PAGEPAGE31湖南文理學院課程設計報告課程名稱：專業(yè)綜合課程設計專業(yè)班級：學生姓名：指導教師：完成時間：報告成績：評閱意見：評閱意見：評閱教師日期湖南文理學院制摘要本文介紹了利用三菱FX2N系列PLC對知識競賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實現(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術的不斷更新。本文采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-32MR型PLC作為核心控制器進行四路搶答器系統(tǒng)的設計，并且設計出了系統(tǒng)結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時根據(jù)知識競賽搶答器的控制要求和特點,確定PLC的輸入輸出分配,并進行現(xiàn)場調試。關鍵詞:PLC知識競賽搶答器PLC程序設計目錄緒論 11.1PLC的認識 11.2PLC的應用和特點 1一、設計題目 3二、設計目的與要求 32.1設計目的 32.2設計要求 3三、設計作用 3四、所用儀器設備及仿真軟件 44.1PLC儀器的選型 44.2仿真軟件GXDeveloper8.0概要及特點 5五、系統(tǒng)設計方案論證 75.1基本要求 75.2設計任務及工作原理 85.3方案論證 8六、系統(tǒng)硬件設計 96.1PLC工作原理 96.2外部接線圖 12七、系統(tǒng)軟件設計 137.1I/O口的分配 137.2系統(tǒng)支路的設計 157.2.1應答開始控制 157.2.2搶答控制 157.2.3答題時限控制： 167.2.4違例： 17八、系統(tǒng)仿真與調試 188.1系統(tǒng)的仿真 188.2工作過程分析 19九、心得體會 20十、參考文獻 20附錄 21緒論1.1PLC的認識PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數(shù)字運算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序的控制器。PLC即可編程控制器（ProgrammablelogicController，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。它能夠存儲和執(zhí)行指令,進行邏輯運算,順序控制,定時,計數(shù)和算術等操作,并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。在電視上我們會經(jīng)?？吹揭恍┲橇尨鸬墓?jié)目，如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會造成搶答的不公平，比賽中為了準確、公正、直觀的判力競賽的電路裝置,該裝置由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號在顯示器上輸出;用控制電路和主斷出第一個搶答者，所設計的搶答器通常由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示第一搶答者。為了使這種不公平不發(fā)生，只能靠電子產(chǎn)品的高準確性來保障搶答的公平性。八路數(shù)字搶答器是一個可供八個參賽組進行智持人開關啟動報警電路,以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能,構成擴展電路。通過這次設計，掌握PIC單片機的原理，了解簡單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設計與裝配、調試，提高自己的動手能力，鞏固已學的理論知識，建立單片機理論和實踐的結合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關系及相互影響，從而能正確設計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。初步掌握多功能搶答器的調整及測試方法。提高動手能力和排除故障的能力。PLC本身的模塊化結構以及遠程I/O模塊功能的不斷完善，使得PLC易于實現(xiàn)多級控制（分布控制、分散控制），通過不同級別的網(wǎng)絡將PLC與PLC、PLC與遠程I/O模塊、PLC與人機界面以及PLC與PC機連接起來，形成管控一體化的網(wǎng)絡結構。1.2PLC的應用和特點PLC出現(xiàn)后就受到普遍的重視,其應用發(fā)展也十分的迅速,原因在于現(xiàn)有的各種控制方式相比,它有一系列受用戶歡迎的特點,主要是:1.可靠性高,抗干擾能力強在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工業(yè)生產(chǎn)對控制設備的可靠性提出很到目前為止尚無任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性能達到和超過PLC。保證PC工作的可靠性高、抗干擾能力強的主要措施是:(1)采用循環(huán)掃描、集中采樣,集中輸出的工作方式。高的要求。PLC是專為工業(yè)控制而設計,由于采取了一系列措施,使PLC控制系統(tǒng)的平均無故障間隔時間一般能達到4～5萬h,遠遠超過傳統(tǒng)繼電器控制和計算機控制系統(tǒng)?？梢哉f,(2)硬件設計采用模塊式結構并采取屏蔽、濾波、隔離、聯(lián)鎖等一系列抗干擾技術,同時增加輸出聯(lián)鎖、環(huán)境檢測與故障診斷等提高可靠性電路。(3)軟件設計中設置實時監(jiān)控、自診斷、信息保護與恢復等程序與硬件電路配合實現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報警顯示及保護功能。