编程设计和失误控制。在设计中试用 AUTOCAD 软件完成整体框架和各部分硬件设计;然后使用 GX Developer 软件进行各部分程序编程,理清楚设计思路,利用 GX Simulator 仿真软件对八路抢答器进行各部分模块仿真。4 第一章 整体方案的选择1.1 整体功能介绍知识竞赛抢答器,顾名思义就是用于比赛时,跟
6、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。1.2 竞赛抢答器的控制要求(1)知识竞赛抢答器能使 4 个队同时参加抢答。(2)设裁判队为裁判台,参赛对为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯,并且设有裁判台开始按钮 SB0 和裁判台复位按钮 SB5;参赛台设有参赛
7、台抢答按钮以及参赛台灯。1-4 号参赛台分别对应按钮 SB1-SB4 及参赛台灯 EL1-EL4。(3)知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则:出题后,各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下裁判台的开始按钮 SB0 后 15S 内抢答,并由数码管显示时间。如提前抢答,抢答器发出“违规”信号。15S 时间到,如无队抢答,则抢答器给出时间已到信号,该题作废。在有队抢答的情况下,则抢答器发出“抢答”信号,数码管开始计时,并由数码管显示出抢到题的参考队号,抢到题的队必须在 30S内答完题,如 30S 内未答完,则作超时处理。(4)灯光与音响信号的意义如下:1 音响叫(响 1S)+某台灯亮,由某参赛队正常抢答。
8、2 音响叫(响 1S)+某台灯亮+总台灯亮,某参赛队违规。3 音响叫(响 1S)+裁判台灯亮,无人抢答或答题超时。(5)在某个题结束后,裁判员按下台上的复位按钮 SB5,抢答器恢复原来的状态,为下一轮抢答作好准备。1.3 用单片机和 PLC 分别做系统的比较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5 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。单片机的可扩展性:由于单片机的
9、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。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
10、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
11、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。综合以上的分析和比较,最终决定采用 PLC。6 1.4 控制特点分析知识竞赛抢答器通过 PLC 进行按控制要求编程,其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮,然后将信号传递给信息分析中心(PLC),PLC 将根据信号作出相应的响应。知识竞赛抢答器有六个输入信号(即六个按钮),九个输出信号(即五个台灯信号、一个音响信号、三个数码管输出信号)。由上可知 PLC 共有六个输入点,九个输出点。1.5 PLC 机型的选择步骤与原则随着 PLC 技术的发展,PLC 产
12、品的种类也越来越多。不同型号的 PLC,其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同,适用的场合也各有侧重。因此,合理选用 PLC,对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型的选择PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点:(一) 合理的结构型式PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式 PLC 的每一个 IO 点的平均价格比模块式的便宜,且体积相对较小,一般用
13、于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式 PLC 的功能扩展灵活方便,在 IO 点数、输入点数与输出点数的比例、IO 模块的种类等方面选择余地大,且维修方便,一般于较复杂的控制系统。(二) 安装方式的选择PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 IO 式以及多台 PLC 联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程 IO 硬件,系统反应快、成本低;远程 IO式适用于大型系统,系统的装置分布范围很广,远程 IO 可以分散安装在现场装置附近,连线短,但需要增设驱动器和远程 IO 电源;多台 PLC 联网的分布式适用于多台设备分别独立控制,又要相互联系的场合,可以选用小型 PLC,但必须要附加通讯模
14、块。(三)相应的功能要求7 1.6 流程图当裁判按下开始按钮时,四个参赛对处于抢答状态,假如是一号参赛队先抢到题目,PLC 先判断抢答是否成功,若成功,则进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题,若在规定时间内,则答题结束;若超时,则提示主持人;如果抢答没有成功,则判断是否抢答犯规,若法规,某法规台灯亮,总台灯亮出指令(LD/LDI/LDP/LDF/OUT)触点串联指令(AND/ANI/ANDP/ANDF)(1)AND(与指令)一个常开触点串联连接指令,完成逻辑“与”运算。(2)ANI(与反指令)一个常闭触点串联连接指令,完成逻辑“与非”运算。(3)ANDP 上升沿检测串联连接指令。(4)AND
15、F 下降沿检测串联连接指令。触点串联指令的使用如图 1-1 所示。图 1-1 传送指令的使用使用应用 MOV 指令时应注意:1)源操作数可取所有数据类型,标操作数可以是 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2)16 位运算时占 5 个程序步,32 位运算时则占 9 个程序步。(2)移位传送指令 SMOV SMOV(P)指令的编号为 FNC13。该指令的功能是将源数据(二进制)自动转换成 4 位 BCD 码,再进行移位传送,传送后的目标操8 图 1-2 块传送指令的使用使用块传送指令时应注意:1)源操作数可取 KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D 和文件寄存器,目标操作数可取.
