PLC的六路抢答器设计资料
PLC的六路抢答器设计
摘要
伴随我国经济文化水平以及实业公司的不断的壮大，对于商业活动中公正的竞争与裁决面临了一个瓶颈，比如很多的证券公司、股票与基金的交易加上不同单位组织的各种智力竞赛等，面对于交易上遇到的种种障碍，抢答器孕育而生。随着抢答器的不断完善，由最初的优先权编码器组成的抢答器逐渐发展成为PLC 以及单片机组成的微型抢答器，把原来的复杂线路简单化、运算速度快速化、抗干扰能力强并且大大提高的它的可靠性、精确性与功能多样性。更能满足商业或者单位对于公然、公正、公平性质的交易尤其对于参加知识智力竞赛以及一些活动的抢答器的需求，深受广大群众的青睐。本设计将以西门子PLC为核心控制器，设计一个六路抢答器。设计内容包括主要由系统结构图、梯形图、程序指令等实现在选手知识竞赛时抢答者的座位号的控制，及时公正的反应出抢答者的抢答内容实现计分功能。
关键词：PLC；梯形图；抢答器；可编程序控制器
ABSTRACT
With China's economic and cultural levels and industrial company continues to grow, for business activities in an impartial competition and award of facing a bottleneck, such as many securities companies, fund transactions with different units of the various intelligence contest, etc., in the face of on the hand is easy to encounter all sorts of obstacles, conceived and students. With the continuous improvement of the responder, composed of initial priority encoder responder gradually developed into composed of PLC and single chip micro responder, the original complex has the advantages of simple circuit,impartial competition and award is strong and greatly improve the reliability, accuracy and multiple functions of. To meet the business unit or the demand for openness, fairness of the transaction the face of by the people of all ages. This design will be Siemens PLC with continuous improvement of the responder , the design of a six way responder. Design content includes mainly by the system structure diagram,
ladder diagram, program instructions now players knowledge contest Responder seat number control, impartially and timely response to a responder responder content scoring functions.
Keywords: PLC; ladder diagram; responder; programmable controller
目录
一、绪论 (1)
1.1 课题的背景和意义 (1)
1.2 毕业设计研究内容 (2)
二、可编程控制器 (2)
2.1 PLC的定义 (2)
2.2 PLC的功能与发展 (3)
2.3 PLC的组成 (3)
2.4 PLC的组态技术 (3)
2.5 STEP7简介 (4)
三、整体方案选择 (5)
3.1 设计思想 (5)
3.2 系统构架图 (5)
四、硬件配置 (6)
4.1 西门子S7-200 CUP226 (6)
4.2 电气接线图 (6)
五、软件设计 (7)
5.1 I/O分配表 (7)
5.2 梯形图设计与分析 (9)
5.3 语句表编程 (18)
六、程序调试及分析 (26)
6.1 程序行过程分析说明 (26)
6.2 调试结果 (26)
总结 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
一、绪论
1.1 课题的背景和意义
在现今计算机技术的普遍提高和电子信息下大数据覆盖的范围不断扩张，抢答器作为现在商业交易以及各单位各学校之间组织的知识竞赛竞技常用的判断依据之一，客观的分析判辨出哪位选手最先获得发言权，以及最后的分数统计。最初开始的智能抢答器简单的由几个三极管、可控制通灭的发光管、可控硅等主要的元器件构成，经过按钮控制高地位电压来使发光管亮灭，依照指示灯来判断出参赛选手台号，但是遇到两盏灯相差无几的亮灭只能全靠人为判断大大削弱了抢答器的实际应用。迫使对抢答器提出了更高的要求，达到更加准确的判断出公开竞争场合最有效的裁决，实现公平、公正。而单片机以及可编程控制器（PLC）应用大大减轻了抢答器的压力，在众多学者的不约而同目光下，微型PLC的应用更加的广泛开来。当前我国以及国外市场上已逐渐加入种类繁多的、可供选择的参加知识智力竞赛以及一些活动的抢答器，其中占主流的是PLC芯片与单片机，其次为模拟电路、数字电路等计算机控制系统。
