1、課程設計說明書設計題目:搶答器PLC控制系統(tǒng)設計院系名稱：機電工程學院專業(yè)班級：機制F09xx學生姓名：xxx 學號：20094805xxxx指導教師：xxx 2012 年 12 月 10 日目 錄第1章 引言111 PLC的由來及發(fā)展史11.2 PLC的主要特點、主要功能及應用范圍31.2.1 PLC的主要特點31.2.2 PLC的主要功能31.2.3 PLC的應用范圍4第2章 系統(tǒng)要求的分析與設計52.1 控制要求分析，設計主電路52.1.1 PLC搶答器的控制要求52.2 系統(tǒng)設計思想設計52.2.1 系統(tǒng)設計思想5第3章 PLC控制系統(tǒng)設計63.1 I/O分配設計及硬件選擇63.1.1

2、 I/O分配設計63.1.2 硬件選擇73.2 確定I/O信號數量，選擇PLC類型73.2.1 系統(tǒng)I/O數量分析73.2.2 S7-200系列PLC的CPU的技術指標73.2.3 S7-200系列PLC的CPU型號的選擇73.3 I/O接線圖83.4 程序流程圖93.5 控制程序編制與調試103.5.1 控制程序編制103.5.2 程序調試21設計總結25謝 辭26參考文獻27第1章 引言11 PLC的由來及發(fā)展史PLC早期主要應用于工業(yè)控制，但隨著技術的發(fā)展，其應用領域正在不斷擴大 . 可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PC或PLC，是60年

3、代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數字公司(DEC )為美國通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應用于汽車生產線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質與量的變化，其控制技術也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進制造技術的相應發(fā)展。現代PLC已經成為真正的工業(yè)控制設備。雖然PLC 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展和數據通訊技術的不斷進步，PLC 也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段：1 早期的PLC（60 年代末70 年代中期） 早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC 多少有點繼電器控制裝置的替代物的

4、含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現，在I/O 接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復使用等。其中PLC 特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。2 中期的PLC（70 年代中期80 年代中后期） 在70 年代微處理器的出現使PLC 發(fā)生了巨大的

5、變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC 的中央處理單元（CPU）。這樣，使PLC 得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數量增加，還提供了一定數量的數據寄存器，使PLC 得應用范圍得以擴大。3近期的PLC（80 年代中后期至今）進入80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC 所采用的微

6、處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。1.2 PLC的主要特點、主要功能及應用范圍1.2.1 PLC的主要特點1高可靠性 所有的I/O 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現場的外電路與PLC 內部電路之間電氣上隔離。 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾。良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況CPU立即采用有效措施以防止故障擴大。2豐富的I/O 接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現場信號如交流或直流、開關量或模擬量等有相應的I/O 模塊與工業(yè)現場的器件或設備如按鈕、行程開關等。 另外為了

7、提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網絡它還有多種通訊聯網的接口模塊等等。3采用模塊化結構為了適應各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC 以外，絕大多數PLC 均采用模塊化結構，PLC 的各個部件包括CPU 電源I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據用戶的需要自行組合。4 編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。5 安裝簡單維修方便PLC不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現場的各種設備與PLC

8、相應的I/O 端相連接即可投入運行，各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障，由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復運行。1.2.2 PLC的主要功能1. 順序邏輯控制這是PLC最基本最廣泛的應用領域，用來取代繼電器控制系統(tǒng)，實現邏輯控制和順序控制。它既可以用于單機控制或多機控制，又可用于自動化生產線的控制。2. 運動控制在機械加工行業(yè)，可編程控制器與計算機數控（CNC）集成在一起，用以完成機床的運動控制。很多PLC機制造廠家已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模板。3. 定時控制PLC為用戶提供了一定數量的定時

9、器，并設置了定時器指令，一般每個定時器可實現0.1-999.9S或0.01-99.99S的定時控制，也可按一定方式進行定時時間的擴展。定時精度高，定時設定方便，靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確的實時控制。4. 計數控制PLC為用戶提供的計數器分為普通計數器、可逆計數器、高數計數器等，用來完成不同用途的計數控制。當計數器的當前計數值等于計數器的設定值，或在某一數值范圍時，發(fā)出控制命令。計數器的計數值可以在運行中被讀出，也可在運行中進行修改。5. 步進控制PLC為用戶提供了一定數量的移位寄存器，用移位寄存器可方便地完成步進控制功能。在一道工序完成之后，自動進行下一道工序。一個工作

