1、論文題目Plc控制多功能搶答器的設計姓名XXX焦作大學機電工程學院畢業論文中圖分類號：PLC控制多功能搶答器的設計專業名稱 應用電子技術學生姓名 XXX導師姓名 XXX焦作大學機電工程學院2012年12月中圖分類號： 密級：UDC： 單位代碼：PLC控制多功能搶答器的設計PLC control the design of multi-function Responder姓 名XXX學 制三年專 業應用電子技術研究方向電子產品導 師XXX職 稱論文提交日期2012年12月論文答辯日期2012年12月焦作大學機電工程學院摘 要近年來隨著科技的飛速發展， PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統的控

2、制檢測技術的不斷更新，可編程控制器由于其優良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業中的應用日益廣泛普及。對于搶答器其廣泛用于電視臺、商業機構、企事業工會組織、俱樂部及學校等單位組織舉辦各種知識、技術競賽及文娛活動時作搶答之用，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業余生活，并且給人的視覺效果非常好，是各單位開展素質教育、精神文明、娛樂活動的必備產品。本次設計是利用PLC（Programmable Logic Controller）對PLC控制的四路智力搶答器進行控制。首先，選擇這個題目之后，我對本次設計進行了全面的思考。使自己對本次設計有一個大致的總體思路，然后仔細分析PLC控制的

3、四路智力搶答器的工作原理，以及它的一些工作過程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、報警、計時及輸出顯示功能等。考慮到只是PLC控制的四路智力搶答器則輸出端口需要25個，輸入端口需要7個，由于PLC具有可靠性高、體積小、通用性、使用方便等優點，因此，我決定選用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和數字量擴展模塊EM223作為本次設計的PLC。具有方便靈活，維護使用方便等特點。關鍵詞：智力控制，四路搶答器， PLCAbstractWith the rapid development of science and technology in recent years, t

4、he application of PLC constantly deepening while driving traditional control constantly updated detection technology, programmable controllers due to its excellent control performance, high reliability, in all walks of life the increasingly widespread application of popularity. Responder its widely

5、used in television, commercial institutions, enterprises and trade unions, clubs and schools, and other units organized various knowledge, for the answer in the technology race and cultural activities with to add irritating, entertaining for the contest, in enrich people's leisure life to some e

6、xtent, and gives the visual effect is very good, is an essential product for all units to carry out quality education, spiritual civilization, and recreational activities.The design is the use of PLC (Programmable Logic Controller control PLC control Quad intelligence Responder. First, select the su

7、bject, I design the comprehensive thinking. Have a general overall idea of the design, and then carefully analyze the PLC control Quad intelligence Responder works, as well as some of its work process analysis based mainly need to complete control of the host players Responder, alarm, timing and out

8、put functions. Taking into account only the PLC control the Quad intelligence Responder output port need 25 input port 7, PLC has high reliability, small size, versatility, ease of use, so I decided to use the SIMATIC S7-200 series CPU226 and digital expansion module EM223 as the design of the PLC.

9、With a convenient and flexible maintenance and easy-to-use features.Keywords: intellectual control, four-way Responder, PLC目 錄摘 要 II1 PLC四路搶答器概述 11.1 PLC四路搶答器概述 11.2 PLC智能搶答器的工作原理 32 PLC概述 42.1 PLC的產生、定義、組成、特點及發展趨勢 42.2 PLC工作原理 92.3 PLC的編程語言 102.4 PLC的分類及性能指標 103 系統硬件設計 123.1控制系統選取 123.2 控制系統的硬件組成 1

10、23.3 系統控制要求 133.4 控制系統I/O分配表 143.5 系統硬件連接圖 154 系統軟件設計 174.1 整體設計 174.2 PLC控制程序 185 模擬運行與調試過程 365.1 程序的模擬運行 365.2 程序的現場調試 37致 謝 43參考文獻 441 PLC四路搶答器概述1.1 PLC四路搶答器概述搶答器廣泛用于電視臺、商業機構及學校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業余生活。本文介紹一種數字式搶答器，能使四個隊同時參加搶答,賽場中設有1個裁判臺，4個參賽臺，分別為1號、2號、3號、4號參賽臺.總體設計選用西門子PLC控制,搶答操作方便，在很多的場所

