PLC实训四人智力抢答器.docx
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PLC实训四人智力抢答器.docx
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PLC实训四人智力抢答器
编号:
PLC应用实训说明书
题目:
四人智力抢答器
院(系):
专业:
机械设计制造及其自动化
学生姓名:
学号:
指导教师:
2013年 1月 6日
摘要
抢答器在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。
通过抢答器的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者。
本文介绍一种数字式抢答器的设计方案,其程序设计简单,通过PLC的梯形图设计完成,利用GXDeveloper软件编辑程序,仿真验证,非常适用于多种竞赛场合。
通过实训促进学生对可编程控制器的工作原理、结构组成、指令系统的理解掌握,并学会简单的程序设计与系统调试方法,进而提高可编程控制器的编程水平和应用能力,为以后的学习、工作打下坚实的基础。
关键词:
PLC;抢答器;定时功能
Abstrac
Responderinthecompetitionisveryuseful,itcanbeaccurate,impartial,intuitivetojudgefromfirstresponder.Theresponderindicatinglampdisplay,digitaldisplayandwarningbuzzerandothermeanstoindicatefirstresponder.Thispaperintroducesadigitalansweringdevicedesign,theprogramdesignissimple,throughthePLCladderdiagramdesign,useGXDevelopersoftwaretoeditprogram,simulation,verysuitableforavarietyofcompetitions.Throughthetrainingtopromotestudentstotheprogrammablecontrollertheworkingprinciple,structure,instructionsystemofunderstanding,andlearnsimpleprogramdesignandsystemdebuggingmethod,andtoimprovethelevelofprogrammingaprogrammablecontrollerandapplicationability,forthefuturestudy,workandlayasolidfoundation.
Keywords:
PLC;Responder;Timingfunction
目录
引言1
1实训内容2
1.1实训的主要技术要求2
1.2实训目的2
1.3实训背景以及意义2
2.1PLC概述3
2.2PLC的发展3
2.3PLC的分类4
2.4PLC的特点4
2.5PLC的应用5
2.6PLC的组成6
2.7PLC的工作原理7
2.8编程器件8
2.9PLC的发展趋势8
3总体设计思想以及方案9
3.1设计任务与要求9
3.2设计具体要求9
4设计思路10
4.1智力竞赛抢答器组成10
4.2四路抢答器设计思路10
5设计过程中遇到的问题以及解决方案11
5.1调试过程中遇到的问题11
5.2分析以及解决11
6功能实现梯形图12
实训结论14
参考文献15
引言
PLC在我国的应用已有二十几年的历史,随着目前生产自动化水平的提高,以及各种监控系统的需要,PLC其外部电路简单、模块化结构、可靠性高,尤其可以通过方便的编制和修改软件来实现顺序控制的功能等特点,在工业的应用中越来越广泛。
它将传统的继电器控制技术与计算机和通信技术融为一体。
在实际现场,设备操作方便,管理维护简单,能根据各种突发事情,做出实时的正确反应,在各类竞赛中,都离不开抢答器,虽然市场上有许许多多种抢答器,但功能却各不相同,而所编程序也各不相同,据此,现以F940GOT触摸屏和三菱FX2N系列结合,进行程序设计并仿真验证,设计了一款用触摸屏GOT作为PLC输入和输出设备的抢答器。
该抢答器集抢答、声音警示、灯光指示和计时于一身,而且其编程简单,容易理解掌握,工作稳定可靠,扩展性能强。
1实训内容
本次实训的内容是通过学生自己对布置题目的研究及程序编写,编写出能够实现题目要求的PLC梯形图,从而锻炼学生的设计、纠错、编程等等能力。
1.1实训的主要技术要求
(1)使用GXDeveloper在Windows下运行,设计并完成一个PLC控制课题;
(2)要求有完整的PLC梯图,;
(3)要求有作品,(完整的动作过程,或显示的图形;)
1.2实训目的
1.学会绘制梯形图,掌握自主设计PLC线路的方法,并且能用硬件表示出来;
2.通过基本训练,设计一个PLC智力竞赛抢答器。
按控制要求设计PLC线路和设计PL外部电路的接线图。
编写控制程序,并学习上机调试程序的方法。
3.熟悉PLC主机的结构,熟悉编程器的功能;
4.进一步熟悉编程器及GXDeveloper的使用方法,掌握输入\输出、定时器\计数器、等常用指令的功能和编程方法。
1.3实训背景以及意义
实训背景:
PLC控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的主要对控制功能作必要地修改只需改变软件指令即可使硬件软件化。
可编程序控制器采用易学易懂的梯形图语言它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言梯形图使用的符号和定义与常规的继电器展开图完全一致电气操作人员使用起来得心应手不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业“鸿沟”。
