江南大学
《电气控制及PLC》课程设计
说明书
题目：抢答器PLC控制系统设计
班级：
学号：
姓名：
成绩：
目 录
第一章 绪论 ……………………………………………2
§1.1 PLC …………………………………………………………2
1.1.1 PLC由来及发展 …………………………………………2
1.1.2 PLC的基本结构 ………………………………………2
1.1.3 PLC的工作原理 …………………………………………2
§1.2 抢答器 ……………………………………………………2
1.2.1 电子抢答器 ……………………………………………3
1.2.2 电脑抢答器 ……………………………………………3
第二章 抢答器设计内容 ………………………………3
§2.1 PLC抢答器的控制要求 …………………………………3
§2.2 设计任务 ………………………………………………4
§2.3 硬件设计方案 ……………………………………………4
2.3.1 I/O分配表 ………………………………………………4
2.3.2 抢答器I/O接线图 ……………………………………6
2.3.3 电气原理图 ……………………………………………7
§2.4 程序流程图 ………………………………………………8
第三章 程序设计 ……………………………………8
§3.1 梯形图设计 ………………………………………………8
§3.2 语句表 ……………………………………………………18
第四章 实验总结与心得 ……………………………27
第五章 参考文献 ……………………………………28
第一章 绪论
§1.1 PLC
1.1.1 PLC由来及发展史
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。
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）
2．中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）
3．近期的PLC（80 年代中后期至今）
1.1.2 PLC的基本结构
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。主要有： 输入寄存器，输出寄存器，存储器，CPU单元及其它接口单元。
1.1.3 PLC的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
§1.2 抢答器
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生
而实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单(有的甚至没有显示电路)，无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。
一般抢答器由单片机以及外围电路组成，分为八路十路等不同，八路和十路的差别是，抢答器背面的接口有几组，和外形没有关系。
1.2.1 电子抢答器
电子抢答器的中心构造一般都是由抢答器由单片机以及外围电路组成，其搭配的配件不同又分为，非语音非记分抢答器和语音记分抢答器。多适用于学校和企事业单位举行的简单的抢答活动。非语音记分抢答器构造很简单，就是一个抢答器的主机和一个抢答按钮组成，在抢答过程中选手是没有记分的显示屏。
语音记分抢答器是有一个抢答器的主机和主机的显示屏和选手的记分显示屏。
1.2.2 电脑抢答器
电脑抢答器又分为无线电脑抢答器和有线电脑抢答器。
无线电脑抢答器的构成是由：主机和抢答器专用的软件和无线按钮。 无线电脑抢答器利用电脑和投影仪，可以把抢答气氛活跃起来，一般多使用于电台等大型的活动。
有线电脑抢答器也是由主机和电脑配合起来，电脑在和投影仪配合起来，利用专门研发的配套的抢答器软件，可以十分完美的表现抢答的气氛。
第二章抢答器设计内容
§2.1 PLC抢答器的控制要求
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 设计任务
1.根据控制要求，进行机床电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC 硬件配置电路。
2.根据控制要求，编制机床控制PLC 应用程序，有条件可以利用模拟开关板调试程序，模拟运行。
3. 编写设计说明书，内容包括：
（1）设计过程和有关说明。
（2）基于 PLC 的机床电气控制系统电路图。
（3）PLC 控制程序（梯形图和指令表）。
（4）电器元器件的选择和有关计算。
（5）电气设备明细表。
（6）参考资料、参考书及参考手册。
（7）其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
§2.3 硬件设计方案
2.3.1 I/O分配表
2.3.2 抢答器I/O接线图
2.3.3 电气原理图
§2.4 程序流程图
第三章 程序设计
§3.1 梯形图设计
§3.2 语句表
1号选手抢答控制
A(
O I 0.0
O M 0.0