11、都可以使用，并且給人的視覺效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業機構、學校及企事業單位, 它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業余生活。用PLC進行知識競賽搶答器設計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。PLC智能搶答器與單片機搶答器相比，在許多方面都顯示出優越性.首先說一下單片機搶答器，所謂單片機系統就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外

12、圍芯片，根據不同系統設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業現場的應用已逐步被PLC所代替。單片機的可靠性：由于目前國內市場上的單片機芯片的品質良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數離散性也很大，批量小的產品不可能經過篩選配對等技術處理，因此這樣的產品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數偏離設計要求都會引起系統的不穩定。另外，單片機的所有器件均不是工業級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力

13、很弱，而國內的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統的不穩定。單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發成本和周期都會增加。單片機的可維護性：一旦單片機系統出現故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統，這樣維修成本增加了。操作：現在國內單片機系統的操作均采用自設計的鍵盤，設定數據用撥碼開關，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發生故障

14、，操作人員必須翻閱說明書方能發現故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長。總之，這樣的人機對話不夠友善。特點：不可靠，價格便宜。可編程控制器（PLC）： 所謂PLC系統就是采用目前市場上各大工業控制廠家生產的可編程控制器，根據要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業現場應用最為廣泛。PLC的可靠性：進口PLC采用的CPU都是生產廠家專門設計的工業級專用處理器，其余各元件也是直接向生產廠家購買的，經過嚴格挑選的工業級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻

15、調速的干擾下仍能正常工作。PLC的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發周期會縮短。PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系統出現故障，根據自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統發生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚

16、至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據提示很快排除故障。特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。1.2 PLC智能搶答器的工作原理我所設計的PLC智能搶答器是適合四個人搶答的四路搶答器，現在以四路搶答器為例。給競賽主持人設置了3個控制按鈕，用來控制開始、復位、答題計時，每當主持人發出開始搶答指令后，那組選手最先按下搶答器按鈕，則數碼管就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發出聲響提示信號（持續三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應，選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規，違規時數碼管顯示其編號同

17、時紅燈亮音響電路發出聲響。當主持人按下搶答器按鈕時定時器T0開始計時（設定30秒）若30秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發出聲響，以示選手放棄該題。在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據需要調節，此設定為50秒，選手必須在設定時間內完成答題，否則，音響電路發出超時報警信號。其中以上功能都通過編制的PLC程序來控3個制數碼管和3個指示燈以及一個喇叭來實現，如圖1.1所示:圖1.1搶答器模型圖2 PLC概述2.1 PLC的產生、定義、組成、特點及發展趨勢2.1.1 PLC的產生可編程序控制器(Programmable Logic Controller，簡

18、稱PLC，是隨著科學技術的進步與現代社會生產力式的轉變，為適應多品種、小批量生產的需要而產牛、發展起來的一種新型的工業控制裝置。PLC從1969年問世以來，雖然至今還不到40年，但由于其具有道用靈活的控制性能、可以適應各種工業環境的可靠性與簡單方便的使用性能，在工業自動化各領域取得了廣泛的應用。曾經有人將PLC技術與數控技術(CNC、CADCAM技術、工業機器人技術并稱為現代工業自動化技術的四大支柱。眾所周知，制造業中使用的生產設備與生產過程的控制，一般都需要通過工作機構、傳動機構、原動機以及控制系統等部分實現。特別是當原動機為電動機時，還需要對電動機的啟制動、正反轉、調速與定位等動作進行控制

