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基于PLC搶答器畢業設計說明.doc

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? 搶答器PLC設計 本文介紹聾用三菱FX2N系列PLC對知識競賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實現搶答器功能的方式有多種,可以采用早期的模擬電路、數字電路或模數混合電路。近年來隨著科技的飛速發展,單片機、PLC的應用不斷地走向深入,同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新。本文采用本三菱公司生產的FX2N-48MR型PLC 作為核心控制器進行四路搶答器系統的設計,并且設計出了系統結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時根據知識競賽搶答器的控制要求和特點,確定PLC 的輸入輸出分配,并進行現場調試。關鍵詞:PLC 知識競賽搶答器 PLC程序設計第一章 概述可編程控制器(PLC)是一種新型的通用自動化控制裝置,它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體,具有控制功能強,可靠性高,使用靈活方便,易于擴展等優點而應用越來越廣泛??删幊炭刂破?Programmable Logic Controller)即PLC?,F已廣泛應用于工業控制的各個領域。他以微處理為核心,用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制,還可以定時,計數和算術運算等,并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。美國電氣制造商協會經過4年調查,與1980年將其正式命名為可編程控制器(Programmable 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),為了區別,現在也把可編程控制器稱為PLC。長見的幾種PLC如下圖1-1所示:圖1-1三種常見的PLC1.1PLC的簡介國際電工委員會(IEC)于1987年對PLC定義如下:PLC是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執行指令,進行邏輯運算,順序控制,定時,計數和算術等操作,并通過數字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械和生產過程。PLC及其有關的外圍設備,都應按易于與工業控制系統形式一體,易于拓展其功能的原則設計。事實上,PLC就是以嵌入式CPU為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以方便的用于工業控制領域的裝置。PLC與機器人,計算機幫助設計與制造一起作為現代工業的三大支柱。1.2PLC的用途與特點1.2.1 PLC的用途PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降,使PLC的成本下降,同時又由于PLC的功能大大增強,使PLC 的應用越來越廣泛,廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環保等行業。PLC的應用通??煞譃槲宸N類型:(1)順序控制  這是PLC應用最廣泛的領域,用以取代傳統的繼電器順序控制。PLC可應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、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電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數情況下,PLC把掃描目標位置的數據送給模版塊,其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時,位置控制模塊保持適當的速度和加速度,確保運動平滑。相對來說,位置控制模塊比計算機數值控制(CNC)裝置體積更小,價格更低,速度更快,操作方便。(3)閉環過程控制  PLC能控制大量的物理參數,如溫度、壓力、速度和流量等。PID(Proportional Intergral Derivative)模塊的提供使PLC具有閉環控制功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定值上。(4)數據處理  在機械加工中,出現了把支持順序控制的PLC和計算機數值控制(CNC)設備緊密結合的趨向。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PLC和CNC設備之間部數據自由傳遞,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設備使用。