专业方向课程设计报告-6路抢答器PLC控制系统设计.doc

专业方向设计报告课程名称： 设计名称： 姓 名： 学 号: 班 级： 指导教师： 起止日期： 方 向 设 计 任 务 书设计要求：（指导教师给出的具体设计要求）控制要求1）抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S0 S5表示。2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。方 向 设 计 学 生 日 志时间设计内容2011.11.11查阅资料2011.11.15进行PLC程序编写2011.11.20进行MCGS的界面设计2011.11.25到实验室进行调试2011.11.29到实验室进行调试2011.12.03整理资料，书写报告。2011.12.06答辩196路抢答器PLC控制系统设计摘要 本设计将以松下FP0 PLC为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，并在组态软件里进行监控界面的设计，达到了同步的要求。在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加了一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性关键词松下可编程逻辑控制器 抢答器 工控组态软件 6-way Responder PLC Control System DesignAbstractPanasonic FP0 PLC will be the design for the core design of the system structure, process instructions, ladder, and the distribution of program input and output terminals, and monitor configuration software in the design of the interface, to the synchronization requirements. While retaining the original Responder at the same time the basic functions of a series of practical features to increase and simplify the circuit structure, its control will be convenient, flexible, as long as the PLC control program to change the input can change the race Responder Responder program, which makes competition continue to improve its fairness, impartialityKeyword： Panasonic PLC；Responder；MCGS一、设计目的和意义1、设计目的 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，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。现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单(有的甚至没有显示电路)，无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。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正、公平、公开。2、设计意义 在设计中，我运用了松下PLC可编程逻辑控制器和其他理论和实际知识进行设计，加深了对以前所学的知识的理解。掌握了PLC和MCGS组态软件设计的一般规律，提高了我分析和解决实际问题的能力。通过这次设计，我学会了从所实现的目的出发，合理选择所需的硬件和软件，制定合理的设计方案，省时省力的完成设计。 二、控制要求1）抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S0 S5表示。2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。4）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。5）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。