19、。生產設備與生產過程的電器操作與控制部分，稱為電氣自動控制裝置或電氣自動控制系統。最初的電氣自動控制裝置(包括日前使用的一些簡單機械，只是一些簡單的手動電器(如刀開關、正反轉開關等。這些電器只適合于電機容量小、控制要求簡單、動作單一的場合。隨著技術的進步，生產機械對電氣自動控制提出了越來越高的要求，電氣自動控制裝置逐步發展成了各種形式的電氣自動控制系統。作為常用電氣自動控制系統的一種，人們習慣上把以繼電器、接觸器、按鈕、開關等為主要器件所組成的邏輯控制系統，稱為“繼電接觸器控制系統”。“繼電接觸器控制系統”的基本特點是結構簡單、生產成本低、抗干擾能力強、故障檢修立觀方便、運用范圍廣。它不僅可以

20、實現生產設備、生產過程的自動控制，而且還可以滿足大容量、遠距離、集中控制的要求。因此，直到今天“繼電接觸器控制系統”仍是工業自動控制領域最基本的控制系統之一。但是，出于“繼電接觸器控制系統”的控制元件(繼電器、接觸器均為獨立元件，它決定了系統的“邏輯控制”與“順序控制”功能只能通過控制元件間的不同連接實現，因此，它不可避免地存在以下不足：1 通用性、靈活性差。2 體積大，材料消耗多。3 功能局限性大。4 可靠性較低，性用壽命較短。5 不具備現代工業控制所需要的數據通信、網絡控制等功能。正因為如此，“繼電一接觸器控制系統”難以適應現代復雜多變的生產控制要求與生產過程摔制集成化、網絡化需要。為了解

21、決“繼電一接觸器控制系統”存在的通用性、靈活性關，功能局限性大與通信、網絡方面欠缺的問題，20世紀50年代末人們曾設想利用計算機功能先備、通用性和靈活性強的特點來解次以上問題。但由于當時的汁算機原理復雜，生產成術高，程序編制難度大，加工業上控制需要大量的外圍接口設備，可靠性問題突出，使得它在面廣量大的一般工業控制領域難以普及與應用。到了20世紀60年代木，有人這樣設想：能否把計算機通用、靈活、功能完善的特點與“繼電一接觸器控制系統”的簡單易懂、使用方便、生產成本低的特點結合起來，生產出一種而向生產過程順序控制，PLC利用簡單語言編程，能讓完全不熟悉計算機的人也能方便使用的控制器呢？這一設想最早

22、由美國最大的汽車制造商通用汽車公司(GM公司于1968年提出。當時，該公司為了適應汽車市場多品種、小批量的生產要求，需要解決汽車生產線“繼電一接觸器控制系統”中普遍存在的通用性、靈活性問題，提到了對一種新穎控制器的十大技術要求，并面向社會進行招標。 十大技術要求具體如下：1 編樣方使，從可以在現場方便地編輯、修改控制程序；2 價格便宜，性能價格比要而于繼電器系統；3 體積要明顯小于繼電器控制系統；4 可靠性要明顯高于繼電器控制系統：5 具有數據通信功能；6 輸入可以是AC115V；7 輸出驅動能力在AC115V/2A以上；8 硬件維護方便，最好采即 “插接式”結構；9 擴展時，只需要對原系統進

23、行很小的改動；10 用戶存儲器容量至少可以擴展到4KB。根據以上要求，美國數字設備公司(DEC公司在1969年首先研制比了全世界第一臺可編程序控制器，并稱之為“可編程序邏輯制器”Programmable Logic Controller，簡稱PLC。試樣機在GM公司的應用獲得了成功。此后，PLC得到了快速發展，并被廣泛用于各種開義量邏輯運算與處理的場合。早期PLC的硬件主要由分立元件與小規模集成電路構成，它雖然采用了計算機技術，但指令系統、軟件與功能相對較簡單，一般只能進行邏輯運算的處理，同時通過簡化計算機的內部結構與改進可靠性等措施，使之能與工業環境相適應。正因為如此，在20世紀70年代初期

