PLC四路抢答器课程设计报告

目录

摘要 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2

第一部分 设计背景与选题 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

1．应用背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.1设计背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

1.2设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第二部分 PLC编程与硬件接线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4

2．抢答器„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

2.1四路抢答器概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

2.2四路抢答器工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3．PLC概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.1 PLC产生与发展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.2 PLC的特点与应用领域„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.3 PLC工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ „ 8

3.4 PLC的基本结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

3.5 PLC的编程语言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

3.6 PLC的分类及性能指标„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12

4. 系统硬件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14

4.1 控制系统选取„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14

4.2 控制系统硬件组成结构图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14

4.3 系统I\O分配表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15

4.5 系统硬件连接图 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16 第三部分 程序设计与调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 5 系统软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17

5.1 整体设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17

5.2 编程软件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 18

5.3 指令表„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22

5.4 软件调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 24 第四部分 分析与总结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 6 结论分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 7 心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25

摘要

近年来随着科技的飞速发展， 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。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。

本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制智力抢答器进行控制。首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出显示功能等。

关键词：智力控制，四路抢答器， PLC

一、 设计背景与选题

1. 设计背景

抢答器广泛应用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种抢答器，能使四个人同时参加抢答赛，四个参赛台总体设计选用西门子S7-200PLC控制抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。

抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大提升；更加方便可靠。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，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。此任务的抢答器可根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据情况用灯光和声音现实其回答正确和错误。四路智力抢答器有四个抢答按钮最先按下按钮有效，在此之后按下按钮无效，伴有灯光和声音指示，并开始计时答题时间。计时时间到声音提示停止答题，同时有警报响起。主持人有开始和停止按钮，及系统自带的复位按钮。

2. 设计目的

⑴ 熟悉PLC主机结构及编程环境；

⑵ 进一步熟悉编程器及STEP—7的使用方法，掌握输入\输出、定时器\计数器、微分、保持

继电器等常用指令的功能和编程方法；

⑶ 理解联锁、跳转、数据比较、数据位移、数据传送、数据转换、运算等指令的功能，掌

握其使用方法；

⑷ 通过基本训练，设计一个PLC控制抢答器装置。按控制要求选择PLC机型和外部设备，设计PLC外部电路的接线图。编写控制程序，并学习上机调试程序的方法；

第二部分 PLC编程与硬件接线

2．抢答器

2.1四路抢答器概述

抢答器广泛应用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使八个队同时参加抢答,赛场中设有1个主持人参赛台总体设计选用西门子PLC控制抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。

抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位,它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，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。

可编程控制器（PLC）：所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。

PLC的可靠性：进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。PLC的可扩展性：要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而PLC的编程相对比较简单，这样对于开发周期会缩短。

PLC的可维护性：PLC本身有很强的自诊断功能，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。操作：PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。

特点：价格与前二种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。

2.2四路抢答器工作原理

这次设计的PLC智能抢答器是适合四人抢答的四路抢答器。给竞赛主持人设置了3个控制按钮，用来控制开始、复位、停止计时，每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，音响电路发出声响提示信号以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号同时音响电路发出声响并且有音响警报。按下启动按钮定时器T37计时（设定30秒）若30秒限制到时仍无人抢答音响电路发出声响，以示选手放弃该题。此设定为30秒，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。其中以上功能都通过编制PLC程序来控制一个数码管以及一个蜂鸣器来实现的。

本次设计用到三个定时器，T37、T38和T39。在主持人按下启动按钮后用定时器T38定时5S，在5S内按下抢答按钮是有效的，超出5S此题将作废，主持人按下复位按钮重新开始下一题。T39用来延时1S，当抢答有效时，蜂鸣器回响1S。

3 PLC概述

3.1 PLC产生与发展

在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。

1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。

1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。

早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic controller）随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。

20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。

自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美国的A-B (Allen-Bradley)公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱电机（Mitsubishi Electric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等。

3.2 PLC的特点与应用领域

（一）PLC的特点

PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：

1．可靠性高、抗干扰能力强

可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时 ，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施：

（1）硬件方面 I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。

（2）软件方面 PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。

2．编程简单、使用方便

目前，大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。

许多PLC还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。

3．功能完善、通用性强

现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网以等许多功能。同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。

4．设计安装简单、维护方便

由于PLC用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。

5．体积小、重量轻、能耗低

由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。

（二）PLC的应用领域

目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：

1.开关量逻辑控制

利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。

2.运动控制

大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。

3.过程控制

大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。

4.数据处理

现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（CNC）设备，进行处理。

5.通信联网

PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与上位计算机、PLC与其它智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要。

