课程设计
题目:基于PLC的抢答器设计
姓 名 徐伟 学 号201303120024
系(院)电子电气工程学院班 级 P13电气二班 指导教师 贲艳波 职 称 副教授
2015年 10月24日
引言
可编程序控制器(PLC) 是一种新型的通用的自动控制装置,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,是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。
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,同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中,PLC往往是作为一个核心部件来使用,仅PLC方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。
PLC的应用领域已经拓宽到了各个领域,在日常生活中,智能抢答器广泛的应用于各种竞赛和抢答场合。越来越多的抢答器投入市场,可是大部分的抢答器主要采用的是单片机系统;而单片机系统由于稳定性不高,所以我们设想是否可以利用PLC进行抢答器的设计,所以我们小组针对此次毕业设计进行了软硬件的设计。基于此,我们采用了欧姆龙公司的PLC 来实现智能抢答器控制系统的设计。
一、可编程控制器的发展史
1.1、可编程控制器的由来
PLC早期主要应用于工业控制,但随着技术的发展,其应用领域正在不断扩大 . 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC,是60年代末发明的工业控制器件,是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上,可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展,PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化,其控制技术也朝着智能化方向不断发展,同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。 1.2、可控制编程器的发展
虽然PLC 问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,PLC 也迅速发展,其发展过程大致可分三个阶段: 1.早期的PLC(60 年代末—70 年代中期)
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义,其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现,在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施,以提高其抗干扰的能力。在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路
的方式—梯形图。因此,早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置,其优点包括简单易懂,便于安装,体积小,能耗低,有故障指使,能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
2.中期的PLC(70 年代中期—80 年代中后期)
在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国,日本,德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元(CPU)。
这样,使PLC 得功能大大增强。在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量,使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC 得应用围得以扩大。
3.近期的PLC(80 年代中后期至今)
进入80 年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且,为了进一步提高PLC 的处理速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 1.3、可编程控制器的应用
自1969年第一台可控编程控制器问世以来,目前可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。
PLC所以被广泛应用,是由它的突出特点和优点的性能分不开的,为了满足工业生产对工业控制设备安全可靠的要求,PLC采用了微电子技术,大量的开关动作由无触电的的半导体电路来完成,PLC选用的电子器件一般是工业机,有的甚至是军用机,平均无故障时间很长。
PLC具有良好的环境适应性,可用于十分恶劣的工业现场。再电源瞬间断电的情况下仍可以正常工作,具有很强的的抗空间电磁干扰能力,可以抗峰值高达1000V、脉宽10us的矩形波空间电磁干扰,具有良好的抗震能力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不高,在环境温度-20—65度、相对湿度为35%-85%情况下仍可正常工作。
二.可编程控制器的主要原理和组成
2.1、可编程控制器的主要原理
CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描,CPU的扫描周期包括读输入、执行
程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等容。
PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分,用户程序不运行时,PLC也在扫描,只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分容。典型的PLC在一个周期中可完成以下5个扫描过程。
1.自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠性,及时反应所出现的故障,PLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。WDT是一个硬件定时器,每一个扫描周期开始前都被复位。WDT的定时可由用户修改,一般在100~200ms之间。其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。
2.与网络进行通信的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程,配有网络的PLC系统才有通信扫描过程,这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。 3.用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下,每一扫描周期部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的,即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短,会影响过程所用的时间.
2.2、可编程控制器的组成部分
PLC与通用计算机没有什么区别,只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行I/O变换,并将这个变换物理实现,应用于工业现场。 1. 输入寄存器
输入寄存器可按位进行寻址,每一位对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的改变由输入开关量驱动,并保持一个扫描周期。CPU可以读其值,但不可以写或进行修改。 2. 输出寄存器
输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。 3. 存储器
存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序,它是由厂家开发固化好了的,用户不能更改,PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源,I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行,从而
完成复杂的控制功能。 4. CPU单元
CPU单元控制着I/O寄存器的读、写时序,以及对存储器单元中程序的解释执行工作,是PLC的大脑。 5. 其它接口单元
其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。
三、智能抢答器的电路设计
3.1、设计方案和思路
(1)PLC抢答器的控制要求: