毕业论文-基于PLC的多路抢答器控制系统设计.doc
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1、 湖州师范学院求真学院 毕 业 设 计(论文)2010 届题 目基于PLC的多路抢答器控制系统设计 专 业 电子信息科学与技术 学生姓名 杨昕燕 学 号 06083416 指导教师 蒋永峰 论文字数 14599 完成日期 2010年5月5日 湖州师范学院求真学院教务部印制湖州师范学院本科毕业论文基于PLC的多路抢答器控制系统设计摘 要:本次设计利用三菱FX2N系列PLC作为核心部件,完成一个八路抢答器控制系统的制作。该系统可供八个或八组分台选手同时抢答,总台掌握着启动/停止开关、抢答开始按钮、抢答复位按钮、主持人安静提示按钮和手动设置个分台计分按钮等,分台则具有一个抢答按钮。该系统由七段数码管
2、显示倒计时、分台号、选手计分和当前时间、温度情况,并作为被控设备由PLC驱动。因为系统中有很多七段数码管,所以我运用了动态扫描的方法来减少端口数。有一个蜂鸣器提示抢答开始、抢答复位、回答超时、抢答违规、无人抢答和安静提示。有17个发光二极管,总台一个用来显示无人抢答和回答超时,每分台两个用来显示抢答成功和抢答违规。本次设计中,硬件电路设计使用AUTOCAD软件;使用GX Developer软件编写程序;利用GX Simulator仿真软件对八路抢答器进行各部分模块仿真,观察结果。关键词: 八路抢答器,系统,动态扫描湖州师范学院本科毕业论文PLC-based multi-Responder Co
3、ntrol System Design Abstract:The design of the use of Mitsubishi FX2N Series PLC as a core component of this design to complete an eight-way control system for the production. The system components for eight or eight players in each group to answer at the same time Total station holds the start/stop
4、 switch, to answer in the start button, reset button to answer in the host prompts quiet buttons and manually set the scoring button sub-station and so on. Sub-station will have an answer in the button. The system consists of seven-segment LED display countdown, sub-station number, player points and
5、 the current time, temperature conditions, and as charged by the PLC-driven device. Because the system has a lot of seven-segment digital tube, so I used the dynamic scanning method to reduce the number of ports. There is a buzzer prompt to answer in the beginning, to answer in reset, the answer ove
6、rtime, to answer in non-compliance, no one answer in his place and quiet Tips. There are 17 light-emitting diodes. with a total station 1 is used to display and answer no one to answer in overtime, each sub-units used to display the answer in his two successful and to answer in non-compliance. The d
7、esign, the hardware circuit design using AUTOCAD software; use GX Developer software programming; the use of simulation software GX Simulator octal responder simulation of various parts of the module, observe the results.Key words:octal responder, system, dynamic scan目 录前言1第一章 绪论21.1课题研究的目的和意义21.2 P
8、LC及抢答器的发展概况21.3课题的主要内容2第二章 多路抢答器的实现工具42.1 PLC的功能特点42.2 PLC系统的基本结构42.3 PLC的编程语言42.4 本章小结5第三章 系统硬件设计63.1 PLC硬件的选择63.2硬件总体结构框图及分析73.3 基于PLC的抢答器I/O总接线图及分析93.3.1 基于PLC的抢答器编程元件地址分配表93.3.2 PLC输入/输出总接线图93.4抢答硬件部分的设计及分析113.5抢答计分硬件部分的设计及分析113.6抢答倒计时硬件部分的设计及分析123.7蜂鸣器功能硬件部分的设计及分析133.8时间显示硬件部分的设计及分析143.9温度显示硬件部