3.3 PLC工作原理

当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

扫描工作原理

1、输入映像寄存器的内容是由设备驱动的，在程序执行过程中的一个周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像寄存器的值来控制程序的执行。

2、扫描周期周而复始地进行，读输入、输出和用户程序是否执行是可控的。

3、对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。

4、各个电路和不同扫描阶段会造成输入和输出延迟，这是PLC的主要缺点。在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入映象寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映象寄存器和输出映象寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映象寄存器。

3.4 PLC的基本结构

PLC是微机技术和控制技术相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用于控制的特殊计算机，因此PLC的基本组成与一般的微机系统类似。

一、PLC的硬件组成

PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。

对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图2-5所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图2-6所示。无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。

图2-5 整体式PLC组成框图

图2-6 模块式PLC组成框图

尽管整体式与模块式PLC的结构不太一样，但各部分的功能作用是相同的，下面PLC主要组成部分：

1、 中央处理单元（CPU）

2、 存储器（Memory）

3、 基本I/O接口电路

4、 通信接口

5、 智能接口模块

6、 编程装置

7、 电源

二、PLC的软件组成

PLC的软件由系统程序和用户程序组成。

系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。

PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。

PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图等。

3.5 PLC的编程语言 1梯形图语言

梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。

如图2-9所示是传统的电器控制线路图和PLC梯形图。

图2-9 电器控制线路图与梯形图

a）电器控制线路图 b）PLC梯形图

从图中可看出，两种图基本表示思想是一致的，具体表达方式有一定区别。PLC的梯形图使用的是内部继电器，定时／计数器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制线路硬接线无法比拟的。 2语句表语言

这种编程语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。在PLC应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。因此，就用一系列PLC操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到PLC中。虽然各个PLC生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。

3功能表图语言

功能表图语言（SFC语言）是一种较新的编程方法，又称状态转移图语言。它将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件，转换条件满足就实现阶段转移，上一阶段动作结束，下一阶段动作开始。是用功能表图的方式来表达一个控制过程，对于顺序控制系统特别适用。 4高级语言

随着PLC技术的发展，为了增强PLC的运算、数据处理及通信等功能，以上编程语言无法很好地满足要求。近年来推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高级语言，如BASIC语言、C语言、PASCAL语言等进行编程。采用高级语言后，用户可以像使用普通微型计算机一样操作PLC，使PLC的各种功能得到更好的发挥。

3.6 PLC的分类及性能指标

3.6.1按I/O点数容量分类

1、小型机（I/O点数小于256点）典型的小型机有SIEMENS公司的S7-200系列。

2、中型机（I/O点数在256—1024之间）典型的中型机有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列。

3、大型机（I/O点数在1024点以上）典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400和OMRON公司的CVM1和CS1系列。 3.6.2按结构形式分

根据PLC结构形式的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。 1、整体式结构微型和小型PLC一般为整体式结构。如西门子的S7-200。

2、模块式结构目前大、中型PLC都采用这种方式。如西门子的S7-300和S7-400系列。

3.6.3 PLC的性能指标

1、I/O点数I/O点数，即PLC面板上的I/O端子的个数。I/O点数越多，外部可以连接的I/O器件就越多，控制规模就越大。它是衡量PLC性能的重要指标之一。

2、存储容量这里专指用户存储器的存储容量，它决定了用户所编程序的长短。大、中、小型PLC的存储容量变化范围一般为2KB～2MB。

3、扫描速度扫描速度是指PLC执行程序的快慢，是一个重要的性能指标，体现了计算机控制取代继电器控制的吻合程度。可编程控制器采用循环扫描的工作方式。

4、指令系统它是衡量PLC能力强弱的标志，决定了PLC的处理能力、控制能力的强弱。限定了计算机发挥运算功能、完成复杂控制的能力。

5、通信功能通信有PLC之间的通信和PLC与计算机或其它设备之间的通信。主要涉及通信模块、通信接口、通信协议、通信指令等。

6、扩展能力扩展能力包括I/O点数的扩展和PLC功能的扩展两方面的内容。

7、特殊功能单元特殊功能单元种类多，也可以说PLC的功能多。典型的特殊功能单元有模拟量、模糊控制连网等功能。

4. 系统硬件设计 4.1 控制系统选取

抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。为此，我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入, 输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：

1、可靠性高：由于可编程控制器的输入, 输出端口均采用继电器或光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在恶劣环境下可靠工作。

2、体积小：由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。

3、通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU 模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性。