在了解PLC简要工作原理和它的编程技术之后就可结合实际需要进行应用设计进而将PLC用于实际控制系统中。
该课程实训的任务是培养学生利用PLC应用技术设计和开发自动化控制装置的综合运用能力。
实训是各种实践性环节的综合训练,是工程实用技能的训练。
可编程控制器应用技术是先进的自动化控制技术,是亟待掌握的实用技术,对于这样一门应用性广、实践性强的专业课,必须通过实训环节,构筑实践环境,强化工程意识,提高应用能力。
可编程控制器实训是在学生学习可编程控制器应用技术这门专业课的过程中安排的实践性教学内容,是数控专业实践教学体系的重要环节之一。
通过实训促进学生对可编程控制器的工作原理、结构组成、指令系统的理解掌握,并学会简单的程序设计与系统调试方法,进而提高可编程控制器的编程水平和应用能力,为以后的学习、工作打下坚实的基础。
2PLC的发展、特点与应用
2.1PLC概述
可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。
可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。
它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。
特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力,受到用户的青睐。
因此在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用,成为了现代工业控制的三大支柱之一。
2.2PLC的发展
1968年,美国通用汽车公司(GM)根据市场形势与生产发展的需要,提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。
1969年,著名的美国数字设备公司(DEC)根据GM的功能要求,研制出了这种新的工业控制装置(称之为PLC),并在GM公司的一条汽车自动化生产线上首次运行取得成功。
20世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期。
PLC发展至今,已有30多年的历史。
伴随着半导体技术、计算机技术、通讯技术的发展,工业控制领域已有了翻天覆地的变化,PLC亦再不断发展变化中,PLC正朝着新的技术发展。
PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。
它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。
1.向高性能、高速度、大容量发展
大型PLC大多采用CPU结构,不断向高性能、高速度、大容量发展。
ANA系列PLC使用了世界上第一个在一块芯片上实现PLC全部功能的32位微处理器、即顺序控制芯片,其扫描时间为每条基本指令0.15us。
2.增强小型PLC的功能
小型PLC一般指I/O点数小于256的PLC,大多数采用整体结构,小型PLC价格便宜,性价比不断提高,很使用单机自动化,或组成分布式系统。
近年来,PLC厂商不断推出功能更强的小型PLC,更新换代的周期越来越短。
2.3PLC的分类
可编程序控制器(PLC)的种类很多,其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。
因此,PLC的分类没有一个严格的统一标准,而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致的分类。
(1)按结构形式分类
PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和模块式
整体式PLC:
。
整体式PLC外观上是一个长方形箱体,又称为箱式PLC。
整体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一机体内,这种结构的特点是:
结构简单,体积小,价格低;输入输出路数固定,实现的功能和控制规模固定,灵活性较低。
模块式PLC:
模块式PLC在硬件构成上具有一定的灵活性,其规模可以像拼积木一样的进行组合,构成具有不同控制规模和功能的PLC,因此这种PLC又称为积木式PLC。
(2)按控制规模分类
输入输出的总线数,又称I/O点数,是表征PLC控制规模的重要参数。
因此,按控制规模对PLC分类时,可根据I/O点数的不同大致分为小型、中型和大型PLC。
小型PLC:
I/O点数较少,在256点以下的PLC。
中型PLC:
I/O点数较多,在256点以上、2048以下的PLC。
大型PLC:
I/O点数较多,在2048点以下的PLC。
(3)按实现的功能分类
按照PLC所能实现的功能的不同,可以把PLC大致的分为低档、中档、和高档机三类。
低档机:
具有逻辑运算、计时、计数、移位自诊断监控等功能,还具有一定的算术、数据传送和比较、通讯、远程和模拟量处理功能。
中档机:
除具有低档机的功能外,还具有较强的算术运算、数据传送和比较、数据转换、远程、通讯、子程序、中断处理和回路控制功能。
高档机:
除具有中档机的功能外,还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。
函数、表格、CRT显示、打印机打印等功能。
2.4PLC的特点
1可靠性高,抗干扰能力强;
2通用性高,使用方便;
3程序设计简单,易学,易懂;
4采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便;
5系统设计周期短;
6安装简便,调试方便,维护工作量小;
7对生产工艺改变适应性强,可进行柔性生产。
2.5PLC的应用
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。
1开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2模拟量控制
