抢答器的PLC控制系统设计

1课程设计任务书课程设计名称：可编程序控制器应用技术设计题目：抢答器的PLC控制系统设计设计依据、要求及主要内容：一、实验目的1、掌握PLC电气控制系统的设计方法。2、掌握PLC电气系统的设计、调试方法。二、实验设备1、PLC——Ⅲ型可编程控制台。2、编程器。3、实验导线。4、控制要求的其他外围设备。三、设计内容（一）控制要求设计供4组参赛队伍进行抢答的控制系统，有数字显示和声音提示，并设有答题时间控制。1、参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，否则按抢答器按钮或一直按着抢答器按钮不放，均不起作用。2、在抢答时显示最先抢到的一组的组号，扬声器响一声，其他组均被封锁。3、每道答题在规定的时间10S内完成，超时则自动取消答题资格，显示器数字显示0并报警一声。4、答题完成后由主持人结束答题，即复位，显示器数字回到0。（二）I/O分配输入：X0主持人开始抢答按钮SB0X11主持人结束抢答按钮SB11X1第一组抢答按钮SB1X2第二组抢答按钮SB2X3第三组抢答按钮SB3X4第四组抢答按钮SB4输出：Y0扬声器控制信号Y1个位数字a段控制信号Y2个位数字b段控制信号Y3个位数字c段控制信号2Y4个位数字d段控制信号Y5个位数字e段控制信号Y6个位数字f段控制信号Y7个位数字g段控制信号（三）设计要求1、画出PLC的输入输出设备的接线图；2、使用经验设计法完成梯形图、指令表的程序设定；3、完成程序的仿真调试和模拟试验；4、完成设计说明书。3目录1概述.........................................................................32方案确定.....................................................................43硬件参数设计.................................................................43.1PLC的选型...............................................................63.2I/O端口分配.............................................................63.3主要参数分析及器件选型...................................................73.4确定外部接线方案.........................................................84软件设计.....................................................................84.1设计流程图...............................................................84.2设计梯形图...............................................................95软件仿真.....................................................错误!未定义书签。6实物接线.....................................................错误!未定义书签。7现场调试.....................................................错误!未定义书签。8心得体会.....................................................错误!未定义书签。一、主要功能的概述○1设计供4组参赛队伍进行抢答的控制系统，有数字显示和声音提示，并设有答题时间控制。○2参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，否则按抢答器按钮或一直按着抢答4器按钮不放，均不起作用。○3在抢答时显示最先抢到的一组的组号，扬声器响一声，其他组均被封锁。○4每道答题在规定的时间10S内完成，超时则自动取消答题资格，显示器数字显示0并报警一声。○5答题完成后由主持人结束答题，即复位，显示器数字回到0。二、方案确定经验设计法:（1）分析工艺流程与控制要求，确定输入与输出信号；（2）确定输入输出接线方案；（3）根据工艺流程与控制时序，按阶段设计梯形图；（4）调整优化程序结构，并进行逻辑检查。三、硬件设计3.1.PLC的选型1）可编程序控制器的结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源模块和编程设备组成CPU相当于人的5大脑，存储器是存储文件的。把文件扫描，在把文件打印出来，这是I/O的功能，相当与人的五官。可编程序控制器其实和微机差不多。由微处理器（CPU），存储器（ROM，RAM），输入/输出单元（I/O），编程器用于用户程序的编制，调试检查和监视，还可通过键盘调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。电源是提供PLC的能源。2）可编程序控制器的特点（1）、可靠性高，抗抗干扰能力强！（平均无故障时间一般可达3—5万小时。（2）、维修方便（3）、灵活：通用（4）、功能完善（5）、接线简单（6）、编程简单，使用方便。3)可编程序控制器的工作原理PLC的工作原理就是无限循环扫描，扫描过程是，初始化处理；处理输入信号阶段；程序处理阶段；处理输出信号阶段。扫描周期过程是T=（读入一点时间*点数）+（运算速度*程序步数）+故障诊断时间。