智力搶答器PLC設(shè)計

《機電傳動控制》課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：智力搶答器的PLC控制專業(yè)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師提交日期2015年12月目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論3第2章智力搶答器的設(shè)計方案42.1設(shè)計任務(wù)分析42.1.1設(shè)計的目的42.1.2設(shè)計的內(nèi)容42.2系統(tǒng)設(shè)計方案5第3章智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)原理63.1智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)框圖63.2智力搶答器PLC控制的控制原理6第4章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計74.1電源的選擇74.2PLC選型和配置74.2.1PLC的機型和容量74.2.2I/O模塊74.3PLC的I/O點的分配及I/O接線圖84.3.1PLC的I/O點的分配84.2.2PLC的I/O端子與輸入/輸出設(shè)備的連接圖10第5章PLC程序設(shè)計115.1控制程序流程分析以及順序功能圖115.2脈沖信號示意圖125.3控制程序梯形圖和相應(yīng)的程序指令表13第六章系統(tǒng)調(diào)試16參考文獻19設(shè)計心得緒論搶答器是由優(yōu)先權(quán)編碼器構(gòu)成的邏輯電路，其運算速度慢，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比擬簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時，實現(xiàn)起來就更加困難。而本設(shè)計將以PLC為核心設(shè)計了順序功能圖，程序指令表以及控制程序梯形圖的分配方案，在保存原始搶答器的根本功能的同時又增加了一系列實用的功能并簡化了搶答器的電路結(jié)構(gòu)，使得只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案，從而使得競賽不斷完善其公平，公正性。通過這次課程設(shè)計，要求學(xué)生掌握一定的理論根底知識，同時具備一定的實踐設(shè)計技能，并且能夠利用PLC控制技術(shù)結(jié)合實際情況進行系統(tǒng)設(shè)計以及編程。第2章智力搶答器的設(shè)計方案2.1設(shè)計任務(wù)分析2.1.1設(shè)計的目的通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握PLC在機電設(shè)備控制中的現(xiàn)狀、技術(shù)應(yīng)用和開展趨勢；了解并掌握三菱FX2N系列PLC硬件組成，控制程序的根本編寫過程，掌握GXDeveloper編程環(huán)境的使用及調(diào)試，能夠根據(jù)機電設(shè)備的功能要求獨立完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計及軟件設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和實踐動手能力。2.1.2設(shè)計的內(nèi)容本設(shè)計將以PLC為核心設(shè)計了順序功能圖，程序指令表以及控制程序梯形圖的分配方案，在保存原始搶答器的根本功能的同時又增加了一系列實用的功能并簡化了搶答器的電路結(jié)構(gòu)，使得只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案，從而使得競賽不斷完善其公平，公正性。設(shè)計內(nèi)容如下：競賽開始時，主持人按下啟動/停止開關(guān)SA，指示燈HL1亮；當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕SB0后，如果在10s內(nèi)無人搶答，賽場音響HA發(fā)出持續(xù)1.5s的聲音，指示燈HL2亮，表示搶答器自動撤銷此次搶答信號；當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕SB0后，如果在10s內(nèi)有人搶答(按下?lián)尨鸢粹oSB3、SB4、SB5)，那么最先按下?lián)尨鸢粹o的信號有效，相應(yīng)的搶答桌上的搶答燈〔HL3，HL4，HL5〕亮，賽場的音響發(fā)出短促音(0.2sON,0.2sOff0.2sON)；當(dāng)主持人確認搶答有效后，按下答題計時按鈕(SB6),搶答桌上的搶答燈滅，計時開始，計時時間到時(1min)，賽場的音響發(fā)出持續(xù)3s的長音，搶答桌上搶答燈再次亮；如果搶答者在規(guī)定時間內(nèi)正確答復(fù)下列問題，主持人或助手按下加分按鈕，為搶答者加分，同時搶答桌上的指示燈快速閃爍3s(閃爍頻率為0.3sON，0.3sOFF)；如果搶答者不能在規(guī)定時間內(nèi)正確答復(fù)下列問題，主持人或助手按下減分按鈕，為搶答者減分。