课程设计说明书题目名称：四组抢答器plc课程设计系部：机械工程系专业班级：机械化13-1班学生姓名：学号：*******指导教师：***完成日期：2017年1月8号新疆工程学院课程设计评定意见设计题目四组抢答器plc课程设计系部机械工程系专业班级机械化13-1班学生姓名学生学号*******评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日（此页背书）评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2、学生的勤勉态度。

3、设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

新疆工程学院机械工程系系(部)课程设计任务书2015-2016 学年第一学期2016 年 1 月10日教研室主任（签名）系（部）主任（签名）摘要随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了所有控制领域。

而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。

目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，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。

设计是利用PLC(Programmable Logic Controller)对PLC控制的四路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。

考虑到只是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要9个,输入端口需要6个,由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点因此我决定选用SIMATIC S7-200 系列的CPU226和数字量扩展模块EM223作为本次设计的PLC。

具有方便灵活维护使用方便等特点。

关键词: 可编程控制器抢答器 PLC 模拟电路数字电路目录摘要 (5)引言 (1)第一章PLC抢答器概述 (2)1.1 抢答器的组成 (2)1.2 PLC智能抢答器的工作原理 (2)1.3 系统控制要求及设计要求 (3)1.3.1系统控制要求: (3)1.3.2设计要求: (3)第二章 PLC概述 (4)2.1 PLC的产生 (4)2.2 PLC的定义 (4)2.3 PLC基本结构 (5)2.4 PLC的编程语言 (6)2.5PLC的特点 (6)2.5.2 PLC的特点 (6)2.5.2PLC的发展趋势 (6)2.6 PLC工作原理 (7)2.7 PLC的编程语言 (7)2.8 PLC的性能指标 (8)第三章系统硬件设计 (9)3.1 控制系统 (9)3.2 控制系统硬件组成 (10)3.3 控制系统I/O分配表 (12)3.4 系统硬件连接图 (12)第四章程序设计 (14)4.1整体设计 (14)4.2程序设计 (15)4.3语句表 (17)4.4 软件程序调试 (19)致谢 (23)参考文献 (24)引言对于科技飞速发展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。

传统的普通抢答器主要存在一下缺点：(1) 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。

(2) 当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。

对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。

普通抢答器存在不公平性。

(3) 当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个违规者。

因而出现了“漏洞”.现在大多抢答器都是以PLC、单片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析。

但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要，因此该设计采用基于PLC控制来设计四路抢答器。

第一章PLC抢答器概述1.1 抢答器的组成抢答器主要由指示灯、优先编码电路、锁存电路、控制开关、时序控制电路、定时电路组成。

其构成框图如图（1-1）图1-1抢答器构成框图1.2 PLC智能抢答器的工作原理我所设计的PLC智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器，现在以四路抢答器为例。

给竞赛主持人设置了2个控制按钮，用来控制开始、复位，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，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号（持续三秒）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红灯亮音响电路发出声响。

其中以上功能都通过编制的PLC程序来控1个制数码管和3个指示灯以及2个喇叭来实现。

如图1-2所示：1.3 系统控制要求及设计要求1.3.1系统控制要求: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，否则提前按抢答按钮或一直按住抢答按钮不放，均不起作用。

2、参赛者在允许抢答时，第一个按下抢答按钮的抢答席上的指示灯将会亮，且扬声器响一声，在释放抢答按钮后，指示灯仍然亮，其他组均被封锁。

这样主持人就可以轻易地知道谁是第一个按下抢答器的。

3、在主持人宣布抢答开始后10 s内无抢答者，该题作废。

4、每道答题在规定的时间内（30 s）完成，超时则自动取消答题资格。

5、答题完毕后，主持人按下主持人席上的复位按钮（释放按钮），则指示灯熄灭，为下一题的抢答做准备。

1.3.2设计要求:（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。

（2）根据控制要求，编制抢答器PLC控制应用程序。

（3）编写设计说明书，内容包括：①设计过程和有关说明。

②基于PLC的抢答器电气控制系统电路图。

③PLC控制程序。

④电器元器件的选择和有关计算。

⑤电气设备明细表。

⑥参考资料、参考书及参考手册。

⑦其他需要说明的问题，挒如操作说明书、程序的调用过程、遇到的问题及解决方发、对课程设计的认识和建议等。

第二章 PLC概述2.1 PLC的产生可编程序控制器(Programmable Controller，简称PLC)，是在继电器控制的基础上开发出来的。

1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司为了适应汽车型号不断更新变化所带来的生产工艺的不断变化，想寻求另一种全新的控制方式。

设想用这样一种控制装置，它既应该具有计算机控制的功能性、灵活性、通用性，同时又应具有继电器控制方式的简单性、操作方便性。

对这种装置的具体要求体现在通用的招标书中；即：(1)编程简单可在现场修改程序。

(2)维护方便，采用插件式结构。

(3)可靠性高于继电器控制柜。

(4)体积小于继电器控制柜。

(5)可将数据直接送入管理计算机。

(6)成本可与继电器控制柜竞争。

(7)可接115V交流输入。

(8)输出采用交流115V，能直接驱动电磁阀、交流接触器等。

(9)通用性强，扩展时方便。

(10)程序要能储存，存储容量可扩展到4K字节。

根据以上要求，1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出了世界上第一台可编程序控制器，并在美国通用汽车公司的生产线上试用，取得了满意的效果，可编程序控制器由此诞生。

可编程序控制器的出现开创了以微电子技术为核心的数字化电气控制技术的新局面，此后这一全新的技术便以很快的速度发展起来。

现在的PLC不仅具有逻辑控制功能，而且还增加了数据运算、传送与处理功能，成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置。

2.2 PLC的定义可编程序控制器出现以后，名称一直没有统一。

国际电工委员会(IEC)于1987年2月对可编程序控制器作了如下的规定：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序控制的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其相关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”由于早期的可编程序控制器主要用于开关量的逻辑控制，且为了和个人计算机(Personal Computer)相区别，人们把可编程序控制器缩写成为PLC(Programmable Logic Controller)，一直沿用至今。

2.3 PLC基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，如图2-1所示：图2-1PLC基本结构2.4 PLC的编程语言PLC是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。

PLC的编程语言有多种，如梯形图、语句表、功能图等。

梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是PLC用户程序的基础元素。

梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。

梯形图按逻辑关系分为“梯级”或网络。

2.5 PLC的特点2.5.2 PLC的特点1、软硬件功能强2、使用维护方便3、运行稳定可靠4、组织灵活2.5.2PLC的发展趋势从当前产品来看，PLC的发展仍然主要体现在提及的缩小与性能的提高两大方面。

1．向高速度、大容量方向发展2．向超大型、超小型两个方向发展3．PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力4．增强外部故障的检测与处理能力5．编程语言多样化2.6 PLC 工作原理可编程序控制器通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。

为了使可编程序控制器输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务，( 如图 2.2)，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

图2.2 PLC 扫描过程2.7 PLC 的编程语言PLC 是通过程序对系统进行控制的，作为一种专用计算机，为了适应其应用领域，一定有其专用的语言。

PLC 的编程语言有多种，如梯形图、语句表、功能图等。

梯形图编程语言是一种图形语言，具有继电器控制电路形象、直观的优点；语句表编程语言类似计算机的汇编语言，用助记符来表示各种指令的功能，是读取输入执行用户程序智能模块通信通信信息处理自诊断检读入输入智能模块通信通信信息处理自诊断检查RUN 状STOP状PLC用户程序的基础元素。

梯形图程序让PLC仿真来自电源的电流通过一系列的输入逻辑条件，根据结果决定逻辑输出的允许条件。