1653-知識(shí)競(jìng)賽搶答器PLC設(shè)計(jì)

1653-知識(shí)競(jìng)賽搶答器PLC設(shè)計(jì),知識(shí)競(jìng)賽,搶答,plc,設(shè)計(jì) 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)I目錄第一章 概述 …………………………………………………………………………11.1 PLC 的簡(jiǎn)介………………………………………………………………………11.2 PLC 的用途與特點(diǎn)………………………………………………………………11.2.1 PLC 的用途………………………………………………………………11.2.2 PLC 的特點(diǎn) ……………………………………………………………21.3 PLC 的分類………………………………………………………………………41.3.1 按 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分類……………………………………………………41.3.2 按結(jié)構(gòu)形式分類…………………………………………………………4第二章 整體方案的選擇……………………………………………………………62.1 整體功能介紹 …………………………………………………………………62.2 控制要求 ………………………………………………………………………62.3 用單片機(jī)和 PLC 分別做系統(tǒng)的比較 …………………………………………7第三章 硬件電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………………93.1 控制特點(diǎn)分析 …………………………………………………………………93.2 PLC 機(jī)型的選擇步驟與原則 …………………………………………………103.3 搶答器流程圖 …………………………………………………………………113.4 程序中所使用的 FX 系列 PLC 的編程元件介紹………………………………113.4.1 三菱 FX 系列 PLC 取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）……113.4.2 三菱 FX 系列 PLC 觸點(diǎn)串聯(lián)指令（AND/ANI/ANDP/ANDF） …………123.4.3 三菱 FX 系列 PLC 觸點(diǎn)并聯(lián)指令（OR/ORI/ORP/ORF）………………133.4.4 三菱 FX 系列 PLC 塊操作指令（ORB / ANB） ………………………143.4.5 三菱 FX 系列 PLC 置位與復(fù)位指令（SET/RST） ……………………153.4.6 傳送類指令 MOV SMOV CMOV BMOV FMOV………………………………153.4.7 三菱 FX 系列 PLC 常數(shù)（K、H）………………………………………183.4.8 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（X） …………………………………183.4.9 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（Y） …………………………………193.4.10 輔助繼電器 …………………………………………………………193.4.11 三菱 FX 系列 PLC 定時(shí)器（T）………………………………………203.4.12 微分指令（PLS/PLF） ………………………………………………22無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)II3.4.13 位右移和位左移指令 ………………………………………………233.5 PLC 與七段 LED 顯示器連接設(shè)計(jì) ……………………………………………243.5.1 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性 ………………………………………243.5.2 PLC 與七段數(shù)碼管方案選擇 …………………………………………253.5.3 PLC 與七段數(shù)碼管直接連接阻值計(jì)算 ………………………………263.5.4 外部硬件接線圖 ……………………………………………………26第四章 軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………274.1I/O 分配 ………………………………………………………………………274.2 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì) ………………………………………………284.3 程序運(yùn)行過(guò)程分析 ……………………………………………………………334.4 源程序…………………………………………………………………………344.5 程序的下載、安裝和調(diào)試 ……………………………………………………41第五章 總結(jié)與展望 ………………………………………………………………42致謝…………………………………………………………………………………43參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………45無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)III知識(shí)競(jìng)賽搶答器 PLC設(shè)計(jì)摘 要:本文介紹了利用三菱FX2N系列PLC對(duì)知識(shí)競(jìng)賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實(shí)現(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新。本文采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR型PLC 作為核心控制器進(jìn)行四路搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時(shí)根據(jù)知識(shí)競(jìng)賽搶答器的控制要求和特點(diǎn),確定PLC 的輸入輸出分配,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。關(guān)鍵詞:PLC 知識(shí)競(jìng)賽搶答器 PLC程序設(shè)計(jì)無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)IVKnowledge contests Responder PLC designAbstract: This paper describes the use of the Mitsubishi FX2N Series PLC knowledge contest Responder control on the control programme. Responder achieve in the way the various functions can be used early analog circuits, digital circuits or a few mixed mode circuit. In recent years, with the rapid development of science and technology, the single-chip microcomputer, the PLC application continuously deepening, and lead the traditional control detection technology constantly updated. In this paper, produced by Japan's Mitsubishi FX2N-48MR of the PLC as the core controller Quad Responder system design, and design structure of the system, the programming instructions, ladder diagram, as well as input and output terminal of distribution programme. At the same time according to the knowledge contest Responder control requirements and characteristics of the input and output PLC determine distribution, and on-site commissioning. Key words: PLC knowledge contest Responder PLC Program Design無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)答辯，如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系 QQ 251133408 另專業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì)，質(zhì)量速度有保證。第一章 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?，F(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。長(zhǎng)見(jiàn)的幾種 PLC 如下圖 1-1 所示：圖 1-1 三種常見(jiàn)的 PLC1.1PLC 的簡(jiǎn)介國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于 1987 年對(duì) PLC 定義如下:PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,是帶有存儲(chǔ)器,可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令,進(jìn)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作,并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體,易于拓展其功能的原則設(shè)計(jì)。事實(shí)上,PLC 就是以嵌入式 CPU 為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以方便的用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。