9、分的设计及分析143.10本章小结15第四章 软件系统设计164.1.抢答主程序设计流程图及其程序164.2抢答计分程序设计流程图及其程序184.3抢答倒计时程序设计的流程图及其程序224.4蜂鸣器程序设计的流程图及其程序254.5时间显示程序设计的流程图及其程序分析264.6温度显示程序设计及分析284.6.1 FX2N-4AD-PT温度传感器输入模块概述284.6.2温度显示程序设计的流程图及其程序294.7本章小结31第五章 软件调试325.1 系统软件仿真325.1.1 PLC仿真软件GX Simulator325.1.2 仿真结果33参 考 文 献35致 谢36附 录37湖州师范学院
10、求真学院本科毕业论文前言抢答器作为一种电子产品,早已广泛应用于各种智力和知识竞赛等场合,但目前所使用的抢答器有的电路比较复杂不便于制作,可靠性低,实现起来很困难。随着电子技术的发展,应用系统向小型化、快速化、大容量,重量轻的方向发展。而PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点,且以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置,是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。目前市场上已有很多类型的竞赛抢答器,但其中绝大多数是早期设计的,采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路的产品。这些抢答器已相当成熟
11、,但是随着功能增多,电路也越复杂,并且成本偏高,故障率高,显示方式简单或者没有,无法准确判断抢按按钮的行为,也不便于参数调节及功能的升级换代。随着我国经济和文化事业的发展,在很多公开竞争场合要求有快速公正的竞争裁决,例如证券、股票交易及各种智力竞赛等。 由于PLC具有的优点及特点,使得我们编程灵活,系统安装和维修简单,且在抢答器的制作时能够更加方便和精准,使竞赛真正达到公平、公正、公开。同时,随着时代的不断发展进步,抢答器不断的在知识性、娱乐性和趣味性的比赛中出现,丰富了人们的生活文化和娱乐活动。本次设计我选用了最具特色和极有代表性的三菱FX2N系列PLC对八路抢答器进行编程设计和实物控制。在
12、设计中使用AUTOCAD软件完成整体框架和各部分硬件设计;然后,使用GX Developer软件进行各部分程序编程,理清楚设计思路,利用GX Simulator仿真软件对八路抢答器进行各部分模块仿真。54湖州师范学院求真学院本科毕业论文 第一章 绪论1.1课题研究的目的和意义抢答器已经越来越多的出现在我们的学习生活和电视节目当中,例如在学校里经常会举办各种各样的智力竞赛,就会用到抢答器。抢答器是能够在任何比赛及竞争性的游戏中体现公平、公正的电子装备。在各项比赛中不仅可以准确、公正和直接地判断出第一个抢答者是谁,还有助于锻炼参赛者的掌握知识能力、思维反应能力、语言表述能力、心理承受能力。但如果在
13、比赛过程中,做不到严格意义上的公正,会挫伤选手的积极性,达不到比赛的真正目的。随着电子技术的迅速发展,通过人为判断抢答顺序这种古老的方法早已被现先进的电子产品所取代。现在的电子抢答器虽然制作方法不同,但基本设计实现的功能都大同小异,无外乎需要设计一个竞赛抢答器,要求具有任意路抢答输入,能够识别最先抢答的信号,显示该分台号;对回答问题所用的时间进行计时、显示、超时报警;可以预置回答问题的时间;同时具有复位功能,倒计时启动功能等等的主要实现功能。1.2 PLC及抢答器的发展概况 经过几十年的迅速发展,PLC的功能越来越强大,应用范围也越来越广泛,其足迹已遍及国民经济的各个领域,形成了能够满足各种将
14、需要的PLC应用系统。随着市场需求的不断提高,PLC的发展体现出以下趋势。11.向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向发展;2.过程控制功能不断增强;3.大力开发智能型I/O模块;4.与个人计算机日益紧密结合;5.编程语言趋向标准化;6.通信与联网能力不断增强。1近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统的控制检测技术不断更新。PLC是采用大规模集成电路、微型计算机技术的发展成果,逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC系列产品,应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域,它最适用于以开关为主的控制功能。通过模拟/数字(A/
15、D)转换器和数字/模拟(D/A)转换器,也可以控制模拟量,例如控制温度、压力、流量、成分等参数。16基于PLC的多路抢答器控制系统,可以根据PLC修改程序方便这一特点,随意调整设置的时间或者控制系统的工作状态。如果对外部电路稍加修改,或者在系统程序中加入分支,可以把八路抢答器变为更多路的抢答器,比如十位、十六位或者二十位等。如果将手动按钮变为触摸屏,可以使抢答器更为简单方便。如果去除系统中的限时功能,还可以把抢答器改为呼叫器,能够在医院病房、宾馆客房、写字楼办公室、工厂生产车间等多种地方使用。1.3课题的主要内容1. 抢答器同时提供8名选手进行比赛,每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。 2. 总
