PLC控制三路搶答器

1、2013 級課程設計（論文）說明書三路智力搶答器的PLC設計院 、 部：電氣信息與工程學院學生姓名：唐慧學號：1330140126指導教師：羅雪蓮職稱教授專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣 1301 班完成時間：2016 年 06 月I/23湖南工學院電氣控制技術課程設計課題任務書學院：電氣與信息工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化指導教師羅雪蓮學生姓名唐慧課題名稱三路智力搶答器的PLC 控制一、目標設計一個控制基于PLC的三路智力搶答器系統(tǒng)。二、任務根據控制要求， 明確設計任務， 擬定設計方案與進度計劃， 運用所學的理論知識，進行病床呼叫系統(tǒng)運行原理設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計，提

2、高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括：1、設計該系統(tǒng)電氣控制硬件系統(tǒng)；2、 PLC選擇及 I/O 及其它 PLC 元器件分配。3、選擇電器元件，編制元件目錄表。4、設計該系統(tǒng)PLC控制梯形圖。5、用計算機繪制PLC控制電路圖。6、進行系統(tǒng)仿真測試，實現三路智力搶答器系統(tǒng)的控制要求。7、編寫設計說明書。三、要求該搶答器可作為智力競賽的評判裝置。根據應答者搶答情況自動設定答題時間，并根據答題情況用燈光、聲音顯示其回答正確或錯誤，在工作人員操作下對答題者所內顯示的分數加分或減分。容三路智力搶答器有三個搶答按鈕SB1SB3，最先按下按鈕有效，在此以后按下的及按鈕

3、無效，伴有燈光、聲音指示，并開始計時（答題時間），計時時間到（答任題給定的時間），聲音提示停止答題。如果搶答者答題正確或錯誤，主持人或務操作員按下加分鍵或減分鍵，將對顯示分數值加分或減分。該控制器組成框圖如圖 1 所示。SB1SB2SB3123HAHL1PLC控制器HL2SB0SA開始復位停止+加/ 減-主持人圖 1三路智力搶答器組成框圖/ 23三路搶答器應達到以下要求1按下啟動按鈕（開始搶答）后，若10s 內無人搶答，則搶答器自動撤消搶答信號（有聲音提示），說明該題無人搶答，自動作廢。2按下啟動按鈕（開始搶答）后，第一個按下按鈕的信號有效，其余信號（后按下的）無效，有效信號用燈光和聲音指示。

4、3若有人搶答即按下任意一個搶答按鈕，從按下按鈕開始計時，在答題時間 （約擬 1min）完畢時，有燈光和聲音信號提示答題時間到。達4三路搶答器應有燈顯示和分數值顯示，對答題正確或錯誤者，在操作人員的到控制下，可對其加10 分或減 10 分。加分可達最大分值是99 分，減分可達最少分值的是 00 分。 三路搶答器工作流程如圖2 所示。要求開始出題或技重新出題N有搶答術Y指判斷第一搶答者標顯示正確或錯誤答題加減分分圖 2三路搶答器工作流程示意I/231 張鶴鳴，劉耀元，張輝先 . 可編程控制器原理及應用教程 M. 北京：北京大學出版社， 20112 楊晉萍 . 可編程控制器原理及應用： 西門子機型

5、M. 北京：中國電力出版社， 20133浦艷敏 . 可編程控制器原理與應用：三菱FX系列 M. 北京：清華大學出版社，20134王存旭 . 可編程控制器原理及應用M. 北京：高等教育出版社，2013主董愛華 . 可編程控制器原理及應用M. 北京：中國電力出版社，20145要魏德仙 . 可編程控制器原理及應用M. 北京：中國水利水電出版社，20136參鐘肇燊 , 范建東 . 可編程控制器原理及應用M. 廣州：華南理工大學出版社， 20157考史國生 . 電氣控制與可編程控制技術（第三版） M. 北京：化學工業(yè)出版社， 20108資劉美俊 . 可編程控制器應用技術 M. 福州：福建科學技術出版社，

6、20139料陳靜 .PLC 應用開發(fā)技術與工程實踐M. 北京：人民郵電出版社，20141011 趙峰，賈石峰，顧桂梅 . 現代電氣控制與 PLC應用 M. 蘭州：蘭州大學出版社，2014教研室意見教研室主任：（簽字）年月日II/23摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展， PLC 的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術的不斷更新，可編程控制器由于其優(yōu)良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業(yè)中的應用日益廣泛普及。智力競賽是一種生動活潑的教育方式 ，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內，使人們迅速增加一些科學知識和生活常識。但是，在這類比

