1、湖南軟件職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）競賽搶答器的設(shè)計COMPETITION VIES TO THE DESIGN專 業(yè) 名 稱：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指 導(dǎo) 教 師：劉娟畢業(yè)生姓名：畢業(yè)生學(xué)號：20081050論文提交日期：2010年12月分類號： 學(xué)校代碼：4711密 級：無 畢業(yè)生學(xué)號：20081050競賽搶答器的設(shè)計COMPETITION VIES TO THE DESIGN專 業(yè) 名 稱：計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指 導(dǎo) 教 師：劉娟畢業(yè)生姓名：畢業(yè)生學(xué)號： 20081050117論文課題來源：畢業(yè)設(shè)計論文提交日期：2010年12月論文評審單位：湖南軟件職業(yè)學(xué)院摘 要本次設(shè)計是利用PLC（Programmab

2、le Logic Controller）對六路搶答器進(jìn)行控制。考慮到只是對六組智能搶答器進(jìn)行控制，則輸出端口需要9個，輸入端口需要29個，所以需要有一個CPU226的模塊和兩個EM222數(shù)字量擴(kuò)展模塊，考慮到還要實現(xiàn)聲光功能需要兩個喇叭和三個指示燈。由于搶答時要顯示組號和倒計時故還需要三個數(shù)碼管，以上的器件價格不貴并且容易買到，另外PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優(yōu)點，因此，我決定選用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM222作為本次設(shè)計的PLC。另外，系統(tǒng)設(shè)計可分硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并采用手動控制一種方式，具有方便靈活，維護(hù)使用方便等特點。關(guān)鍵詞

3、：競賽搶答器 PLC PLC程序設(shè)計目 錄第一章 PLC概述11.1 PLC的定義、組成及特點11.2 PLC工作原理41.3 PLC的編程語言51.4 PLC的分類及性能指標(biāo)51.5 PLC的用途6第二章 PLC搶答器的介紹82.1 PLC與單片機(jī)的對比82.2 PLC搶答器的工作原理9第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計103.1 系統(tǒng)控制要求103.2 控制系統(tǒng)選取103.3 控制系統(tǒng)的硬件組成113.4 控制系統(tǒng)I/O分配表113.5 系統(tǒng)硬件連接圖13第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計144.1 整體設(shè)計144.2 自動控制程序14第五章 模擬運行與調(diào)試過程245.1 程序的模擬運行245.2 程序的現(xiàn)場調(diào)試25

4、致 謝27參考文獻(xiàn)27第一章 PLC概述1.1 PLC的定義、組成及特點一、概述可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點而應(yīng)用越來越廣泛。可編程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時，計數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。美國電氣制造商協(xié)會經(jīng)過4年調(diào)查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（Prog

5、rammable Controller），簡寫為PC。后來由于PC這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC【1】。二、PLC的定義：PLC一直在快速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對其下一個十分確切的定義。1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程控制器（PLC）的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。它采用一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作等指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外部

6、設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計【2】。三、PLC的基本結(jié)構(gòu)：PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，如下圖2.1所示：圖2-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)1、中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞【3】。它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當(dāng)PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定

7、執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進(jìn)一步提高PLC 的可靠性，靈活性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。2、存儲器（Memory）可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入的信號的狀態(tài)寫入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域【4】。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計算機(jī)等。小型PLC的CPU

8、多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫腃PU。大型PLC的CPU多用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。3、基本I/O接口電路（1）輸入接口單元。PLC內(nèi)部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至PLC內(nèi)部電路。（2）輸出接口單元。PLC輸出電路用來將CPU運算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動被控負(fù)載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等）。PLC輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。在繼電器式輸出中，CPU可以根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果，使PLC內(nèi)設(shè)繼電器線圈通電，帶動觸點閉合，通過繼電器閉和的觸點，由外部電源驅(qū)動交、直流負(fù)

9、載。優(yōu)點是過載能力強(qiáng)，交、直流負(fù)載皆宜。但存在動作速度較慢，且為有觸點系統(tǒng)，使用壽命有限等問題【5】。雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅(qū)動交、直流負(fù)載的能力。晶閘管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動交流負(fù)載；晶體管輸出型CPU通過光耦電路的驅(qū)動，使雙晶體管通斷，驅(qū)動直流負(fù)載。優(yōu)點是兩者均為無觸點開關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開關(guān)速度快，缺點是半導(dǎo)體器件的過載能力差。以上列舉了六類輸入和輸出電路形式，各類PLC產(chǎn)品的輸入、輸出電路結(jié)構(gòu)形式均有所不同，但光耦隔離及阻容濾波等抗干擾措施是相似的。3、接口電路PLC接口電路分為I/O擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類【6】。

