基于S7300抢答器的控制设计.doc

XXXXXXXXX学校毕业设计（专业： ）课题编号_课题名称_班 级_学员姓名_指导教师_目 录一、前言2二、设计要求32.1 设计说明32.2 设计要求3三、设计方案43.1 硬件设计43.1.1 PLC的工作原理43.1.2控制要求分析53.1.3 系统结构63.1.4 工作流程图73.1.5 硬件电路图83.1.6 元件布置图93.2 软件设计103.2.1 I/O地址分配表103.2.2 梯形图说明10三、元器件的选型13四、总结14五、参考文献15附录16附录一 程序梯形图16附录二 电气原理图20附录三 元件布置图21一、 前言近年来随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。近年来，PLC以其结构灵活，传输质量高、速度快、带宽稳定，性价比高，工期短，可扩展性和可管理性更强，适用面广得到了广泛的应用，而本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公平、公正、公开。二、 设计要求2.1 设计说明设立主席台一个、五个抢答器。当主席台先发出抢答时，各抢答器才能生效，否则，即使按下抢答器按钮也无任何反应。在抢答时，先按下的显示灯亮，并且响铃，灯闪烁三次后一直亮，直至主席台按下复位按钮，后按下者没有任何反应。2.2 设计要求1.采用PLC控制，直流24V电源自行设计。2.画出电气工作原理图、元件布置图、元件安装图、梯形图、工作流程图、PLC程序。3.元器件及材料选择、型号、数量、名称。4.在满足控制要求的情况下，尽量减少电器元件。5.保证控制线路的可靠、安全。6.线路应具有必要的保护环节。三、设计方案3.1 硬件设计3.1.1 PLC的工作原理PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。 循环扫描过程如图表 1所示：停止内部处理通信操作输入处理程序执行输出处理图表 1 循环扫描流程图工作过程：主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。PLC出现后就受到普遍的重视,其应用发展也十分的迅速,原因在于和现有的各种控制方式相比,它有一系列的优点。1.可靠性高,抗干扰能力强。在恶劣的工作环境下，工业生产对控制设备的可靠性提出很高的要求。PLC是专为工业控制而设计,由于采取了一系列措施,使PLC控制系统的平均无故障间隔时间一般能达到45万小时,远远超过传统继电器控制控制系统。保证PLC工作的可靠性高、抗干扰能力强的主要措施是:(1) 采用循环扫描、集中采样,集中输出的工作方式。(2) 硬件设计采用模块式结构并采取屏蔽、滤波、隔离、联锁等一系列抗干扰技术,同时增加输出联锁、环境检测与故障诊断等提高可靠性电路。(3) 软件设计中设置实时监控、自诊断、信息保护与恢复等程序与硬件电路配合实现各种故障的诊断、处理、报警显示及保护功能.因此PLC优于微机控制的首要特点是它能适应恶劣的工业环境。2.编程简单、易于掌握。这是PLC优于微机的另一个特点。梯形图编程方式是PLC最常用的编程语言。它与继电器控制原理图类似，具有直观、清晰、修改方便、易掌握等优点。3组合灵活使用方便。由于它采用标准化得到通用模块结构，能灵活方便地组合成各种不同规模、不同功能的控制系统。4功能强，通用性好现代PLC具备很强的信息处理功能和输出控制能力，它既可以对开关量进行控制又可以对模拟量进行控制。5开发周期短，功率高，维护方便PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计周期大大缩短，同时维护也变得容易起来。6体积小，重量轻，工耗低。随着电子技术的发展和应用领域日益扩大，PC技术及其产品仍在继续发展，其结构不断改进，功能日益增强，性价比越来越高。3.1.2控制要求分析当主持人按下启动开关后，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动电路发出声音，并且使指示灯先亮三次，然后常亮。此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效。当主持人两次按下启动开关，系统清零。