4、使用方便：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入、输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。基于可编程控制器的上述优点能够适应和满足立体车库高性能的使用要求，所以我确定该车库控制系统为PLC(西门子S7-200系列)。

4.2 控制系统硬件组成结构图

4.3 系统I\O分配表

抢答器的PLC控制系统的输出端口如表4.1所示：

表4.1

4.4 系统硬件连接图

根据系统要求和所需要的硬件，系统数字量输入点总计6个，输出点总计9个点。综合考虑到系统的性价比和系统的可扩展性，输入、输出点留出一定的富裕量，因此PLC选择SIEMENS的S7-200系列的CPU226继电器输出型和数字量扩展模块EM223。输入、输出端子电气接线图如图所示。

第三部分 程序设计与调试

5 系统软件设计

5.1 整体设计

根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。控制软件应用SIEMENS编程软件，采用梯形图语言编写工作系统自动控制流程框图如图4.1.所示。根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。

5.2 编程软件

为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器M10.1、M10.2、M10.3、M11.0、M11.1、M11.2。避免了程序运行中的双线圈输出。

网络1是程序的启-保-停电路

网络2、3、4、5实现四个抢答功能，自锁及互锁。

网络6、7用来定时。分别是30S和5S。

网络8-在主持人发出开始信号前，若有人按下抢答按钮则报警。

网络9-实现定时功能，抢答成功发出警报延时1S

网络10-30S内无人作答此题作废发出警报，同时彩灯点亮。

最后一部分网络：数码管显示对应抢答器的序号。

5.3 软件指令表

5.4 软件调试

将设计好的程序写入PLC后，首先要做的就是仔细检查程序，并改正写入时出现的错误。用户程序一般先在实验室模拟调试，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。也可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号。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、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。

完成上述的工作后，就可以进行现场的调试工作。首先将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中有可能将会显示出系统中原先可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则可以对相应硬件和软件部分设计作适当调整，通常只需要略微修改程序就可能出现实际效果。全部调试通过后，再经过一段时间的实验，系统才可以投入到实际运用当中。

调试过程中遇到的问题和解决方法： （1）

程序下载不到PLC的CPU中，有可能是CPU模式没有设置正确。需要将CPU设置在RUN模式。

（2）

调试结果与设计的不完全吻合，此时需检查程序看是否存在逻辑上的错误或是双线圈输出问题。

（3）

不断地调试和检查，使得在满足要求的前提设计出运行最稳定程序最简单的程序。

第四部分 分析与总结

6． 结论分析

此次程序调试的结果与课程设计的要求基本相符，但是在完成了基本任务之后我们也在思考还有哪

些没有开发出来的功能或是程序还有可以简化的地方。譬如，可以通过中间继电器的使用，从而避免程序中的双线圈输出，这一点也是在程序出错之后才意识到的问题。只有通过不断地调整、思考、改进我们才能更加深入了解PLC及其编程的内涵所在。

最后在上交成果的时候，老师的许多问题和意见也深深启发了我们。充分利用现有资源结合所学知识，可以设计出功能相对比较丰富的抢答器。

7． 心得体会

失败总是难免的，调试程序也不是一次两次就可以成功的。重要的如何在失败与错误中有所反思和总结，只有在失败中才能真正体会到成功的不易。

在此次课程设计的过程中遇到了各种各样的问题。从硬件接线、设备运行模式到软件编程和程序调试都有不同的问题出现。我们利用现有的资源，向老师请教，向同学询问，包括上网查询资料等，这些大大帮助了我们，是我们少走了很多弯路。

这次电器与PLC控制技术的课程设计给我最大的感受就是，这门课程的综合分析实践性非常强，应用的范围也非常广泛。与其他课程不同的是这门课程理论性不是很强，主要强调的是逻辑思维能力以及动手操作实践能力。只有亲自动手实践了才能对课程中的知识有更加深入的理解。所谓眼过千遍，不如手过一遍就是这个道理。

还有一点我想在此强调一下：团队合作在这次课程设计中间发挥了极大的作用，通过团队的合作我们可以互相学习弥补各自的缺陷，可以借鉴他人优秀的想法和构思启发自己。团队的协作可以解决不同人的问题，以加深对理论的学习。同样团队中间的竞争意识也激发了大家的潜能，发挥自身最大优势，争取有所创新，调高了个人综合实力。

参考文献

[1] 张万忠、刘明芹. 电器与PLC控制技术. 北京：化学工业出版社，2011. [2] 西门子公司. SIMATIC S7-200系统手册，2002.

[3] 陈立定等. 电气控制及可编程控制器. 广州: 华南理工大学出版社，2001.