10、周期結束后，自動進行下一個工作周期。有些PLC還專門設有步進控制指令，使得步進控制更為方便。6. 數據處理大部分PLC都具有不同程度的數據處理功能，可以完成數據運算如：加、減、乘、除、乘方、開方等，邏輯運算如：字與、字或、字異或、求反等，移位、數據比較和傳送及數值的轉換等操作。7. 模/數和數/模轉換在過程控制或閉環(huán)控制系統(tǒng)中，存在溫度、壓力、流量速度、位移、電流、電壓等連續(xù)變化的物理量。過去，由于PLC機主要用于邏輯運算控制，對于這些模擬量的控制主要靠儀表控制或分布控制系統(tǒng)DCS。目前，不但大、中型機PLC都具有模擬量處理功能，甚至很多小型PLC也具有模擬量處理功能，而且編程和使用都很方便。

11、8. 通信及連網目前絕大多數PLC都具有通信功能，能夠在PLC機與計算機之間進行同位鏈接及上位鏈接。通過這些通信技術，使PLC更容易構成工廠自動化系統(tǒng)。也可以與打印機、監(jiān)視器等外部設備相連，記錄和監(jiān)視有關數據。1.2.3 PLC的應用范圍開關量邏輯控制是PLC應用最廣泛的也是最基本的領域是開關量邏輯控制方面，利用PLC最基本的邏輯運算、定時、計數等功能實現邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產線、電鍍流水線及電梯的控制等。在其他方面例如：運動控制、過程控制、數據處理、通信聯網等方面也有很重要的應用。第2章 系統(tǒng)要求

12、的分析與設計2.1 控制要求分析，設計主電路2.1.1 PLC搶答器的控制要求 1.搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0-S7表示。 2.設置一個系統(tǒng)搶答和清除控制開關S、S8，該開關由主持人控制。 3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，勇士揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保存到主持人將系統(tǒng)清楚為止。 4.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由支持人設定（如30秒）。當主持人啟動“開始”按鈕后，定時器驚醒減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5.參賽選手在設定時間

13、內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶搭的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清楚為止。6.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。2.2 系統(tǒng)設計思想設計2.2.1 系統(tǒng)設計思想在主持人按動“開始”按鈕后，計時器開始計時，同時揚聲器蜂鳴0.5秒，此時各參賽選手開始搶答。各選手之間實行互鎖，在一名選手搶先按下搶答按鈕時，其他的選手再按搶答按鈕則無效。在選手按下搶搭按鈕后，揚聲器蜂鳴0.5秒，在LED顯示器上顯示搶答選手的編號和搶答時間，一直保存到主持人清除位置，此時可以由選手來回答搶答的問題。在回答環(huán)節(jié)進行過后，由主持人對此次的搶答顯

14、示進行清除，進而進行下一輪的搶答。第3章 PLC控制系統(tǒng)設計3.1 I/O分配設計及硬件選擇3.1.1 I/O分配設計在了解了系統(tǒng)工藝要求和控制要求后,接著要做的就是將I/O通道分配給PLC的指定I/O端子,具體如表3-1所示。表3-1 I/O點的分配與編號控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編號輸入信號主持人開始開關常開按鈕SI0.01號選手按紐常開按鈕S0I0.12號選手按紐常開按鈕S1I0.23號選手按紐常開按鈕S2I0.34號選手按紐常開按鈕S3I0.45號選手按紐常開按鈕S4I0.56號選手按紐常開按鈕S5I0.67號選手按紐常開按鈕S6I0.78號選手按鈕常開按鈕S7I1.0主持人

15、復位開關常開按鈕S8I1.1輸出信號揚聲器接觸器KM1Q0.0數碼顯示0 LED管的a端LED顯示管端子-Q0.1數碼顯示0 LED管的b端-Q0.2數碼顯示0 LED管的c端-Q0.3數碼顯示0 LED管的d端-Q0.4數碼顯示0 LED管的e端-Q0.5數碼顯示0 LED管的f端-Q0.6數碼顯示0 LED管的g端-Q0.7數碼顯示1 LED管的a端LED顯示管端子-Q1.0數碼顯示1 LED管的b端-Q1.1數碼顯示1 LED管的c端-Q1.2數碼顯示1 LED管的d端-Q1.3數碼顯示1 LED管的e端-Q1.4數碼顯示1 LED管的f端-Q1.5數碼顯示2 LED管的g端-Q1.6數

