基于plc的聲光智能搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能都通過(guò)編制的 PLC 程序來(lái)控 3 個(gè)數(shù)碼管和 3 個(gè)指示燈以及 2 個(gè)喇叭來(lái)實(shí)現(xiàn)。模型圖如圖 圖 搶答器模型圖 42 PLC 概述 PLC 的定義、組成及特點(diǎn)一、概述可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來(lái)越廣泛。可編程控制器(Programmable Logic Controller)即 PLC。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫(xiě)的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)經(jīng)過(guò) 4 年調(diào)查，與 1980 年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller） ，簡(jiǎn)寫(xiě)為 PC。后來(lái)由于 PC 這個(gè)名稱常常被用來(lái)稱呼個(gè)人電腦（Personal Computer） ，為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC，以下如圖 、圖 、圖 是幾種 PLC 外形結(jié)構(gòu)圖圖 型 PLC 5圖 西門(mén)子 S7200 型 PLC 圖 　system_200v 型 PLC二、PLC 的定義PLC 一直在快速發(fā)展中，因此到現(xiàn)在為止，還未能對(duì)其下一個(gè)十分確切的定義。1987 年 2 月，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)可編程控制器（PLC）的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等指令，并通過(guò)數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。PLC 及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。三、PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微 6型計(jì)算機(jī)相同，如圖 ：圖 PLC 硬件結(jié)構(gòu)中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，靈活性，近年來(lái)對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。存儲(chǔ)器（Memory）可編程控制器的控制中樞，在系統(tǒng)監(jiān)控下工作，承擔(dān)著將外部輸入 7的信號(hào)的狀態(tài)寫(xiě)入映像寄存器區(qū)域，然后將結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。CPU 常用的微處理器有通用型微處理器，單片機(jī)和位片式計(jì)算機(jī)等。小型 PLC 的 CPU 多采用單片機(jī)或?qū)Ｓ玫?CPU。大型 PLC 的 CPU 多用位片式結(jié)構(gòu)，具有高速數(shù)據(jù)處理能力。基本 I/O 接口電路（1）輸入接口單元。PLC 內(nèi)部輸入電路作用是將 PLC 外部電路（如行程開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等）提供的、符合 PLC 輸入電路要求的電壓信號(hào)，通過(guò)光耦電路送至 PLC 內(nèi)部電路。（2）輸出接口單元。PLC 輸出電路用來(lái)將 CPU 運(yùn)算的結(jié)果變換成一定形式的功率輸出，驅(qū)動(dòng)被控負(fù)載（電磁鐵、繼電器、接觸器線圈等） 。PLC 輸出電路結(jié)構(gòu)形式分為繼電器式、晶閘管式和晶體管輸出型等三種。在繼電器式輸出中，CPU 可以根據(jù)程序執(zhí)行的結(jié)果，使 PLC 內(nèi)設(shè)繼電器線圈通電，帶動(dòng)觸點(diǎn)閉合，通過(guò)繼電器閉和的觸點(diǎn)，由外部電源驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是過(guò)載能力強(qiáng)，交、直流負(fù)載皆宜。但存在動(dòng)作速度較慢，且為有觸點(diǎn)系統(tǒng)，使用壽命有限等問(wèn)題。雙向晶閘管和晶體管輸出型輸出分別具有驅(qū)動(dòng)交、直流負(fù)載的能力。晶閘管輸出型 CPU 通過(guò)光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙向晶閘管通斷，可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載；晶體管輸出型 CPU 通過(guò)光耦電路的驅(qū)動(dòng)，使雙晶體管通斷，驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載。優(yōu)點(diǎn)是兩者均為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，不存在電弧現(xiàn)象，而且開(kāi)關(guān)速度快，缺點(diǎn)是半導(dǎo)體器件的過(guò)載能力差。以上列舉了六類輸入和輸出電路形式，各類 PLC 產(chǎn)品的輸入、輸出電路結(jié)構(gòu)形式均有所不同， 8但光耦隔離及阻容濾波等抗干擾措施是相似的。