因此PLC優(yōu)于微機控制的首要特點是它能適應惡劣的工業(yè)環(huán)境。2.編程簡單、易于掌握這是PC優(yōu)于微機的另一個特點。梯形圖編程方式是PC最常用的編程語言。它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優(yōu)點。3．組合靈活使用方便由于它采用標準化得到通用模塊結構，能靈活方便地組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。4．功能強，通用性好現(xiàn)代PLC具備很強的信息處理功能和輸出控制能力，它既可以對開關量進行控制又可以對模擬量進行控制。5．開發(fā)周期短，功率高，維護方便PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大地減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計周期大大縮短，同時維護也變得容易起來。6．體積小，重量輕，工耗低。隨著電子技術的發(fā)展和應用領域日益擴大，PLC技術及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，其結構不斷改進，功能日益增強，性價比越來越高。一、設計題目基于PLC的八路搶答器的設計二、設計目的與要求2.1設計目的搶答器是一種應用非常廣泛的設備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。從而使競賽真正達到公正、公平、公開。2.2設計要求1）搶答器可同時供8名選手或者8個代表對比賽，每組使用一個按鈕，8個按鈕分別用1-8號表示。2）設置系統(tǒng)復位和搶答開始開關，該開關由主持人控制。3）搶答器具有定時搶答功能。4）參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，顯示器顯示選手的編號和限答的時間倒計時，并保持到主持人將系統(tǒng)復位。5）可以通過按鍵操作修改答題限制時間和搶答限制時間。6）如果搶答時間以到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)復位。三、設計作用知識競賽搶答器，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(fā)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(yè)機構、學校及企事業(yè)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(yè)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。四、所用儀器設備及仿真軟件4.1PLC儀器的選型隨著PLC控制的普及與應用，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國引進的PLC產(chǎn)品及國內廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列，上百種型號。目前在國內應用較多地PLC產(chǎn)品主要包括：美國AB、GE、MODICON公司，德國西門子公司，日本OMRON、三菱公司等的PLC產(chǎn)品。因此PLC的品種繁多，其結構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各有自己的特點，適用場合也各有側重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標起著重要的作用。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。1）對輸入/輸出點的選擇要先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)的15～20％留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需PLC的點數(shù)。PLC的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種PLC平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的PLC。對存儲容量的選擇對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘10字/點＋輸出總點數(shù)乘5字/點來估算；計數(shù)器/定時器按（3～5）字/個估算；有運算處理時按（5～10）字/量估算；在有模擬量輸入/輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入/（或輸出）一路模擬量約需（80～100）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口200字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的50～100％留有裕量。對缺乏經(jīng)驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。2)對I/O響應時間的選擇。PLC的I/O響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在2～3個掃描周期）等。對開關量控制的系統(tǒng),PLC和I/O響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮I/O響應問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個問題。3)根據(jù)輸出負載的特點選型。