10、（1）I/O擴(kuò)接口電路I/O擴(kuò)展接口電路用連接I/O擴(kuò)展單元，可以用來擴(kuò)充開關(guān)量I/O點數(shù)和增加模擬量的I/O端子。I/O擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。根據(jù)被控制對象對PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)。（2）外設(shè)通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口和電纜與計算機(jī)連接，可以實現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。4、電源PLC內(nèi)部配有一個專用開關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部電源需要的工作電源（5V直

11、流）。當(dāng)輸入端子為非干接點結(jié)構(gòu)時，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點使用）。四、PLC的特點：1、軟硬件功能強(qiáng)PLC的功能非常強(qiáng)大，其內(nèi)部具備很多功能，如時序、計數(shù)器、主控繼電器、移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O等功能。PLC不僅可進(jìn)行邏輯運算，算術(shù)運算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可實現(xiàn)模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印及報表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。PLC能夠適應(yīng)各種形式的開關(guān)量和模擬量的輸入控制、輸出控制，還可以和其他計算機(jī)系統(tǒng)、控制設(shè)備共同組成分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運算及快速中斷等功能。

12、PLC的編程語言豐富，它可以分為梯形圖語言、邏輯功能語言、指令表、和順序功能四種。特別是梯形圖語言，它直觀、方便，我們只要有了通常的繼電接觸器電路圖、邏輯圖或邏輯方程，就等于它有了PLC系統(tǒng)的用戶程序，很適合電器工程技術(shù)人員操作和使用【7】。2、使用維護(hù)方便PLC不需要像用計算機(jī)控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。PLC的輸入接口和輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場的設(shè)備相連的接口。如輸入借口可以與各種開關(guān)、傳感器連接；輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接。不論是輸入接口或輸出接口，使用都很簡單。PLC具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏

13、等人機(jī)界面可對PLC的遠(yuǎn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。3、運行穩(wěn)定可靠由于PLC采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作有無觸點的半導(dǎo)體電路來完成，同時還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無故障時間在2萬小時以上。特別是在制造工藝上加強(qiáng)了抗干擾措施，例如輸入輸出都采用光電隔離，能有效的隔離PLC內(nèi)部電路與輸入輸出電路之間的聯(lián)系，從而避免了有輸入輸出通道串入的干擾信號引起的誤動作。PLC還采用屏蔽，輸入延時濾波等軟、硬件措施，有效的防止空間電磁干擾，特別多高頻傳導(dǎo)干擾信號具有良好的抑制作用。所以這一切措施，都有效的保證了PLC在惡劣的工作環(huán)境下能正常地遠(yuǎn)行。4、組織靈活可編程控制器品種很多,小型PLC為整

14、體結(jié)構(gòu)，并外接I/O擴(kuò)展機(jī)箱構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。中大型PLC采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專有功能模塊（開關(guān)量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進(jìn)驅(qū)動模塊等）供選用和組合，由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng)。外部控制電路雖然仍為硬接線系統(tǒng)，但當(dāng)受控對象的控制要求改變時，可以在線使用編程器進(jìn)行修改用戶程序來滿足新的控制要求，最大限度地縮短工藝更新所需要的時間【8】。1.2 PLC工作原理一、循環(huán)掃描的特點：1、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行【9】。2、掃

15、描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。3、對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。4、各個電路和不同掃描階段會造成輸入和輸出延遲，這是PLC的主要缺點。在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。二、PLC中的存儲器：PLC中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數(shù)據(jù)存儲器。1、用戶程序存儲器用來存儲根據(jù)控制要求而編制的用

16、戶應(yīng)用程序。2、用來存儲工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。3、系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。1.3 PLC的編程語言PLC是通過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點；語句表編程語言類似計算機(jī)的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素【10】。1.4 PLC的分類及性能指標(biāo)一、按I/O點數(shù)容量分類：1、小型機(jī)（I/O點數(shù)小于256

17、點）典型的小型機(jī)有SIEMENS公司的S7-200系列。2、中型機(jī)（I/O點數(shù)在2561024之間）典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列。3、大型機(jī)（I/O點數(shù)在1024點以上）典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列。二、按結(jié)構(gòu)形式分：根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。1、整體式結(jié)構(gòu)微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的S7-200。2、模塊式結(jié)構(gòu)目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。三、PLC的性能指標(biāo)：1、I/O點數(shù)I/O點

18、數(shù)，即PLC面板上的I/O端子的個數(shù)。I/O點數(shù)越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標(biāo)之一。2、存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB2MB。3、掃描速度掃描速度是指PLC執(zhí)行程序的快慢，是一個重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計算機(jī)控制取代繼電器控制的穩(wěn)合程度。可編程控制器采用循環(huán)掃描的工作方式。4、指令系統(tǒng)它是衡量PLC能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了PLC的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計算機(jī)發(fā)揮運算功能、完成復(fù)雜控制的能力。5、通信功能通信有PLC之間的通信和PLC與計算機(jī)或其它設(shè)備之間

