完整版基于PLC的六路抢答器系统设计.docx
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完整版基于PLC的六路抢答器系统设计
电气及自动化课程设计报告
题目:
基于 PLC 的六路抢答器系统设计
课程:
PLC 原理与应用
学生姓名:
学生学号:
年级:
14 级
专业:
自动化
班级:
2 班
指导教师:
机械与电气工程学院制
2017 年 6 月
1 课程设计的任务和要求 ................................................................................................ 1
1.1 课程设计的任务 ................................................................................................. 1
1.2 课程设计的要求 ................................................................................................. 1
2. PLC 控制器的原理与组成............................................................................................ 1
2.1 PLC 硬件系统...................................................................................................... 1
2.2 PLC 工作原理...................................................................................................... 3
2.3 六人抢答器基本组成 ......................................................................................... 4
2.4 六人抢答器工作原理 ......................................................................................... 4
3 六人抢答器系统设计方案制定 .................................................................................... 5
3.1 PLC 选型.............................................................................................................. 5
3.2 六人抢答器系统的 I/O 口分配 ........................................................................ 6
4 六人抢答器系统的软件设计 ........................................................................................ 7
4.1 PLC 编程语言...................................................................................................... 7
4.2 抢答器系统程序 ................................................................................................. 7
4.2.1 主持人控制端 .......................................................................................... 7
4.2.2 抢答成功与抢答犯规指示灯显示 ........................................................... 9
4.2.3 七段数码管显示 ....................................................................................... 9
4.2.4 蜂鸣器电路 ............................................................................................ 11
5 六人抢答器系统程序仿真 .......................................................................................... 12
5.1 抢答成功仿真 ................................................................................................... 12
5.2 抢答犯规及抢答超时仿真 ............................................................................... 12
5.3 加减分及数码管显示 ....................................................................................... 13
5.4 抢答超时 ........................................................................................................... 14
6 总结及心得体会 .......................................................................................................... 14
参考文献 .......................................................................................................................... 15
基于 PLC 的六路抢答器系统设计
机械与电气工程学院 自动化专业
1 课程设计的任务和要求
1.1 课程设计的任务
使用西门子 S7-200PLC 编写程序实现六路抢答器的系统设计并使用仿真软件进行
其功能的实现。
1.2 课程设计的要求
(1)主持人控制功能,具有开始抢答按钮和复位按钮;
(2)主持人未按下开始抢答按钮时抢答为违规抢答,违规指示灯亮,蜂鸣器响;
(3)抢答延时,超过 20S 无人抢答时此题作废,蜂鸣器长鸣;
(4)抢答成功后,抢答成功指示灯亮,数码管显示抢答成功的队伍编号;
(5)在抢答成功后,主持人根据回答的正确与否可以对该队伍进行加减分控制;
(6)每次正确抢答时,只有第一位按下抢答按钮的队伍为有效抢答。
2. PLC 控制器的原理与组成
2.1 PLC 硬件系统
可编程控制器,英文称 ProgrammableLogicController,简称 PLC。
PLC 是基于电子
计算机,且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置,但它不像继电装置
那样,通过电路的物理过程实现控制,而主要靠运行存储于 PLC 内存中的程序,进行
入出信息变换实现控制。
PLC 基于电子计算机,但并不等同于普通计算机。
普遍计算机
进行入出信息变换,多只考虑信息本身,信息的入出,只要人机界面好就可以了。
而
PLC 则还要考虑信息入出的可靠性、实时性,以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么
适应于工业环境,如便于安装,抗干扰等问题[1]。
PLC 的硬件系统主要由主机、输入 /输出扩展单元、外部设备组成,各部分之间通
过总线连接。
其中主机主要由中央处理单元(CPU)、存储器、输入/输出电路、外部设
备接口、电源几大部分组成[2]。
PLC 是一种由 “事先存贮的程序 ”来确定控制功能的工控类计算机且实质和微机的
结构相同。
图 1 PLC 硬件结构
(1)中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。
它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收
并存储从编程器键入的用户程序和数据:
检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状
态,并能诊断用户程序中的语法错误,当 PLC 投入运行时,首先它以扫描的方式接收
现场各输入装置的状态和数据,并分别存入 I/O 映象区,然后从用户程序存储器中逐条
读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象
区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将 I/O 映象区的各输出状态
或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
(2)存储器(Memory)
可编程控制器的控制中枢,在系统监控下工作,承担着将外部输入的信号的状态写
入映像寄存器区域,然后将结果送到输出映像寄存器区域。
CPU 常用的微处理器有通用
型微处理器,单片机和位片式计算机等。
小型 PLC 的 CPU 多采用单片机或专用的 CPU。
大型 PLC 的 CPU 多用位片式结构,具有高速数据处理能力。
(3)基本 I/O 接口电路
a、输入接口单元。
PLC 内部输入电路作用是将 PLC 外部电路(如行程开关、按钮、
传感器等)提供的、符合 PLC 输入电路要求的电压信号,通过光耦电路送至 PLC 内部
电路。
输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力,输入响应时间一般
在 0.1~15ms 之间。
多数 PLC 的输入接口单元都相同,通常有两种类型。
一种是直流输
入,一种是交流输入。
b、输出接口单元。
PLC 输出电路用来将 CPU 运算的结果变换成一定形式的功率输
出,驱动被控负载(电磁铁、继电器、接触器线圈等)。
PLC 输出电路结构形式分为继
电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。
(4)接口电路
a、I/O 扩接口电路
I/O 扩展接口电路用连接 I/O 扩展单元,可以用来扩充开关量 I/O 点数和增加模拟量
的 I/O 端子。
I/O 扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。
根据被控制对象对 PLC 控制系统的技术和要求,确定用户所需的输入、输出设备,
据此确定 PLC 的 I/O 点数。
b、外设通信接口电路
通信接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器,并能组成 PLC
的控制网络。
PLC 通过 PC/PPI 电缆或使用 MPI 卡通过 RS-485 接口和电缆与计算机连
接,可以实现编程、监控、联网等功能。
(5)电源
PLC 内部配有一个专用开关式稳压电源,将交流/直流供电电源转化为 PLC 内部电
源需要的工作电源(5V 直流)。
当输入端子为非干接点结构时,为外部输入元件提供 24V
直流电源(仅供输入点使用)[3]。
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