对于计算机控制系统来说，模拟电路与数字电路的产品，在一段时间内极大程度的满足了消费者的功能需求，其技术也相当的成熟。但是随着商业交易竞拍的模式以及知识竞赛的种类增多，新的功能要求也逐渐增多，模拟电路与数字电路线路逐渐复杂，成本随之升高，稍有不慎，故障频频，显示方式也达不到具体要求，参数、功能滞后且精确度低。在加上与计算机配套使用，丧失了原来的便捷、灵巧、精确等理念，可操作性差，显露无疑，限制了其得到广泛应用的权限。
而对于经济文化水平以及实业公司的不断的壮大的今天，可编程控制器（PLC）、小型控制芯片单片机应用的得到不断的挖掘，取代了原来传统控制检测技术，由于便捷、灵巧、精确的优点，PLC、单片机逐渐成为控制器件的核心部位。期中PLC的应用更加的广泛，它能对信号所获得的各种抢答信号进行无间差的分析。本设计运用PLC西门子S7-200 CUP226为核心，达到既有抢答功能又有计分系统，能够判断分析选手所得分数进行简单的加、减计算，分别对六个选手进行计分。
通过本次的PLC六路抢答器毕业设计，让我对课本上所学的理论知识加深和巩固把所学的在实践中运用起来，加强对可编程控制器（PLC）的基本知识的掌握与应用从PLC实物的制作与调试过程找到自己的不足；通过测试与故障查找来总结实验中遇到的困难，通过各种解决方法来培养自己的专业技能；通过自己动手调试、组装来增强自己的动手能力，做到独立自主的完成毕业设计，这些亲身经历所掌握的技能将为我们步入社会成长立足的根本。
1.2 毕业设计研究内容
PLC掌控六路抢答器体系策划主要是由硬件系统与软件系统组成，硬件系统又分为PLC、按钮、指示灯等其中PLC系统包括通信接口、扩展接口、I/O单元以及核心的CPU处理器、存储器。而软件系统由系统与用户程序以及组态信息组成。当然对于本课程设计，硬件设计部分还包含电气原理图以及组装后的调试、检测。软件设计部分，首先在总体设计中提出问题，设定初始方案并画出简单的草图，根据系统需求来改进方案，拟定方案。然后进行具体的分析选择合适的编程语言（SFC、LAD、FBD、STL、ST）选择合适的编程软件的程序，通过PLC的一些工作时候的原理以及对软件进行调试改进最终达到抢答器的要求。
二、可编程控制器
2.1 PLC的定义
可编程序控制器定义为：通俗的说，PLC就是程序存储控制器。它是采用数字运算、在工业环境下产生并运转的，来实现有次序控制、计数、定时、逻辑控制等操作，并通过数字量、模拟量的方法来进行I/O掌管，在机电设备以及生产过程应用。可编程序控制器可以把工业系统控制有机联合起来，PLC是按照轮回扫描的方法进行工作的，一般10ms左右。大致可分为五个阶段：①内部处理（主要进行自检、自诊断工作）；②通信服务（主要进行设备间的数据交换）；③输入采样（对所在的输入接口按照固有的顺序进行采样，并且把它们存入输入映像寄存器中，与此同时其被刷新其中I0.0和I0.1符号再输入采样时进行映射）；④执行程序（先上后下、先左后右的规则进行）；⑤输出刷新（PLC将输入采样的映像寄存器存到输出锁存器中并且驱动外部负载）。当然在应用中也要注意PLC的输出滞后问题。
2.2 PLC的功能与发展
PLC的主要功能：逻辑控制、顺序控制、PID控制、定时、计数控制、通信和连网。恰恰因为PLC功能种类繁多，把电控、电仪、电气传动控制装置有机的融在一起，深受工厂设备的青睐，销售量也稳居榜首，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。
PLC技巧是跟着自动控制技术的发展而发展的，PLC的成长前景广阔。PLC要向着高效的数据处理能力方向进展。愈来愈多的小型组织模块正在不断地被开发出来，如数据控制模块、音质处置模块等；模块本身携带中央处理器CPU，能够在工作中与PLC的核心CPU一并作用，这样有助于PLC在工程方面的应用。网络技术将向深层次应用推进。伴随计算机网络和通信网络的飞速发展，工业以太网络的成熟，人机界面的发展长大，对于网络兼容性、因特网、GSM/CDMA通信等网络技能的将迅猛发展。单单从技术方面分析，PLC实验软硬件通用化、标准化和开放化是今后发展的趋势。
2.3 PLC的组成
PLC是一种工业控制装置，从装置的组成来说，PLC是由硬件系统和软件系统组成的。PLC的硬件系统包括通信接口、扩展接口、I/O单元以及核心的CPU处理器、存储器。其中中央处理器CPU是PLC运行的核心部分，是机器原件的心脏；硬件设计部分还包含电气原理图以及组装后的调试、检测。
PLC软件系统由系统程序、组态信息和用户程序三部分组成。系统程序把程序的编译、解释以及诊断为一体方便进行系统控制，这些程序主要用于对全机设备的管理并且根据指令把程序语言编译成机器语言并且执行、判断、诊治机器所发生的故障。系统软件是PLC这个计算机系统的编制部分。用户不允许干涉已经在出厂前固化在ROM或EPROM之中的系统软件。
2.4 PLC的组态技术
当前的工业控制系统中，我们必不可少组态项目软件。组态在中文中就是设定、配置的意思。通俗的说，组态就是解决某种任务所需要的方法、配置。可编程序控制器PLC作为是工业生产设备中的控制器，其主要作用就是控制输入、输出信号。这就是PLC的核心内容那就是控制。PLC内部的用户程序以及所提供的
参数程序决定了PLC的控制作用，组态参数以及用户程序都是由用户定义的。