PLC 與機(jī)器人,計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。1.2PLC 的用途與特點(diǎn)無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)21.2.1 PLC 的用途PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使 PLC 的成本下降,同時(shí)又由于 PLC 的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC 的應(yīng)用通常可分為五種類型：（1）順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC 把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過(guò)程控制 PLC 能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制功能,即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID 控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC 和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen10、11、12 系列，已將CNC 控制功能作為 PLC 的一部分。為了實(shí)現(xiàn) PLC 和 CNC 設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由 PLC 送至 CNC 設(shè)備使用。美國(guó) GE公司的 CNC 設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的 PLC。預(yù)計(jì)今后幾年 CNC 系統(tǒng)將變成以PLC 為主體的控制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展 PLC 之間，PLC 和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅 PLC 數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。1.2.2 PLC 的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)及觸頭在開(kāi)閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的 1/10--1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 而 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁波干擾，電源波動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機(jī)不能正常工作。而 PLC 在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸收了生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路，I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力，目前個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC，平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)了 IEC 規(guī)定的 10 萬(wàn)小時(shí)，有的甚至達(dá)到了幾十萬(wàn)小時(shí)。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活 PLC 產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC 的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)功能時(shí)，可以用編程器在線或離線修改程序，修改接線量很小。同一個(gè) PLC 裝置有、用于不同的控制對(duì)象，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。（3）編程方便，易于使用 PLC 是面向用戶的設(shè)備，PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎，近年來(lái)又發(fā)展了面向?qū)ο蟮捻樞蚩刂屏鞒虉D語(yǔ)言，也稱功能圖，使編程更加簡(jiǎn)單方便。（4）功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng) PLC 中含有數(shù)量巨大的用于開(kāi)關(guān)量處理的繼電器類軟件，可輕松地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開(kāi)關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實(shí)現(xiàn)的。PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實(shí)現(xiàn) D/A、A/D 轉(zhuǎn)換及 PID 運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能。PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，他不僅可以控制一臺(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。（5）PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便 PLC 中相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等“軟元件”數(shù)量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸出點(diǎn)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使安裝接線量大大減小，設(shè)計(jì)人員只要一臺(tái) PLC 就可進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，工作量很大且繁難。（6）維修方便，維修工作量小 PLC 具有完善的自診斷，履歷情況存儲(chǔ)及監(jiān)視功能。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4對(duì)于內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O 點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過(guò)他可查出故障原因，便于迅速處理，及時(shí)排除。（7）結(jié)構(gòu)緊湊 體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于以上特點(diǎn)，使得 PLC 獲得極為廣泛的應(yīng)用。1.3PLC 的分類1.3.1 按 I/O 點(diǎn)數(shù)容量分類一般來(lái)說(shuō)，PLC 處理的 I/O 點(diǎn)數(shù)比較多，反映控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量比較大，要求 PLC 的指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過(guò)程比較快等。按 PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將 PLC 分為三類。（1）小型機(jī) 小型 PLC 的功能一般以開(kāi)關(guān)量控制為主，其輸入、輸出總數(shù)在 256 點(diǎn)一下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在 4K 字一下?，F(xiàn)在的高性能小型機(jī)還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類 PLC 價(jià)格低廉，體積小，適合于控制單臺(tái)設(shè)備，開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)有 OMRON 公司的 CPM2A 系列、SIEMEN 公司的 S7-200 系列，MITSUBISH 公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整式 PLC 等產(chǎn)品。（2）中型機(jī) 中型機(jī) PLC 的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在 256-2048 點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到 2-8K 字。中型機(jī) PLC 不僅具有開(kāi)關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，他的通信功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大。中型機(jī)的指令比小型機(jī)更豐富，適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制場(chǎng)合。典型的中型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S-300 系列、OMRON 公司的 C200H 系列、AB 公司的SLC500 系列模塊式 PLC 等產(chǎn)品。（3）大型機(jī) 大型機(jī) PLC 的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在 2048 點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到 8-6K 字。大型 PLC 的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，他具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力。