三、设计方案论证方案一：抢答器功能的方式有多种，可以采用前期的模拟电路，数字电路或模拟与数字电路相结合的方式。但这种对电路知识要求很高，实现起来相对简单。方案二：基于单片机的抢答器设计，这种的成本较高，对硬件电路要求较高，运用单片机所学知识，通过外部硬件电路的链接和编程实现。方案三：运用PLC可编程控制逻辑器件，通过编程实现逻辑输入输出的功能，达到一个实现控制要求的目的，运用MCGS组态软件，进行界面监控及远程控制，综合起来看，运用单片机及数电模电知识做不利于监控界面的制作，最终选择基于PLC的抢答器设计。四、系统设计设计原理：基于PLC的程序控制，先进行程序的编写，抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，则报警器响2秒，数码管上显示抢答的时间，并锁存，按钮无效；当30秒倒计时到了，则数码管上显示00，在MCGS组态软件上做监控界面，实现数据的通信，进行设备的调试及监控，以及远程调试控制。 1、 根据控制要求，进行抢答器PLC控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。(1)设计原理基于PLC的程序控制，先进行程序的编写，抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，则报警器响2秒，数码管上显示抢答的时间，并锁存，按钮无效；当30秒倒计时到了，则数码管上显示00，在MCGS组态软件上做监控界面，实现数据的通信，进行设备的调试及监控，以及远程调试控制。(2)I/O分配 表1 I/O地址分配表分类器件名称I/O端子功能输入S0X0一号抢答器按钮S1X1二号抢答器按钮S2X2三号抢答器按钮S3X3四号抢答器按钮S4X4五号抢答器按钮S5X5六号抢答器按钮S6X6系统清除S7X7主持人控制按钮输出L0Y0选手1指示灯L1Y1选手2指示灯L2Y2选手3指示灯L3Y3选手4指示灯L4Y4选手5指示灯L5Y5选手6指示灯 续表1输出L6Y6蜂鸣器H0Y20数码管显示个位H0Y21数码管显示个位H0Y22数码管显示个位H0Y23数码管显示个位H1Y24数码管显示十位H1Y25数码管显示十位H1Y26数码管显示十位H1Y27数码管显示十位2、 根据控制要求，编制抢答器PLC控制应用程序。1）抢答器抢答程序抢答程序，当主持人摁下抢答开始按钮时，系统开始30秒倒计时，当某位选手摁下抢答按钮时，选手灯亮并触发蜂鸣器响2秒，其他选手的抢答按钮全部锁存，按钮无效，倒计时结束，并在数码管上显示抢答时间。 图1 抢答器抢答按钮梯形图图2 抢答触发蜂鸣器梯形图如果30秒之内没有选手按下抢答按钮，则视为抢答无效，抢答器上显示00；抢答无效，只有主持人摁系统清除使系统恢复功能，当主持人摁下抢答开始按钮时才可继续抢答。图3 系统清除及主持人抢答控制按钮梯形图2）抢答器数码管显示程序抢答器显示时间的程序实现是通过各种函数实现的，首先F0将30送到SV1定时器，由R7触发倒计时功能，EV1中的数送到DT1中，由F80 译码并输出。当选手摁下抢答按钮时触发中间继电器R11，将EV1中的数值送到DT3数据寄存器中，将30送给DT2，F25函数，使DT2中的数减去DT3中的数并把结果存在DT2中，再将DT2的数送给DT1中，并由F80，将DT1中的数译码输出。倒计时结束，如果没有人抢答，则抢答无效，显示00。图4 抢答器数码管显示梯形图3）程序流程图开始主持人按钮按下 倒计时开始倒计时到00结束有无选手按下抢答按钮 N Y倒计时停止并锁存选手指示灯系统清除YEnd N图5 程序流程图3、 设计一个上位机监控界面（用组态软件MCGS）步骤：（1）打开MCGS组态软件界面。（2）新建一个用户窗口（3）从旁边的工具箱中的选中所需要的硬件设备（指示灯）拖放入窗口中，从选取按钮。用画根矩形条，组成数码管。图6 监控界面设计图（4）按钮的设置双击按钮进入属性设置界面，将基本属性中的按钮标题改为“按钮”，其他不变。图7 按钮属性设置（5）指示灯的属性设置双击指示灯，按照下图进行设置：图8 指示灯属性设置（6）数码管的设置单击每段分别进行设计，因为用的松下PLC的数码管是BCD码的数码管，所以，在进行设计的时候需要注意，因为分配的I/O端口是Y20-Y27。图9 数码管以个位最上面那段举例，当数码管需要显示0、2、3、5、6、7、8、9。