基于plc控制的抢答器设计毕业论文.doc

编号1231401107

毕业设计

（2014 届本科）

题 目： 基于plc控制的抢答器设计
学 院： 物理与机电工程学院
专 业： 电气工程及其自动化
作者姓名： 金维莉
指导教师： 刘赟 职称：助教（研究生）
完成日期： 2014 年 5 月 20 日

二○一四 年 五 月

37

目录
摘 要 1
Abstract 2
第一章 绪论 3
1.1 抢答器的发展背景 3
1.2 抢答器的发展趋势 3
1.3 抢答器的发展意义 4
1.4 课题的设计内容 4
1.5 本章小结 5
第二章 PLC的概述 6
2.1 PLC的概念及发展历程 6
2.2 PLC的工作原理 7
2.3 PLC的主要特点 9
2.4 PLC的分类 9
2.5本章小结 10
第三章 八路抢答器的硬件设计 11
3.1 系统设计方案 11
3.2系统硬件配置原理图 11
3.3 I/O口的分配 12
3.4 系统硬件接线图 13
3.5 蜂鸣器的简介 14
3.6数码管的类型及其工作原理 15
3.7本章小结 16
第四章 程序清单与调试 17
4.1 程序流程图 17
4.2 程序（梯形图） 18
4.2 仿真结果 24
4.3本章小结 30
总结 31
参考文献 32
致谢 33
附录一 程序（指令表） 34
附录二 英文原文 38
附录三 中文原文 45

河西学院本科生毕业设计诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行设计工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者签名：
二O 一四 年 五 月 二十 日

河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告

论文题目
基于PLC控制的抢答器设计

学生姓名

金维莉

所属学院
物理与机电工程学院

专业
电气工程及其自动化

年级

2010级
指导教师
刘赟
所在单位
河西学院
职称
助教（研究生）
开题日期
2013.12.20
一．选题的根据：
1．本选题的理论意义
抢答器是近年来出现的一种智能化产物。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高以及可编程序逻辑控制器在我国的迅速发展，对抢答器的控制要求也越来越高，使得越来越多的控制部分需要可编程序逻辑控制器来实现，在人们的视觉和听觉上形成和谐的统一，使人们在精神上有愉悦的感受。
2．本选题的实际意义
现今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。但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成,其性能单一，工作起来不够理想。因此，提高抢答器的性能，使其具有更强的功能,使用可靠方便已为抢答器发展的一个方向。随着集成技术和计算机技术的发展，PLC作为其中一个分支亦于20 世纪80 年代以来获得了飞速发展，各种新品不断涌现，使PLC的应用更加深入，灵活性也大大增强。使得抢答器具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。信息时代的21世纪，人类社会的进步和科学技术的发展非常迅猛，人类开始迈入了数字化和科技化的智能世界。
3．本选题的设计内容
系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括硬件设备的选择、合理选择原器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。
硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化，模块化。硬件电路设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细的电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计方面系统采用S7-200西门子可控制编程，此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。
4．自己的见解
（1）正常答题
当控制台按下开始开关SB9时，蜂鸣器1响、绿灯亮，在10s内抢答。若10S内抢答成功，显示抢答选手号码，并有绿灯显示抢答成功。答题开始，总台开始计时，答题时间到，橙灯亮。进入下一题，控制台按下复位按钮SB8，按SB9 开始抢答，如此循环。
（2）无人抢答
控制台按下开始开关SB9，蜂鸣器2响并黄灯亮，若10S内无人抢答，蜂鸣器2响3S后停止、指示灯黄灯保持点亮，表示无人抢答。
（3）违规抢答
若控制台未按下开关时，有选手抢答，选手抢答则犯规，指示灯红灯保持点亮，蜂鸣器3响3S后停止，并显示选手号码。
（4）答题超时
当主持人按下开始抢答开关，抢答成功后答题超过30S时，蜂鸣器4响3S后停止，指示灯橙灯保持点亮。
二．论文的主要内容、基本要求及其主要的研究方法：
1．主要内容
（1）绪论
（2）系统的设计方案与确定
（3）硬件设计
（4）软件设计
（5）调试仿真
2．基本要求
（1）完成系统硬件设计，画出硬件原理图，软件流程图。
（2）编写出PLC控制程序。
（3）画出控制的电气原理图。
（4）绘制PLC接线图及其I/O清单。
（5）调试仿真，并对结果进行分析。
3．主要的研究方法
（1）文献资料法：从报刊、书籍、杂志、网上检索与课题研究相关的资料，借鉴已有成果，寻找新的信息，分析后深入的研究探讨；
（2）实验仿真法：通过对所设计程序的仿真，得出设计的可行性；
（3）逻辑分析法：通过逻辑分析从纯粹的、抽象理论的形态上来揭示策划对象的本质，以概念、判断、推理等思维形式完成策划。
三.论文进度安排和采取的主要措施：
1.论文进度安排：
2013.11.25——2013.12.01：熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料
2013.12.02——2013.12.10：查阅相关资料
2013.12.11——2013.12.20：阅读设计要求必读的参考资料，完成开题报告
2014.12.21——2014.01.10：对消防报警系统进行全面的分析与理解
2014.01.11——2014.02.10：硬件设计
2014.02.11——2014.03.10：软件设计
2014.03.11——2014.03.25：系统程序仿真
2014.03.26——2014.04.05：论文总体布局的设计
2014.04.06——2014.04.20：完成初稿
2014.04.21——2014.05.14：确定毕业论文最终稿
2014.05.15——2014.05.20：制作PPT及答辩
2.主要措施：
1.积极与指导老师联系，认真接受老师指导；
2.查阅相关资料文献，勤于思考，争取本次设计全面、合理的完成。
四．参考资料和参考文献
1.主要参考资料：
（1）plc机电控制系统应用设计技术（第二版）
（2）可编程控制器原理及应用（第三版）
（3）plc控制系统设计安装与调试
（4）可编程控制器入门与应用实例（西门子s7—200系列）
（5）电气控制与可编程控制技术及应用