他的監(jiān)視采用 CRT 顯示，能夠表示過(guò)程動(dòng)態(tài)流程，紀(jì)錄各種曲線，PID 調(diào)節(jié)參數(shù)選擇圖；他配備多種智能板，構(gòu)成一個(gè)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的 PLC 互聯(lián)，和上位機(jī)相連，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過(guò)程自動(dòng)化控制和過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7-400 系列、OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列、SB 公司的 SLC5/05 系列等產(chǎn)品。上述劃分沒(méi)有嚴(yán)格的界限，隨著 PLC 技術(shù)的飛速發(fā)展，某些小型 PLC 也具備中型機(jī)和大型機(jī)的功能，這也是 PLC 的發(fā)展趨勢(shì)。1.3.2 按結(jié)構(gòu)形式分類無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)5按 PLC 物理結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。（1）整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 是將中央處理單元（CPU） 、存儲(chǔ)器、輸入單元、電源、通信端口、I/O 擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。內(nèi)外還有獨(dú)立的 I/O 擴(kuò)展單元等通過(guò)擴(kuò)展電纜與主機(jī)上的擴(kuò)展端口相連，以構(gòu)成 PLC 不同配置與主機(jī)配合使用。整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型機(jī)常用這種結(jié)構(gòu)。（2）組合式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的 PLC 是將 CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O 單元，通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板和擴(kuò)展模塊。組合式的特點(diǎn)是配置靈活，輸入接點(diǎn)、輸出接點(diǎn)的數(shù)量可以自由選擇，各種功能模塊可以依需要靈活配置。大、中型 PLC 常用組合式結(jié)構(gòu)。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6第二章 整體方案的選擇2.1 整體功能介紹知識(shí)競(jìng)賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場(chǎng)合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應(yīng)用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位, 它為各種競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進(jìn)行知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。搶答器應(yīng)用場(chǎng)合效果如下圖2-1所示：圖 2-1 搶答器應(yīng)用場(chǎng)合效果2.2 競(jìng)賽搶答器的控制要求（1）知識(shí)競(jìng)賽搶答器能使 4 個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答。（2）設(shè)裁判隊(duì)為裁判臺(tái)，參賽對(duì)為參賽臺(tái)。裁判臺(tái)設(shè)有音響和裁判燈，并且設(shè)有裁判臺(tái)開(kāi)始按鈕 SB0 和裁判臺(tái)復(fù)位按鈕 SB5；參賽臺(tái)設(shè)有參賽臺(tái)搶答按鈕以及參賽臺(tái)燈。1-4 號(hào)參賽臺(tái)分別對(duì)應(yīng)按鈕 SB1-SB4 及參賽臺(tái)燈 EL1-EL4。（3）知識(shí)競(jìng)賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊(duì)搶答必須在裁判說(shuō)出“開(kāi)始”并按下裁判臺(tái)的開(kāi)始按鈕 SB0 后 15S 內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時(shí)間。如提前搶答，搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號(hào)。15S 時(shí)間到，如無(wú)隊(duì)搶答，則搶答器給出時(shí)間已到信號(hào)，該題作廢。在有無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)7隊(duì)搶答的情況下，則搶答器發(fā)出“搶答”信號(hào)，數(shù)碼管開(kāi)始計(jì)時(shí)，并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參考隊(duì)號(hào)，搶到題的隊(duì)必須在 30S 內(nèi)答完題，如 30S 內(nèi)未答完，則作超時(shí)處理。（4）燈光與音響信號(hào)的意義如下：[1] 音響叫（響 1S）+某臺(tái)燈亮，由某參賽隊(duì)正常搶答。[2] 音響叫（響 1S）+某臺(tái)燈亮+總臺(tái)燈亮，某參賽隊(duì)違規(guī)。[3] 音響叫（響 1S）+裁判臺(tái)燈亮，無(wú)人搶答或答題超時(shí)。（5）在某個(gè)題結(jié)束后，裁判員按下臺(tái)上的復(fù)位按鈕 SB5，搶答器恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，為下一輪搶答作好準(zhǔn)備。（6）各輸出端口統(tǒng)一采用直流 24V 電源。2.3 用單片機(jī)和 PLC 分別做系統(tǒng)的比較所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上的單片機(jī) CPU 及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路板，最終設(shè)計(jì)成一臺(tái)簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在 80 年代國(guó)內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用已逐步被 PLC 所代替。單片機(jī)的可靠性：由于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的單片機(jī)芯片的品質(zhì)良莠不齊，很大一部分還是國(guó)外篩選出來(lái)的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過(guò)篩選配對(duì)等技術(shù)處理，因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一致性和高可靠性，因?yàn)槿我辉膮?shù)偏離設(shè)計(jì)要求都會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機(jī)的所有器件均不是工業(yè)級(jí)的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國(guó)內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機(jī)的變頻調(diào)速對(duì)電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計(jì)的，所以要增加一個(gè)功能就要重新設(shè)計(jì)線路，而且對(duì)應(yīng)的程序都要重新設(shè)計(jì)。這樣對(duì)于增加功能的開(kāi)發(fā)成本和周期都 會(huì)增加。單片機(jī)的可維護(hù)性：一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡(jiǎn)單的方法是更換整個(gè)系統(tǒng)，這樣維修成本增加了。操作：現(xiàn)在國(guó)內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)計(jì)的鍵盤，設(shè)定數(shù)據(jù)用撥碼開(kāi)關(guān)，顯示用LED，整個(gè)面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設(shè)計(jì)時(shí)往往一鍵多用，操作人員很難脫開(kāi)說(shuō)明書(shū)操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說(shuō)明書(shū)方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說(shuō)明書(shū)指示排除故障，這樣排除故障的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。總之，這樣的人機(jī)對(duì)話不夠友善。特點(diǎn)：不可靠，價(jià)格便宜。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8可編程控制器（PLC）： 所謂 PLC 系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛。PLC 的可靠性：進(jìn)口 PLC 采用的 CPU 都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購(gòu)買的，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選的工業(yè)級(jí)元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗(yàn)而特別設(shè)計(jì)的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。