美國GE公司的CNC設備新機種也同樣使用了具有數據處理的PLC。預計今后幾年CNC系統將變成以PLC為主體的控制和管理系統。(5)通信和聯網  為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化(FA)系統、柔性制造系統(FMS)及集散控制系統(DCS)等發展的需要,必須發展PLC之間,PLC和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統,不僅PLC數據通信速率要求高,而且要考慮出現停電故障時的對策。1.2.2  PLC的特點(1)抗干擾能力強,可靠性高  繼電接觸器控制系統雖具有較好的抗干擾能力,但使用了大量的機械觸頭,使設備連線復雜,由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統的可靠性。傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良,容易出現故障,PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器,僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件,接線可減少互繼電器控制系統的1/10--1/100,因觸點接觸不良造成的故障大為減少。而PLC采用微電子技術,大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成,大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代,故壽命長,可靠性大大提高。1.3 PLC的分類1.3.1按I/O點數容量分類一般來說,PLC處理的I/O點數比較多,反映控制關系比較復雜,用戶要求的程序存儲器容量比較大,要求PLC的指令及其他功能比較多,指令執行的過程比較快等。按PLC的輸入輸出點數可將PLC分為三類。(1)小型機  小型PLC的功能一般以開關量控制為主,其輸入、輸出總數在256點一下,用戶程序存儲器容量在4K字一下?,F在的高性能小型機還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類PLC價格低廉,體積小,適合于控制單臺設備,開發機電一體化產品。典型的小型機有OMRON公司的CPM2A系列、SIEMEN公司的S7-200 系列,MITSUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整式PLC等產品。(2)中型機  中型機PLC的輸入、輸出總點數在256-2048點之間,用戶程序存儲器容量達到2-8K字。中型機PLC不僅具有開關量和模擬量的控制功能,還具有更強的數字計算能力,他的通信功能和模擬量處理能力更強大。中型機的指令比小型機更豐富,適用于更復雜的邏輯控制系統以及連續生產過程控制場合。典型的中型機有SIEMENS公司的S-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列模塊式PLC等產品。(3)大型機  大型機PLC的輸入、輸出總點數在2048點以上,用戶程序存儲器容量達到8-6K字。大型PLC的性能已經與工業控制計算機相當,他具有計算、控制和調節的功能,還具有很強的網絡結構和通信聯網能力。他的監視采用CRT顯示,能夠表示過程動態流程,紀錄各種曲線,PID調節參數選擇圖;他配。省略部分。管的點亮時間為1~2ms,由于人的視覺暫留現象及發光二極體的余輝效應,盡管實際上各位數碼管并非同時點亮,但只要掃描的速度足夠快,給人的印象就是一組穩定的顯示資料,不會有閃爍感,動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的,能夠節省大量的I/O埠,而且功耗更低。3.5.4 外部硬件接線圖四路搶答器的原理圖第四章 軟件設計4. 輸入和輸出點分配表表1.表2 搶答器傳送系統輸入和輸出點分配表 輸入:主持人SB0 X0 第一個選手SB1 X1 第二個選手SB2 X2 第三個選手 SB3 X3 第四個選手SB4 X4報警指示燈SB5 X5 PLC接線圖。輸出:主持人HL0 Y0 第一個選手HL1 Y1 第二個選手HL2 Y2 第三個選手HL3 Y3 第四個選手HL4 Y4報警指示燈HL5 Y5 停止作答指示燈HL6 Y6PLC接線圖表1 搶答器系統輸入點分配表 表2 搶答器系統輸出點分配表名 稱代號輸入主持人SB0X0第一個選手SB1X1第二個選手SB2X2第三個選手SB3X3第四個選手SB4 X4報警指示SB5X5名 稱代號輸出主持人HL0Y0第一個選手HL1Y1第二個選手HL2Y2第三個選手HL3Y3第四個選手HL4 Y4報警指示HL5Y5停止作答HL6Y6由此可見需要按鈕5個,指示燈7個。 