16、碼顯示2 LED管的a端LED顯示管端子-Q2.0數碼顯示2 LED管的b端-Q2.1數碼顯示2 LED管的c端-Q2.2控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編號輸出信號數碼顯示2 LED管的d端LED顯示管端子-Q2.3數碼顯示2 LED管的e端-Q2.4數碼顯示2 LED管的f端-Q2.5數碼顯示2 LED管的g端-Q2.63.1.2 硬件選擇根據對系統(tǒng)裝置的分析，選用以下硬件如表3-2所示表3-2 硬件選擇表名稱型號數量PLC主機單元S7-200(226)1臺控制按鈕S、S0-S7、S8配套10個揚聲器配套1個LED顯示器配套3個3.2 確定I/O信號數量，選擇PLC類型3.2.1 系統(tǒng)

17、I/O數量分析經分析控制系統(tǒng)有主持人控制開始按鈕S、復位按鈕S8和參賽選手S0-S7 10個輸入，輸出有揚聲器1個和21個LED顯示管端子22個輸出，可以確定為10DI/22DO信號量。3.2.2 S7-200系列PLC的CPU的技術指標表3-3 S7-200系列PLC的CPU的技術指標特性CPU221CPU222CPU224CPU226數字輸入量（DI）681424數字輸出量（DO）4610163.2.3 S7-200系列PLC的CPU型號的選擇根據該系統(tǒng)的信號輸出量和輸出量的數量，配合S7-200的CPU的數字量I/O數量，考慮選用CPU226型號，并且選用EM222（8點輸出）作為擴展模

18、塊。3.3 I/O接線圖搶答器I/O接線圖如圖3-1所示圖3-1 I/O接線圖3.4 程序流程圖圖3-2 程序流程圖3.5 控制程序編制與調試3.5.1 控制程序編制1.硬件調試：接通電源，檢查可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。 軟件調試：按要求輸入梯形圖，轉換成指令表，并進行語法的檢查，正確后設置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器ROM中，進行下一步的調試。 運行調試：在硬件調試和軟件調試正確的基礎上，打開可編程控制器的“RUN”開關進行調試；觀察運行的情況，看按下題中所說按鈕時是否按要求工作。 根據以上的調試情況，本次的自動顯示的PLC控

19、制系統(tǒng)設計符合要求。 2. 程序設計及工作過程分析 本次搶答器的設計由于是供8個代表隊參賽使用，所以用了八個按鈕，分別由S0-S7來表示，主持人開關由開始開關S、復位開關S8來表示，由于此搶答器具有鎖存與顯示功能，所以梯形圖設計中需要用互鎖來實現。 當主持人按下開關I0.0時，定時器工作，揚聲器發(fā)出響聲，持續(xù)時間0.5秒。此時八位選手開始搶答，在規(guī)定時間內搶答有效，如果定時器時間到了以后，仍無人搶答，則揚聲器發(fā)出持續(xù)蜂鳴警報，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答。3. 梯形圖程序如圖3-3所示接網絡17圖3-2 程序梯形圖3. 指令語句表程序 使用簡易編程器輸入程序，將上述梯形圖轉化成指令語句表的

20、形式，如下所示。Network 1 / Network Title/ 主持人按下開始按鈕（I0.0）LD I0.0EUO M0.0AN M1.1= M0.0Network 2 / 主持人清楚上一輪搶答信息（I1.1）LD I1.1EUA M0.0= M1.1Network 3 / 定時器開始計時 通電延時定時器（30s）LD M0.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0TON T37, +300Network 4 / 選手1搶答控制LD I0.1O M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN

21、M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.1SEG 1, QB0Network 5 / 選手2搶答控制LD I0.2O M0.2AN M0.1AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.2SEG 2, QB0Network 6 / 選手3搶答控制LD I0.3O M0.3AN M0.1AN M0.2AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.3SEG 3, QB0Network 7 / 選手4搶答控制LD I0.4O M0.4AN M