PLC 的可擴(kuò)展性：要增加一個(gè)功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對(duì)應(yīng)的程序，而 PLC 的編程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，這樣對(duì)于開(kāi)發(fā)周期會(huì)縮短。PLC 的可維護(hù)性：PLC 本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計(jì)不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試工具，要找出故障也較為簡(jiǎn)單。操作：PLC 的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對(duì)操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫(huà)面自動(dòng)切換到故障提示畫(huà)面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。 特點(diǎn)：價(jià)格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡(jiǎn)單。綜合以上的分析和比較，最終決定采用 PLC。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)9第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 控制特點(diǎn)分析知識(shí)競(jìng)賽搶答器通過(guò) PLC 進(jìn)行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過(guò)裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號(hào)傳遞給信息分析中心（PLC） ，PLC 將根據(jù)信號(hào)作出相應(yīng)的響應(yīng)。知識(shí)競(jìng)賽搶答器有六個(gè)輸入信號(hào)（即六個(gè)按鈕） ，九個(gè)輸出信號(hào)（即五個(gè)臺(tái)燈信號(hào)、一個(gè)音響信號(hào)、三個(gè)數(shù)碼管輸出信號(hào)） 。由上可知 PLC 共有六個(gè)輸入點(diǎn)，九個(gè)輸出點(diǎn)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖 3-1 所示：主持人按鈕 搶答按鈕PLC計(jì)時(shí)電路 違規(guī)電路 音響電路 組顯電路時(shí)間顯示圖 3-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖STARA REST SB1 SB2 SB3 SB4無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)103.2 PLC 機(jī)型的選擇步驟與原則隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展， PLC 產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。不同型號(hào)的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用 PLC，對(duì)于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機(jī)型、容量、I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC 機(jī)型的選擇PLC 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：(一) 合理的結(jié)構(gòu)型式PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式 PLC 的每一個(gè) I／O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小 ,一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展靈活方便,在 I／O 點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I／O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。(二) 安裝方式的選擇PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程 I／O 式以及多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I／O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I／O 式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I／O 可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I／O 電源；多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。(三)相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔)PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／D 和 D／A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔 PLC。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC 價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控?zé)o錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)11制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。(四)響應(yīng)速度要求PLC 是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮 PLC 的響應(yīng)速度，可選用具有高速 I／O 處理功能的 PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。(五)系統(tǒng)可靠性的要求對(duì)于一般系統(tǒng) PLC 的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。(六)機(jī)型盡量統(tǒng)一一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到 PLC 的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問(wèn)題：１)機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理。２)機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。３)機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。綜上所述，基于以上思想，選用日本三菱公司 FX-48MR 系列的 PLC 作為控制主機(jī)。3.3 流程圖（見(jiàn)附圖）當(dāng)裁判按下開(kāi)始按鈕時(shí)，四個(gè)參賽對(duì)處于搶答狀態(tài)，假如是一號(hào)參賽隊(duì)先搶到題目，PLC 先判斷搶答是否成功，若成功，則進(jìn)行下一部看是否在規(guī)定的搶答時(shí)間內(nèi)答題，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，則答題結(jié)束；若超時(shí)，則提示主持人；如果搶答沒(méi)有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若法規(guī)，某法規(guī)臺(tái)燈亮，總臺(tái)燈亮；主持人按下復(fù)位，整個(gè)答題結(jié)束。3.4 程序中所使用的 FX 系列 PLC 的編程元件的介紹3.4.1 三菱 FX 系列 PLC 取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）（1）LD（取指令）一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)與左母線連接的指令，每一個(gè)以常開(kāi)觸點(diǎn)開(kāi)始的邏輯行都用此指令。（2）LDI（取反指令）一個(gè)常閉觸點(diǎn)與左母線連接指令，每一個(gè)以常閉觸點(diǎn)開(kāi)始的邏輯行都用此指令。（3）LDP（取上升沿指令）與左母線連接的常開(kāi)觸點(diǎn)的上升沿檢測(cè)指令，僅在指定位元件的上升沿（由 OFF→ON）時(shí)接通一個(gè)掃描周期。（4）LDF（取下降沿指令）與左母線連接的常閉觸點(diǎn)的下降沿檢測(cè)指令。（5）OUT（輸出指令）對(duì)線圈進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的指令，也稱為輸出指令。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)12取指令與輸出指令的使用如圖 3-2 所示。圖 3-2 取指令與輸出指令的使用取指令與輸出指令的使用說(shuō)明：1）LD、LDI 指令既可用于輸入左母線相連的觸點(diǎn)，也可與 ANB、ORB 指令配合實(shí)現(xiàn)塊邏輯運(yùn)算；2）LDP、LDF 指令僅在對(duì)應(yīng)元件有效時(shí)維持一個(gè)掃描周期的接通。圖 3-2 中，當(dāng) M1 有一個(gè)下降沿時(shí)，則 Y3 只有一個(gè)掃描周期為 ON。3）LD、LDI、LDP、LDF 指令的目標(biāo)元件為 X 、Y 、M 、T、C、S；4）OUT 指令可以連續(xù)使用若干次（相當(dāng)于線圈并聯(lián)） ，對(duì)于定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，在 OUT 指令之后應(yīng)設(shè)置常數(shù) K 或數(shù)據(jù)寄存器。