PLC控制三路搶答器

1、 2013 級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）說明書 三路智力搶答器的PLC設(shè)計(jì) 院 、 部： 電氣信息與工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 唐慧 學(xué) 號(hào)： 1330140126 指導(dǎo)教師： 羅雪蓮 職稱 教授 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣1301班 完成時(shí)間： 2016年06月 I湖南工學(xué)院電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題任務(wù)書 學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師羅雪蓮學(xué)生姓名唐慧課題名稱三路智力搶答器的PLC控制內(nèi)容及任務(wù)一、目標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)控制基于PLC的三路智力搶答器系統(tǒng)。二、任務(wù)根據(jù)控制要求，明確設(shè)計(jì)任務(wù)，擬定設(shè)計(jì)方案與進(jìn)度計(jì)劃，運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)行病床呼叫系統(tǒng)運(yùn)行原理設(shè)計(jì)、硬

2、件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：1、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)該系統(tǒng)PLC控制梯形圖。5、用計(jì)算機(jī)繪制PLC控制電路圖。6、進(jìn)行系統(tǒng)仿真測(cè)試，實(shí)現(xiàn)三路智力搶答器系統(tǒng)的控制要求。7、編寫設(shè)計(jì)說明書。三、要求該搶答器可作為智力競(jìng)賽的評(píng)判裝置。根據(jù)應(yīng)答者搶答情況自動(dòng)設(shè)定答題時(shí)間，并根據(jù)答題情況用燈光、聲音顯示其回答正確或錯(cuò)誤，在工作人員操作下對(duì)答題者所顯示的分?jǐn)?shù)加分或減分。三路智力搶答器有三個(gè)搶答按鈕SB1SB3，最先按下按鈕

3、有效，在此以后按下的按鈕無(wú)效，伴有燈光、聲音指示，并開始計(jì)時(shí)（答題時(shí)間），計(jì)時(shí)時(shí)間到（答題給定的時(shí)間），聲音提示停止答題。如果搶答者答題正確或錯(cuò)誤，主持人或操作員按下加分鍵或減分鍵，將對(duì)顯示分?jǐn)?shù)值加分或減分。該控制器組成框圖如圖1所示。圖1 三路智力搶答器組成框圖擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)三路搶答器應(yīng)達(dá)到以下要求 1按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，若10s內(nèi)無(wú)人搶答，則搶答器自動(dòng)撤消搶答信號(hào)（有聲音提示），說明該題無(wú)人搶答，自動(dòng)作廢。2按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，第一個(gè)按下按鈕的信號(hào)有效，其余信號(hào)（后按下的）無(wú)效，有效信號(hào)用燈光和聲音指示。3若有人搶答即按下任意一個(gè)搶答按鈕，從按下按鈕開始計(jì)時(shí)，在答題

4、時(shí)間（約1min）完畢時(shí)，有燈光和聲音信號(hào)提示答題時(shí)間到。4三路搶答器應(yīng)有燈顯示和分?jǐn)?shù)值顯示，對(duì)答題正確或錯(cuò)誤者，在操作人員的控制下，可對(duì)其加10分或減10分。加分可達(dá)最大分值是99分，減分可達(dá)最少分值是00分。 三路搶答器工作流程如圖2所示。 圖2 三路搶答器工作流程示意主要參考資料1張鶴鳴，劉耀元，張輝先.可編程控制器原理及應(yīng)用教程M.北京：北京大學(xué)出版社，2011 2楊晉萍.可編程控制器原理及應(yīng)用：西門子機(jī)型M.北京：中國(guó)電力出版社，20133浦艷敏.可編程控制器原理與應(yīng)用：三菱FX系列M.北京：清華大學(xué)出版社，20134王存旭.可編程控制器原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，

5、20135董愛華.可編程控制器原理及應(yīng)用M.北京：中國(guó)電力出版社，20146魏德仙.可編程控制器原理及應(yīng)用M.北京：中國(guó)水利水電出版社，2013 7鐘肇?zé)?范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用M.廣州：華南理工大學(xué)出版社，20158史國(guó)生.電氣控制與可編程控制技術(shù)（第三版）M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20109劉美俊.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)M.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，201310陳靜.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐M.北京：人民郵電出版社，201411趙峰，賈石峰，顧桂梅.現(xiàn)代電氣控制與PLC應(yīng)用M.蘭州：蘭州大學(xué)出版社，2014教研室意見 教研室主任：（簽字） 年 月 日摘 要近年來隨著科技

6、的飛速發(fā)展， 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，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(yīng)用日益廣泛普及。智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式，而搶答就是智力競(jìng)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(shí)間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識(shí)和生活常識(shí)。但是，在這類比賽中，對(duì)于誰(shuí)先誰(shuí)后搶答，在何時(shí)搶答，如何計(jì)算答題時(shí)間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動(dòng)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(shè)計(jì)正好為此提供的一個(gè)很好的平臺(tái)，此設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了搶答違