2.参考文献：
[1] 廖常初．PLC的编程方法与工程应用[M]．重庆：重庆大学出版社，2001．
[2] 钟肇新．可编程控制器原理及应用[M]．广州：华南理工大学出版社，2008．
[3] 陈忠华．可编程控制器与工业自动化[M]．北京：机械工业出版社,2005．
[4] 史国生．电气控制与可编程控制技术[M]．北京：化工工业出版社,2004．
[5] 张晓峰．电气控制与可编程控制技术及应用[M]．北京：国防工业出社,2010．
[6] 李向东．电气控制与PLC[M]．北京：机械工业出版社,2009．
[7] 戴一半．可编程控制技术[M]．北京：机械工业出版社,2002．
[8] 崔元明．可编程器件应用指导[M]．北京：清华大学出版社,2000．
[9] 贺哲荣．流行PLC实用程序及设计[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2006．
[10] 王永华．现代电气控制及PLC应用技术[M]．北京：航空航天大学出版社，2003．
[11] 谢克明，夏路易．可编程控制器原理与程序设计[M]．北京：电子工业出版社，2005．
[12] 王 红．可编程控制器使用教程[M]．北京：电子工业出版社，2002．
[13] 李道霖．电气控制与PLC原理及应用 [M]．北京：电子工业出版社，2004．
[14] S7-200 CN可编程序控制器手册 [M]．西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团，2005．
[15] 郁汉琪．电气控制与可编程序控制器应用技术 [M]．南京： 东南大学出版社，2003

指导教师意见：

签 名： （亲笔签名）
年 月 日
教研室意见

负责人签名：
年 月 日
学 院 意 见

负责人签名：
年 月 日

摘 要
随着人们对娱乐生活的质量的追求，作为娱乐项目中的工具—抢答器也一样在变化。最初的抢答器是由优先权编码器构成的逻辑电路，其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更加困难。因此，一种能够体现竞赛的公开、公平、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。
PLC目前主要的品牌有西门子，三菱，松下，欧姆龙等。他们各自具有显明的特点。但只有西门子最适合此次设计，西门子PLC不仅具有体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力的特点，还有以下优势：通用性强、可靠性高，抗干扰能力强以及丰富强大的通信指令功能。
介于西门子在运算功能，处理时间和功能模块上的出色表现，更重要的是符合本设计所需要的速度快、操作性强的特点。本设计采用西门子S7系列的PLC小型可编程控制器系统即SIMATIC S7-200。SIMATIC S7-200系列PLC 使用更行业的检测监测及自动化控制，同时S7-200系列强大功能是其无论在独立运行中或是相连成网络皆能实现，具有极高的性价比。
本文介绍了一种以PLC为核心控制器的八路抢答器，该抢答器在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，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。本文从系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。最后，我们还对设计程序进行了仿真，仿真结果完全达到了预期结果。