5）OUT 指令目標(biāo)元件為 Y、M、T、C 和 S，但不能用于 X。3.4.2 三菱 FX 系列 PLC 觸點(diǎn)串聯(lián)指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）觸點(diǎn)串聯(lián)指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）（1）AND（與指令）一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令，完成邏輯“與”運(yùn)算。（2）ANI（與反指令）一個(gè)常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接指令，完成邏輯“與非”運(yùn)算。（3）ANDP 上升沿檢測(cè)串聯(lián)連接指令。（4）ANDF 下降沿檢測(cè)串聯(lián)連接指令。觸點(diǎn)串聯(lián)指令的使用如圖 3-3 所示。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)13圖 3-3 觸點(diǎn)串聯(lián)指令的使用觸點(diǎn)串聯(lián)指令的使用的使用說(shuō)明：1）AND、ANI、ANDP、ANDF 都指是單個(gè)觸點(diǎn)串聯(lián)連接的指令，串聯(lián)次數(shù)沒(méi)有限制，可反復(fù)使用。2）AND、ANI、ANDP、ANDF 的目標(biāo)元元件為 X、Y、M、T、C 和 S。3）圖 3-4(b)中 OUT M101 指令之后通過(guò) T1 的觸點(diǎn)去驅(qū)動(dòng) Y4 稱為連續(xù)輸出。3.4.3 三菱 FX 系列 PLC 觸點(diǎn)并聯(lián)指令（OR/ORI/ORP/ORF）觸點(diǎn)并聯(lián)指令（OR/ORI/ORP/ORF）（1）OR（或指令）用于單個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)的并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)邏輯“或”運(yùn)算。（2）ORI（或非指令）用于單個(gè)常閉觸點(diǎn)的并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)邏輯“或非”運(yùn)算。（3）ORP 上升沿檢測(cè)并聯(lián)連接指令。（4）ORF 下降沿檢測(cè)并聯(lián)連接指令。觸點(diǎn)并聯(lián)指令的使用如圖 3-4 所示。圖 3-4 觸點(diǎn)并聯(lián)指令的使用觸點(diǎn)并聯(lián)指令的使用說(shuō)明：無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)141）OR、ORI、ORP、ORF 指令都是指單個(gè)觸點(diǎn)的并聯(lián)，并聯(lián)觸點(diǎn)的左端接到LD、LDI、LDP 或 LPF 處，右端與前一條指令對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)的右端相連。觸點(diǎn)并聯(lián)指令連續(xù)使用的次數(shù)不限；2）OR、ORI、ORP、ORF 指令的目標(biāo)元件為 X、Y、M、T、C、S。3.4.4 三菱 FX 系列 PLC 塊操作指令（ORB / ANB）塊操作指令（ORB / ANB）（1）ORB（塊或指令）用于兩個(gè)或兩個(gè)以上的觸點(diǎn)串聯(lián)連接的電路之間的并聯(lián)。ORB 指令的使用如圖 3-5 所示。圖 3-5 ORB 指令的使用ORB 指令的使用說(shuō)明：1）幾個(gè)串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時(shí)，每個(gè)串聯(lián)電路塊開(kāi)始時(shí)應(yīng)該用 LD 或 LDI 指令；2）有多個(gè)電路塊并聯(lián)回路，如對(duì)每個(gè)電路塊使用 ORB 指令，則并聯(lián)的電路塊數(shù)量沒(méi)有限制；3）ORB 指令也可以連續(xù)使用，但這種程序?qū)懛ú煌扑]使用，LD 或 LDI 指令的使用次數(shù)不得超過(guò) 8 次，也就是 ORB 只能連續(xù)使用 8 次以下。（2）ANB（塊與指令）用于兩個(gè)或兩個(gè)以上觸點(diǎn)并聯(lián)連接的電路之間的串聯(lián)。ANB 指令的使用說(shuō)明如圖 3-6 所示。圖 3-6 ANB 指令的使用ANB 指令的使用說(shuō)明：無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)151）并聯(lián)電路塊串聯(lián)連接時(shí)，并聯(lián)電路塊的開(kāi)始均用 LD 或 LDI 指令；2）多個(gè)并聯(lián)回路塊連接按順序和前面的回路串聯(lián)時(shí)，ANB 指令的使用次數(shù)沒(méi)有限制。也可連續(xù)使用 ANB，但與 ORB 一樣，使用次數(shù)在 8 次以下。3.4.5 三菱 FX 系列 PLC 置位與復(fù)位指令（SET/RST）置位與復(fù)位指令（SET/RST）（1）SET（置位指令）它的作用是使被操作的目標(biāo)元件置位并保持。（2）RST（復(fù)位指令）使被操作的目標(biāo)元件復(fù)位并保持清零狀態(tài)。SET、RST 指令的使用如圖 3-7 所示。當(dāng) X0 常開(kāi)接通時(shí)，Y0 變?yōu)?ON 狀態(tài)并一直保持該狀態(tài)，即使 X0 斷開(kāi) Y0 的 ON 狀態(tài)仍維持不變；只有當(dāng) X1 的常開(kāi)閉合時(shí)，Y0 才變?yōu)?OFF 狀態(tài)并保持，即使 X1 常開(kāi)斷開(kāi)，Y0 也仍為 OFF 狀態(tài)。圖 3-7 置位與復(fù)位指令的使用SET 、RST 指令的使用說(shuō)明：1）SET 指令的目標(biāo)元件為 Y、M、S，RST 指令的目標(biāo)元件為 Y、M、S、T、C、D、V 、Z。RST 指令常被用來(lái)對(duì) D、Z、V 的內(nèi)容清零，還用來(lái)復(fù)位積算定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。2）對(duì)于同一目標(biāo)元件，SET、RST 可多次使用，順序也可隨意，但最后執(zhí)行者有效。3.4.6 傳送類指令 MOV SMOV CMOV BMOV FMOV（1）傳送指令 MOV (D)MOV(P)指令的編號(hào)為 FNC12，該指令的功能是將源數(shù)據(jù)傳送到指定的目標(biāo)。如圖 3-8 所示，當(dāng) X0 為 ON 時(shí)，則將[S.]中的數(shù)據(jù) K100 傳送到目標(biāo)操作元件[D.]即無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)16D10 中。在指令執(zhí)行時(shí)，常數(shù) K100 會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。當(dāng) X0 為 OFF 時(shí)，則指令不執(zhí)行，數(shù)據(jù)保持不變。圖 3-8 傳送指令的使用使用應(yīng)用 MOV 指令時(shí)應(yīng)注意：1）源操作數(shù)可取所有數(shù)據(jù)類型，標(biāo)操作數(shù)可以是 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）16 位運(yùn)算時(shí)占 5 個(gè)程序步，32 位運(yùn)算時(shí)則占 9 個(gè)程序步。（2）移位傳送指令 SMOV SMOV(P)指令的編號(hào)為 FNC13。該指令的功能是將源數(shù)據(jù)（二進(jìn)制）自動(dòng)轉(zhuǎn)換成 4 位 BCD 碼，再進(jìn)行移位傳送，傳送后的目標(biāo)操作數(shù)元件的 BCD 碼自動(dòng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。如圖 3-9 所示，當(dāng) X1 為 ON 時(shí)，將 D1 中右起第 4 位（m1=4）開(kāi)始的 2 位(m2=2) BCD 碼移到目標(biāo)操作數(shù) D2 的右起第 3 位(n=3)和第 2 位。然后 D2 中的 BCD 碼會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，而 D2 中的第 1 位和第 4 位 BCD 碼不變。圖 3-9 移位傳送指令的使用使用移位傳送指令時(shí)應(yīng)該注意：1）源操作數(shù)可取所有數(shù)據(jù)類型，目標(biāo)操作數(shù)可為 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）SMOV 指令只有 16 位運(yùn)算，占 11 個(gè)程序步。（3）取反傳送指令 CML(D)CML(P)指令的編號(hào)為 FNC14。它是將源操作數(shù)元件的數(shù)據(jù)逐位取反并傳送到指定目標(biāo)。如圖 3-10 所示，當(dāng) X0 為 ON 時(shí)，執(zhí)行 CML，將 D0 的低 4 位取反向后傳送到 Y3～Y0 中。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)17圖 3-10 取反傳送指令的使用使用取反傳送指令 CML 時(shí)應(yīng)注意：1）源操作數(shù)可取所有數(shù)據(jù)類型，目標(biāo)操作數(shù)可為 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z.，若源數(shù)據(jù)為常數(shù) K，則該數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。2）16 位運(yùn)算占 5 個(gè)程序步，32 位運(yùn)算占 9 個(gè)程序步。（4）塊傳送指令 BMOV BMOV(P)指令的 ALCE 編號(hào)為 FNC15，是將源操作數(shù)指定元件開(kāi)始的 n 個(gè)數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)塊傳送到指定的目標(biāo)。