7、賽中，對于誰先誰后搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存 ，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。三路搶答器的 PLC設計正好為此提供的一個很好的平臺，此設計中設計了搶答違規(guī)、搶答時間到、搶答成功，以及對選手答題得分的加減并通過 LED顯示出來。三路搶答器設計是利用 PLC（ Programmable Logic Controller ）對 PLC控制智力搶答器進行控制。在三路搶答器的 PLC 設計中編寫梯形圖程序并分析得出它主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、計時及計分輸出顯示功能等。 結果表明電容測量儀

8、樣機的功能和指標達到了設計要求。關鍵詞： 可編程控制器；三路搶答器；計分。III / 23目錄1設計背景及任務 .11.1三路搶答器應用背景和概述 .11.2設計任務和要求 .11.3工作任務 .22搶答器硬件系統(tǒng)設計 .32.1控制系統(tǒng)選取 .32.2控制系統(tǒng)的硬件組成 .32.3硬件 I/O 地址分配 .42.4硬件系統(tǒng)接線圖 .53搶答器軟件系統(tǒng)設計 .63.1整體設計 .63.2PLC控制程序 .63.2.1主持人開始復位初始化 .63.2.2三組搶答者搶答程序 .73.2.3加減分初始化 .83.2.4加減分顯示程序 .93.2.5搶答器總程序 .93.2.6總程序指令表 .114安

9、裝與調試 .12參考文獻 .13致謝 .14附錄 總程序.15IV/231 設計背景及任務1.1三路搶答器應用背景和概述搶答器廣泛用于電視臺、商業(yè)機構及學校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。 三路搶答器能使三個人同時參加搶答 , 賽場中設有 1 個裁判臺，三個參賽臺 . 總體設計選用三菱 PLC控制 , 搶答操作方便，在很多的場所都可以使用，并且給人的視覺效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時， 跟對手比反應時間， 思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發(fā)展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。用 PLC進行知識競賽搶答器設計，其控

10、制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。三路搶答器可根據應答者搶答情況自動設定答題時間， 并根據情況用燈光和聲音現實其回答正確和錯誤，在工作人員操作下對答題者所顯示的分數進行加分和減分。三路智力搶答器有三個搶答按鈕最先按下按鈕有效， 在此之后按下按鈕無效， 伴有燈光和聲音指示， 并開始計時答題時間。 計時時間到聲音提示停止答題。 如果搶答者答題正確和錯誤主持人按下加分鍵或減分鍵，將對所顯示的分數進行加分和減分。1.2設計任務和要求三路智力搶答器應達到以下要求。按下啟動按鈕（開始搶答）后，若10內無人搶答，則搶答器自動撤銷搶答信號（有聲音提示），說明該題無人搶答

11、自動作廢。按下啟動按鈕（開始搶答）后，第一個按下按鈕有效，其余信號（后按下）無效。有效信號用燈光和聲音表示。若有人搶答即按下任意一個搶答按鈕，從按下按鈕開始計時， 在答題時間（約1 min ）完畢時。有燈光和聲音信號提示答題時間已到。三路搶答器應有燈顯示和分數顯示對答題正確或錯誤者，在操作人員控制下可對其加 10分或減 10分。加分最大可達到 99分，減分最少分值 0分。三路智力搶答器工作流程圖如圖1所示。0/23圖 1工作流程圖1.3工作任務根據控制要求，進行搶答器PLC控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括主電路、控制電路及 PLC硬件配置電路。根據控制要求，編制搶答器PLC控制應用程序。編寫設計說明

12、書，內容包括：設計過程和有關說明。基于 PLC的搶答器電氣控制系統(tǒng)電路圖。 PLC控制程序。電器元器件的選擇和有關計算。電氣設備明細表。參考資料、參考書及參考手冊。其他需要說明的問題， 例如操作說明書、 程序的調試過程、 遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。1/232 搶答器硬件系統(tǒng)設計2.1控制系統(tǒng)選取搶答器對時間間隔的要求很高， 而且多在會議、 答辯賽等一些正規(guī)的需要進行搶答的場合中使用， 所以對設備的精準性和可靠性要求很高。 為此，我們對將采用的控制系統(tǒng)進行了全面的分析對比。 可編程控制器（ PLC）是由工業(yè)微型計算機、 輸入 , 輸出設備、保護及抗干擾隔離電路等構成的微機控