16、台设置启动/停止开关、开启时间开关、开启温度开关、开始抢答按钮、抢答复位按钮、安静提示钮、手动设置各分台计分钮,这些都由主持人控制。 3. 当主持人拨开时间开关或者温度开关时,总台上就会显示当前的时间或温度。4. 具有定时抢答功能,且抢答的时间设定为5秒。当主持人启动开始抢答按钮后,定时器进行减计,同时蜂鸣器发出短暂的声响,声响持续的时间2秒左右。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答成功,该组的抢答成功灯亮,同时定时器立即重新开始计数(设定时间为10秒)。6.主持人按下开始抢答按钮前,各分台抢答按钮应处于抢答违规状态,此时如按抢答按钮,会出现蜂鸣器报警(2秒),该组的抢答违规灯亮的情况
17、。7 如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,蜂鸣器响(2秒)同时无人抢答/回答超时灯亮,并禁止抢答,定时显示器上显示00。 8.如果选手抢答成功,却没有在规定的时间内回答出问题,则蜂鸣器响(2秒)同时无人抢答/回答超时灯亮,定时显示器上显示00。9.选手在规定的时间内回答出了问题,主持人则根据选手回答是否正确和题目的难易度给出加/减分(1分或5分)。10.当主持人按下复位键时,各分台抢答灯(抢答成功和违规灯)均灭,总台上的无人抢答/回答超时灯灭,同时蜂鸣器响(2秒)。11.当比赛中周围的声音过大,影响选手回答时,主持人可按下安静提示钮,蜂鸣器响(2秒),以此来提醒全场。第二章 多路抢答器的
18、实现工具2.1 PLC的功能特点1作为一种新型的工业自动控制装置,PLC有以下一些特点:1.高可靠性和强抗干扰能力;2.丰富的I/O接口模块;3.灵活性好;4.编程简单易学;5.系统安装简单,维修方便。2.2 PLC系统的基本结构1可编程控制器是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物,它按照用户程序存储器中预先编制的控制程序,通过输入接口采入现场信息,执行逻辑或数值运算,进而通过输出接口控制各种执行机构运作。作为一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机,它的硬件配置与一般微机装置类似,主要由中央处理单元(CPU模块)、信号输入/输出模块、电源和编程器等部分组成,如图2-1所示。图2-1
19、 PLC系统的基本结构2.3 PLC的编程语言1 PLC是专为工业自动控制而开发的装置,主要使用对象是广大工程技术人员及操作维护人员。为了满足他们的传统和掌握能力,PLC通常不直接采用微机的编程语言,而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。 为电子技术所有领域制订全球性标准的世界性组织IEC(国际电工委员会)于1994年5月公布了可编程控制器标准(IEC1131),该标准鼓励不同种类的PLC制造商提供在外观和操作上相似的指令。 IEC1131-3标准中定义了5种PLC编程语言的表达方式:(1) 梯形图LAD(Ladder Diagram);(2) 语句表STL(Statement
20、List);(3) 功能块图FBD(Function Block Diagram);(4) 结构文本ST(Structured Text);(5) 顺序功能图SFC(Sequential Function Chart)。2.4 本章小结 本章介绍了PLC的功能特点、系统的基本结构及编程的语言。第三章 系统硬件设计3.1 PLC硬件的选择一、为什么选择PLC? 在这次的毕业设计中我为什么没有选择单片机或是其他的硬件是因为PLC的设计周期比较短;用PLC设计的硬件和软件系统,功能强大、可靠性好;编程方法简单易学,即使是不熟悉电脑的工程师也可以用它开发复杂的控制系统;抗干扰能力强,适用于环境恶劣的工
21、业控制场合;有丰富的扩展模块和联网能力,可以做成大型复杂的工业控制系统等这些优点。 同样的PLC也具有价格昂贵、体积大等缺点,但在设计中老师为我们提供了PLC的硬件装置。 所以,综合实际考虑,我选择了PLC。二、选择FX2N的理由。我选择了三菱FX2N系列是因为我所使用的教材和实验室里的器件大部分为FX2N系列,还有就是其具有几个主要的特点让我选择了它。1.超小型可编程序控制器16与FX2系列相比,面积、容积小50%。2.高速到容量16(1)超高速程式处理:0.08us/基本指令(2)大容量存储器,内附8K步RAM(RUN过程中可更改程序)最大可达16K(包括注释)。(3)可选择性:可使用RA
22、M(8K)、EPROM(8K)、E2PROM(4K、8K、16K)或带实时时针的存储器卡盒。3.多种功能164.丰富的软件165.内附高速计数器(单相计数器、二相计数器)166.新增多种编程指令167.功能扩展16 FX2N选择不同种类通信或电位器模块。8.扩展块兼容16 FX2N可选用FX2N及FX0N的扩展模块及特殊扩展模块。 9.利用特殊功能扩展系统(模拟控制、定位控制、高速计数、数字通信)16三、点数的选择。由I/O接线图(如图3-2 所示)和计算公式:输入总端口数(Xn)+输出总端口数(Yn)+8(温度模块要占用8个端口数)=PLC应该用的总点数可以算出我所使用的PLC装置该用的点数
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