22、0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.4SEG 4, QB0Network 8 / 選手5搶答控制LD I0.5O M0.5AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.5SEG 5, QB0Network 9 / 選手6搶答控制LD I0.6O M0.6AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.7AN M1.0AN T37A M0.0= M0.6SEG 6, QB0Network 1

23、0 / 選手7搶答控制LD I0.7O M0.7AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M1.0AN T37A M0.0= M0.7SEG 7, QB0Network 11 / 選手8搶答控制LD I1.0O M1.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN T37A M0.0= M1.0SEG 8, QB0Network 12 / 主持人按下開始按鈕SB0（M0.0）及選手搶答成功時揚聲器蜂鳴LD M0.0O M0.1O M0.2O M0.3O M0.4O M0.5O M0.6O

24、M0.7O M1.0EUS Q0.0, 1Network 13 / 揚聲器蜂鳴定時控制揚聲器蜂鳴時間（0.5s）LD Q0.0TON T38, +5Network 14 / 揚聲器停止蜂鳴LD T38R Q0.0, 1Network 15 / 在搶答時間內沒有選手搶答揚聲器蜂鳴LDN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0A T37A M0.0= Q0.0Network 16 / 主持人按下開關顯示器顯示30LD M0.0MOVW 30, VW200Network 17 / 主持人按下開關定時器倒計時開始并顯示LD M0.0A

25、N M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4AN M0.5AN M0.6AN M0.7AN M1.0AN T37A SM0.5EU-I VW200,1 Network 18 / 選手搶答成功顯示并鎖定搶答時間LD SM0.0MOVW 30, VW202AENODIV VD200,10AENOSEG VB201, QB1SEG VB203, QB23.5.2 程序調試 1.為了模擬搶答的操作過程，利用手動模擬出各種輸入信號，用輸出燈的亮滅表示系統(tǒng)在運行程序后的輸出（選手搶答揚聲器接觸器線圈的得失電情況和數碼顯示LED管的各端子等），以便觀察仿真器運行程序得到的輸出與實際想要得到的結果的

26、匹配程度，進而對程序進行修改與完善。具體作法如下： 1）主持人開始按鈕的調試設PLC進入運行方式后，經過3s的準備時間，按下開關S（I0），即輸入信號I0.0，模擬支持人按下“開始”按鈕。Q0.0響起起，待0.5秒后熄滅。 2）對搶答選手搶答開關的調試：在模擬支持人按下“開始”按鈕后，任意按下8個開關SB1-SB8(I1-I8)中得任意一個，模擬選手的搶答，搶答成功顯示選手編號與時間。 3）如果在計時器停止計時，仍無選手搶答開關按下，則Q0.0會持續(xù)響著。2.若在系統(tǒng)在調試得過程中，出現與上述結論不一致的結果，要根據出現的情況針對性的對程序進行分析，修改、完善程序至輸出結果與上述的結論一致為止

27、，反復運行程序若干次，保證程序能夠成功運行。1.調試運行沒有操作時2.主持人按下開關時3.選手1搶答成功4.選手1搶答成功之后其他選手都不可以搶答實現了鎖定5.顯示選手編號和搶答時間6. 30s后無人搶答揚聲器蜂鳴搶答結束選手再按按鈕無作用 7.主持人按下開關復位設計總結通過本次課程設計使我比較系統(tǒng)地掌握有關PLC控制系統(tǒng)的設計思想和設計方法，主要對PLC（西門子S7-200）的結構、功能、內部資源等了解并對其進行測試和加以應用的知識得到學習。經過多次的反復實驗與分析,可以對電路的原理及功能更加熟悉,同時提高了設計能力與及對電路的分析能力.同時在軟件的編程方面得到更到的提高,對編程能力得到加強.同時對所學的知識得到很大的提高與鞏固.我在這次課程設計中，剛開始我沒有完全明白設計要求走了不少錯路耽誤了不少時間，在老師的指導下我才慢慢的弄明白。經過這次設計我學會了怎么去發(fā)現問題，解決問題。遇到不明白的問題都會去找尋相關的資料或者的去詢問老師。從中學到了很多知識。這次課程設計我們把我們的課堂理論知識運用到實際生活中，貼近生活，實現我們的人生價值。并且通過對知識的綜合利用，加入個人的分析和比較，加深了了我們對理