关键词：抢答器；PLC；数码管；

Abstract
As people pursuit of the quality of entertainment, as a tool of entertainment programs - the buzzer also changes. First responder is made of the priority encoder logic circuit, its computational speed slow, line is complex, the reliability is not high, function also is simpler, especially when vies to answer first because a lot of, is much more difficult to implement. As a result, a capable of embodying the openness, fairness and impartiality of the competition knowledge competition responder become one kind of demand.
PLC the main brands have Siemens, Mitsubishis, Panasonics, Omron etc. They each have the characteristics of the manifest. But only Siemens is most suitable for the design, the Siemens PLC not only has small volume, high speed, standardization, and has the characteristics of network communication ability, has the following advantages, with strong university high reliability, strong anti-jamming capability and rich powerful communication instruction function.
Between Siemens in operation function, excellent performance on processing time and function modules, more important is meets the needs of the design characteristics of speed, strong operability. This design adopts Siemens S7 series of PLC small SIMATIC S7-200 programmable controller system. SIMATIC S7-200 series PLC use more the detection monitoring and automatic control of the industry, at the same time S7-200 series power is its no matter in the independent running or connected into a network can realize, has a very high cost performance.
In this paper, a PLC as the core controller of the eight-way responder, the buzzer on the basic function of retained the original responder increased again at the same time a series of practical function and simplify the circuit structure, it will with the control convenient, flexible, as long as change input PLC control program, you can change the race buzzer vies to answer first. This article from the system structure, application instructions, ladder diagram and the distribution of the input and output terminals. Finally, we also design procedure for the simulation the simulation results completely reached the expected results.
Key words ：responder; PLC; Digital control.

第一章 绪论
当今社会竞争日趋激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动日趋增多，愈加频繁，而在竞赛中往往分若干组来参加，这时如果针对主持人提出的问题，让抢答者采取举手回答的方式的话，这在某种程度上会因为主持人的主管判断导致比赛的不公平性，。比赛中为了公正、准确、直观的判断出谁是第一抢答者，这就需要一种抢答设备作为裁判员，这就必然离不开抢答器。
1.1 抢答器的发展背景
抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能够迅速、客观的分辨出最先获得发言权的选手。目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。
传统的普通抢答器主要存在一下缺点：
（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，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而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的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。
（3）当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个违规者。因而出现了“漏洞”。
现在大多抢答器都是以PLC、单片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析。但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要。而以PLC为核心的抢答器在扩展功能和修改抢答方案方面更加便捷。本次设计不但有抢答功能，而且还有指示灯显示和声音提示来反映抢答状态，并且具有数码显示管来显示抢答成功的的选手编号。
1.2 抢答器的发展趋势
随着我国经济社会的发展，抢答器的市场也会迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点，而抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用与各种知识竞赛场合。随着科技的发展，现在的抢答器正朝着数字化，智能化的方向发展，这就要求抢答器具有结构简单，抗干扰能力强，运行可靠稳定，功能强大，能够实现包括定时，数码显示，并且功能扩展方便，适应性强。
目前国内外的市场上有很多类型的抢答器，对于采用模拟电路或者数字电路的抢答器，其技术已经相当成熟，但是随着功能的增多，电路也越来越复杂，并且成本和故障率也越来越高，显示的方式单一，对于抢答判断不准确，而对于科技飞速发展的今天，中小型可编程控制器的应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC为核心的部件的抢答器将成为主流。
1.3 抢答器的发展意义
现今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。但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成,其性能单一，工作起来不够理想。因此，提高抢答器的性能，使其具有更强的功能,使用可靠方便已为抢答器发展的一个方向。随着集成技术和计算机技术的发展，PLC作为其中一个分支亦于20 世纪80 年代以来获得了飞速发展，各种新品不断涌现，使PLC的应用更加深入，灵活性也大大增强。使得抢答器具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。信息时代的21世纪，人类社会的进步和科学技术的发展非常迅猛，人类开始迈入了数字化和科技化的智能世界。
1.4 课题的设计内容
系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括硬件设备的选择、合理选择原器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。
硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化，模块化。硬件电路设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细的电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计方面系统采用S7-200西门子可控制编程，此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。
1.5 本章小结
本章对抢答器的发展背景、发展历程、发展意义和课题的内容做了详细地说明对后面写文章做了良好的铺垫。

