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1、精选优质文档-倾情为你奉上分布式控制课程设计设 计 题 目： 一个智力竞赛抢答控制装置的设计 学 校： 上海交通大学 院 系： 设 计 人 员： X DD 指 导 教 师： SSSSSSSSSS 目 录专心-专注-专业1 绪论随着我国经济和文化事业的发展，在很多竞争场合都要求有快速公正的额竞争裁决，例如证券、股票交易及各种智力竞赛等。在现代生活中，智力竞赛更是作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众的极大兴趣。而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般都要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答
2、器作为裁判员，一般抢答器由很多门电路组成，线路复杂，可靠性低，特别是抢答路数增多时，实现起来就更加困难。目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。而对于科技飞速发展的今天，PLC、单片
3、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为核心的部件成为主流。2 整体功能介绍智力竞赛抢答控制装置，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变智力竞赛抢答控制装置的抢答方案。2.1任务描述 在各种形式的智力竞赛中
4、，抢答器作为智力竞赛的评判装置得到了广泛的应用。设计抢答器的原则是：（1）可以根据参赛者的情况，自动设定允许抢答的等候时间。（2）能够用声光信号表示竞赛状态，调节赛场的气氛。（3）根据比赛规模的大小要求，能够自由调整参赛人数。为简单起见，在赛场安排有4个抢答桌，系统组成如图1所示。在每个抢答桌上有抢答按钮，只有最先按下的抢答按钮有效，伴有声、光指示。在规定的时间内抢答时才能回答问题，否则无效。音箱图2.1 智力抢答器系统组成2.2智力竞赛抢答控制装置要求:（1） 当出题人说出问题且按下开始按钮SB1后（复位按钮SB0），在10s之内，4个参赛者中只有最早按下抢答按钮的人抢答有效。（2） 每个抢
5、答桌上安装1个抢答按钮（SB2-SB5），1个指示灯。抢答有效时，指示灯（EL1-EL4）快速闪亮3s，赛场中的音响装置（B）响2s。（3） 10s后抢答无效。2.3控制装置要求分析智力竞赛抢答控制装置是由两大部分组成：抢答块和执行块。抢答块中主要有关主持人及参赛者抢答的与或关系。能完成任务1中的相应要求，避免四位参赛者同时抢得到回答提问的机会。执行块中主要执行指示灯的闪烁及赛场音响的通断。两个主要块在编写程序的过程中需注意以下几点：（1） 四位参赛者的抢答器需进行互锁，避免同时抢答，并加入一个10s的中间继电器，用于计时。（2）当参赛者夺得抢答权时，指示灯需进行一定规律的闪烁。并在规定的闪烁
6、3秒后能保持常亮状态，当主持人重新复位后，指示灯可以重新关断。（3）尽可能的简短PLC的扫描周期，以便提高系统的运算速度。并使用上升沿的触点，避免在扫描周期时按钮执行动作。（4）减少暂时不产生作用却仍处接通状态的继电器的数量，以此减少能耗，使程序更加合理。综合以上分析，做出智力竞赛抢答控制装置的结构流程图（图2.2所示）。开始四组抢答抢答相应灯亮，音响响按复位键返回结束是否到10s是否是开始抢答键是否按下否图2.2 结构流程图3 硬件电路设计本系统对PLC的I/O总要求为：6个开关量输入点，5个开关量输出点。综合考虑各方面因素及进一步发展的要求，设计选择西门子S7300系列PLC为控制核心，C
7、PU模块可选用CPU314C2DP，具体配置如图3.1所列。图3.1 PLC系统配置表图3.2 系统硬件配置状况知识竞赛抢答器通过PLC进行按控制要求编程，其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心（PLC），PLC将根据信号作出相应的响应。知识竞赛抢答器有六个输入信号（即六个按钮），六个输出信号（即五个台灯信号、一个音响信号）。由上可知PLC共有六个输入点，六个输出点。系统控制结构框图如下图3.3所示：PLCSB0SB1SB2SB3SB4SB5SB41号台灯2号台灯3号台灯4号台灯音 响图3.3 系统控制结构框图4 软件设计4.1输入输出IO分配表4-1 知识竞
8、赛抢答器输入输出口分配表输入信号输出信号名称代号内部地址名称代号内部地址裁判台复位按钮SB0I0.0/M3.01号参赛台灯EL1Q1.1裁判台开始按钮SB1I0.1/M3.12号参赛台灯EL2Q1.21号赛台抢答器按钮SB2I1.0/M4.13号参赛台灯EL3Q1.32号赛台抢答器按钮SB3I1.1/M4.24号参赛台灯EL4Q1.43号赛台抢答器按钮SB4I1.2/M4.3音 响BQ0.04号赛台抢答器按钮SB5I1.3/M4.4为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用SB0作为裁判台复位按钮，使进入下轮比赛开始。用SB1作为裁判台开始按钮，四个参赛队分别用与之对应号SB1、SB2、SB3、S