13、制裝置， 具有順序、周期性工作的特征，從應用角度看可編程控制器具有如下特點：可靠性高；體積小；通用性好；使用方便。硬件系統(tǒng)分別選擇 1個額定電壓為 24V的蜂鳴器，6個額定電壓為 2V的發(fā)光二極管。6個七段數碼顯示管（七段數碼顯示管用 7位的信號驅動。在實際應用中可以用三菱 PLC指令 SEGD只.需要用一個數據寄存器D）。I/O 接口分別為 7個輸入繼電器 X,35 個輸出繼電器 Y. 和 20%的裕量所以選擇三菱PLC的FX2N-80MR系列。FX2N-80MR系列的 PLC在各種行業(yè)的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應用。三菱FX2N-80MR具有 40個輸入輔助繼電器 X和40個輸出輔繼

14、電器。 PLC的工作方式為周期掃描。一個掃描周期大約為 0.08us. 可見其 PLC的可靠性。同時在使用方面用軟件 GX developer. 輸入程序變換看是否有錯誤。 如果有錯誤繼續(xù)修改。 沒有通過計算機寫入PLC運行調試。使用很方便。2.2控制系統(tǒng)的硬件組成在搶答器的工作過程中， 主控單元的主要控制對象首先是輸入信號， 控制系統(tǒng)就是判別這個事件有沒有發(fā)生， 不同的情況給出不同的結果， 讓大家都很快的明。 其硬件組成結構圖如圖 2 所示。2/23圖 2硬件系統(tǒng)2.3硬件 I/O 地址分配根據任務要求及所選FX2N-80MR(考慮 20%接口裕量 ) 和其他硬件（電鈴，燈，七段數碼顯示管）

15、 PLC的 I/O 地址分配如表 1、表 2所示。表 1三路智力搶答器輸入口分配表輸入設備 / 符號PLC輸入點主持人按搶答開始按鈕 SB0X0第一號搶答按鈕SB1X1第 2 號搶答按鈕 SB2X2第 3 號搶答按鈕 SB3X3停止 / 復位開關 SAX4主持人加分按鈕SB5X5主持人減分按鈕SB6X63/23表 2三路智力搶答器輸出口分配表輸出設備 / 符號PLC輸出點PLC控制器電源接通指示 HL1Y01 號指示燈 LED2Y12 號指示燈 LED3Y23 號指示燈 LED4Y3開始搶答燈 LED5Y4答題時間到指示燈LED6Y5聲音提示 HAY61 號十位分數值顯示SMG1Y10-Y16

16、2 號十位分數值顯示SMG2Y20-Y263 號十位分數值顯示SMG3Y30-Y36個位分數顯示 SMG4-SMG6Y40-Y462.4硬件系統(tǒng)接線圖為了硬件電路接線方便，SB0搶答的開始按鈕，對應輸入點為X0 輸出點為 Y0。SB1、SB2、SB3分別對應三個參賽對號，輸入點分別X1、X2、X3，輸出點分別為Y1、Y2、Y4。SA為搶答的復位開關，對應輸入點為X4。數碼管 1 顯示輸出點為 Y10-Y16。數碼管 2 顯示輸出點為 Y20-Y26。數碼管 3 顯示輸出點為Y30-Y36。PLC與數碼管采用串電阻直接連接方式。其外部硬件接線圖如圖3 所示。圖 3外部硬件接線4/233 搶答器軟

17、件系統(tǒng)設計3.1整體設計根據 PLC智能搶答器的控制要求，應用程序采用一體化結構。通過PLC控制程序來實現整體的運行， 系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口， 一般的 PLC配置都可運行。 該系統(tǒng)本著簡單易懂、 可靠性強、適應性強等方面進行設計。 在搶答時只需按動按鈕即可數碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。 安全、可靠、省時、省力、價格便宜?？刂栖浖?GX-developer 編程軟件，采用梯形圖語言編寫。根據系統(tǒng)控制要求，進行針對性設計，要充分保證系統(tǒng)的安全， 保證整個系統(tǒng)的運行安全可靠。自動條件下，必須復位后在滿足自動條件下才能進行自動運行程序， 當中充分應用各個過程的互鎖來保證