圖2.12.2系統(tǒng)設(shè)計方案智力搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手反響時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。與傳統(tǒng)搶答器不同，在PLC的控制下可以彌補傳統(tǒng)搶答器的很多缺乏。PLC是由工業(yè)微型計算機、輸入，輸出設(shè)備，是保護及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看PLC具有如下特點：可靠性高、體積小、通用性好、使用方便。第3章智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)原理3.1智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)框圖PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下列圖3.1所示：·圖3.1PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2智力搶答器PLC控制的控制原理從上述的任務(wù)分析中可以看出來，本課程設(shè)計主要要解決的問題有以下幾點：在主持人按下?lián)尨鸢粹o后，10s內(nèi)的搶答情況。10s內(nèi)是否有人搶答是搶答是否繼續(xù)的關(guān)鍵。無人搶答那么撤銷搶答信號，否那么就繼續(xù)下面的環(huán)節(jié)，因此需要在這個環(huán)節(jié)設(shè)置一個撤銷搶答信號的輸出與繼續(xù)搶答信號的輸出的互鎖，即其中一個輸出得電，另一個就立即斷開電路。有人搶答那么最先按下?lián)尨鸢粹o的信號有效，所以我們在這個環(huán)節(jié)也需要設(shè)置三個搶答信號之間的互鎖；賽場音響發(fā)出的短促音以及搶答桌上的指示燈的閃爍。對于這兩個要求，我們是通過設(shè)置一個脈沖信號來完成的，脈沖上升沿時，相應(yīng)環(huán)節(jié)的音響發(fā)出聲音及指示燈亮；反之，音響不響、指示燈滅；整個電路的保護，過載及短路保護。第4章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.1電源的選擇電源模塊的選擇僅對于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，整體式的PLC不用考慮電源的選擇。對電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。4.2PLC選型和配置4.2.1PLC的機型和容量本設(shè)計中PLC的型號我們選擇的是課本上有介紹的日本三菱公司FX2N系列的FX2n-80MR系列的產(chǎn)品。硬件系統(tǒng)分別選擇1個額定電壓為2V的電鈴音響，5個額定電壓為24V燈泡。3個七段數(shù)碼顯示管〔七段數(shù)碼顯示管用7位的信號驅(qū)動，在實際應(yīng)用中可以用三菱PLC指令SEGD,只需要用一個數(shù)據(jù)存放器D〕。I/O接口分別為8個輸入繼電器X、12個輸出繼電器Y和20%接口裕量，所以選擇三菱FX2n-80MR系列。另外，三菱FX2N系列高速大容量的特點也是我們選擇它作為PLC的型號的原因之一。高速大容量：a.超高速程式處理；b.大容量存儲器，內(nèi)附8k步RAM〔RUN過程中可更改程序〕，最大可達16k；c.可選擇性：可使用RAM〔8k〕，EPROM〔8k〕，或帶實時時針的存儲器卡盒；d.多種功能：包括27種根本指令，2種步進指令和128種應(yīng)用指令。4.2.2I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出局部I/O來完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映其輸入信號狀態(tài)，輸出點反映其輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入〔DI〕，開關(guān)量輸出〔DO〕；模擬量輸入〔AI〕，模擬量輸出〔AO〕等模塊。FX系列PLC輸入特性表如下表4.1：工程DC輸入AC輸出品種FX0，F(xiàn)XON,FX2，F(xiàn)X2CFXON,FX2C〔X10以內(nèi)〕FX2輸入信號電壓DC24V±10%AC100V-120V±10%50/60Hz輸入信號電流7mA/DC24V5mA/DC24V6.2Ma/DC110V60Hz輸入ON電流4.5mA以上3.5mA以上3.8mA以上A輸入OFF電流1.5mA以下1mA以下1.7mA以下輸入響應(yīng)時間約100ms但FX0的X0-X7，，0-15ms約30ms不可高速輸入輸入信號形式無電壓接點或NPN集電極開路輸出晶體管AC電壓表4.1PLC輸入特性表4.3PLC的I/O點的分配及I/O接線圖4.3.1PLC的I/O點的分配I/O點的輸入點有8個，輸出點有12個。PLC的I/O口端口地址分配表如下表3.1。