19、的通信。主要涉及通信模塊、通信接口、通信協(xié)議、通信指令等。6、擴(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括I/O點數(shù)的擴(kuò)展和PLC功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。7、特殊功能單元特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能。1.5 PLC的用途PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關(guān)元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通常可分為五種類型【11】：（1）順序控制 這是PLC應(yīng)

20、用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電動機(jī)或伺服電動機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運動平滑。相對來說，位置控制模塊比計算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。P

21、ID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國GE公司的C

22、NC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級計算機(jī)之間的通信功能。作為實時控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。第二章 PLC搶答器的介紹2.1 PLC與單片機(jī)的對比搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應(yīng)時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠。目前,形式多樣、功

23、能完備的搶答器已廣泛應(yīng)用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位,它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性,在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進(jìn)行知識競賽搶答器設(shè)計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。PLC搶答器與單片機(jī)搶答器相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性.首先說一下單片機(jī)搶答器，所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機(jī)CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計電路板，最終設(shè)計成一臺簡易的計算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用已

24、逐步被PLC所代替。單片機(jī)的可靠性：由于目前國內(nèi)市場上的單片機(jī)芯片的品質(zhì)良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過篩選配對等技術(shù)處理，因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數(shù)偏離設(shè)計要求都會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機(jī)的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機(jī)的變頻調(diào)速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計的，所以要增加一個功能就要重新設(shè)計線路，而且對應(yīng)的程序都

25、要重新設(shè)計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都會增加【12】。單片機(jī)的可維護(hù)性：一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統(tǒng)，這樣維修成本增加了。操作：現(xiàn)在國內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)計的鍵盤，設(shè)定數(shù)據(jù)用撥碼開關(guān)，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設(shè)計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長。總之，這樣的人機(jī)對話不夠友善。特點：不可靠，價格便宜。可編程控制器（PLC）： 所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工

26、業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達(dá)到所設(shè)計的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛【13】。PLC的可靠性：進(jìn)口PLC采用的CPU都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴(yán)格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗而特別設(shè)計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。PLC的可擴(kuò)展性：要增加一個功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對應(yīng)的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。PLC的可維護(hù)性：PLC本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)

27、故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡單【14】。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障【15】。特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。2.2 PLC搶答器的工作原理我所設(shè)計的PLC搶答器是適合六個人搶答的六

28、路搶答器，現(xiàn)在以六路搶答器為例。給競賽主持人設(shè)置了3個控制按鈕，用來控制開始、復(fù)位、停止，每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。當(dāng)主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器T0開始計時（設(shè)定15秒）若15秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數(shù)碼管顯

29、示答題倒計時時間改時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為20秒，選手必須在設(shè)定時間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。其中以上功能都同過編制的PLC程序來控3個制數(shù)碼管和3個指示燈以及2個喇叭來實現(xiàn)。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 系統(tǒng)控制要求1、搶答器可同時共6個選手參加比賽.2、給競賽主持人設(shè)置了3個控制按鈕，用來控制開始、復(fù)位、停止。3、每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。4、違規(guī)搶答：若選手

30、在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。5、搶答限時：當(dāng)主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器T0開始計時（設(shè)定15秒）若15秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。6、答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數(shù)碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為20秒，選手必須在設(shè)定時間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。3.2 控制系統(tǒng)選取PLC搶答器使用時涉及到搶答人員的公平、公正以及操作是否方便等問題，而且使用的環(huán)境可能是室內(nèi)，所以對設(shè)備的安全性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分

31、析對比。可編程控制器（PLC）是由工業(yè)微型計算機(jī)、輸入, 輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機(jī)控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點【16】：1、可靠性高：由于可編程控制器的輸入, 輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。2、體積小：由于在制造時采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現(xiàn)了小型化。3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU 模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不

32、同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性。4、使用方便：對于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便。基于可編程控制器的上述優(yōu)點能夠適應(yīng)和滿足搶答器高性能的使用要求，所以我確定該搶答器控制系統(tǒng)為西門子S7-200系列PLC。S7-200系列的PLC在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應(yīng)用。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程序易于掌握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴(kuò)展功能。機(jī)械式的立體車庫各種檢測信號均為

33、數(shù)字量，中小型的車庫系統(tǒng)用西門子S7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求【17】。3.3 控制系統(tǒng)的硬件組成PLC智能搶答器硬件主要有搶答臺、PLC、連接線路、數(shù)碼管等四部分組成。在搶答過程中主控單元的主要控制對象首先是顯示組號和倒計時的數(shù)碼管，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內(nèi)顯示不同的組號和時間【18】；其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如：指示燈及其各種安全設(shè)施等。一般PLC搶答器選用按鈕操作，界面清楚，易于操作。3.4 控制系統(tǒng)I/O分配表一、PLC搶答器控制系統(tǒng)的輸入端口如表3.1所示：表3.1輸入信號對照表信號名稱外部元件內(nèi)部地址信號名稱外部元件內(nèi)部地址開始按鈕SB1I0.05