9、B4设置按钮。输出与输入对应，用Q1.1输出信号驱动比赛开始信号灯EL1，同理用Q1.2、Q1.3、Q1.4、输出信号驱动对应的信号灯EL2、EL3、EL4。Q0.0输出信号驱动音响。4.2梯形图设计应用程序是PLC控制系统设计的关键环节之一。对于一个较复杂的控制系统，在具体设计应用程序之前，一般先要选择合理的程序结构。合理的程序结构，不但能使编程工作简化，程序执行效率高、可读性强、可维护性好，而且还能起到事半功倍的效果。线性化程序结构式小型、简单控制系统最常使用的结构，其特点是整个控制程序都放在组织块OB1中。 图4.1 程序设计流程图图 图4.2 指示灯和音响运行图 4.2.1创建符号表用
10、STEP7符号表定义竞赛抢答装置的全局变量，已在表4-2中定义。表4-2 全局变量表4.4.2.2定义OB1的属性表抢答器装置的主程序放在组织块OB1中，它包括所有运行逻辑关系。图4.3是组织块的属性表。图4.3 OB1的属性表4.2.3创建组织块OB1竞赛抢答装置系统的主程序循环块OB1中的梯形图程序如图4.4所示。 图4.4 抢答控制装置的OB1程序4.3 STEP 7仿真调试及运行梯形图建立之后为了保证其正确无误，需要对其进行检测。首先梯形图绘制有其特定规则，如不能有空行，并联时位置有要求等，掌握这些后再修改梯形图，避免一些错误。另外，对梯形图要进行仿真调试，以达到预期的目的。4.3.1
11、调试方案确定在使用“S7PLCSIM Simulating Modules”STEP7组件正式运行之前，先定义各种运行状态，以便查找程序可能产生的错误。（1）先接通I0.1，在10s内再接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）观察：a、Q0.0是否接通，2秒后是否自动关闭； b、Q1.1（Q1.2、Q1.3、Q1.4）是否闪烁，并记录下T3与T4的计时状态； c、Q1.1（Q1.2、Q1.3、Q1.4）是否闪烁了3次，以检测计数器的状态。（2）先接通I0.1，过10s后再接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）观察：a、Q1.1（Q1.2、Q1.3、Q1.4）触点是否保持关断； b、Q
12、0.0触点是否保持关断； c、其他中间继电器是否处于关闭状态。（3）先接通I0.1，在10s内再接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）观察：a、Q1.2（Q1.3、Q1.4）是否闪亮，以此检测程序互锁状态。（4）在未接通I0.1情况下，先接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）观察：a、观察所有输入点和中间继电器是否处于工作状态（即相应的指示灯是否闪亮）。（5）先持续接通I1.1（I1.2、I1.3、I1.4），在不释放I1.1（I1.2、I1.3、I1.4）的情况下，再接通I0.1观察：a、观察所有输入点和中间继电器是否处于工作状态（即相应的指示灯是否闪亮）。（6）在正常工作检测成
13、功后，启动I0.0观察：a、相应的输出点Q是否正常关闭； b、其他中间继电器及计时计数器是否复位。4.3.2软件仿真调试用组件“S7PLCSIM Simulating Modules”对所编写的程序仿真调试。本实验调试为简单起见只第一组进行抢答，即只接通I1.1。按照确定的调试方案，结果如下图（图4.5-图4.11）所示。图4.5 系统为运行状态图图4.6 调试方案1状态图图4.7 调试方案2状态图图4.8 调试方案3状态图图4.9 调试方案4状态图图4.10 调试方案5状态图图4.11 调试方案6状态图5 SIMATIC WinCC仿真 WinCC是SIMATIC PCS 7过程控制系统及其
14、他西门子公司的控制系统中的人机界面组件。WinCC为垂直市场的解决方案提供了丰富的选件和附加件。众多的选件将使工厂认证更为容易，而这种认证更是对工业领域的各种要求做出了非常有说服力的全面相应。为了集成到任何公司内的任何自动化解决方案中，WinCC提供了所有最重要的通信通道，用于连接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通信，以及如ProfibusDP/FMS、DDE等非专用通道；亦能以选件的形式获得其他通信通道。由于所有的控制器制造商都为其硬件提供了相应的OPC服务器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到WinCC。5.1 创建新的驱动程序在打开WinCC界面，新建项目之后，如图5.