3.1.3 系统结构本次设计可大致分为2大部分：抢答部分、响铃及亮灯部分。在抢答设计中，要有自锁和互锁控制，自锁是为了保持信号长期有效，互锁是为了对组间不影响。指示灯亮环节是本次设计的难点，采用计数器累计计数，定时器组合使用来控制指示灯的闪烁。系统控制结构框图如下图表 2所示：图表 2 系统结构框图PLC开始按钮（主持人）响铃抢答按钮（选手）指示灯3.1.4 工作流程图图表 3 工作流程图开始抢答响铃+灯亮3次灯长亮3.1.5 硬件电路图图表 4 电气原理图3.1.6 元件布置图图表 5 元件布置图3.2 软件设计3.2.1 I/O地址分配表表格 1 I/O地址分配表编程元件元件地址符号传感器/执行器说明数字量输入DC 32×24VI 0.0SB11常开按钮开始/停止按钮I 0.1SB21常开按钮抢答1按钮I 0.2SB22常开按钮抢答2按钮I 0.3SB23常开按钮抢答3按钮I 0.4SB24常开按钮抢答4按钮I 0.5SB25常开按钮抢答5按钮I 0.6SB12常开按钮复位按钮数字量输出DC 32×24VQ 4.0Speaker喇叭响铃Q 4.1HL1LED指示灯指示灯1Q 4.2HL2LED指示灯指示灯2Q 4.3HL3LED指示灯指示灯3Q 4.4HL4LED指示灯指示灯4Q 4.5HL5LED指示灯指示灯53.2.2 梯形图说明本设计的梯形图编程分为以下四部分说明：首先，抢答部分。由于选手必须在主持人按下开始按钮后下能抢答，所以在梯形图中要“串接”SB11。又由于先按下按钮的选手响铃且指示灯亮，后按下按钮的选手无反应，所以先按下的选手和没有按下的选手之间要有互锁关系。抢答环节的梯形图如图表 7所示。图表 6 抢答环节说明其次，指示灯闪烁环节。本环节主要用两个接通延时定时器（T0和T1）来实现。梯形图表 8所示。当M0.0和C1得电，定时器T0开始倒计时1秒，1秒时间到输出M0.6得电，此时指示灯亮；同时T0常开触点闭合，T1开始倒计时1秒，1秒时间到T1常闭触点断开，指示灯灭；就在这一瞬间，由于T1常闭触点断开，T0失电，T0常开触点恢复到初始状态（断开），导致T1瞬间失电，回到初始状态，T1常闭触点又再次闭合，T0开始倒计时1秒，1秒后指示灯又亮。如此循环就实现了指示灯的闪烁。图表 7 控制指示灯闪烁梯形图再次，指示灯闪三次是由一个计数器C1来控制的。其梯形图如图表 9所示。图表 8 指示灯闪3次最后，指示灯常亮。当计数器C1计数结束后，其常开触点断开，M0.6失电，指示灯将不再闪烁。但是同时C1常闭触点闭合，使指示灯得电，保持常亮状态，直到按下停止按钮。其梯形图如图表 10所示。图表 9 指示灯常亮三、 元器件的选型开始/停止按钮要求主持人第一次按下启动，第二次按下停止，所以要带自锁型开关。抢答按钮和复位按钮不需要带自锁功能，所以选择瞬动型开关就好。元件选型如表格2所示。表格 2 元件选型表名称符号型号数量备注开始/停止按钮SB11LA 39-11DT1自锁型抢答按钮SB21-SB25LA 39-11D5瞬动型复位按钮SB12LA 39-11D1蜂鸣器SpeakerSFM-271指示灯HL1-HL5AD16-22DS5四、 总结通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。通过这次的课程设计，让我学到了很多东西。首先是对PLC这门课程的一个总体掌握与运用的锻炼机会，在方案的规划，硬件的选择确定，程序中各个基本指令的用法，功能指令的应用场合、特定的功能等等这些方面，有了很大的提高；在就是学会了遇到不懂的问题及时查阅资料，其实很多东西书上写的很好很详细，只是平时在一些小的问题上没有注意，从而导致在用法上有困难；再就是通过这次设计让我对PLC产生了更加浓厚的兴趣，从开始到调试再到最后，遇到了很多问题，但是通过找办法，让一个个问题解决，我觉得这就是一种收获，一种满足。在此，我要感觉我的同学，是在大家的共同努力下完成了本次设计。同时，我要感谢我的老师，没有您的指导，我完成不了本次设计。谢谢您！五、参考文献1.西门子S7-300 PLC应用教程胡健主编. 北京：机械工业出版社，2007.2（2012.7 重印）2.电气控制技术李仁主编. 3版.北京：机械工业出版社，2008.6（2011.2 重印）附录附录一 程序梯形图附录二 电气原理图附录三 元件布置图