34、組按鈕SB6I0.51組按鈕SB2I0.16組按鈕SB7I0.62組按鈕SB3I0.2停止按鈕SB8I1.03組按鈕SB4I0.3復(fù)位按鈕SB9I1.14組按鈕SB5I0.4倒計時開關(guān)SB10I1.3二、PLC聲光智能搶答器PLC控制系統(tǒng)的輸出端口如表3.2所示表3.2輸出信號對照表信號名稱內(nèi)部地址信號名稱內(nèi)部地址1號數(shù)碼管AQ0.02號數(shù)碼管HQ2.71號數(shù)碼管BQ0.13號數(shù)碼管AQ3.01號數(shù)碼管CQ0.23號數(shù)碼管BQ3.11號數(shù)碼管DQ0.33號數(shù)碼管CQ3.21號數(shù)碼管EQ0.43號數(shù)碼管DQ3.31號數(shù)碼管FQ0.53號數(shù)碼管EQ3.41號數(shù)碼管GQ0.63號數(shù)碼管FQ3.51號

35、數(shù)碼管HQ0.73號數(shù)碼管GQ3.62號數(shù)碼管AQ2.03號數(shù)碼管HQ3.72號數(shù)碼管BQ2.1報警器Q1.12號數(shù)碼管CQ2.2喇叭1Q1.22號數(shù)碼管DQ2.3黃燈Q1.32號數(shù)碼管EQ2.4紅燈Q1.42號數(shù)碼管FQ2.5喇叭2Q1.52號數(shù)碼管GQ2.6綠燈Q1.63.5 系統(tǒng)硬件連接圖根據(jù)系統(tǒng)要求和所需要的硬件，系統(tǒng)數(shù)字量輸入點總計10個點，輸出點總計30個點。綜合考慮到系統(tǒng)的性價比和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，輸入、輸出點留出一定的富裕量，因此PLC選擇SIEMENS的S7-200系列的CPU226繼電器輸出型和數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM221。其它接觸器等控制電器西門子T系列的產(chǎn)品。輸入、輸出端子電

36、氣接線圖如下圖3.2所示。圖3-1系統(tǒng)硬件連接圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 整體設(shè)計根據(jù)PLC搶答器的控制要求，應(yīng)用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。通過PLC控制程序來實現(xiàn)整體的運行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC配置都可運行。該系統(tǒng)本著簡單易懂、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)行設(shè)計。在搶答時只需按動按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。安全、可靠、省時、省力、價格便宜。控制軟件應(yīng)用STEP7編程軟件，采用梯形圖語言編寫。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對性設(shè)計，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整個系統(tǒng)的運行安全可靠。自動條件下，必須復(fù)位后在滿足自動條件下才能進(jìn)行自動運行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各

37、個過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。4.2 自動控制程序PLC聲光智能搶答器的自動控制的程序下所示。本程序簡潔易懂、便于修改、使用性強(qiáng)、條理性強(qiáng)，具體如下。（注：有些行不與邊線相連是因為他們是上一行的后續(xù)）網(wǎng)絡(luò)1續(xù)網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)2續(xù)網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)3續(xù)網(wǎng)絡(luò)3網(wǎng)絡(luò)4續(xù)網(wǎng)絡(luò)4網(wǎng)絡(luò)5續(xù)網(wǎng)絡(luò)5網(wǎng)絡(luò)6續(xù)網(wǎng)絡(luò)6網(wǎng)絡(luò)7續(xù)網(wǎng)絡(luò)7第五章 模擬運行與調(diào)試過程5.1 程序的模擬運行將設(shè)計好的程序?qū)懭隤LC后，首先要做的就是仔細(xì)檢查程序，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調(diào)試，一般不用接PLC實際的負(fù)載(如接觸器、電磁閥等)。也可以根據(jù)功能表圖，在適當(dāng)?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號。在調(diào)試時應(yīng)充分考慮各種可能

38、的情況，對系統(tǒng)各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進(jìn)展路線，都應(yīng)逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求，下面5.15.3是程序運行調(diào)試中的幾個過程圖。圖5-1程序下載圖5-2程序運行圖5-3程序停止如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。在設(shè)計和模擬調(diào)試程序的同時，可以設(shè)計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進(jìn)行。5.2 程序的現(xiàn)場調(diào)試完成上述的工作后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場的調(diào)試工作立刻,首先將PLC安裝在控制現(xiàn)場進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過程中有可能將會顯示出系統(tǒng)中原