接口電路PLC 接口電路分為 I/O 擴(kuò)展接口電路和外設(shè)通信接口電路兩類（1）I/O 擴(kuò)接口電路I/O 擴(kuò)展接口電路用連接 I/O 擴(kuò)展單元，可以用來(lái)擴(kuò)充開(kāi)關(guān)量 I/O點(diǎn)數(shù)和增加模擬量的 I/O 端子。I/O 擴(kuò)展接口電路采用并行接口和串行接口兩種電路形式。根據(jù)被控制對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)和要求，確定用戶所需的輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。（2）外設(shè)通信接口電路通信接口電路用于連接手持編程器或其他圖形編程器、文本顯示器，并能組成 PLC 的控制網(wǎng)絡(luò)。PLC 通過(guò) PC/PPI 電纜或使用 MPI 卡通過(guò) RS485 接口和電纜與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)編程、監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)等功能。電源PLC 內(nèi)部配有一個(gè)專用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，將交流/直流供電電源轉(zhuǎn)化為 PLC 內(nèi)部電源需要的工作電源（5V 直流） 。當(dāng)輸入端子為非干接點(diǎn)結(jié)構(gòu)時(shí)，為外部輸入元件提供 24V 直流電源（僅供輸入點(diǎn)使用） 。四、PLC 的特點(diǎn)軟硬件功能強(qiáng)PLC 的功能非常強(qiáng)大，其內(nèi)部具備很多功能，如時(shí)序、計(jì)數(shù)器、主控繼電器、移位寄存器及中間寄存器等，能夠方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制 I/O 等功能。PLC 不僅可進(jìn)行邏輯運(yùn)算，算術(shù)運(yùn)算， 9數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及順序控制，還可實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成等功能，并具有完善的輸入輸出系統(tǒng)。PLC 能夠適應(yīng)各種形式的開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入控制、輸出控制，還可以和其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、控制設(shè)備共同組成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成組數(shù)據(jù)傳送、矩陣運(yùn)算、閉環(huán)控制、排序與查表、函數(shù)運(yùn)算及快速中斷等功能。PLC 的編程語(yǔ)言豐富，它可以分為梯形圖語(yǔ)言、邏輯功能語(yǔ)言、指令表、和順序功能四種。特別是梯形圖語(yǔ)言，它直觀、方便，我們只要有了通常的繼電接觸器電路圖、邏輯圖或邏輯方程，就等于它有了 PLC 系統(tǒng)的用戶程序，很適合電器工程技術(shù)人員操作和使用。使用維護(hù)方便PLC 不需要像用計(jì)算機(jī)控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作。PLC 的輸入接口和輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相連的接口。如輸入借口可以與各種開(kāi)關(guān)、傳感器連接；輸出接口具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，可以直接與繼電器、接觸器、電磁閥等連接。不論是輸入接口或輸出接口，使用都很簡(jiǎn)單。PLC 具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機(jī)界面可對(duì) PLC 的遠(yuǎn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。運(yùn)行穩(wěn)定可靠由于 PLC 采用了微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作有無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，同時(shí)還采用了屏蔽，濾波，隔離等抗干擾措施，所以其平均無(wú)故障時(shí)間在 2 萬(wàn)小時(shí)以上。特別是在制造工藝上加強(qiáng)了抗干擾措施，例如輸入輸出都采用光電隔離，能有效的隔離 PLC 內(nèi)部電路與輸入輸出 10電路之間的聯(lián)系，從而避免了有輸入輸出通道串入的干擾信號(hào)引起的誤動(dòng)作。PLC 還采用屏蔽，輸入延時(shí)濾波等軟、硬件措施，有效的防止空間電磁干擾，特別多高頻傳導(dǎo)干擾信號(hào)具有良好的抑制作用。所以這一切措施，都有效的保證了 PLC 在惡劣的工作環(huán)境下能正常地遠(yuǎn)行。組織靈活可編程控制器品種很多,小型 PLC 為整體結(jié)構(gòu)，并外接 I/O 擴(kuò)展機(jī)箱構(gòu)成 PLC 控制系統(tǒng)。中大型 PLC 采用分體模塊式結(jié)構(gòu)，設(shè)有各種專有功能模塊（開(kāi)關(guān)量、模擬量輸入/輸出模塊、位控模塊、伺服、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊等）供選用和組合，由各種模塊組成大小和要求不同的控制系統(tǒng)。外部控制電路雖然仍為硬接線系統(tǒng)，但當(dāng)受控對(duì)象的