4)可编程序控制器应用场合（1开关量逻辑控制（2模拟量闭环控制（3数字量智能控制（4数据采集与监控（5通讯，联网及采集控制5)可编程序控制器的分类整体式：CPU单元，存储器，I/O单元，安装在同一机体内，构成主机。组合式：所有单元都分散在模块上，不同的模块可以实现不同的功能。小型机：控制点数100~500点左右。（整体试）中形机：控制点数500~1000点左右。（整体试）大型机：控制点数1000以上（组合试）这次四路抢答器系统的设计选用的是三菱系列FX1N-60MR，FX1N系列拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX1N是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案。价格便宜，功能齐全，比起其他PLC有着速度、逻辑、定位等优越之处。安装简单，维修方便。FX1N-60的I/O总数30，输入/输出各30个，输入类型为漏型，输出类型为继电器或晶体管，FX1N通过储存的程序周期运转。这是PLC的机型以及相关硬件的型号选择。3.2.I/O端口分配输入编号输入设备输出编号输出设备X000（开始）SB0Y000扬声器X011（结束）SB11Y001数字a段X001（第一组）SB1Y002数字b段X002（第二组）SB2Y003数字c段6X003（第三组）SB3Y004数字d段X004（第四组）SB4Y005数字e段Y006数字f段Y007数字g段3.3.主要参数分析及器件选型各抢答按钮以及开始结束按钮根据设计要求均选用常开的按钮开关。由于在抢答现场，扬声器的音量要足够大，同时要满足频繁使用要求，扬声器要经久耐用。由于三菱FX1N-60输出的是直流24V的电压，而一般的1.8英寸的八段数码管的驱动电压仅需+12V,过高电压可能烧毁八段数码管。因此，我们选用了特定的由+24V驱动的八段数码管。3.4.外部接线图根据I/O分配点可以设计出外部接线图，其中输入端口共用一个COM口，COM0对应Y0、COM1对应Y1、7COM2对应Y2、Y3，而Y4、Y5、Y6、Y7共用COM3口。电源接入220V的交流电源。外部接线图如下：四、软件设计4.1设计流程图4.2梯形图程序8910五、软件仿真将用户程序输入计算机的GXDeveloper编程软件，经过反复编辑、编译、上载、监视、运行，直至运行正确。使用GXDeveloper编程软件还可以在PLC运行监视程序执行的过程和各元件的状态及数据，打开菜单选中监控模式。这时闭合触点和通电线圈内部颜色变蓝。在PLC的运行工作状态随输入条件的改变定时及计数过程的运行，每个扫描周期的输入阶段将各个期间的状态刷新，同时还可以动态显示各个定时与计数器的当前值，以便在线动态观察程序的运行，出现错误易于发现更改。在编辑状态下对程序进行修改编辑，重新变换、写入、监视运行，如此反复修改调试，直到得到正确运行结果。六、实物连线在PLC实验室用若干导线将三菱FX1N-60型PLC与八段数码管以及扬声器按照外部接线图所示线路连接。七、现场调试通过输出模块上各输出继电器对应的八段数码管的的对应字段，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、顺序功能图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后及时修改程序。直到在各种可能的情况下输入信号与输出信号之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。7.1运行情况及问题在整个调试过程中，遇到了不少的问题，在最开始的调试中，正常时序下的变化都有些混乱，有时候亮字段与设计不相同，有时候会有几个字段同时亮，总之，因为程序上的各种小问题会导致很多显示上的问题，通过监控，我们一次次进行修改，有时候程序上有矛盾，有时候少添加了一些中间继电器，最后正常抢答条件下的运行状况终于与预期的一致。参赛者只有在主持人按下开始抢答按钮后再开始抢答才有效，否则按抢答器按钮或一直按着抢答器按钮不放，均不起作用。在抢答时显示最先抢到的一组的组号，扬声器响一声，其他组均被封锁。每道答题在规定的时间10S内完成，超时则自动取消答题资格，显示器数字显示0并报警一声。答题完成后由主持人结束答题，即复位，显示器数字回到0。在最后，我们的运行情况完全达到了题目的控制要求，符合预期。11八、心得体会三菱系列FX1NPLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。PLC还具有功能强，适应面广的特点。本次的抢答器的设计将我们学到的知识应用到了实践，深化了对可编程控制器梯形图设计的认识，在设计的实践中获得新知。该项目主要以三菱FX1N-60MR为核心器件，通过计算机按项目要求，用梯形图编程并输入PLC，按预定的输入输出接点接入了所需的按钮及指示灯，，经过几次对照实验所设计的抢答器能可靠实现项目要求。在整个课程设计的完成中遇到了很多的困难，刚开始从网上搜索了很多相关的内容，又根据自己的想法进行设计，结果肖老师给我说了很多很多不合理的地方，主要还是结构不清晰、不调理。后来我又经过思考后得到了满足设计要求的方案。后来经过自己一步步的归纳总结以及肖老师的耐心辅导，才完成了现在的课程设计报告。此外我还遇到了许多知识上的不理解，有的是自己看书，有的是问周围的老师和同学，最后还是把不懂的地方学会学懂了，知识结构框架更加立体了，感觉非常充实。通过课程设计使学生认识理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中随时会遇到各式各样的问题，同时会不断发现自己的不足之处。本次课程设计我经历了收集资料、方案比较、软硬件设计及整体调试的全过程，提高了分析、综合能力以及工程设计中分析设计的基本能力，为今后的毕业设计做必要的准备，并为毕业后的工作学习提供了借鉴思路。再次感谢肖老师的全力帮助！