24、曾經出現過一些出二極管矩陣、集成電路等器件組成的所謂“順序控制器”；20世紀70年末期曾經出現過以MCl4500工業控制單元(Industrial control unit，簡稱ICU為核心出8通道數據選擇器MCl4512、指令計數器(MCl4516、8位可尋址雙向鎖存器(MCl4599、存儲器(2732等組成的“可編程序控制器”等產品。這些產品與PLC相比，雖然具有一定的價格優勢，但最終還是因可靠性、功能等多方面的原因，未能得到進一步的推廣與發展；而PLC則隨著微處理器價格的全面下降，最終以其優良的性能價格比，得到了迅速發展，并最終成為了當代工業自動控制技術的重要支柱枝術之一。2.1.2PL

25、C的定義PLC技術一經出現，立即引起了全世界的廣泛關注，1969年首先將其進行商品化并推向市場的是美國GOULD公司；1971年，在引進美國技術后，日木研制出了自己的第一臺PLC；l973年，德國SIEMENS公司也研制出了歐洲第一臺PLC；1974年，法國隨之也研制出了PLC。到了20世紀70年代中期，PLC開始采用微處理器。PLC的功能也從最初的邏輯運算拓展到具有數據處理功能，并得到了更為廣泛的應用。由于當時的PLC功能已經不再局限于邏輯處理的范疇，為此，PLC也隨之改稱為可編程序控制器(Programmable Controller，簡稱PC。1980年，美國電氣制造商協會(Nation

26、al Electronic Manufacture Association，簡稱NEMA對可編程序控制器進行了如下定義：“可編程序控制器是一種帶有指令存儲器，數字或模擬輸入/輸出接口；以位運算為主；能完成邏輯、順序、定時、計數和算術運算功能；面向機器或生產過程的自動控制裝置”。并將其統一命名為Programmable Controller (PC。2.1.3 PLC的基本結構PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，如圖2.1所示：圖2.1 PLC硬件結構1、中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC 系統程序賦予的功能接收并

27、存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據：檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O 映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O 映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O 映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC 的可靠性，靈活性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構成冗余系統，或采用三CPU 的表決式系統。這樣，即使某個

28、CPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。2、存儲器（Memory）可編程控制器的控制中樞，在系統監控下工作，承擔著將外部輸入的信號的狀態寫入映像寄存器區域，然后將結果送到輸出映像寄存器區域。CPU常用的微處理器有通用型微處理器，單片機和位片式計算機等。小型PLC的CPU多采用單片機或專用的CPU。大型PLC的CPU多用位片式結構，具有高速數據處理能力。3、基本I/O接口電路（1）輸入接口單元。PLC內部輸入電路作用是將PLC外部電路（如行程開關、按鈕、傳感器等）提供的、符合PLC輸入電路要求的電壓信號，通過光耦電路送至PLC內部電路。輸入電路通常以光電隔離和阻容濾波的方式提高抗干擾能力，輸入響

29、應時間一般在0.115ms之間。多數PLC的輸入接口單元都相同，通常有兩種類型。一種是直流輸入，一種是交流輸入。（2）輸出接口單元。PLC輸出電路用來將CPU運算的結果變換成一定形式的功率輸出，驅動被控負載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等）。PLC輸出電路結構形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。4、接口電路PLC接口電路分為I/O擴展接口電路和外設通信接口電路兩類（1）I/O擴接口電路I/O擴展接口電路用連接I/O擴展單元，可以用來擴充開關量I/O點數和增加模擬量的I/O端子。I/O擴展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。根據被控制對象對PLC控制系統的技術和要求，確定用戶所

30、需的輸入、輸出設備，據此確定PLC的I/O點數。（2）外設通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成PLC的控制網絡。PLC通過PC/PPI電纜或使用MPI卡通過RS-485接口和電纜與計算機連接，可以實現編程、監控、聯網等功能。5、電源PLC內部配有一個專用開關式穩壓電源，將交流/直流供電電源轉化為PLC內部電源需要的工作電源（5V直流）。當輸入端子為非干接點結構時，為外部輸入元件提供24V直流電源（僅供輸入點使用）。2.1.4 PLC的特點1、軟硬件功能強2、使用維護方便3、運行穩定可靠4、組織靈活2.1.5 PLC的發展趨勢從當前產品來看，PLC的發