在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
3运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
2.6PLC的组成
整体式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
1输入寄存器
输入寄存器可按位进行寻址,每一位对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的改变由输入开关量驱动,并保持一个扫描周期。
CPU可以读其值,但不可以写或进行修改。
2输出寄存器
输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。
在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。
只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。
3存储器
存储器分为系统存储器和用户存储器。
系统存储器存储的是系统程序,它是由厂家开发固化好了的,用户不能更改,PLC要在系统程序的管理下运行。
用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源,I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行,从而完成复杂的控制功能。
4CPU单元
CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序,以及对存储器单元中程序的解释执行工作,是PLC的大脑。
5其他接口单元
其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。
2.7PLC的工作原理
CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。
如下图所示,CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。
PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。
它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。
用户程序只是扫描周期的一个组成部分,用户程序不运行时,PLC也在扫描,只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。
典型的PLC在一个周期中可完成以下5个扫描过程。
1.自诊断测试扫描过程。
为保证设备的可靠性,及时反应所出现的故障,PLC都具有自监视功能。
自监视功能主要由时间监视器完成。
WDT是一个硬件定时器,每一个扫描周期开始前都被复位。
WDT的定时可由用户修改,一般在100~200ms之间。
其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。
2.与网络进行通信的扫描过程。
一般小型系统没有这一扫描过程,配有网络的PLC系统才有通信扫描过程,这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。
3.用户程序扫描过程。
机器处于正常运行状态下,每一扫描周期内部包换扫描过程。
该过程在机器运行中是可控的,即用户可以通过软件进行设定。
用户程序的长短,会影响过程所用的时间.
4.读输入与写输出扫描过程。
机器在正常运行状态下,每一时间。
个扫描周期内都包含这个扫描过程。
该过程在机器运行中是否被执行是可控的。
2.8编程器件
一般情况下,X代表输入继电器,Y代表输出继电器,M代表辅助继电器,SPM代表专用辅助继电器,T代表定时器,C代表计数器,S代表状态继电器,D代表数据寄存器,MOV代表传输等。
2.9PLC的发展趋势
随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求,可编程控制技术得到了飞速的发展,其技术和产品日趋完善。
今后,PLC将主要朝着以下两个方向发展:
一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。
总的趋势如下阶:
1.可编程控制技术的标准化
在工业自动化产品繁花似锦的今天,各生产厂商既互相竞争又互相合作。
一种自动化产品的竞争力除表现在其技术上的个性外,更重要的还在于其满足国际标准化的程度和水平。
标准化一方面保证了产品的出厂质量,另一方面也保证了各个厂家产品的互相兼容。
出厂检验时各可编程控制产品的厂家都有相应的技术标准作依据。
按照这些标准,各种型号的PLC产品对工业应用环境、抗干扰性等条目都给出了明确的规定。
但是,这些标准目前只能是统一区域性的产品,而不能实现全球的统一性。
为了使各厂家的产品有一个共同的参考平面,制定了国际标准。
2.CPU处理速度进一步加快
目前PLC的CPU与微型计算机的CPU相比,还处在比较落后的地步,最高的
也仅仅处在80486一级。
将来会全部使用64位RISC芯片,实现多CPU并行处理
或分时处理或分任务处理,实现各种模块智能化,且部分系统程序用门阵列电路
固化。
这样PLC执行指令的速度将达到纳秒级。
3.可编程控制技术的智能化
提高一个系统的智能程度不仅提高系统的品质,在某种意义上也提高了系统的可靠性。
4.系统的开放性和兼容性
开放性和兼容性是不可分割的而且是相辅相成的概念。
一方面是某一产品和第三家同类产品在通信上的兼容程度,另一方面是指某系统尤其是软件上的开发平台对使用者有多大的开放程度。
5.通用性和专业化的结合
可编程控制产品是通用的。
但是工业的每一领域都有其自己的特点。
怎样才能使一个系统既具有通用性又具备专业化呢?