所以设置为：(y20=0 and y21=0 and y22=0 and y23=0) or (y20=0 and y21=1 and y22=0 and y23=0)or (y20=1 and y21=1 and y22=0 and y23=0) or (y20=1 and y21=0 and y22=1 and y23=0) or (y20=0 and y21=1 and y22=1 and y23=0) or (y20=1 and y21=1 and y22=1 and y23=0) or (y20=0 and y21=0 and y22=0 and y23=1) or (y20=1 and y21=0 and y22=0 and y23=1)其他的同理。属性设置如下：图10 数码管属性设置（7）蜂鸣器属性设置双击蜂鸣器，按下图进行属性设置： 图11 蜂鸣器属性设置（8）给各个硬件加注解单击左侧工具箱中的，在新建的窗口中拉出合适的大小，并注释。（9）在实时数据库中新增所需数据并选择数据类型并设置单击工作台，单击实时数据库，点击新增对象，双击窗口中新增对象进行属性设置，将对象名称改为需要的名称，对象类型选为开关型。 图11 数据对象属性设置图 （10）添加硬件设备在工作台中选择设备窗口，双击设备窗口，点击工具栏中的图标，进行设备的设置，选择设备管理，选择串口通讯父设备。再从PLC设备中选取松下FP系列PLC，点击确定。图12 设备管理选取点击确定之后右键单击PLC设备进行属性设置，点击内部属性栏-设置设备内部属性旁边的图标，进行通道属性的设置。具体的按下图进行设置：图13 设备属性设置选择通道连接项，进行通道连接的设置，选择通道连接，增加通道，进行设置。图14 增加通道设置 在通道连接项中可以查看对应的通道连接口图15 通道连接对应口点击确定退出设备窗口。整个工程就设置完成了。图16 组态软件设计界面在用户窗口中将所设计的工程设为启动窗口，再点击工具栏中的进行联机调试。图17 联机调试组态软件界面4、 程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。在最初的设计初始，用8路抢答器，但由于实验室PLC设备无法支持扩展，I/O口不够，于是该做6路抢答器，并不显示组号，蜂鸣器由指示灯代替，原先准备蜂鸣器响0.5秒，但发现0.5秒显示不够明显，改为5秒。在调试过程中，先把4位BCD码显示原理了解清楚了，再在FPWIN上进行程序的编写，经过程序的编写后，就是程序的调试阶段，当组态软件上运行的时候，发现，数码管显示不正常，发现是设置不正确，重新设置后显示正常，但是在组态软件界面中不能操作，原因是在组态软件中必须要并一个R继电器才能使程序进行操作，不然就会出现不能进行远程监控的目的，改正了之后发现按钮动作异常，于是换成可以（按一松零）的按钮就解决问题了。这其中多亏了老师细心的指导。五、设计结果及分析在整个设计过程中，通过以上的分析、比较，得到了一种较为理想的抢答器控制系统电路设计。在实验室的实验设备上进行了验证，实验结果证明该电路设计合理，具有比较可靠的工作方式和更强的实用性，达到了预期的实际目的和要求。通过智力竞赛抢答器的设计，为综合使用PLC、MCGS组态软件有了更深的了解。有利于进行其他较大规模的综合性控制系统设计打下了坚实的基础。六、结束语在正式设计之前，我也通过网络和书本查找了一些相关的知识。但是在设计时还是遇到了各种各样的问题，选手的抢答控制电路还是比较容易实现的，因此这一部分不存在太多的困难，但是数码管的显示还是让我很头疼，我设想了两种方案：一种是使用译码器来驱动7段数码管，另一种是用输出端口直接驱动数码管。后来又听取其他同学的讨论意见以及请教老师，了解到实验室的输入输出不能扩展，于是就采用了BCD码的数码管，但是在调试的过程中我们发现编的多路显示程序是不能在硬件电路上实现的，而且使用定时器的时候要用到将倒数计时的时间提取出来送到某个个单元里，开始的时候我们没弄明白提取出来的时间是怎么分配到内存单元中的。不过通过老师的讲解和软件自带的功能说明一点点的解决了问题。最终运用松下PLC中自带的函数功能将译码的数据进行输出。并且在组态软件上还是可以识别的。 这次的课程设计虽然比较简单，但是通过老师耐心地帮助，还算比较完整的设计出了程序，但是一开始我们没有预想到多路显示会有问题这让编程调试多花了不少时间，而且稍让人有点遗憾的是实验室的硬件有限不能将程序完整的仿真验证。不过通过这次课程设计，加深了PLC和MCGS知识的了解程度，并能熟练掌握运用，增强了自信心和其他方面的知识技能。这将会给我们以后的学习和工作提供一笔宝贵的经验。参考文献（递增引用，引用相关内容）1陈建明.电气控制与PLC应用(第2版).M.北京：电子工业出版社.2010.12郝久清，肖立. PLC控制系统的可靠性设计.J.自动化仪表.2005，113阎石.数字电子技术基础（第五版）M.北京:高等教育出版社.2006.54段苏振.提高PLC控制系统可靠性的设计因素.J.电气传动.2003，55 袁秀英. 组态控制技术 电子工业出版社. 2003-8附录