31、展仍然主要體現在提及的縮小與性能的提高兩大方面。1向高速度、大容量方向發展 2向超大型、超小型兩個方向發展 3PLC大力開發智能模塊，加強聯網通信能力 4增強外部故障的檢測與處理能力 5編程語言多樣化 2.2 PLC工作原理2.2.1 循環掃描的特點1、輸入映像寄存器的內容是由設備驅動的，在程序執行過程中的一個周期內輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執行。2、掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執行是可控的。3、對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執行結果。4、各個電路和不同掃描階段會造成輸入和輸出延遲，這

32、是PLC的主要缺點。在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態鎖入映象寄存器中。緊接著轉入用戶程序執行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序對每條指令進行掃描，根據輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態執行用戶程序，同時將執行結果寫入輸出映象寄存器。2.2.2 PLC中的存儲器PLC中的存儲器按用途分為系統程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數據存儲器。1、用戶程序存儲器用來存儲根據控制要求而編制的用戶應用程序。2、用來存儲工作數據的區域稱為工作數據區。3、系統程序存儲器中存放的是廠家根據其選用的PLC的指令的系統編寫的系統程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其

33、內容。2.3 PLC的編程語言PLC是通過程序對系統進行控制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領域，一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎元素。梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據結果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖按邏輯關系分為“梯級”或網絡。如圖2.2所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。圖2.2PLC

34、控制的梯形圖程序2.4 PLC的分類及性能指標2.4.1按I/O點數容量分類1、小型機（I/O點數小于256點）典型的小型機有SIEMENS公司的S7-200系列。2、中型機（I/O點數在2561024之間）典型的中型機有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列。3、大型機（I/O點數在1024點以上）典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列。2.4.2按結構形式分根據PLC結構形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。1、整體式結構微型和小型PLC一般為整體式結構。如西門子的S7-200。2、模塊式結構目前大、

35、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。2.4.3PLC的性能指標1、I/O點數I/O點數，即PLC面板上的I/O端子的個數。I/O點數越多，外部可以連接的I/O器件就越多，控制規模就越大。它是衡量PLC性能的重要指標之一。2、存儲容量這里專指用戶存儲器的存儲容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型PLC的存儲容量變化范圍一般為2KB2MB。3、掃描速度掃描速度是指PLC執行程序的快慢，是一個重要的性能指標，體現了計算機控制取代繼電器控制的穩合程度。可編程控制器采用循環掃描的工作方式。4、指令系統它是衡量PLC能力強弱的標志，決定了PLC的處理能力、控制能力的

36、強弱。限定了計算機發揮運算功能、完成復雜控制的能力。5、通信功能通信有PLC之間的通信和PLC與計算機或其它設備之間的通信。主要涉及通信模塊、通信接口、通信協議、通信指令等。6、擴展能力擴展能力包括I/O點數的擴展和PLC功能的擴展兩方面的內容。7、特殊功能單元特殊功能單元種類多，也可以說PLC的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網等功能。3 系統硬件設計3.1控制系統選取搶答器對時間間隔的要求很高，而且多在會議、答辯賽等一些正規的需要進行搶答的場合中使用，所以對設備的精準性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統進行了全面的分析對比。可編程控制器（PLC）是由工業微型計算機

37、、輸入, 輸出設備、保護及抗干擾隔離電路等構成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應用角度看可編程控制器具有如下特點：1、可靠性高：由于可編程控制器的輸入, 輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環境下可靠工作。2、體積小：由于在制造時采用了大規模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現了小型化。3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結構，一般有CPU 模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統，對不同的控制系統，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用

38、性。4、使用方便：對于不同的控制系統，當硬件結構選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應程序即可，無需對系統連線做較大的修改，減少了現場調試的工作量，使用起來靈活方便。基于可編程控制器的上述優點能夠適應和滿足立體車庫高性能的使用要求，所以我確定該車庫控制系統為PLC(西門子S7-200系列。S7-200系列的PLC在各種行業的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應用。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優越的表現：極高的可靠性、程序易于掌握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴展功能。搶答器所使用的各種判斷信號均為數字量，所以用西門子S7-200系列就完全可以滿足電氣控