15、1所示，在WinCC的变量管理中添加新的驱动程序SIMATIC S7 Protocol Suite.chn，此时在变量管理里出现SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE，打开它的子目录，选中MPI并点击右键，打开新驱动程序的链接，在属性里把插槽号改为2。确定之后就使WinCC与STEP7运用MPI建立连接成功，此时在MPI的子目录下建立了一个新的链接NewConnection_1，并出现了一个握手的图标。图5.1 创建新的驱动程序5.2建立变量表在新建立的“NewConnection_1”中建立如图5.2所示的变量名称，及相应的变量类型和参数。并且该些变量必须与绘图编辑器产生连接，也
16、要与STEP7中编写的变量一一对应。图5.2 建立新的WinCC变量5.3创建运行画面 使用WinCC软件创建运行画面，如图5.3所示。创建的运行画面既是现实的仿真画面，与现实情况相类似。并在画面中的按钮分别与图5.2中建立的变量建立连接，以产生运行效果。最后将该画面“保存”后设为“启动画面”。图5.3 创建仿真运行画面6 小结与心得体会通过这次分布式控制课程设计，我对PLC设计原理、梯形图、指令表、外部接线有了更深入的了解，同时对WinCC也有了更深入的认识，锻炼了我的动手实践，团队协作的能力。在此次课程设计中，我们有过为思考问题而焦头烂额的烦恼，更有最后调试成功的欣喜若狂。在付出与收获中，
17、我乐此不疲，享受自己创造的喜悦。从一知半解到调试成功，我们在学习与动手实践中得到了科学启示，人生的感悟。在设计抢答器的过程中，再一次认识到团队精神以及协同合作的重要性和优越性。我要在尽量让自己闪光的同时，还要更加注重融入集体。无论是学习，还是日常生活，都应该继承和发扬这种珍贵的团队精神。我们经常上网和去图书馆查找学习资料，对不懂的问题及时向授课老师、同学请教，并做好学习记录，获取了更多的学习信息。在学习中经常与同学交流学习信息与学习方法.一份耕耘，就有一份收获。我发现通过开放课程设计学到的不仅是知识，最重要的是学会了一种新的学习方法，为我终身的继续学习，创造了极好的条件和基础。虽然这次学习时间
18、并不长，但是对自主学习的要求提高了，通过这样的学习形式，提高了我的学习能力。经过此次的分布式控制设计实训，得到了不少的启示。思考问题以及进行实践都要严谨，缜密。真所谓小心取证，就是这个道理。让我重新认识了团队精神的重要性及如何在团队中尽可能的发挥自己的长处和优势；如何去学习别人的长处，优点来弥补自身的不足都有了一定程度的提升。通过学习PLC和WinCC的设计,更加了解可编程控制器的构造及应用。激发了我的创新意识，在学习与进行设计的过程中，利用已经掌握的知识及查阅的资料，自行完成PLC设计任务以及设计完成后的答辩过程，都让我们收获不少。“学无止境，上下求索”，在今后的工作中，我将把学到的知识融合
19、，并灵活的运用到学习、工作和生活当中。课程设计的学习生活使我的人生有了较高的起点，在这个起点上，我将不断向前，用自己辛勤的汗水，铿锵的脚步和竖韧不拔的精神，体验人生的涵义，谱写对生命的承诺。只有不断挑战自己、超越自己，才能跟上时代的步伐，成为适应二十一世纪的学习型创新人才。挫折使人成熟，困难使人进步，合作才能提高效率，集思广益才能开阔思路，温故知新，开拓进取。这次课程设计使我们收获良多。7 参考文献1廖常初. PLC基础及应用M.北京：机械工业出版社.20072史国生. 电气控制与可编程控制器技术M.北京：化学工业出版社.2003.3孙振强. 可编程控制器原理及应用教程M.北京：清华大学出版社.19984阮友德. 电气控制与PLC实训教程M.北京：人民邮电出版社.2006.5陈宇可编程控制器基础及编程技巧M广州：华南理工大学出版社.19996彭利标，徐耀生，王芯等可编程控制器原理及应用M西安：西安电子科技大学出版社.20007邓则名，邝穗芳电器与可编程控制器应用技术M北京：机械工业出版社.19998刘华波，王雪，何文雪等. 组态软件WinCC及其应用M.北京：机械工业出版社.2009
基于PLC及Wincc的智力竞赛抢答控制装置设计说明书
