1、辽 宁 工 业 大 学PLC技术及应用课程设计（论文）题目：基于点对点通信实现3组抢答器设计院（系）： 电气工程学院 专业班级：学 号：学生姓名：指导教师：起止时间：本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量 60% 答辩20% 以百分制计算学 号 学生姓名 专业班级设计题目 基于点对点通信实现3组抢答器设计课程设计（论文）任务设计任务：参赛的 A，B，C 3 人的桌上各有一个抢答按钮，用 3 盏信号灯来显示他们的抢答信号，主持人通过控制台上的选择开关控制比赛的进行，控制台面板上有选择开关 SF0，开始抢答按钮SF1，加分
2、按钮 SF2，减分按钮 SF3。还设有 LED 显示器实时显示各组积分情况。1、比赛开始或宣布下一个题目之前，主持人要拨动一次开关，使所有指示灯复位；2、为了控制抢答时间，抢答按钮在 15 秒内按下有效，超过 15 秒则无效；3、当主持人公布题目后，并按下开始抢答按钮，这时控制台上的抢答计时指示灯亮。自此抢答有效，当 15 秒到而无人抢答时，计时指示灯灭；4、最先按下按钮的抢答者对应的指示灯亮，与此同时，应禁止另外 3 个抢答者灯亮；5、若回答正确，其积分器加 10 分，若回答错误，其积分器减 10 分；没有得到抢答权的参赛组不能得到加分；6、LED 显示器同步显示各组得分情况。最后各参赛组以
3、积分多少论胜负。设计要求：1、系统需要 4 台 PLC，请选择合适的 PLC 主机和扩展模块，完成系统硬件接线图；2、完成 PLC 控制 I/O 端口分配表以及整体程序流程图；3、按系统的控制要求，用梯形图设计程序；4、按统一的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书在 4000 字以上。 技术参数：抢答按钮在 15 秒内按下有效，超过 15 秒则无效；积分器初值设置为 50；LED 显示位数为 2 位。控制按钮额定工作电压 220V，约定发热电流 5A，PLC 触点寿命500000 次，时间误差0.5S 。工作计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。 （2 天）2、确定系统
4、的输入/输出信号和类型，选择 PLC 主机和扩展模块。 （1 天）3、建立 I/O 分配表，完成 PLC 与输入输出信号的外部接线。 （1 天）4、按系统的控制要求，设计系统的梯形图。 （3 天）5、上机调试、修改程序、答辩。 （2 天）6、撰写、打印设计说明书（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 指导教师签字： 总成绩： 年 月 日本科生课程设计（论文）II摘要目前市场上的大多数的所谓智能抢答器多是早期设计型号，功能不全，大多只是带有抢答锁定的单一功能。而目前最近采用的一批抢答器型号，技术上也是越来越成熟，一般采用模拟电路或者数字电路控制，或者是模数结合的控制形式。目前比较先
5、进的抢答器一般都具有倒计时、定时、自动（手动）复位、LED 数码管显示、按键发光等多种复合功能。而我们都知道越是功能繁杂，工艺要求越是高，成本高，损坏检修难度也相对比较困难。基于市场上抢答器的这一情况，要想改变这样的这样的一个现状，必须化繁为简，节约成本，提高准确率，而以 PLC 作为其核心部件来进行逻辑控制及信号的产生，用这一手段来达到最快最准最简的目的。本次设计的抢答器具备通信能力，各从站能与主站进行通信；它还具有显示单元，能将各参赛队的积分值进行实时显示，并且将工作在交流电源下的按钮与 PLC 主机进行了隔离，更加安全。它功能更强，性能更高，编程语言多样化，抗干扰能力尤为强大，可靠性大为
6、提高。使这套系统具备易用性和实用性。本次设计的基于 PPI 通信的三路抢答器具备了任务要求功能，能够运用在各种竞赛的场合，由于 PLC 的成本问题，本次设计的抢答器优异的抗干扰能力和出众的稳定性适合应用在可靠性要求极高的场合，例如军工航天等场合。为人们的日常生活带来了方便，更为社会创造了价值。关键词：抢答器；PLC ；PPI 通信本科生课程设计（论文）III目录第 1 章 绪论 .1第 2 章 方案论证 .32.1 系统分析 .32.2 I/O 分析 .32.3 确定方案 .4第 3 章 硬件设计 .53.1 主机和模块选型 .53.2 连接及地址分配 .53.3 I/O 分配 .73.4 外