不同的負載對PLC的輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的PLC有許多優(yōu)點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級范圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的PLC。4）對在線和離線編程的選擇。離線編程是指主機和編程器共用一個CPU，通過編程器的方式選擇開關來選擇PLC的編程、監(jiān)控和運行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時，CPU只為編程器服務，而不對現(xiàn)場進行控制。在線編程是指主機和編程器各有一個CPU，主機的CPU完成對現(xiàn)場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現(xiàn)場進行控制。計算機輔助編程既能實現(xiàn)離線編程，也能實現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據(jù)需要決定。據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型若PLC控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡，則PLC需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求PLC應具有連接其他PLC、上位計算機及CRT等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。5）對PLC結構形式的選擇。在相同功能和相同I/O點數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇PLC的結構形式。FX2N作為主要控制元件：20世紀90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎上推出了FX2N系列產(chǎn)品，該機型在運算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高速度、高性能、各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的PLC；平均無故障時間可高達30萬小時，具有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)具有配套齊全，功能完善，適用性強的優(yōu)點，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。本系統(tǒng)的主控制器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N一32MR型PLC，該型PLC功能較強大，提供16個輸人點和l6個輸出點，繼電器輸出方式，均采用8進制編號。PLC編程可采用手持式編程器或編程軟件FXGP—WIN—C，PLC可編程程序控制器及軟件提供了完整的編程環(huán)境，可進行離線編程、在線連接和調試。三菱PLC的編程指令簡單易懂且程序設計靈活，可采用梯形圖或者指令語言進行軟件設計。4.2仿真軟件GXDeveloper8.0概要及特點GXDeveloper8.0編程軟件是FX系統(tǒng)PLC專用的編程軟件，其編程界面和幫助文檔均已漢化，占用空間小，安裝好后僅占用約90MB的空間，功能較強，在Windows98/2000/XP系統(tǒng)下均可運行。GXDeveloper主要是指能執(zhí)行以下功能的軟件包：1.程序的創(chuàng)建2.對可編程控制器CPU進行寫入、讀出3.監(jiān)視(例如：軟元件批量監(jiān)視)監(jiān)視有梯形圖監(jiān)視、軟元件批量監(jiān)視、軟元件登錄監(jiān)視功能。4.調試將所創(chuàng)建的順控程序寫入到可編程控制器CPU中，對順控程序能否正常動作進行測試。此外，通過使用新開發(fā)的GXSimulator,可以在單臺個人計算機中進行調試。5.PLC診斷由于顯示了當前的出錯狀態(tài)以及故障記錄等，因此可以在短時間內完成除錯。此外，通過系統(tǒng)監(jiān)視(僅為QCPU(Q模式))可以獲取關于特殊功能的詳細信息，因此在出錯時可以在更短的時間內完成除錯。GXDeveloper具有以下特點:1.軟件的通用性。GXDeveloper可以創(chuàng)建Q系列、QnA系列、A系列(包括運動控制器(SCPU))、FX系列的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了設置操作共用化(簡稱為GPPA)。但是，A6GPP/A6PHP對應軟件包除外。在轉換為SW-GPPQ型GPP功能軟件包(以下簡稱為GPPQ)格式文件之后，可以在GPPA或GPPQ中進行編輯。此外，在選擇了FX系列的情況下，在轉換為DOS版編程軟件(以下簡稱為FXGP(DOS))、SW0PC-FXGP/WIN編程軟件(以下簡稱為FXGP(WIN))格式文件之后，可以在FXGP(DOS)或者FXGP(WIN)中進行編輯。2.充分利用Windows的優(yōu)勢使操作性能大幅度地提高。通過對Excel、Word等所創(chuàng)建的注釋數(shù)據(jù)等進行復制、粘貼，可以對現(xiàn)有的資源加以利用。3.程序的標準化。4.豐富的編程語言?？梢酝ㄟ^繼電器符號語言、邏輯符號語言、MELSAP3(SFC)、MELSAP-L創(chuàng)建功能塊，此外，還新增了結構化文本(簡稱為ST語言)。5.訪問其它站時的設置簡單。通過將鏈接對象的指定圖形化，即使是在配置復雜系統(tǒng)的情況下，也可以簡單地進行設置以訪問其它站。6.可以與可編程控制器CPU以各種方式進行連接。7.豐富的調試功能。(1)可以通過使用GXSimulator簡單地進行模擬調試。(a)不需要與可編程控制器CPU進行連接。