课程设计（论文）题目：抢答器PLC控制系统设计学院：机电工程学院专业班级：09级机械工程及自动化03班指导教师：肖渊职称：副教授学生姓名：**学号： ***********目录第1章概述 (1)1.1 PLC的发展 (1)1.2 PLC的应用 (2)第2章抢答器系统的总体设计 (3)2.1 抢答器电气控制系统设计要求 (3)2.2 抢答器系统组成 (3)2.3抢答器的流程图 (4)第3章硬件系统设计 (5)3.1 硬件接线图 (5)3.2 Ｉ/Ｏ端子分配表 (6)3.3 七段显示管的设计 (6)第4章软件系统的设计 (8)4.1 程序指令 (8)4.2 工作过程分析 (11)第5章总结 (13)参考文献 (14)附录一 (14)第1章概述可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。

可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。

现已广泛应用于工业控制的各个领域。

他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。

后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。

1.1 PLC的发展20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。

20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

这个时期诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。

1.2 PLC的应用PLC在工业自动化中现已经成了必不可少的一部分，它的应用较为广泛，因它的使用简单，稳定性好，功能比较强大，价格也为适中，他比一般的工控系统的成本相比要低的多，编程也较为方便，它可以用于温度、逻辑、湿度、压力、比量、运算、人机等很多种控制系统中，现代工业中80%都使用PLC控制的；如果PLC学好了找份好点的工作也并不为难事。

学习不是很难，对设备和自动化有些灵性就没问题。

学好了三菱或西门子的PLC以后工作很好找，因为PLC在工业控制上应用很广，可以在提供自动化设备的厂家工作，也可以在应用自动化设备的厂家工作，还可以专门做软件和系统设计。

PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。

PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。

如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。

（2）运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。

在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。

每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。

相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。

（3）闭环过程控制PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。

PID模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。

当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。

（4）数据处理在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。

著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。

为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。

通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。

美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。

（5）通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。

作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。

第2章抢答器系统的总体设计2.1 抢答器电气控制系统设计要求（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。

（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

（3）抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。

（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

（6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

2.2 抢答器系统组成抢答器控制系统分５部分：ＰＬＣ、抢答按钮、信号灯、音响电路和显示部分，它利用抢答按钮输入各路的抢答信号，经ＰLC处理，输出控制信号，控制数码管和音响提示电路工作（系统结构如图2-1所示）。

图2-1 系统结构2.3抢答器的流程图工作流程图是设计的首要任务，根据流程图设计可以理清自己设计的思路。

简单便捷的设计出软件和选择出硬件。

抢答器的工作流程图如下图（2-2）：图2-2 工作流程图第3章硬件系统设计3.1 硬件接线图本系统的主控制器采用日本三菱公司生产的ＦＸ２Ｎ－６４ＭＲ型PLC。

该型的PLC功能较强大，提供３２个输入点和３２个输出点，继电器输出方式，均采用８进制编号。

PLC编程可采用手持式编程器或编程软件。

三菱PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，可采用梯形图或者指令语言进行软件设计。

硬件连接图如图3-1所示：图3-1 硬件连接图表3-2 七段数码管显示器1编码表3.2 Ｉ/Ｏ端子分配表表3-1 I/O 端子分配表元件名 设备名及作用X0-X7 八路选手抢答按钮SB0~SB7 X10 开始抢答按钮SB8 X11 复位按钮SB9 Y0-Y7 1#~8#指示灯 Y10 蜂鸣器Y11-Y17 七段数码管1（A-G ）Y20-Y23 七段数码管2显示的数字，以此为3、2、1、0Y23-Y27 Y30-Y35 七段数码管3显示的数字,以此为0、9、8、7、 6、5、4、3、2、1 M11-M18 辅助继电器控制选手编号1-8 M20-M26 辅助继电器控制七段数码管2（A-G ） M30-M36 辅助继电器控制七段数码管3（A-G ）M1、M2辅助继电器辅助主控线圈3.3 七段显示管的设计参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，同时保持输出，定时器停止工作时，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

（1）七段数码管显示器示意图（图3-2）及七段数码管显示器1（显示选手编号）编码表（表3-2）如图：数字 A （Y11） B （Y12） C(Y13) D(Y14) E(Y15) F(Y16) G(Y17) １(M11) ０ １ １ ０ ０ ０ ０ ２(M12) １ １ ０ １ １ ０ １ ３(M13)１１１１００１图3-2 数码管显示器如下表(3-3)：（3）七段数码管显示器3（显示倒计时个位上的数），示意图同上，编码表第4章软件系统的设计4.1 程序指令4.2 工作过程分析（1）开始抢答前，主持人首先通过复位按钮PB10（X010）实现电路复位，在提问之后，打开选择开关SW1(X011)启动定时器T0（本程序预设为30s）。

采用主控线圈指令和主控复位线圈指令实现对一段电路的控制，利于修改和控制。

（如图4-1）：图4-1（2）在抢答时间内，当某一组选手按下按钮后接通对应继电器，同时切断其他抢答回路，实现互锁。

如按下PB0，则X000导通，辅助继电器M11接通。

如图（4-2）：图4-2（3）主持人宣布开始后按下X010，Y010（蜂鸣器）导通，持续0.5s。

选手抢答成功后，也会启动蜂鸣器（Y010）并启动指示灯L1（Y011-Y017），输出驱动信号，驱动外部数码显示器显示抢答成功的组号。

如图（4-3）：图4-3（4）主持人宣布开始后，十位上的数字显示为3，并每隔10s变化一次，依次减小（3、2、1、0）。

直至抢答结束复位。

如图（4-4）：图4-4(5) 主持人宣布开始后，个位上的数字显示为0，并每隔1s变化一次，如0、9、8、7…… 1。

循环3次，同时抢答结束复位。

如图（4-5）：图4-5第5章总结在这次课程设计中，我们分成了小组。

但小组做的课题是独立的，可以相互商量，但不能相同。

我们组做的是抢答器PLC控制系统的设计。

在课程设计初期，我认真阅读了设计要求，大概理清了要设计的东西。

然后开始复习PLC的知识，着手设计。

PLC是一门实用的学科。

所以要多一点实践。

不能小看它的作用，在其中你能总结出设计程序的逻辑思维方法，总结中不断进步。

设计结束你会觉得其实现实中的好多东西我们都可以进行设计，这些东西都是我们学习的课程，只是我们没有去发现而已。