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.0
2号选手抢答控制
A(
O I 0.1
O M 0.1
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.1
3号选手抢答控制
A(
O I 0.2
O M 0.2
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.2
4号选手抢答控制
A(
O I 0.3
O M 0.3
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.3
5号选手抢答控制
A(
O I 0.4
O M 0.4
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.4
6号选手抢答控制
A(
O I 0.5
O M 0.5
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.5
7号选手抢答控制
A(
O I 0.6
O M 0.6
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.6
8号选手抢答控制
A(
O I 0.7
O M 0.7
)
A I 1.0
AN Q 6.0
= M 0.7
30s定时器
A I 1.0
AN M 3.0
L S5T#30S
SD T 1
NOP 0
NOP 0
LC T 1
T MW 1
A T 1
= Q 6.0
选手抢答后定时器停止
O Q 4.0
O Q 4.1
O Q 4.2
O Q 4.3
O Q 4.4
O Q 4.5
O Q 4.6
O Q 4.7
= M 3.0
蜂鸣器控制
A I 1.0
= L 20.0
A L 20.0
BLD 102
L S5T#500MS
SD T 38
A L 20.0
A(
ON T 38
O M 3.0
O Q 6.0
)
= Q 6.1
1号选手抢答器指示灯
A M 0.0
AN M 0.1
AN M 0.2
AN M 0.3
AN M 0.4
AN M 0.5
AN M 0.6
AN M 0.7
= Q 4.0
2号选手抢答器指示灯
A M 0.1
AN M 0.0
AN M 0.2
AN M 0.3
AN M 0.4
AN M 0.5
AN M 0.6
AN M 0.7
= Q 4.1
3号选手抢答器指示灯
A M 0.2
AN M 0.1
AN M 0.0
AN M 0.3
AN M 0.4
AN M 0.5
AN M 0.6
AN M 0.7
= Q 4.2
4号选手抢答器指示灯
A M 0.3
AN M 0.1
AN M 0.2
AN M 0.0
AN M 0.4
AN M 0.5
AN M 0.6
AN M 0.7
= Q 4.3
5号选手抢答器指示灯
A M 0.4
AN M 0.1
AN M 0.2
AN M 0.3
AN M 0.0
AN M 0.5
AN M 0.6
AN M 0.7
= Q 4.4
6号选手抢答器指示灯
A M 0.5
AN M 0.1
AN M 0.2
AN M 0.3
AN M 0.4
AN M 0.0
AN M 0.6
AN M 0.7
= Q 4.5
7号选手抢答器指示灯
A M 0.6
AN M 0.0
AN M 0.2
AN M 0.3
AN M 0.4
AN M 0.5
AN M 0.0
AN M 0.7
= Q 4.6
8号选手抢答器指示灯
A M 0.7
AN M 0.1
AN M 0.0
AN M 0.3
AN M 0.4
AN M 0.5
AN M 0.6
AN M 0.0
= Q 4.7
选手号码数码管a段
O Q 4.1
O Q 4.2
O Q 4.4
O Q 4.5
O Q 4.7
= Q 5.0
选手号码数码管b段
O Q 4.0
O Q 4.1
O Q 4.2
O Q 4.3
O Q 4.6
= Q 5.1
选手号码数码管c段
O Q 4.0
O Q 4.2
O Q 4.3
O Q 4.4
O Q 4.5
O Q 4.6
O Q 4.7
= Q 5.2
选手号码数码管d段
O Q 4.1
O Q 4.2
O Q 4.4
O Q 4.5
O Q 4.7
= Q 5.3
选手号码数码管e段
O Q 4.1
O Q 4.5
O Q 4.7
= Q 5.4
选手号码数码管f段
O Q 4.3
O Q 4.4
O Q 4.5
O Q 4.7
= Q 5.5
选手号码数码管g段
O Q 4.1
O Q 4.2
O Q 4.3
O Q 4.4
O Q 4.5
O Q 4.7
= Q 5.6
定时器时间数码管显示（十位）a段
A(
A M 1.1
A M 1.0
O
A M 1.1
AN M 1.0
O
AN M 1.1
AN M 1.0
)
A I 1.0
= Q 8.0
定时器时间数码管显示（十位）b段
A(
A M 1.1
AN M 1.0
O
A M 1.1
A M 1.0
O
AN M 1.1
A M 1.0
O
AN M 1.1
AN M 1.0
)
A I 1.0