如圖 3-11 所示，傳送順序既可從高元件號(hào)開(kāi)始，也可從低元件號(hào)開(kāi)始，傳送順序自動(dòng)決定。若用到需要指定位數(shù)的位元件，則源操作數(shù)和目標(biāo)操作數(shù)的指定位數(shù)應(yīng)相同。圖 3-11 塊傳送指令的使用使用塊傳送指令時(shí)應(yīng)注意：1）源操作數(shù)可取 KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D 和文件寄存器，目標(biāo)操作數(shù)可取. KnT、KnM、KnS、T、C 和 D；2）只有 16 位操作，占 7 個(gè)程序步；3）如果元件號(hào)超出允許范圍，數(shù)據(jù)則僅傳送到允許范圍的元件。（5）多點(diǎn)傳送指令 FMOV (D)FMOV(P)指令的編號(hào)為 FNC16。它的功能是將源操作數(shù)中的數(shù)據(jù)傳送到指定目標(biāo)開(kāi)始的 n 個(gè)元件中，傳送后 n 個(gè)元件中的數(shù)據(jù)完全相同。如圖 3-12所示，當(dāng) X0 為 ON 時(shí)，把 K0 傳送到 D0～D9 中。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)18圖 3-12 多點(diǎn)傳送指令應(yīng)用使用多點(diǎn)傳送指令 FMOV 時(shí)應(yīng)注意：1）源操作數(shù)可取所有的數(shù)據(jù)類型，目標(biāo)操作數(shù)可取 KnX、KnM、KnS、T、C、和 D，n 小等于 512；2）16 位操作占 7 的程序步，32 位操作則占 13 個(gè)程序步；3）如果元件號(hào)超出允許范圍，數(shù)據(jù)僅送到允許范圍的元件中。3.4.7 三菱 FX 系列 PLC 常數(shù)（K、H）K 是表示十進(jìn)制整數(shù)的符號(hào)，主要用來(lái)指定定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的設(shè)定值及應(yīng)用功能指令操作數(shù)中的數(shù)值；H 是表示十六進(jìn)制數(shù)，主要用來(lái)表示應(yīng)用功能指令的操作數(shù)值。 例如 20 用十進(jìn)制表示為 K20，用十六進(jìn)制則表示為 H14。3.4.8 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（X）輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來(lái)接受 PLC 外部開(kāi)關(guān)信號(hào)的元件。PLC 通過(guò)輸入接口將外部輸入信號(hào)狀態(tài)（接通時(shí)為“1”，斷開(kāi)時(shí)為“0”）讀入并存儲(chǔ)在輸入映象寄存器中。如圖 3-13 所示為輸入繼電器 X1 的等效電路。圖 3-13 輸入繼電器的等效電路輸入繼電器必須由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)，不能用程序驅(qū)動(dòng)，所以在程序中不可能出現(xiàn)其線圈。由于輸入繼電器（X）為輸入映象寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點(diǎn)的使用次數(shù)不限。FX 系列 PLC 的輸入繼電器以八進(jìn)制進(jìn)行編號(hào)，F(xiàn)X2N 輸入繼電器的編號(hào)范圍為無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)19X000~X267（ 184 點(diǎn)）。注意，基本單元輸入繼電器的編號(hào)是固定的，擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊是按與基本單元最靠近開(kāi)始，順序進(jìn)行編號(hào)。例如：基本單元 FX2N-64M 的輸入繼電器編號(hào)為 X000~X037（32 點(diǎn)），如果接有擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，則擴(kuò)展的輸入繼電器從 X040 開(kāi)始編號(hào)。3.4.9 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（Y）輸出繼電器是用來(lái)將 PLC 內(nèi)部信號(hào)輸出傳送給外部負(fù)載（用戶輸出設(shè)備）。輸出繼電器線圈是由 PLC 內(nèi)部程序的指令驅(qū)動(dòng)，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對(duì)應(yīng)的硬觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。如圖 3-14 所示為輸出繼電器 Y0 的等效電路。圖 3-14 輸出繼電器的等效電路每個(gè)輸出繼電器在輸出單元中都對(duì)應(yīng)有維一一個(gè)常開(kāi)硬觸點(diǎn)，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開(kāi)還是常閉觸點(diǎn)，都可以無(wú)數(shù)次使用。 FX 系列 PLC 的輸出繼電器也是八進(jìn)制編號(hào)其中 FX2N 編號(hào)范圍為 Y000~Y267（184點(diǎn)） 。與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號(hào)是固定的，擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的編號(hào)也是按與基本單元最靠近開(kāi)始，順序進(jìn)行編號(hào)。在實(shí)際使用中，輸入、輸出繼電器的數(shù)量，要看具體系統(tǒng)的配置情況。3.4.10 輔助繼電器輔助繼電器是 PLC 中數(shù)量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，負(fù)載只能由輸出繼電器的外部觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。輔助繼電器的常開(kāi)與常閉觸點(diǎn)在 PLC 內(nèi)部編程時(shí)可無(wú)限次使用。輔助繼電器采用 M 與十進(jìn)制數(shù)共同組成編號(hào)（只有輸入輸出繼電器才用八進(jìn)制數(shù)） 。1．通用輔助繼電器（M0～M499）FX2N 系列共有 500 點(diǎn)通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在 PLC 運(yùn)行時(shí)，如果電源突然無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)20斷電，則全部線圈均 OFF。當(dāng)電源再次接通時(shí)，除了因外部輸入信號(hào)而變?yōu)?ON 的以外，其余的仍將保持 OFF 狀態(tài)，它們沒(méi)有斷電保護(hù)功能。通用輔助繼電器常在邏輯運(yùn)算中作為輔助運(yùn)算、狀態(tài)暫存、移位等。根據(jù)需要可通過(guò)程序設(shè)定，將 M0～M499 變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。2．?dāng)嚯姳３州o助繼電器（M500～M3071）FX2N 系列有 M500～M3071 共 2572 個(gè)斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護(hù)功能，即能記憶電源中斷瞬時(shí)的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時(shí)保持其原有的狀態(tài)，是因?yàn)殡娫粗袛鄷r(shí)用 PLC 中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內(nèi)容。其中 M500～M1023 可由軟件將其設(shè)定為通用輔助繼電器。3．特殊輔助繼電器PLC 內(nèi)有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N 系列中有 256 個(gè)特殊輔助繼電器，可分成觸點(diǎn)型和線圈型兩大類（1）觸點(diǎn)型 其線圈由 PLC 自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，用戶只可使用其觸點(diǎn)。例如：M8000：運(yùn)行監(jiān)視器（在 PLC 運(yùn)行中接通） ，M8001 與 M8000 相反邏輯。M8002：初始脈沖（僅在運(yùn)行開(kāi)始時(shí)瞬間接通） ，M8003 與 M8002 相反邏輯。M8011、M8012、M8013 和 M8014 分別是產(chǎn)生 10ms、100ms 、1s 和 1min 時(shí)鐘脈沖的特殊輔助繼電器。M8000、M8002、M8012 的波形圖如圖 3-15 所示。圖 3-15 M8000、M8002、M8012 的波形圖（2）線圈型 由用戶程序驅(qū)動(dòng)線圈后 PLC 執(zhí)行特定的動(dòng)作。例如：M8033：若使其線圈得電，則 PLC 停止時(shí)保持輸出映象存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)容。M8034：若使其線圈得電，則將 PLC 的輸出全部禁止。M8039：若使其線圈得電，則 PLC 按 D8039 中指定的掃描時(shí)間工作。3.4.11 三菱 FX 系列 PLC 定時(shí)器（T）無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)21PLC 中的定時(shí)器（ T）相當(dāng)于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時(shí)間繼電器。它可以提供無(wú)限對(duì)常開(kāi)常閉延時(shí)觸點(diǎn)。定時(shí)器中有一個(gè)設(shè)定值寄存器（一個(gè)字長(zhǎng)），一個(gè)當(dāng)前值寄存器（一個(gè)字長(zhǎng)）和一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)其輸出觸點(diǎn)的映象寄存器（一個(gè)二進(jìn)制位），這三個(gè)量使用同一地址編號(hào)。