第二章 PLC的概述
可编程控制器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[1]。
2.1 PLC的概念及发展历程
PLC（Programmable Logic Controller）即可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会IEC（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计[2-3]。
发展历程：自从1969年美国DEC（Digital Equipment Corporation）公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器以来，经过三十多年的发展与实践，其功能和性能已经有了很大的提高，从当初用于逻辑控制扩展到运动控制和过程控制领域。可编程逻辑控制器也改称为可编程控制器（Programmable Controller：PC），由于个人计算机也简称PC，为了避免混淆，可编程控制器仍被称为PLC。1987年，国际电工委员会颁布的可编程控制器标准第三稿中，对可编程控制器的定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入/输出，控制各种机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则来设计[4]。
PLC最初用于逻辑控制和顺序控制，面对运动控制和过程控制，PLC必须扩展自己的功能，才能满足生产的需求。机床工业、汽车工业等属于离散型制造工业，这类工业侧重于运动控制，如位置控制和速度控制。为此，生产PLC的厂家相继推出了位置控制模块、伺服定位模块、运动控制模块、电子凸轮模块、A/D转换模块、D/A转换模块以及高速计数模块等功能模块，用于速度、加速度以及位置控制等运动控制。大量的中小型企业属于混合型制造工业，这类制造业中既有运动控制又有过程控制，为了适应这些企业的需要，各厂家都在自己的PLC产品中推出了温度传感器模块、PID控制模块、A/D转换模块、D/A转换模块、闭环控制模块以及模糊控制模块等功能模块，用于温度、压力、流量以及液位等过程控制[5]。
PLC本身的模块化结构以及远程I/O模块功能的不断完善，使得PLC易于实现多级控制（分布控制、分散控制），通过不同级别的网络将PLC与PLC、PLC与远程I/O模块、PLC与人机界面以及PLC与PC机连接起来，形成管控一体化的网络结构。
现代化生产的水平,产品质量和经济效益等各项指标在很大程度上取决于生产设备的先进性和电气化程度。随着大规模集成电路及微型计算机技术的发展,给电气控制技术开辟了新的前景。可编程控制器是近几十年发展起来的一种新兴工业控制器,由于它将计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰力强、价格便宜等优点结合起来,而其本身又具有体积小、重量轻、耗电省等特点,因此在工业生产过程控制中的应用越来越广泛[6]。
在实际生产中,由于大量存在一些用开关量控制的简单的程序控制过程,而实际生产工艺和流程又是经常变化的,因而传统的继电接触控制系统常不能满足这种要求。电子计算机控制系统的出现,提高了电气控制的灵活性和通用性, 其控制功能和控制精度都得到很大的提高.然而在其初期,存在着系统复杂,使用不便,抗干扰能力差,成本高等缺陷,尤其对上述简单的过程控制有大材小用和不经济等问题。因而,在20世纪60年代出现了一种能够根据生产需要,方便地改变控制程序,而又远比电子计算机结构简单,价格低廉的自动化装置——顺序控制器,它是通过组合逻辑元件插接或编程来实现继电器接触控制线路功能的装置。它能满足程序经常改变的控制要求,使控制系统具有较大的灵活性和通用性,但它还是使用硬件手段,装置体积大,功能也受到一定限制.随着大规模集成电路和微处理技术的发展和应用,上述控制技术也发生了根本的变化。在20世纪70年代出现了用软件手段来实现各种控制功能以微处理器为核心的新型工业控制器——可编程控制器,这种器件完全能够适应恶劣的工业环境。由于它兼备了计算机控制和继电器控制系统两方面的优点,故目前在世界各国以作为一种标准化通用设备普遍应用于工业控制[7]。
2.2 PLC的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段[8]。
1．输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2．用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
3．输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。
一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。
2.3 PLC的主要特点
PLC出现后就受到普遍的重视,其应用发展也十分的迅速,原因在于现有的各种控制方式相比,它有一系列受用户欢迎的特点,主要是：
1．可靠性高,抗干扰能力强 在恶劣的工业环境下工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。PLC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施,使PLC控制系统的平均无故障间隔时间一般能达到4～5万h,远远超过传统继电器控制和计算机控制系统。可以说,到目前为止尚无任何一种工业控制系统的可靠性能达到和超过PC。保证PLC工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是：
(1) 采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。
(2) 硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。
(3) 软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能.因此PC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。
2．编程简单、易于掌握 这是PC优于微机的另一个特点。梯形图编程方式是PC最常用的编程语言。它与继电器控制原理图类似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点。
3．组合灵活使用方便 由于它采用标准化得到通用模块结构，能灵活方便地组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。
4．功能强，通用性好 现代PC具备很强的信息处理功能和输出控制能力，它既可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制。
5．开发周期短，功率高，维护方便 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时维护也变得容易起来。
6．体积小，重量轻，功耗低 随着电子技术的发展和应用领域日益扩大，PLC技术及其产品仍在继续发展，其结构不断改进，功能日益增强，性价比越来越高[9-10]。
2.4 PLC的分类
按I/O点数容量分类。一般来说，PLC处理的I/O点数较多，反映控制关系较复杂，用户要求的程序存储器容量较大，要求PLC的指令及其他功能较多，指令执行的过程较快等。按PLC的输入输出点数可将PLC分为四类[11]。
（1）微型 PLC I/O点数小于64点的PLC为超小型或微型PLC。
（2）小型 PLC I/O点数在64～512点之间的为小型PLC。可以连接开关量和模拟量I/O模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能。如西门子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都属于小型机。
（3）中型PLC I/O点数在512～2048点之间的为中型PLC。它除了具有小型机所能实现的功能外，还具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。如西门子公司的S7-300PLC、三菱公司的A1S系列PLC都属于中型机。
（4）大型PLC I/O点数为2048点以上的为大型PLC。它具有极强的软件和硬件功能、自诊断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产管理自动化。另外大型PLC还可以采用三个CPU构成表决式系统，使机器具有更高的可靠性。如西门子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N 系列PLC 都属于大型机。
典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等产品。
上述划分没有严格的界限，随着PLC技术的飞速发展，某些小型PLC也具备中型机和大型机的功能，这也是PLC的发展趋势。
2.5本章小结
本章主要对可编程控制器（PLC）做了详细的介绍，包括PLC的概念、工作原理、特点、简单分类等对后面的抢答器设计做了良好的铺垫。可编程控制器是本设计中抢答器控制系统设计的核心部件之一。