18、系統(tǒng)的安全。3.2PLC控制程序為了編程結構的簡單、明了在主程序中引用了中間繼電器，X4X6 分別為三組選手的搶答信號， 同時我們用中間繼電器M1,M2,M3,M10,M51,M52進行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有X1 按鈕用以搶答開始， X1按鈕為復位按鈕。程序流程圖如圖1 所示。3.2.1主持人開始復位初始化在主持人按搶答開始按鈕 X1 時, 復位 D0和 M52.同時有搶答開始聲音信號 Y1，在PLC開始運行時復位 D1D4。程序圖如圖 4 所示。5/23圖 4初始化復位3.2.2三組搶答者搶答程序同時 Y1(或 Y2,Y3) 有 1 秒鐘 ON信號，為了以后程

19、序選擇置位 M1(或 M2,M3)程序如圖 5 所示。6/23圖 5搶答程序3.2.3計時時間程序當 10 秒內無人搶答則取消答題信號（用T5 實現）。程序如圖6 所示。圖 6無人搶答程序利用中間繼電器 M10和 Y1 和 Y2 和 Y3 開始計時。如果已搶答則計時答題時間 60 秒，計滿 60 秒不準答題。程序如圖 7 所示。7/23圖 7答題計時程序3.2.4加減分初始化初始時需要解碼 D0作為加減分選通信號，同時有搶答者的信號（ M1,M2,M3）參與加減分的選擇。程序如圖 8 所示。圖 8加減分初始化3.2.5加減分顯示程序如果答題正確加 10 分，錯誤減 10 分。如果加分超過 99

20、 分或減分低于 0 分則置零處理。同時考慮到個位一直為零則用同一種輸出接口連接數碼管。直接加減十位。程序如圖 9 所示。8/23圖 9加減分顯示程序9/23續(xù)圖 9加減分顯示程序3.2.6搶答器總程序X4X6 分別為三組選手的搶答信號，同時我們用中間繼電器M1,M2,M3,M10,M51,M52進行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有 X1 按鈕用以搶答開始， X0 按鈕為復位按鈕。在按下啟動按鈕SB1時復位所有數據寄存器（累加計分的數據寄存器除外D1 D4）然后三組搶答者開始搶答，搶答的同時產生一個切斷信號 M10（目地后者搶答無效）搶答后開始計時答題時間 60 秒。答完以

21、后主持人開始加減分 （在搶答的基礎之上產生一個選通信號） 沒有搶答的組加不了或見不了分數。在加減分的同時需要對 D1D4進行判斷（可以用 CMP指令或 LD=）.如果超過 99 或低于 0 都以 0 處理。由各功能塊程序及任務要求編寫程序如附錄 A 所示。10/234 安裝與調試將各個輸入輸出端子和實際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設備正確連接， 完成硬件的安裝。知識競賽搶答器的程序是由三菱PLC編程軟件 GX-DEVELOPER編制完成，正常工作時程序存放在存儲卡中，若要修改程序，先將PLC設定在 STOP狀態(tài)下，運行三菱 PLC編程軟件 GX-DEVELOPER編程軟件，打開知識競賽搶答器的程

22、序，即可在線調試，也可用編程器進行調試。（ 1）按下搶答開始按鈕 SB1.先在 10 秒內搶答，看答題開始計時 60 秒后是否有燈光和聲音信號。（ 2）按下搶答開始按鈕 SB1.10秒內無人搶答是否有燈光和聲音信號。（ 3）在正確的搶答情況下加減分是否有正確顯示。（ 4）所有的信號顯示都要根據 I/O 分配?？词欠裾_。11/23參考文獻1 工業(yè)可編程控制器的現狀與發(fā)展趨勢 J. 航天技術與民品， 1999.2 廖常初 .PLC的編程方法與工程應用 M. 重慶 : 重慶大學出版社， 2001.3 陳遠齡 . 機床電氣自動控制 M. 重慶 : 重慶大學出版社， 2004.4 鐘肇新等 . 可編程控制器原理及應用 M. 廣州 : 華南理工大學出版社， 2008.5 高 勤. 可編程控制器原理及應用 ( 三菱機型 )M . 北京 : 電子工業(yè)出版社， 2006.6 三菱 FX PLC使用手冊 . 三菱公司 .7 賀哲榮、流行 PLC實用程序及設計 M. 西安 : 西安電子科技大學出版社， 2006.8 王 紅. 可編程控制器使用教程 M. 北京 : 電子工業(yè)出版社， 2002.9 王永華 . 現代電氣控制及 PLC應用技術 M. 北京 : 航空航天大學出版社， 2003.12/23致謝經過這兩個星期的努力， 在羅老師和同學們的幫助下做完了任