但使用場(chǎng)合不一樣，意義也不同。FX2N 系列中定時(shí)器時(shí)可分為通用定時(shí)器、積算定時(shí)器二種。它們是通過(guò)對(duì)一定周期的時(shí)鐘脈沖的進(jìn)行累計(jì)而實(shí)現(xiàn)定時(shí)的，時(shí)鐘脈沖有周期為 1ms、10ms、100ms 三種，當(dāng)所計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。設(shè)定值可用常數(shù) K 或數(shù)據(jù)寄存器 D 的內(nèi)容來(lái)設(shè)置。1．通用定時(shí)器通用定時(shí)器的特點(diǎn)是不具備斷電的保持功能，即當(dāng)輸入電路斷開(kāi)或停電時(shí)定時(shí)器復(fù)位。通用定時(shí)器有 100ms 和 10ms 通用定時(shí)器兩種。（1）100ms 通用定時(shí)器（T0～T199） 共 200 點(diǎn)，其中 T192～T199 為子程序和中斷服務(wù)程序?qū)Ｓ枚〞r(shí)器。這類定時(shí)器是對(duì) 100ms 時(shí)鐘累積計(jì)數(shù)，設(shè)定值為 1～32767，所以其定時(shí)范圍為 0.1～3276.7s。（2）10ms 通用定時(shí)器（T200～T245） 共 46 點(diǎn)。這類定時(shí)器是對(duì) 10ms 時(shí)鐘累積計(jì)數(shù)，設(shè)定值為 1～32767，所以其定時(shí)范圍為 0.01～327.67s 。舉例說(shuō)明通用定時(shí)器的工作原理。如圖 3-16 所示，當(dāng)輸入 X0 接通時(shí)，定時(shí)器 T200 從0 開(kāi)始對(duì) 10ms 時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與設(shè)定值 K123 相等時(shí)，定時(shí)器的常開(kāi)接通Y0，經(jīng)過(guò)的時(shí)間為 123×0.01s=1.23s。當(dāng) X0 斷開(kāi)后定時(shí)器復(fù)位，計(jì)數(shù)值變?yōu)?0，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，Y0 也隨之 OFF。若外部電源斷電，定時(shí)器也將復(fù)位。圖 3-16 通用定時(shí)器工作原理無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)222．積算定時(shí)器積算定時(shí)器具有計(jì)數(shù)累積的功能。在定時(shí)過(guò)程中如果斷電或定時(shí)器線圈 OFF，積算定時(shí)器將保持當(dāng)前的計(jì)數(shù)值（當(dāng)前值），通電或定時(shí)器線圈 ON 后繼續(xù)累積，即其當(dāng)前值具有保持功能，只有將積算定時(shí)器復(fù)位，當(dāng)前值才變?yōu)?0。（1）1ms 積算定時(shí)器（T246～T249） 共 4 點(diǎn)，是對(duì) 1ms 時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)的，定時(shí)的時(shí)間范圍為 0.001～32.767s。（2）100ms 積算定時(shí)器（T250～T255）共 6 點(diǎn)，是對(duì) 100ms 時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)的定時(shí)的時(shí)間范圍為 0.1～3276.7s。以下舉例說(shuō)明積算定時(shí)器的工作原理。如圖 3-17 所示，當(dāng) X0 接通時(shí)，T253 當(dāng)前值計(jì)數(shù)數(shù)器開(kāi)始累積 100ms 的時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)。當(dāng) X0 經(jīng) t0 后斷開(kāi)，而 T253 尚未計(jì)數(shù)到設(shè)定值K345，其計(jì)數(shù)的當(dāng)前值保留。當(dāng) X0 再次接通，T253 從保留的當(dāng)前值開(kāi)始繼續(xù)累積，經(jīng)過(guò)t1 時(shí)間，當(dāng)前值達(dá)到 K345 時(shí)，定時(shí)器的觸點(diǎn)動(dòng)作。累積的時(shí)間為 t0+t1=0.1×345=34.5s。當(dāng)復(fù)位輸入 X1 接通時(shí)，定時(shí)器才復(fù)位，當(dāng)前值變?yōu)?0，觸點(diǎn)也跟隨復(fù)位。圖 3-17 積算定時(shí)器工作原理3.4.12 微分指令（PLS/PLF）（1）PLS（上升沿微分指令） 在輸入信號(hào)上升沿產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖輸出。（2）PLF（下降沿微分指令） 在輸入信號(hào)下降沿產(chǎn)生一個(gè)掃描周期的脈沖輸出。微分指令的使用如圖 3-18 所示，利用微分指令檢測(cè)到信號(hào)的邊沿，通過(guò)置位和復(fù)位命令控制 Y0 的狀態(tài)。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)23圖 3-18 微分指令的使用PLS、PLF 指令的使用說(shuō)明：1）PLS、PLF 指令的目標(biāo)元件為 Y 和 M；2）使用 PLS 時(shí)，僅在驅(qū)動(dòng)輸入為 ON 后的一個(gè)掃描周期內(nèi)目標(biāo)元件 ON，如圖 3-18 所示，M0 僅在 X0 的常開(kāi)觸點(diǎn)由斷到通時(shí)的一個(gè)掃描周期內(nèi)為 ON；使用 PLF 指令時(shí)只是利用輸入信號(hào)的下降沿驅(qū)動(dòng)，其它與 PLS 相同。3.4.13 位右移和位左移指令移位指令是PLC的一條重要指令，可用于步進(jìn)順序控制，利用這種順序控制方式可實(shí)現(xiàn)其它一些控制功能。位右、左移指令SFTR(P) 和SFTL(P)的編號(hào)分別為FNC34和FNC35。它們使位元件中的狀態(tài)成組地向右（或向左）移動(dòng)。n1指定位元件的長(zhǎng)度，n2指定移位位數(shù)，n1和n2的關(guān)系及范圍因機(jī)型不同而有差異，一般為n2≤n1≤1024。位右移指令使用如圖3-19所示。 無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)24圖 3-19 位右移指令的使用使用位右移和位左移指令時(shí)應(yīng)注意：1）源操作數(shù)可取 X、Y、M、S，目標(biāo)操作數(shù)可取 Y、M、S。2）只有 16 位操作，占 9 個(gè)程序步。3.5 PLC 與七段 LED 顯示器連接設(shè)計(jì)3.5.1 LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性1. LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導(dǎo)體數(shù)碼管。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負(fù)極）或共陽(yáng)極（正極）的方法連接，組成“ 8”字，再把發(fā)光二極管另一電極作筆段電極，就構(gòu)成了LED 數(shù)碼管。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，就能顯示從0～9 的一系列數(shù)字。同熒光數(shù)碼管（VFD）、輝光數(shù)碼管（NRT）相比，它具有：體積小、功耗低、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時(shí)間短，能與TTL、CMOS 電路兼容等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)已廣泛用作數(shù)字化儀表、數(shù)控裝置、家用電器中的數(shù)顯器件。常見(jiàn)LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。圖3-20屬于共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，圖3-20采用共陰極結(jié)構(gòu)。分別表示公共陽(yáng)極和公共陰極。a～g 是7 個(gè)筆段電極，DP 為小數(shù)點(diǎn)。另有一種字高為7.6 mm 的超小型LED 數(shù)碼管，管腳從左右兩排引出，小數(shù)點(diǎn)則是獨(dú)立的。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)25圖3-20 常見(jiàn)LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2. LED數(shù)碼管的主要特性（1）工作電壓1.5～5V，一般為1.5～2.5V，工作電流5～10mA，高亮度管可在低電壓和小電流（1mA左右）條件下工作。（2）單色性好，亮度高、高頻特性優(yōu)良，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間非常短，通常小于0.1us。（3）能與4000B系列CMOS電路或74/54系列TTL電路中的七段譯碼驅(qū)動(dòng)器兼容、產(chǎn)品分為共陽(yáng)、共陰兩大類型，適應(yīng)性強(qiáng)。（4）體積小、重量輕、抗沖擊性能好，工作溫度范圍為-30～+80℃，使用壽命可達(dá)5M小時(shí)以上。（5）LED數(shù)碼管每筆畫(huà)工作電流I在5～10 mA 之間，若電流過(guò)大會(huì)損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計(jì)算R=（V0-V1）/I其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為L(zhǎng)ED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為2V）。3.5.2 PLC 與七段數(shù)碼管方案選擇PLC (可編程控制器 ) 具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)以及運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。