7、部接线图 .8第 4 章 程序设计 .114.1 流程图 .114.2 梯形图 .12第 5 章 调试或仿真 .21第 6 章 总结 .24参考文献 .25本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论我国科技迅速发展，而电子行业这个新兴产业的发展更是日新月异，在很多行业和竞争场合都要求公正的快速裁决，例如体育竞技、证券、股票交易，以及各种智力竞赛等。在现在的社会中，智力竞赛更是作为一种生动活泼的教育形式和方法来引起观众和参与者的极大地兴趣，在各种各样的竞赛中，往往有几组或多组选手参加，这时主持人针对某个问题提问时，选手们都要经过竞赛抢答器来进行抢答。竞赛抢答器是用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中
8、很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。目前所使用的抢答器存在分立元件使用较多的特点，造成每路的成本偏高，而现代电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计成数字化全集成电路的数字抢答器是现代电子技术发展的要求。现在，常见的抢答器设计方案有 3 种：用继电器设计、用数字电路设计、用单片机设计。利用继电器或接触器的常闭触点互锁的原理可以很容易的做成抢答器。但由于受到继电器触点数目的限
9、制往往只能构成四路以内的抢答器，不能满足参赛队数的要求。并且利用继电器设计的抢答器，体积庞大。利用数字电路中的优先编码器、锁存器、译码器、计数器、定时器和七段式数码管显示器可以很容易组建出抢答器，但是，运用的元件很多，故障点也就会随之增加，可靠性大打折扣。用单片机设计的抢答器具有电路简单、功能齐全、制作成本低、性价比高的特点，是一种经济、实用的比赛所用抢答器，但是它不具备通信能力，如果要求通信，再加上通信部分，整个电路会庞大不少，整个系统的稳定性和可靠性将大大降低。本次设计另辟蹊径，采用功能更加强大，性能更加稳定的PLC（Programmable Logic Controller，意为可编程序
10、逻辑控制器） 。它功能更强，性能更高，编程语言多样化，抗干扰能力尤为强大，可靠性大为提高。在本设计中，PLC 拥有继电器一样的开关量互锁组建抢答器的优点，同时它优秀的可拓展能力也克服了触点数目的缺陷，它内部资源丰富，兼具单片机运算的优势，又能进行通信，且可以多台 PLC 互相通信，集运算、处理、显示等功能与一身，外部本科生课程设计（论文）2只需将开关、按钮、指示灯和显示单元的七段式数码管显示器接上即可组成稳定、可靠的多路抢答器。在本设计中，PLC 担当的是核心地位，此次采用了四台 PLC 组建基于 PPI 通信的多路抢答器，其中一台 PLC 作为主站，其他三台 PLC 作为从站，主站读取其他三
11、台从站的信息，同时将抢答开始等信号写入从站。主站供主持人操作，从站供各参赛队进行抢答等操作，所有一切信息的读取与处理、输出均为 PLC 控制，其他器件仅为辅助作用。用到了平时所学的 PPI 通信，触点的自锁与互锁，定时，计数和送显示等知识点，加深了印象，巩固了所学到的知识。本科生课程设计（论文）3第 2 章 方案论证2.1 系统分析经过分析，参赛的 A，B，C 3 人的桌上各有一个抢答按钮，并用 3 盏信号灯来显示他们的抢答信号，还设有两位七段式 LED 数码管显示器实时显示各组积分情况。主持人通过控制台上的选择开关控制比赛的进行，控制台面板上有选择开关 SF0，开始抢答按钮 SF1，加分按钮
12、 SF2，减分按钮 SF3，还有一个抢答计时指示灯 L1。要求：1、比赛开始或宣布下一个题目之前，主持人要拨动一次开关，使所有指示灯复位；2、为了控制抢答时间，抢答按钮在 15 秒内按下有效，超过 15 秒则无效；3、当主持人公布题目后，并按下开始抢答按钮，这时控制台上的抢答计时指示灯亮。自此抢答有效，当 15 秒到而无人抢答时，计时指示灯灭；4、最先按下按钮的抢答者对应的指示灯亮，与此同时，应禁止另外两个抢答者灯亮；5、若回答正确，其积分器加 10 分，若回答错误，其积分器减 10 分；没有得到抢答权的参赛组不能得到加分；6、LED 显示器同步显示各组得分情况。最后各参赛组以积分多少论胜负。