3.2.2 PLC接線圖4.2根據控制要求進行梯形圖設計1開關每個人的按鈕與plc部的對應2線圈 每個人所對應的指示燈總的程序就如下4.3程序運行過程分析4.4 源程序4.5程序的調試 PLC控制系統程序的調試  PLC控制系統程序的調試一般包括I/O端子測試和系統調試兩部分容,良好的調試步驟有利于加速總裝調試的過程?! ?.1 I/O端子測試  用手動開關暫時代替現場輸入信號,以手動方式逐一對PLC輸入端子進行檢查、驗證,PLC輸入端子的指示燈點亮,表示正常;反之,應檢查接線或者是I/O點壞?! ∥覀兛梢跃帉懸粋€小程序,在輸出電源良好的情況下,檢查所有PLC輸出端子指示燈是否全亮。PLC輸入端子的指示燈點亮,表示正常。反之,應檢查接線或者是I/O點壞?! ?.2 系統調試  系統調試應首先按控制要求將電源、外部電路與輸入輸出端子連接好,然后裝載程序于PLC中,運行PLC進行調試。將PLC與現場設備連接。在正式調試前全面檢查整個PLC控制系統,包括電源、接地線、設備連接線、I/O連線等。在保證整個硬件連接正確無誤的情況下即可送電?! “裀LC控制單元的工作方式設置為“RUN”開始運行。反復調試消除可能出現的各種問題。在調試過程中也可以根據實際需求對硬件作適當修改以配合軟件的調試。應保持足夠長的運行時間使問題充分暴露并加以糾正。調試中多數是控制程序問題。一般分以下幾步進行:(1) 對每一個現場信號和控制量做單獨測試;(2) 檢查硬件/修改程序;(3) 對現場信號和控制量做綜合測試;(4) 帶設備調試;(5) 調試結束。第五章 總結與展望 本搶答器系統雖是針對四路參賽選手設計的,但通過原理分析可知,它也完全適用于多于四路選手的搶答場合。當然,如果對外圍電路及程序稍加修改,就很容易使之擴展成更多路的搶答器。若去掉程序中的互鎖功能,可以將本搶答器改成呼叫器,用在醫院病房等多種地方。由此可見,只要我們運用恰當,PLC技術能實現許多復雜的功能,能極方便的控制我們所需要控制的對象,給我們生產和生活帶來極大的方便。知識競賽的一個最重要的硬件設備就是搶答器。以往的電子搶答器,許多功能也達不到的,比如播放視頻題,搶答視頻暫停再繼續功能等。但是,隨著科學技術飛速的發展,搶答器由硬件化逐步向軟件化發展。搶答器競賽軟件利用計算機搞知識競賽,經過調查,利用搶答器競賽軟件辦一次類似電視臺效果的知識競賽,其費用僅僅是到電視臺演播廳舉辦一次競賽費用的十分之一還少。更關鍵的是,搶答器競賽軟件不是一次性產品,可以多次重復使用,這是一次擁有長期受益的軟件。采用搶答器競賽軟件是大勢所趨對于一個每年都有賽事的單位企業,只要單位有計算機和投影儀,搞知識競賽不利用搶答器競賽軟件,如同是有好馬沒有配好鞍。 以往企業自己搞知識競賽,都是主持人讀題,觀眾選手得安靜仔細聽題目,有條件的花上萬元買個電子搶答器,算是給知識競賽賽場添彩了。大多依靠主持人發揮水平,選手和觀眾渴望的類似電視臺的節目效果難以實現。與電視播放的那些競賽場面對照——選手坐在顯示器前答題,觀眾看著大屏幕顯示題目和答案,大屏幕有搶答顯示計分排行等,絢麗的畫面有節奏的音樂——差距很大,但這些都不是電視臺的專利,利用搶答器競賽軟件,用戶自己就可以實現這樣的視覺效果。運用互動式多媒體技術,將競賽題目制作成演示程序。通過投影儀大屏幕或電視墻在現場播放,給觀眾強烈的視聽感受,凝聚競賽現場氣氛。通過選手面前的顯示器,為參賽隊員提供最直接的看題效果,保證隊員對題目的正確理解。 搶答器競賽軟件就是簡單利用計算機及投影儀設備資源,通過軟件來實現專業效果的競賽系統。它實現競賽的成本低,便于組織,通用性好。毫不夸,除了電視臺專業制作外,搶答器競賽軟件是所有同類軟件中功能最全的!最適宜普通知識競賽操作的!將會全面發展到社會各個企事業單位。致這次設計,讓我受益匪淺,首先我要感機電工程系 對我的熱情地指導,還有要感本系老師及本班的同學在設計期間給我的無私熱心幫助! 這次實訓我學到了不少東西,這都要感學校給了我們這次實訓機會,提供了我們實訓的器材,使我們能夠完成這次實訓。同時也感盧文超等老師的指導,在我遇到一些問題解決不了時,是你們的辛勤指導我們,使我們受益匪淺。還有儲呈明等同學,他們在實訓中也給我們提供了許多幫助,特別是儲呈明同學,這次我在實訓中他幫了我很多,教會了我許多東西。還有感那些其它的同學,他們給我們提供了一些設備(比如電腦等),在此我深表意!最后再次感以上領導,老師,同學對我的幫助,使我能順利的完成這次實訓,同時學到了許許多多的東西!參考文獻[1] 康華光,鄒壽彬編.電子技術基礎數字部分(第四版)[M].:高等教育,2005[2] 康華光,鄒壽彬編.電子技術基礎模擬部分(第四版)[M].: 高等教育,2005[3] 自美編.電子線路設計·實驗·測試 (第二版) [M].:電子工業,2001[4] 大欽編.電子技術基礎實驗(第二版)[M].:機械工業,2001 [5] 安玉景,雪瑩編.電子技術基礎實驗[M].人民郵電,2002 [6] 鄒其洪, 黃智偉,高嵩,等編著.電工電子實驗與計算機仿真[M].電子工業,2005 [7]廖常初.可編程序控制器應用技術(第五版)[M].:大學,2007,(08).18-19,72,181.[8]周萬珍,高鴻賓.PLC分析與設計應用[M].:電子工業,2004,(09)
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