(b)不需要創(chuàng)建用于模擬調試的順控程序。(2)在"幫助"中的CPU出錯、特殊繼電器/特殊寄存器的說明有助于在運行過程中發(fā)生出錯的情況下，以及在編程過程中希望了解特殊繼電器/特殊寄存器內容進行參考。(3)創(chuàng)建數(shù)據(jù)過程中只要發(fā)生錯誤，將會彈出導致出錯原因的信息，參考這些信息可以減少大量創(chuàng)建數(shù)據(jù)的時間。軟件部分調試的操作如下所述：1.新建項目文件雙擊打開編程軟件，在編程界面，點擊"工程"→"創(chuàng)建新工程"，然后在出現(xiàn)的對話框中選擇與機型相對應的PLC系列和型號，在此選擇FXCPU(FX2N)，然后按"確認"。2.輸入程序把所設計的程序輸入到計算機中，熟練使用快捷鍵進行程序的編寫。在這個過程中可以在"編輯"的下拉菜單中選擇"文檔生成"中的"注釋編輯"進行相關觸點的注釋說明，這樣可以加強程序的可讀性。3.程序的轉換在編寫程序的過程中，點擊"變換"→"變換"，可對所編寫的程序進行表面檢查。4.程序的下載當程序的轉換沒有錯誤時，單擊工具欄中的"梯形圖邏輯測試啟動/停止按鈕，等待把已轉換的程序寫入PLC中。5.PLC的監(jiān)控和測試程序寫入PLC后就可以進行監(jiān)控和調試，單擊工具欄上的軟元件測試，出現(xiàn)一個對話框，在"軟元件"一欄中寫入你想要監(jiān)視的軟元件，強制ON和OFF，對這個調試過程進行監(jiān)視。由于在程序寫入完后，將出現(xiàn)一個名稱為"LADDERLOGICTESTTOOL"的對話框，單擊"菜單啟動"中的"繼電器內存監(jiān)視"，在里面可以通過時序圖對整個程序進行監(jiān)視。五、系統(tǒng)設計方案論證5.1基本要求1)主持人按下開始搶答按鈕后,搶答開始并限定時間。2)最先按下按鈕的由七段顯示器顯示該臺臺號,同時蜂鳴器發(fā)出音響,其它搶答按鈕無效。3)10S之內無人回答,蜂鳴器發(fā)出音響視搶答無效。4)在主持人按下開始搶答按鈕之前有人按下?lián)尨鹌?則屬違規(guī),在顯示臺號同時違規(guī)指示燈亮,其它按鈕不起作用。5)各臺數(shù)字顯示的消除,蜂鳴器音響及違規(guī)指示燈的關斷,都要通過主持人去按下復位按鈕。5.2設計任務及工作原理1)搶答器同時為8組選手分別提供按鈕進行搶答，按鈕分別為PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7。2)設置一個復位按鈕PB10，實現(xiàn)系統(tǒng)電路的復位，由主持人控制。3)當主持人打開啟動開關后，在設定時間T1內，如果某組搶先按下?lián)尨鸢粹o，則驅動音效電路發(fā)出聲響，某分臺指示燈亮，并且在8段數(shù)碼管顯示器上顯示出搶答成功的組號，此時電路實現(xiàn)互鎖，其他組再按下?lián)尨鸢粹o為無效。4)如果在時間T1內，無人應答，則驅動音效電路②發(fā)出聲響，總臺燈指示燈亮，表示搶答者均放棄該題。5)在搶答成功后，啟動計時器，在設定的時間T2內回答有效，當?shù)竭_設定時間T2時，驅動音效電路，總臺燈指示燈亮，表示答題時間到。5.3方案論證無論是在學校、工廠、軍隊還是電視節(jié)目中，都可能會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有很多類型的競賽搶答器，但其中絕大多數(shù)是早期設計的，采用模擬電路、數(shù)字電路或者模數(shù)混合電路的產(chǎn)品。這搶答器已相當成熟，但是隨著功能增多，電路也越復雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調節(jié)及功能的升級換代。數(shù)字及模擬電路組成的搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構成擴展電路。單片機、CPLD組成的搶答器也有一定的缺陷，不夠精確。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、CPLD、PLC的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術的不斷更新。本設計就是利用PLC作為核心部件進行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，PLC的性能優(yōu)勢必定會使得競賽真正達到公正、公平、公開。5.4系統(tǒng)結構框圖本次設計采用的方法是用PLC做主體控制系統(tǒng)來控制。由音效電路、指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路組成。系統(tǒng)結構框圖如圖5.1所示開始按鈕開始按鈕SW1SW2復位按鈕控制按鈕及開關總臺PLC控制器音效電路指示燈電路數(shù)碼管顯示電路PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7圖5.1系統(tǒng)結構框圖六、系統(tǒng)硬件設計6.1PLC工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內部處理和通信操作服務等內容。在PLC處于運行狀態(tài)時，從內部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。循環(huán)掃描過程如圖6.1所示：內部處理通信操作輸入處理內部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理停止停止圖6.1循環(huán)掃描流程圖工作過程：主要分為內部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。（1）內部處理階段：在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它內部工作。