= Q 8.1
定时器时间数码管显示（十位）c段
A(
AN M 1.1
A M 1.0
O
A M 1.1
A M 1.0
O
AN M 1.1
AN M 1.0
)
A I 1.0
= Q 8.2
定时器时间数码管显示（十位）d段
A(
AN M 1.1
AN M 1.0
O
A M 1.1
A M 1.0
O
A M 1.1
AN M 1.0
)
A I 1.0
= Q 8.3
定时器时间数码管显示（十位）e段
A(
A M 1.1
AN M 1.0
O
AN M 1.1
AN M 1.0
)
A I 1.0
= Q 8.4
定时器时间数码管显示（十位）f段
AN M 1.1
AN M 1.0
A I 1.0
= Q 8.5
定时器时间数码管显示（十位）g段
A(
A M 1.1
A M 1.0
O
A M 1.1
AN M 1.0
)
A I 1.0
= Q 8.6
定时器时间数码管显示（个位）a段
A(
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
)
A I 1.0
= Q 9.0
定时器时间数码管显示（个位）b段
A(
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
)
A I 1.0
= Q 9.1
定时器时间数码管显示（个位）c段
A(
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
)
A I 1.0
= Q 9.2
定时器时间数码管显示（个位）d段
A(
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
)
A I 1.0
= Q 9.3
定时器时间数码管显示（个位）e段
A(
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
)
A I 1.0
= Q 9.4
定时器时间数码管显示（个位）f段
A(
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
)
A I 1.0
= Q 9.5
定时器时间数码管显示（个位）g段
A(
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
A M 2.7
AN M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
A M 2.4
O
AN M 2.7
A M 2.6
AN M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
AN M 2.4
O
AN M 2.7
AN M 2.6
A M 2.5
A M 2.4
)
A I 1.0
= Q 9.6
第四章 实验总结与心得
这次的课程设计相对与以前的实验来说难度加大了不少。老师提供了两个课题，一个是四层电梯的自动控制还有一个是抢答器PLC控制系统设计。通过课程设计前的小组讨论，我们选择了相对简单一点的后一个课题。要完成这个课题除了要熟练的运用S7-200的指令，基本的输入输出口。还要用到LED灯，扬声器，数码管等其他外部设备。
在正式实验之前，我们也通过网络和书本查找了一些相关的知识。但是在实验时还是遇到了各种各样的问题，选手的抢答控制电路还是比较容易实现的，因此这一部分不存在太多的困难，但是数码管的显示还是让我们很头疼，我们小组讨论设想了两种方案：一种是使用译码器来驱动7段数码管，另一种是用输出端口直接驱动数码管。后来又听取其他同学的讨论意见以及请教老师，了解到用第一种方案成本稍高，第二种方案则是牺牲了输出端口降低成本来驱动数码管。但是在调试的过程中我们发现编的多路显示程序是不能在硬件电路上实现的，而且使用定时器的时候要用到将倒数计时的时间提取出来送到某个个单元里，开始的时候我们没弄明白提取出来的时间是怎么分配到内存单元中的。不过通过老师的讲解和软件自带的功能说明一点点的解决了问题。最终采用每个数码管管脚单独编程的方法，并且通过硬件验证是可行的。
这次的课程设计虽然有难度，但是通过小组讨论和请教其他同学加上老师耐心地帮助，还算比较完整的设计出了程序，但是一开始我们没有预想到多路显示会有问题这让编程调试多花了不少时间，而且稍让人有点遗憾的是实验室的硬件有限不能将程序完整的仿真验证。不过通过这次课程设计，加深了PLC知识的了解程度，增强了自信心和其他方面的知识技能。这将会给我们以后的学习和工作提供一笔宝贵的经验。
第五章 参考文献
[1]陈建明.电气控制与PLC应用(第2版).[M].北京：电子工业出版社.2010.1
[2]郝久清，肖立. PLC控制系统的可靠性设计.[J].自动化仪表.2005，11
[3]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京:高等教育出版社.2006.5
[4]段苏振.提高PLC控制系统可靠性的设计因素.[J].电气传动.2003，5
[5]刘建清.从零开始学电气控制与PLC.[M].北京:技术国防工业出版社，2006