PLC 的梯形圖語(yǔ)言清晰直觀、可讀性強(qiáng)， 易于掌握。在工業(yè)控制中，PLC 作為面向控制對(duì)象的下位機(jī)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。但對(duì)于一般的中小型的專用設(shè)備，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)會(huì)使成本大大提高，同時(shí)不便于在操作現(xiàn)場(chǎng)直接讀取或輸入數(shù)據(jù).在顯示數(shù)據(jù)較少時(shí)，采用 PLC 控制 LED 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，可以降低成本，使得數(shù)據(jù)顯示直觀。而當(dāng)欲顯示的數(shù)據(jù)較多時(shí)，PLC 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，會(huì)使得所需 PLC 輸出點(diǎn)數(shù)大大增加，同時(shí)由于 PLC 梯形圖的局限性，會(huì)使得顯示程序的編制變得非常復(fù)雜，這不僅增大了程序編無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)26制的難度，而且增加了程序的執(zhí)行時(shí)間，從而大大地降低了顯示速度。在應(yīng)用可編程序控制器(PLC)構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，除要求PLC完成指定的控制功能外，往往還要求附帶有輸出顯示，對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，以利于操作者監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。PLC通過(guò)輸出模塊外接顯示電路，一般要求少占用輸出點(diǎn)數(shù)、外接電路簡(jiǎn)單、輸出顯示速度盡可能快。OMRON公司推出的CQM1型PLC指令中設(shè)置了7段輸出顯示指令7SEG(2)，該指令有4位和8位兩種方式，輸出8位數(shù)時(shí)要占用13 個(gè)輸出點(diǎn)，若要求輸出顯示5 位數(shù)時(shí)，需選用8位方式，占用13個(gè)輸出點(diǎn)。PLC輸出模塊接LED數(shù)碼管顯示的方法已應(yīng)用在一實(shí)際CQM1型PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中。PLC 驅(qū)動(dòng)的顯示電路配合PLC 程序，可以實(shí)現(xiàn)如下的指標(biāo)的數(shù)據(jù)顯示:1) 在僅占用PLC16點(diǎn)輸出的情況下，顯示的LED可多達(dá)128 個(gè)。2) 所有的顯示單元的電路結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換。3) 所有的顯示單元與PLC之間的連線完全相同, 硬件連線簡(jiǎn)單。4) 采用靜態(tài)顯示方式，顯示沒(méi)有閃爍感。5) 每一位LED數(shù)據(jù)更新顯示僅需2個(gè)PLC 掃描周期。6) 在沒(méi)有新數(shù)據(jù)顯示時(shí)，程序進(jìn)行循環(huán)顯示，使顯示電路的抗干擾能力增強(qiáng)。由上述可知，結(jié)合本次設(shè)計(jì)，由于輸入輸出點(diǎn)并不是很多，采用 PLC 控制 LED 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示方案，可以大大降低設(shè)計(jì)成本。3.5.3 PLC 與七段數(shù)碼管直接連接阻值計(jì)算根據(jù)LED數(shù)碼管每筆畫(huà)工作電流I在5～10 mA 之間，若電流過(guò)大會(huì)損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計(jì)算R=（V0-V1）/I其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為L(zhǎng)ED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為2V）。本次設(shè)計(jì)PLC電源采用的是直流24V，PLC的輸出電壓為5V，安通過(guò)數(shù)碼管的電流I=3mA計(jì)算可得R=1KΩ。本次設(shè)計(jì)共用到了三個(gè)數(shù)碼管，所以須要21個(gè)1KΩ的R，以及5個(gè)EL燈和一個(gè)音響。3.5.4 外部硬件接線圖（見(jiàn)附圖）為了硬件電路接線方便，SB0 作為搶答的開(kāi)始按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為 X0，輸出點(diǎn)為Y0。SB1、SB2、SB3、SB4 分別對(duì)應(yīng)四個(gè)參賽對(duì)號(hào)，輸入點(diǎn)分別 X1、X2、X3、X4，輸出點(diǎn)分別為 Y1、Y2、Y3、Y4。SB5 作為搶答的復(fù)位按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為 X5。音響輸出點(diǎn)為 Y5。數(shù)碼管 1 顯示輸出點(diǎn)為 Y10-Y16。數(shù)碼管 2 顯示輸出點(diǎn)為 Y20-Y26。數(shù)碼管 3 顯示輸出點(diǎn)為Y30-Y36。PLC 與數(shù)碼管采用串電阻直接連接方式。無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)27第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 IO 分配表 4-1 知識(shí)競(jìng)賽搶答器輸入輸出口分配表輸入信號(hào) 輸出信號(hào)名稱 代號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 名稱 代號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào)裁判臺(tái)開(kāi)始按鈕 SB0 X0 裁判臺(tái)燈 EL0 Y01 號(hào)參賽臺(tái)搶答按鈕 SB1 X1 1 號(hào)參賽臺(tái)燈 EL1 Y12 號(hào)參賽臺(tái)搶答按鈕 SB2 X2 2 號(hào)參賽臺(tái)燈 EL2 Y23 號(hào)參賽臺(tái)搶答按鈕 SB3 X3 3 號(hào)參賽臺(tái)燈 EL3 Y34 號(hào)參賽臺(tái)搶答按鈕 SB4 X4 4 號(hào)參賽臺(tái)燈 EL4 Y4裁判臺(tái)復(fù)位按鈕 SB5 X5 音響 B Y5數(shù)碼管 1 LE1 Y10-Y16數(shù)碼管 2 LE2 Y20-Y26數(shù)碼管 3 LE3 Y30-Y36為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀，用 SB0 作為裁判臺(tái)的開(kāi)始按鈕，四個(gè)參賽隊(duì)分別用與之對(duì)應(yīng)號(hào) SB1、SB2、SB3、SB4 設(shè)置按鈕。SB5 為比賽復(fù)位按鈕，使下輪比賽開(kāi)始。輸出與輸入對(duì)應(yīng)，用 YO 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)比賽開(kāi)始信號(hào)燈 EL0，同理用 Y1、Y2、Y3、Y4 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈 EL1、EL2、EL3、EL4。Y5 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)音響。Y10-Y16 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 1 顯示各個(gè)參賽隊(duì)的隊(duì)號(hào)。Y20-Y26 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 2，顯示搶答時(shí)間的個(gè)位，無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)28Y30-Y36 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 3，顯示搶答時(shí)間的十位。4.2 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì) X0MM1X5M0T0X1M1YX5Y1X21X5Y 23M1X5Y3X41Y Y4X5X12X34M1 M12T1X5M2T1K30M1 T0 1 Y0X5Y0M M1T011MM0M01X5PLSM3搶 答 允 許搶 答 限 時(shí)1號(hào) 參 賽 臺(tái)二 號(hào) 參 賽 臺(tái)三 號(hào) 參 賽 臺(tái)四 號(hào) 參 賽 臺(tái)搶 答 繼 電 器答 題 限 時(shí) 繼 電 器答 題 限 時(shí)(裁 判 臺(tái) 燈 狀 態(tài) )違 規(guī) 搶 答無(wú) 人 搶 答答 題 超 時(shí)(裁 判 臺(tái)燈 狀 態(tài) )正 常 搶 答無(wú) 人 搶 答答 題 超 時(shí)違 規(guī) 搶 答無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)29續(xù)梯形圖（一）M3Y5T2X5Y5T2Y23 Y10Y12Y34 Y1Y13Y4 Y122Y3 Y132Y14Y4 Y15Y23Y4 Y16M0T4 T3K5T3 T4K54 MM01M12314M5167189音 響 驅(qū) 動(dòng)音 響 限 時(shí)數(shù) 碼 管 1顯示 參 賽 臺(tái) 隊(duì)號(hào)計(jì) 時(shí) 秒 脈 沖 信 號(hào) 產(chǎn) 生 程序秒 個(gè) 位 移 位 繼 電 器數(shù) 碼 管 2計(jì) 時(shí)器 個(gè) 位 顯 示 程序無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)30續(xù)梯形圖（二）M4SFTLM910K11925MZR80M1PLSM59M1214M5167M