第三章 八路抢答器的硬件设计
本次抢答器设计的硬件设计根据设计要求确定设计方案，从系统硬件配置原理图、I/O分配表、系统硬件接线图三个方面来完成对本次抢答器的硬件设计。
3.1 系统设计方案
随着PLC技术的发展，PLC产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[12-13]。
本次系统设计可以供8组选手同时抢答，主持人手中掌握着抢答开始按钮和复位按钮，因此本系统含有10个输入信号。同时该系统还有4个不同颜色指示灯和4个不同声音蜂鸣器配合使用更加准确显示抢答和答题状态以及七段数码管显示抢答的选手号码，因此该系统含有15个输出信号。
综合各种因素，本系统选用德国的西门子公司的S7-200的CPU226型PLC为控制核心。该型号的CPU含有24个输入点和16个输出点，可带2个扩展模块，最大扩展至248个数字量I/O点或者35路模拟量I/O点。
3.2系统硬件配置原理图
抢答器的核心为PLC控制器，连接主持人控制台的开始抢答按键和复位按键、八位选手面前的八个抢答按键、显示抢答状态的指示灯、提示抢答状态的响铃以及显示抢答成功选手的组别号。其系统硬件配置图如图3.1所示：

图3.1系统硬件配置原理图
3.3 I/O口的分配
根据系统设计方案的分析，需要8个按键SB0-SB7分别给八组选手抢答使用，其输入地址为I0.0-I0.7，SB8用于主持人复位，以便开始下一轮的抢答，输入地址为I1.0，SB9用于支持人发布开始抢答命令,输入地址为I1.1。其输入地址分配如表3-1：
表3-1 输入地址分配
序号
输入地址
设备名称及其作用
1
I0.0
第一组选手抢答按钮SB0
2
I0.1
第二组选手抢答按钮SB1
3
I0.2
第三组选手抢答按钮SB2
4
I0.3
第四组选手抢答按钮SB3
5
I0.4
第五组选手抢答按钮SB4
6
I0.5
第六组选手抢答按钮SB5
7
I0.6
第七组选手抢答按钮SB6
8
I0.7
第八组选手抢答按钮SB7
9
I1.0
主持人复位键SB8
10
I1.1
主持人开始抢答键SB9
根据系统设计方案的分析，输出端口共有4个指示灯，分别为绿色指示灯、红色指示灯、黄色指示灯、橙色指示灯，共有4个蜂鸣器，分别为蜂鸣器1、蜂鸣器2、蜂鸣器3、蜂鸣器4，其输出地址为指示灯和蜂鸣器配合使用直观的显示抢答和答题的四种状态，分别为正常抢答、违规抢答、无人抢答、答题超时，输入地址