（2）通信服務階段：在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容等，當PLC處于停狀態(tài)時，只進行內容處理和通信操作等內容。1．輸入處理輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器的內容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。2．程序執(zhí)行根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉指令，根據(jù)跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，存入有關器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。3．輸出處理程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。4.PLC的工作狀態(tài)PLC有兩種工作狀態(tài)，即運行(RUN)狀態(tài)與停止(STOP)狀態(tài)。運行狀態(tài)是執(zhí)行應用程序的狀態(tài)。停止狀態(tài)一般用于程序的編制與修改。在這兩個不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務是不盡相同的。在運行狀態(tài)，PLC通過反復執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復執(zhí)行，直至PLC停機或切換到停止(STOP)工作模式。在內部處理階段，PLC檢查CPU模塊內部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些其他內部工作。在通信服務階段，PLC與其他帶微處理器的智能裝置通信以更新編程器的顯示內容。當PLC處于停止模式時，只執(zhí)行以上兩種的操作。PLC處于運行(RUN)模式時，還要完成另外三個階段的操作。5.掃描周期和響應時間PLC在運行狀態(tài)時，執(zhí)行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為0.5ms～100ms。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：CPU執(zhí)行指令的速度，執(zhí)行每條指令占用的時間；程序中指令條數(shù)的多少。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行速度有很大關系，一般說來，一個掃描過程中，輸入采樣和輸出刷新所占時間較少，執(zhí)行指令的時間占了絕大部分。PLC的響應時間是指從PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至由它控制的有關外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的間隔，也叫做滯后時間(通常滯后時間為幾十毫秒)。它由輸入電路的時間常數(shù)、輸出電路的時間常數(shù)、用戶語句的安排和指令的使用、PLC的循環(huán)掃描方式以及PLC對I/O的刷新方式等部分組成。這種現(xiàn)象稱為I/O延遲響應或滯后現(xiàn)象。由于PLC的這種周期循環(huán)掃描工作方式，決定了響應時間的長短與收到輸入信號的時刻有關。響應時間可以分為最短響應時間和最長響應時間。（1）最短響應時間如果在一個掃描周期剛結束之前收到一個輸入信號，在下一個掃描周期之前進入輸入采樣階段，這個輸入信號就被采樣，使輸入更新，這時響應時間最短。（2）最長響應時間如果收到一個輸入信號經(jīng)輸入延遲后，剛好錯過I/O刷新的時間，在該掃描周期內這個輸入信號無效，要到下一個掃描周期輸入采樣階段才被讀入，使輸入更新，這時響應時間最長。由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，即對信息串行處理方式，必定導致輸入、輸出延遲響應，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。對于一般工業(yè)控制要求，這種滯后現(xiàn)象是允許的。但是對那些要求響應時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時可以使用智能輸I/O單元(如快速響應I/O模塊)或專門的指令(如立即I/O指令)，通過與掃描周期脫離的方式來解決。6.2外部接線圖本次設計的外部接線圖如圖6.2所示。xx000x001x002xx003x004x005x006x007x011x010comooooooooooooooooooooabcdefg音效電路~●●●y20y21y22y23y24y25y26y10y0y7y11com2com1????????PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7SW1SW2DCL1ACDCFX2N-32MR圖6.2外部接線圖七、系統(tǒng)軟件設計7.1I/O口的分配本次設計的系統(tǒng)I/O口的分配表如表7.1所示。其他機內器件所代表的意義如表7.2所示。表7.1I/O口的分配輸入口所接器件輸出口所接器件X10SW1Y0L0X11SW2Y1L1X0PB0Y2L2X1PB1Y3L3X2PB2Y4L4X3PB3Y5L5X4PB4Y6L6X5PB5Y7L7X6PB6Y20數(shù)碼管a段X7PB7Y21數(shù)碼管b段Y22數(shù)碼管c段Y23數(shù)碼管d段Y24數(shù)碼管e段Y25數(shù)碼管f段Y26數(shù)碼管g段Y10L8Y11蜂鳴器表7.2其他機內器件所代表的意義M0公共控制觸點繼電器M1應答時間輔助繼電器M2搶答輔助繼電器M3答題時間輔助繼電器M4音響啟動信號繼電器T1應答時間10ST2答題時間30ST3音響時限1S數(shù)碼管顯示控制數(shù)碼管采用共陽的，其顯示規(guī)律如表7.3所示。