16、KnT、KnM、KnS、T、C 和 D;2)只有 16 位操作,占 7 个程序步;3)如果元件号超出允许范围,数据则仅传送到允许范围的元件。(5)多点传送指令 FMOV (D)FMOV(P)指令的编号为 FNC16。它的功能是将源操作数中的数据传送到指定目标开始的 n 个元件中,传送后 n 个元件中的数据完全相同。如图 3-12 所示,当 X0 为 ON 时,把 K0 传送到 D0D9 中。图 1-3 多点传送指令应用使用多点传送指令 FMOV 时应注意:1)源操作数可取所有的数据类型,目标操作数可取 KnX、KnM、KnS、T、C、和 D,n 小等于 512;2)16 位操作占 7 的程序步
17、,32 位操作则占 13 个程序步;3)如果元件号超出允许范围,数据仅送到允许范围的元件中。2.4.7 三菱 FX 系列 PLC 常数(K、H)9 K 是表示十进制整数的符号,主要用来指定定时器或计数器的设定值及应用功能指令操作数中的数值;H 是表示十六进制数,主要用来表示应用功能指令的操作数值。 例如 20 用十进制表示为 K20,用十六进制则表示为 H14。1.6.1 三菱 FX 系列 PLC 输入继电器(X)输入继电器与输入端相连,它是专门用来接受 PLC 外部开关信号的元件。PLC 通过输入接口将外部输入信号状态(接通时为“1”,断开时为“0”)读入并存储在输入映象寄存器中。如图 3-
18、13 所示为输入继电器 X1 的等效电路。FX 系列 PLC 的输入继电器以八进制进行编号,FX2N 输入继电器的编号范围为 X000X267(184 点)。注意,基本单元输入继电器的编号是固定的,扩展单元和扩展模块是按与基本单元最靠近开始,顺序进行编号。例如:基本单元FX2N-64M 的输入继电器编号为 X000X037(32 点),如果接有扩展单元或扩展模块,则扩展的输入继电器从 X040 开始编号。1.6.2 三菱 FX 系列 PLC 输入继电器(Y)输出继电器是用来将 PLC 内部信号输出传送给外部负载(用户输出设备)。输出继电器线圈是由 PLC 内部程序的指令驱动,其线圈状态传送给输
19、出单元,再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。如图 1-4 所示为输出继电器 Y0 的等效电路。图 1-4 输出继电器的等效电路每个输出继电器在输出单元中都对应有维一一个常开硬触点,但在程序中供编程的输出继电器,不管是常开还是常闭触点,都可以无数次使用。FX 系列 PLC 的输出继电器也是八进制编号其中 FX2N 编号范围为Y000Y267(184 点)。与输入继电器一样,基本单元的输出继电器编号是固定的,扩展单元和扩展模块的编号也是按与基本单元最靠近开始,顺序进行编号。10 在实际使用中,输入、输出继电器的数量,要看具体系统的配置情况。1.6.3 辅助继电器辅助继电器是 PLC 中数量最多
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