輸入輸出現(xiàn)場信號端口地址說明現(xiàn)場信號端口地址說明1SAX000啟動/停止按鈕信號1HAY000賽場音響發(fā)出聲音2SB0X007開始搶答按鈕信號2HL1Y001啟動指示燈亮3SB1X001加分按鈕信號3HL2Y002無人搶答指示燈亮4SB2X002減分按鈕信號4HL3Y0033號搶答桌上的搶答燈亮5SB3X0033號桌搶答按鈕信號5HL4Y0044號搶答桌上的搶答燈亮6SB4X0044號桌搶答按鈕信號6HL5Y0055號搶答桌上的搶答燈亮7SB5X0055號桌搶答按鈕信號7Y013為3號搶答者加分8SB6X006答題計時按鈕信號8Y014為4號搶答者加分9Y015為5號搶答者加分10Y023為3號搶答者減分11Y024為4號搶答者減分12Y025為5號搶答者減分表4.2I/O端口地址的分配時間繼電器T及計數(shù)器C的使用說明〔如表4.3所示〕。時間繼電器計數(shù)器時間繼電器地址時間說明計數(shù)器地址次數(shù)說明T010s延時接通/斷開C02使T2、T3控制的脈沖信號循環(huán)2次〔0.6s〕后停止T11.5s延時斷開T20.2S控制脈沖信號周期C15使T6、T7控制的脈沖信號循環(huán)5次〔3s〕后停止T30.2s控制脈沖信號周期T41min延時接通音響和搶答燈T53s延時斷開音響T60.3s控制脈沖信號周期T70.3s控制脈沖信號周期表4.3時間繼電器及計數(shù)器的使用說明中間輔助繼電器M的使用說明〔如表4.4所示〕。中間繼電器地址替代的輸入/輸出信號現(xiàn)場信號端口地址M1SB0X007M2HAY000M3M4M5HL3Y003M10M6HL4Y004M11M7HL5Y005M12M13SB6X006M14T0表4.4中間輔助繼電器的使用說明4.2.2PLC的I/O端子與輸入/輸出設(shè)備的連接圖I/O外接線圖如下列圖4.1。圖4.1I/O外接線圖第5章PLC程序設(shè)計5.1控制程序流程分析以及順序功能圖根據(jù)任務(wù)分析，可畫出流程圖和順序功能圖分別如下列圖5.1和5.2。圖5.1流程分析圖圖5.2順序功能圖5.2脈沖信號示意圖控制賽場音響發(fā)出短促音〔0.2sON,0.2sOFF,0.2sON〕和搶答桌上的指示燈快速閃爍3s〔頻率為0.3sON,0.3sOFF〕的脈沖信號如下列圖5.3和5.4所示。圖5.3音響短促音脈沖信號時序圖圖5.4搶答燈閃爍脈沖信號時序圖5.3控制程序梯形圖和相應(yīng)的程序指令表經(jīng)過軟件GX-Words的模擬調(diào)試后，最終確認的梯形圖如下列圖5.5〔由FXGPWIN3.3中文免安裝版畫出〕。圖5.5梯形圖通過FXGPWIN3.3，可將梯形圖轉(zhuǎn)換為下述指令表〔如圖5.6所示〕：圖5.6指令表第六章系統(tǒng)調(diào)試用GX-Words軟件來調(diào)試梯形圖時，音響短促音〔0.2sON,0.2sOFF,0.2sON〕以及指示燈閃爍3s時候頻率〔0.3ON,0.3OFF〕過短，調(diào)試現(xiàn)象不明顯，因此我們在調(diào)試時把它們的時間調(diào)大十倍，以便更加清晰、直接的觀察到調(diào)試的結(jié)果。另外，在讓音響發(fā)出短促音及指示燈閃爍這個環(huán)節(jié)是利用脈沖信號來實現(xiàn)的。但是在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，脈沖在結(jié)束一個周期后會自動開始下一個周期，一直循環(huán)不停。所以，在經(jīng)過屢次的討論和修改后，決定在脈沖前分別加上計數(shù)器C0和C1來控制它的循環(huán)次數(shù)，防止無限周期循環(huán)。a.按下啟動/停止按開關(guān)SA〔即X0〕，指示燈HL1亮〔輸出為Y1〕；b.主持人按下開始搶答按鈕SB0，假設(shè)3號搶答者在10s內(nèi)按下?lián)尨鸢粹oSB3〔輸入為X3〕，那么中間輔助繼電器M5得電，搶答燈HL3亮〔相應(yīng)的輸出為Y3，Y3的常閉觸點斷開，常開觸點閉合，Y3自鎖〕；Y2/Y4/Y4線圈不得電，相應(yīng)的搶答燈不亮。同時輔助繼電器M1得電，常開觸點閉合，使搶答按鈕信號能夠自鎖。調(diào)試圖如下列圖6.1。圖6.1假設(shè)10s內(nèi)3號桌搶答者按下?lián)尨鸢粹o，那么Y3常開觸點閉合，計數(shù)器C0開始計數(shù)〔計數(shù)2次〕，時間繼電器T2、T3一起控制周期為0.6s的脈沖信號；中間輔助繼電器M3得電，賽場音響HA〔輸出為Y0〕發(fā)出由脈沖信號控制的短促音〔0.2sON,0.2sOFF,0.2sON〕。計數(shù)器計數(shù)2次，自動斷開回路，音響不再發(fā)出聲音。調(diào)試圖如下列圖6.2?！裁}沖信號圖如第五章圖5.3。〕圖6.2主持人按下答題計時按鈕SB6〔輸入信號為X6〕，時間繼電器T4開始計時1min,計時時間到，輔助繼電器M4得電，賽場音響HA發(fā)出聲音〔相應(yīng)的輸出為Y0〕，同時T5開始計時3s，3s過后，T5常閉觸點斷開，M4失電，音響停止發(fā)出聲音。調(diào)試圖如下列圖6.3.圖6.3假設(shè)3號搶答者在1min內(nèi)正確答復(fù)下列問題，那么主持人按下加分按鈕SB1〔輸入為X1〕給3號搶答者加分〔輸出為Y13〕；計數(shù)器C1開始計數(shù)〔計數(shù)5次〕，T6、T7配合控制搶答桌上的搶答燈閃爍的周期為0.6s的脈沖信號〔閃爍頻率為0.3ON,0.3OFF，閃爍3s〕；每當(dāng)輔助繼電器M10得電，3