表7.3數(shù)碼管顯示真值表abcdefgh0111111001011000002110110103111100104011001105101101106101111107111000008111111119111101107.2系統(tǒng)支路的設計7.2.1應答開始控制應答開始是當主持人按下開始按鈕（X011）之后才能夠搶答。在主持人按下開始按鈕的同時定時器（T1）開始計時，程序梯形圖如圖7.4所示。圖7.4應答開始控制程序梯形圖7.2.2搶答控制在開始搶答后，任意一組都可以開始搶答，搶答成功后對應的分臺燈就會亮，同時接通搶答輔助繼電器（M2）對其他各組進行互鎖讓其他各組的搶答無效。程序梯形圖如圖7.5所示。圖7.5搶答控制程序梯形圖7.2.3答題時限控制在搶答成功后定時器（T2）開始計時，如果在設定的時間內沒有完成答題，則總臺燈（Y011）、音響啟動信號繼電器（M2）接通，總臺燈亮并且驅動音響（Y010）。程序梯形圖如圖7.6所示。圖7.6搶答時限控制程序梯形圖7.2.4違例在主持人按下開始按鈕（X011）之前如果有人按下?lián)尨鸢粹o就會接通分臺燈、總抬燈及音響，程序梯形圖如圖7.7所示。圖7.7搶答偽例控制程序梯形圖系統(tǒng)整體程序梯形圖及指令表見附錄。八、系統(tǒng)仿真與調試8.1系統(tǒng)的仿真X0010總臺復位X0011總臺開始TS1定時器11）當有某人違例（假如是第1組）仿真圖如圖8.1所示總臺燈（Y11）、某臺燈（Y0）、音響（Y10）、數(shù)碼管顯示（Y21、Y22）為組號1圖8.1某人違例仿真圖2）正常搶答情況（假如是第1組）仿真圖如圖8.2所示某臺燈（Y0）、音響（Y10）、數(shù)碼管顯示（Y21、Y22）為組號1圖8.2正常搶答仿真圖3）無人應答及答題超時的情況總臺燈（Y11）、音響（Y10）仿真圖如圖8.3所示圖8.3無人應答及答題超時仿真圖8.2工作過程分析1)開始搶答前，主持人首先通過復位按鈕SW1(X010)實現(xiàn)電路復位，在提問之后，打開選擇開關SW2(X0111啟動定時器T1,本程序預設為10S。2)在搶答限時內，當某一組搶先按下?lián)尨鸢粹o后，對應的輔助繼電器接通，同時切斷其它搶答回路，實現(xiàn)互鎖。如PB0搶先按下，則XO00導通，輔助繼電器M0接通,同時切斷M1一M7搶答回路,PB1一PB7再按下將不會起作用。3)搶答成功后，輔助繼電器M2接通，啟動音效電路(YOIO)和某分臺指示燈，同時利用內部編碼程序段控制輸出點YO00一YO06，輸出驅動信號，驅動外部數(shù)碼顯示器顯示搶答成功的組號。4)如果在限時內無人搶答，則啟動音效電路(YO10)和總臺指示燈(YO11)，外部數(shù)碼顯示器也顯示。5)搶答成功后，同時啟動定時器T2(本程序預設為30s)，當T2計時結束，將啟動音效電路和指示燈提示回答時間到。九、心得體會很快，為期兩周的專業(yè)綜合課程設計即將結束。在這不長不短的兩周時間里，我感悟到了很多。在此次課程設計中，我們體驗到了理論知識在實際中的運用，體驗到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。通過此次設計既鞏固了我們的理論知識，又鍛煉了我們的動手操作能力。也讓我們認識到了把理論運用到實際過程中可能會遇到一些不同的困難，但只要認真分析、仔細思考，用科學冷靜的頭腦去研究問題，終究能發(fā)現(xiàn)問題的所在，取得成功。我深刻的體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當?shù)姆爆?，有時花很多時間檢查程序錯誤，分析原因，那時心中就有點灰心，有時還特別想放棄，此時更需要靜下心來，更仔細的查找原因。才能解決遇到的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便培養(yǎng)起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增加了信心。同時通過這次課程設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。非常感謝這次機會。這次課程設計過程中我受益匪淺，在摸索中實現(xiàn)了課題所要求的結果。培養(yǎng)了我的設計思維，增加了動手操作能力。更讓我體會到了實現(xiàn)功能的喜悅。十、參考文獻[1]史國生.電氣控制與可編程技術.北京：化學工業(yè)出版社，2010.[2]高欽和.可編程控制器應用技術與設計實例.北京：人民郵電出版社，2004.[3]張新軍.電氣控制與PLC技術及應用.濟源：濟源職業(yè)技術學院出版社，2006.[4]王成福.可編程序控制器原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2006.[5]張進秋.可編程控制器原理及應用實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.[6]張萬忠.可編程控制器應用技術.北京：化學工業(yè)出版社，2002.[7]鄭萍.現(xiàn)代電氣控制技術.重慶：重慶大學出版社，2001.[8]張培志.電氣控制與可編程序控制器.北京：化學工業(yè)出版社，2007.附錄系統(tǒng)控制部分梯形圖程序指令0 LD X010復位按鈕1 OUT M102 LDI M103 MC N0 M0復位控制6 LD X011開始按鈕7 OR M18 ANI M29 OUT M1開始控制10 OUT T1 K10013 LD X00014 ANI M215 OR Y00016 OUT Y00017 LD X00118 ANI M219 OR Y00120 OUT Y001 分臺燈輸出21 LD X00222 ANI M223 OR Y00224 OUT Y00225 LD X00326 ANI