39、制系統方面的要求。3.2控制系統的硬件組成在搶答器的工作過程中，主控單元的主要控制對象首先是輸入信號，控制系統就是判別這個事件有沒有發生，不同的情況給出不同的結果，讓大家都很快的明。其硬件組成結構圖如圖3.1所示:圖3.1系統硬件結構3.3系統控制要求1搶答器可同時供四組選手參加比賽2給主持人設置三個控制按鈕，用來控制搶答的開始、復位和答題計時的開始。3每當主持人發出開始搶答指令后，那組選手最先按下搶答按鈕，則數碼管1就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提示信號（持續3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應。選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統才能開始下一輪搶答

40、。4違規搶答：若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規，違規時數碼管1顯示其編號，同時紅燈亮，音響電路發出聲響。5搶答限時：當主持人按下開始按鈕后，定時器T0開始計時（設定30S）。若30S時限到仍無人搶答，則黃燈亮、音響電路發出聲響，以示選手放棄該題。6. 答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數碼管2、3上顯示答題倒計時時間（該時間設定為50S），選手必須在設定的時間內完成答題。否則，音響電路發出答題超時報警信號3.4控制系統I/O分配表 3.4.1 搶答器的PLC控制系統的輸出端口搶答器的PLC控制系統的輸出端口如表3.1所示：表3.1輸出信號對照表信號名稱內部地址信

41、號名稱內部地址數碼管1a段Q0.0數碼管2g段Q1.6數碼管1b段Q0.1數碼管3a段Q2.0數碼管1c段Q0.2數碼管3b段Q2.1數碼管1d段Q0.3數碼管3c段Q2.2數碼管1e段Q0.4數碼管3d段Q2.3數碼管1f段Q0.5數碼管3e段Q2.4數碼管1g段Q0.6數碼管3f段Q2.5數碼管2a段Q1.0數碼管3g段Q2.6數碼管2b段Q1.1音響Q3.0數碼管2c段Q1.2綠色指示燈Q3.1數碼管2d段Q1.3黃色指示燈Q3.2數碼管2e段Q1.4紅色指示燈Q3.3數碼管2f段Q1.53.4.2搶答器的PLC控制系統的輸入端口搶答器的PLC控制系統的輸入端口如表3.2所示：表3.2輸

42、入信號對照表信號名稱內部地址信號名稱內部地址搶答開始按鈕SB1I0.0第二組搶答按鈕SB5I1.1主持人復位按鈕SB2I0.1第三組搶答按鈕SB6I1.2答題計時按鈕SB3I0.2第四組搶答按鈕SB7I1.3第一組搶答按鈕SB4I1.03.5系統硬件連接圖根據系統要求和所需要的硬件，系統數字量輸入點總計7個點，輸出點總計25個點。綜合考慮到系統的性價比和系統的可擴展性，輸入、輸出點留出一定的富裕量，因此PLC選擇SIEMENS的S7-200系列的CPU226繼電器輸出型和數字量擴展模塊EM223。輸入、輸出端子電氣接線圖如圖3.2所示。 （具體請參考表3.1和表3.2）圖3.2控制系統外部I/

43、O接線圖 4 系統軟件設計4.1整體設計根據PLC智能搶答器的控制要求，應用程序采用一體化結構。通過PLC控制程序來實現整體的運行，系統僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC配置都可運行。該系統本著簡單易懂、可靠性強、適應性強等方面進行設計。在搶答時只需按動按鈕即可數碼管在系統程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。安全、可靠、省時、省力、價格便宜。控制軟件應用SIEMENS編程軟件，采用梯形圖語言編寫,工作系統自動控制流程框圖如圖4.1.所示。根據系統控制要求，進行針對性設計，要充分保證系統的安全，保證整個系統的運行安全可靠。自動條件下，必須復位后在滿足自動條件下才能進行自動運行程序，當中充分