13、2.2 I/O 分析由分析可知，四台 PLC 均只涉及到数字量 I/O，并未涉及模拟量输入输出。对于主持人所在的主站，数字量输入（DI）有 4 路，分别是选择开关 SF0，开始抢答按钮 SF1，加分按钮 SF2 和减分按钮 SF3。数字量输出（DO）有一路：抢答计时指示灯（L1） 。对于 A 组参赛队所在的从站 A 则有数字量输入（DI）一路：抢答开关 K1。数字量输出（DO）17 路：抢答指示灯 LA，显示单元 DA（16 路） 。对于 B 组参赛队所在的从站 B 则有数字量输入（DI ）一路：抢答开关 K2。数字量输出（DO）17 路：抢答指示灯 LB，显示单元 DB（16 路） 。对于
14、C 组参赛队所在的从站 C 则有数字量输入（DI ）一路：抢答开关 K3。数字量输出（DO）17 路：抢答指示灯 LC，显示单元 DC（16 路） 。本科生课程设计（论文）42.3 确定方案根据系统分析和 I/O 分析，本次选用 4 台 PLC，一台作为 PPI 通信的主站，另外三台作为 PPI 通信的从站，主、从站之间通过通信电缆连接，进行点对点通信。主站负责抢答开始与停止，以及对各组回答正确后加分及回答错误后减分，主站还要读取是哪个从站先按下了抢答灯，从而对另外两组进行互锁，使其他后两组的操作不起作用。从站通过主站写入的数据进行相应的操作，同时还要显示本组实时的积分数值。又因为按钮的额定工
15、作电压是交流 220V，考虑到 PLC 主机的安全，在此采用交流继电器作为隔离来保护 PLC 主机，避免在意外情况下造成主机烧毁。接线时，继电器线圈通过按钮和交流 220V 电源连接，继电器触点接在直流 24V 电源上，通过按钮的动作来控制线圈得电与失电，从而进行开关量信号的输入。考虑到晶体管的动作频率比继电器的动作频率更快，且具备无触点、无火花、动作频率快的优点，更加安全，稳定，故 PLC 主机均选用晶体管输出型。本科生课程设计（论文）5第 3 章 硬件设计3.1 主机和模块选型本次设计需要用到 PLC，S7-200 型 PLC 是德国西门子公司生产的一种小型PLC，它是一种小型的可编程序控
16、制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列具有极高的性能 /价格比，故本次设计将采用这一系列的 PLC 来实现。因为主机的输入输出点数较少，故考虑到成本问题，应选用自身带有 I/O 点数较少和使用广泛的的 CPU 型号。经过初期的市场调研，结合本系统的需求以及各方面的综合因素考虑，计划选用 4 台 SIEMENS 公司的 S7-200 系列 CPU224 型 PLC。它具备 14 路数字量输入和 10 路数字量输出端口，因从站还需要显示两位数的实时积分值，所以从站的 I
17、/O 点数不够，故还需拓展输出拓展模块，选用的是 3 个 8 点 DC 的 EM222 模块即可解决问题。3.2 模块连接及地址分配由于从站主机 I/O 点数为 14 入/10 出，与要求的 1 入/17 出还有差距，故需拓展一个 8 点 DC 的 EM222。其中 EM222 通过用于连接拓展电缆或 EM 进行连接，连接图如图 3.1 所示。因为还涉及到 I/O 点数编址，根据 S7-200 系统拓展对输入 /输出地址空间的分配规则现编址如表 3.1 所示。图 3.1 模块连接方式主机CPU224DI14/DO10模块 1EM222DO8本科生课程设计（论文）6表 3.1 各模块编址主机 I/O 模块 1 I/O输入 输出 输出I0.0 Q0.0 Q2.0I0.1 Q0.1 Q2.1I0.2 Q0.2 Q2.2I0.3 Q0.3 Q2.3I0.4 Q0.4 Q2.4I0.5 Q0.5 Q2.5I0.6 Q0.6 Q2.6I0.7 Q0.7 Q2.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5又因三组从站皆为 CPU224 拓展一个 8 点 DC 的 EM222，故其他两组的连接和地址分配与上述连接与地址分配相同。