在上位机里用户要完成组态提供的参数以及用户程序中的要求，通过组态软件，完成组态参数的设置和用户程序的编写。PLC中用户程序的编写可以使用图形化的语言，编写的时候灵活多变，与功能块的重组比较类似，不需要再进行编程代码。这种编程称为程序的组态。
STEP7是西门子公司为了便于编制PLC组态和编程而开发的组态软件。它完全可以使用任何一台计算机作为编写程序的设备，并可实时监控用户程序的执行状态。
使用组态技术进行PLC程序的编写，就是将组态软件提供的各种模块进行合理组织。其过程与硬件的组装雷士。例如，要组装一台计算机，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼装成要的计算机。当然软件中的组态要比软件的组装有更大的发挥空间，因为他一般要比硬件的‘部件’更多，而且每个部件都很灵活。
西门子的上位机监控软件WINCC和人机界面组态，其中WINCC Flexible也是组态软件，它们用于监控设备的组态。当然还是使用step7组态比较方便，省去某种计算机语言这些步骤，只要经过一些可视化组态的方法，就能够完成编写、监管、测试、维护等设计，降低了控制系统的开发难度。组态软件有多样的工具设备、图片采集库和操作导向，避免了研究人员在程序设计中许多重复的研制工作，提高了研究的效率，减少了开发人员研究的工作量，缩短了周期。
2.5 STEP7简介
STEP 7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC的编程、监控和参数设置，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。Step7 Micro——西门子S7-200的编程软件。STEP 7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中。PC/MPI适配器用于连接安装了STEP 7的计算机的RS-232C接口和PLC的MPI 接口。计算机一侧的通信速率为19.2kbit/s或38.4kbit/s，PLC一侧的通信速率
为19.2kbit/s~1.5Mbit/s 。除了PC 适配器，还需要一根标准的RS-232C 通信电缆。
三、整体方案选择
3.1 设计思想
本课题研究的主要思路是利用PLC 作为控制核心，对抢答者的座位号，时间做出准确、公正、直观地判断，以满足选手追求的公平公正。主要内容包括：
（1）抢答器通过6个按钮SB1~SB6来供给6组选手进行抢答。
（2）由主持人控制一个系统自动清除与抢答题目时候的控制开关分别对应SB0与SB7。
（3）当选手按动按钮SB1~SB6，就会自动锁存相应的台号，并在通过指示灯上闪烁显示。其他选手再按按钮则无反应，实现选手抢答优先锁存，直到主持人控制按钮SB0系统清除才可消失。
（4）抢答器设有定时抢答模式，抢答时间一次为5S ，当支持人按下按钮SB7开关时抢答“开始”计数器实行5S 倒计时，倒计时完成发出警告提醒。 （5）参赛选手只有在规定的答题时间内作答才是有效，当计时器倒计时完毕继续作答的视为无效，不加分，与此同时在显示器的显示屏上显示问题的作答者的编号与抢答时间倒计时，直到主持人清除为止。
（6）抢答指示灯未亮时，任何一名选手按下启动按钮，违规指示灯亮。 （7）实现计分功能，比赛初始，每位选手给定10分，如果能够答对，每题加上三分，如果答错，每题扣一分。 3.2 系统构架图
PLC
SD
SR
SB1 到
SB6 显
示器
参赛队号码
指示灯数码管
蜂鸣器
四、硬件配置
4.1 西门子S7-200 CUP226
S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。S7-200系列的基本单元如表2.1所示。
表2.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型号输入点输出点可带扩展模块
数S7-200CPU221 6 4 0
S7-200CPU222 8 6 2个扩展模块S7-200CPU224 24 10 7个扩展模块S7-200CPU224XP 24 16 7个扩展模块S7-200CPU226 24 16 7个扩展模块本论文采用的是西门子CPU226。它具有24输入以及16输出端口共计40个数字量的I/O点。可连接扩展7个模块，内存最高扩展到248个数字量的I/O点或35 个模拟量的I/O点，以及独立的26K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的I/O 点，达到更多的拓展单元，以及更迅速的运转速率和功能更加稳定的内部集成功能，完全可以适应于一些复杂的中小型控制系统。
4.2 电气接线图
输入部分：
输出部分：
五、软件设计
5.1 I/O分配表
表4.1 I/O分配表
输入
I0.0 启动按钮
I0.1 复位按钮
I0.2 选手1抢答按钮I0.3 选手2抢答按钮I0.4 选手3抢答按钮I0.5 答对按钮
I0.6 答错按钮
I0.7 选手4抢答按钮I1.0 选手5抢答按钮I1.1 选手6抢答按钮I1.2 备用
I1.3 备用
I1.4 备用
I1.5 备用
I1.6 备用
I1.7 备用
I2.0 备用
I2.1 备用
I2.2 备用
I2.3 备用
I2.4 备用
I2.5 备用
I2.6 备用
I2.7 备用
输出
Q0.0 抢答指示灯
Q0.1 抢答违规规报警灯Q0.2 选手1抢答指示灯
Q0.3 选手2抢答指示灯
Q0.4 选手3抢答指示灯
Q0.5 选手4抢答指示灯
Q0.6 选手5抢答指示灯
Q0.7 选手6抢答指示灯5.2 梯形图设计与分析