44、應用各個過程的互鎖來保證系統的安全。如下圖所示，有主程序和若干子程序組成，其整體設計工作系統自動控制流程圖如圖4.1所圖4.1PLC工作系統自動控制流程圖4.2 PLC控制程序為了編程結構的簡單、明了在主程序中引用了中間繼電器，I1.0I1.3分別為四組選手的搶答信號， 同時我們用中間繼電器M0.0、M0.1、M1.0M1.3進行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有I0.0按鈕用以搶答開始，I0.2按鈕用以控制答題時間地開始，I0.1按鈕為復位按鈕。4.2.1 主持人控制臺控制搶答器的開始、答題計時和復位當主持人按下I0.0按鈕后，選手才能正常搶答，否則視為違規搶答開始程序如

45、下圖4.2所示：圖4.2搶答開始當選手搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕I0.2后，答題計時開始，程序如圖4.3所示：圖4.3答題計時開始搶答完畢，當主持人按下按鈕I0.1，系統才能進行下一輪的搶答，如圖4.4所示：圖4.4復位4.2.2 組別顯示每當主持人發出開始搶答指令后，那組選手最先按下搶答按鈕，則數碼管1就顯示該組的組號，如圖4.5所示：圖4.5組別顯示4.2.3 選手的搶答主持人發出搶答開始指令后，選手開始搶答，否則搶答無效視為違規搶答，四組選手的搶答程序如圖4.6所示：圖4.6四組選手的搶答4.2.4 答題限時在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數碼管2、3上顯示答題

46、倒計時時間（該時間設定為50S）。如圖4.7所示：圖4.7倒計時程序4.2.5音響電路每當主持人發出開始搶答指令后，那組選手最先按下搶答按鈕音響電路給出音響提示信號（持續3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應；若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規，音響電路發出聲響警告；當主持人按下開始按鈕后，若30S時限時到仍無人搶答，音響電路發出聲響，以示選手放棄該題；在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，選手必須在設定的時間內完成答題，否則音響電路發出答題超時報警信號。如圖4.8所示：圖4.8音響電路4.2.6指示燈電路每當主持人發出開始搶答指令后，若有選手最先按下搶答按鈕，則綠色指

47、示燈亮以指示其搶答成功；若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規，同時紅燈亮以示其違規搶答；當主持人按下開始按鈕后，定時器T0開始計時（設定30S），若30S時限時到仍無人搶答，則黃燈亮，以示選手放棄該題。每當主持人發出開始搶答指令后，若有選手最先按下搶答按鈕，則綠色指示燈亮以指示其搶答成功；當主持人按下開始按鈕后，定時器T0開始計時（設定30S），若30S時限時到仍無人搶答，則黃燈亮，以示選手放棄該題。如圖4.9所示：圖4.9成功、無人搶答若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規，同時紅燈亮以示其違規搶答。如圖4.10所示：圖4.10違規搶答4.2.7 搶答器控制程序為了便于讀懂和了解搶

48、答器的控制過程，其詳細控制程序如圖4.11所示：圖4.11四路搶答器的總程序5模擬運行與調試過程5.1 程序的模擬運行將設計好的程序寫入PLC后，首先要做的就是仔細檢查程序，并改正寫入時出現的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調試，一般不用接PLC實際的負載(如接觸器、電磁閥等。也可以根據功能表圖，在適當的時候用開關或按鈕來模擬實際的反饋信號。在調試時應充分考慮各種可能的情況，對系統各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發現問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關系完全符合要求，下面圖5.15.3是程序運行調試中的幾個過程圖。圖5.1程序下載圖5.2程序運行圖5.3程序停止如果程序中某些定時器或計數器的設定值過大，為了縮短調試時間，可以在調試時將它們減小，模擬調試結束后再寫入它們的實際設定值。在設計和模擬調試程序的同時，可以設計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進