硬件系统的模块化便是解决这一矛盾的钥匙。
这样,适合于某个行业或某些特殊问题的专用模块就可以很容易地集成到通用系统中去。
常用的专用模块包括:
定位模块、温度测量模块、高速采样模块、网络接口模块等。
3总体设计思想以及方案
实训的主要任务是设计并绘制出一个抢答器梯形图,要求实现所需要实现的几个功能。
3.1设计任务与要求
要求设计一部能够共四名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
3.2设计具体要求
(1)主持人开始、复位、抢答指示等功能的实现。
抢答器的抢答按钮、开始指示灯仍用PLC的输入输出设备。
(2)抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛,分别用4个按钮SB1~SB4表示。
每桌上设有一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号对应,也分别为SB1,SB2,SB3,SB4
(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,选手编号立即锁存,同时封锁输入编码电路,禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统复位为止。
(4)抢答器具有定时抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后,电源指示灯亮,定时器开始计时,参赛选手在设定时间(10S)内抢答,抢答有效,通过四个不同的灯来显示是哪个选手抢到了答题机会,并保持到主持人将系统复位为止。
(5)如果定时抢答时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效。
并封锁输入信号,禁止选手超时后抢答。
4设计思路
4.1智力竞赛抢答器组成
抢答器分为四部分:
PLC,抢答按钮,抢答信号灯,裁判复位装置。
它利用抢答按钮输入各路抢答信号,经PLC处理,输出控制信号和信号灯电路工作。
PLC与各路I/O端口分配如下:
表3-1I/O分配表
总控制
选手1
选手2
选手3
选手4
开始
X0
X01
X02
X03
X04
复位
X5
X5
X5
X5
X5
加分
X11
X11
X11
X11
X11
亮灯显示
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
4.2四路抢答器设计思路
(1)抢答功能通过互锁实现。
将另外三个的输出继电器常开触点串入本组继电器线圈回路中,四个按键皆如此设计,即可实现一组抢答后,另外三组不能再抢答。
(2)四个按键开关要与允许抢答装置互锁,只有当允许抢答灯亮起时,几位选手的抢答才能生效,否则不能实现。
(3)复位开关要串入所有的四个抢答器中,这样才能实现一键复位,实现当复位按键按下时,所有的灯都复位。
(4)如果选手在主持人允许抢答按键按下之前抢答时,本抢答器使用的是用一个专门的灯亮起以示警告。
(5)抢答器设置了一个加分装置,但由于考虑的实训的局限性,故不使用数码管真的显现出加分的过程,故本装置改用四个与选手互相对应的等来表示各组的加分情况,以实现加分功能。
(6)考虑到人性化,设置了一个定时器,以限定选手们抢答的时间,如果按下允许抢答按键十秒后还没有选手抢答,那么即不能够再进行抢答,如果有选手抢答定时器则失电不再作用。
5设计过程中遇到的问题以及解决方案
在整个程序的设计过程中,会遇到许多的问题以及不同的情况,很多次都是以为程序已经没有问题了,但是却总是不能够实现所要实现的功能,经过自己的思考以及同学的帮助最后能够把问题解决,学到了很多之前没有能够在课本上面掌握的知识,对我们所学的知识是一次很好的巩固。
5.1调试过程中遇到的问题
(1)梯形图错误。
(2)程序无法保存。
(3)程序没有转换,保存后消失要重新画。
(4)程序写入后输出无反应。
(5)LED数码管显示不正确。
(6)由于编程的二进制和其他进制的切换没有算好导致程序错误。
(7)在连接线路的过程中,个别元器件不知道具体的连接方法。
5.2分析以及解决
(1)梯形图绘制有其特定规则,如不能有空行,并联时位置有要求等,掌握这些后再修改梯形图,转换时就不再有错误。
(2)一开始程序保存后,所存文件打开为空。
程序保存应在梯形图转换之后,再进行保存,就可以保存程序。
(3)刚开始不知道没有转换的程序是不能保存的,后面把程序转换之后,再进行保存就没有问题了。
(4)程序写入后,按下按钮输出无变化。
PLC电源未打开,打开后正常。
但写入程序时,应关闭PLC电源,否则无法写入。
(5)经仔细检查,梯形图设计没有问题。
可能所用数码管段码与设计不符,换用另一数码管后,显示正常。
(6)原先构思时没有能够很好的明白进制之间转换的规则,查阅资料之后懂得了规则后,就解决了问题。
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