7、規(guī)、搶答時(shí)間到、搶答成功，以及對(duì)選手答題得分的加減并通過LED顯示出來。三路搶答器設(shè)計(jì)是利用PLC（Programmable Logic Controller）對(duì)PLC控制智力搶答器進(jìn)行控制。在三路搶答器的PLC設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)及計(jì)分輸出顯示功能等。結(jié)果表明電容測(cè)量?jī)x樣機(jī)的功能和指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：可編程控制器；三路搶答器；計(jì)分。目 錄1 設(shè)計(jì)背景及任務(wù)11.1 三路搶答器應(yīng)用背景和概述11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求11.3 工作任務(wù)22 搶答器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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

8、42.4 硬件系統(tǒng)接線圖53 搶答器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1 整體設(shè)計(jì)63.2 PLC控制程序6 3.2.1 主持人開始復(fù)位初始化6 3.2.2 三組搶答者搶答程序7 3.2.3 加減分初始化8 3.2.4 加減分顯示程序9 3.2.5 搶答器總程序9 3.2.6 總程序指令表114 安裝與調(diào)試12參考文獻(xiàn)13致謝14附錄 總程序15IV1 設(shè)計(jì)背景及任務(wù)1.1 三路搶答器應(yīng)用背景和概述搶答器廣泛用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)校，為競(jìng)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(gè)人同時(shí)參加搶答,賽場(chǎng)中設(shè)有1個(gè)裁判臺(tái)，三個(gè)參賽臺(tái).總體設(shè)計(jì)選用三菱PLC控制,搶答操作方便，在很

9、多的場(chǎng)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(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。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。三路搶答器可根據(jù)應(yīng)答者搶答情況自動(dòng)設(shè)定答題時(shí)間，并根據(jù)情況用燈光和聲音現(xiàn)實(shí)其回答正確和錯(cuò)誤，在工作人員操作下對(duì)答題者所顯示的分?jǐn)?shù)進(jìn)行加分和減分。三路智力搶答器有三個(gè)搶答按鈕最先按下按鈕有效，在此之后按下按鈕無(wú)效，伴有燈光和聲音指示，并開始計(jì)時(shí)答題時(shí)間。計(jì)時(shí)時(shí)間到聲音提示停止答題。如果搶

10、答者答題正確和錯(cuò)誤主持人按下加分鍵或減分鍵，將對(duì)所顯示的分?jǐn)?shù)進(jìn)行加分和減分。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 三路智力搶答器應(yīng)達(dá)到以下要求。按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，若10內(nèi)無(wú)人搶答，則搶答器自動(dòng)撤銷搶答信號(hào)（有聲音提示），說明該題無(wú)人搶答自動(dòng)作廢。按下啟動(dòng)按鈕（開始搶答）后，第一個(gè)按下按鈕有效，其余信號(hào)（后按下）無(wú)效。有效信號(hào)用燈光和聲音表示。若有人搶答即按下任意一個(gè)搶答按鈕，從按下按鈕開始計(jì)時(shí)，在答題時(shí)間（約1 min）完畢時(shí)。有燈光和聲音信號(hào)提示答題時(shí)間已到。三路搶答器應(yīng)有燈顯示和分?jǐn)?shù)顯示對(duì)答題正確或錯(cuò)誤者，在操作人員控制下可對(duì)其加10分或減10分。加分最大可達(dá)到99分，減分最少分值0分。三路智

11、力搶答器工作流程圖如圖1所示。 圖1 工作流程圖1.3 工作任務(wù)根據(jù)控制要求，進(jìn)行搶答器PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。根據(jù)控制要求，編制搶答器PLC控制應(yīng)用程序。編寫設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)過程和有關(guān)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(guān)計(jì)算。電氣設(shè)備明細(xì)表。參考資料、參考書及參考手冊(cè)。其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對(duì)課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和建議等。2 搶答器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 控制系統(tǒng)選取搶答器對(duì)時(shí)間間隔的要求很高，而且多在會(huì)議、答辯賽等一些正規(guī)的需要進(jìn)行搶答的場(chǎng)合中使用

12、，所以對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們對(duì)將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對(duì)比?？删幊炭刂破鳎≒LC）是由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)、輸入, 輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機(jī)控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看可編程控制器具有如下特點(diǎn)：可靠性高；體積??；通用性好；使用方便。硬件系統(tǒng)分別選擇1個(gè)額定電壓為24V的蜂鳴器，6個(gè)額定電壓為2V的發(fā)光二極管。6個(gè)七段數(shù)碼顯示管（七段數(shù)碼顯示管用7位的信號(hào)驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中可以用三菱PLC指令SEGD.只需要用一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器D）。I/O接口分別為7個(gè)輸入繼電器X,35個(gè)輸出繼電器Y.和20%的裕量 所以選擇三菱PLC的FX2N-80M

13、R系列。FX2N-80MR系列的PLC在各種行業(yè)的檢測(cè)及控制的自動(dòng)化都得到廣泛的應(yīng)用。三菱FX2N-80MR具有40個(gè)輸入輔助繼電器X和40個(gè)輸出輔繼電器。PLC的工作方式為周期掃描。一個(gè)掃描周期大約為0.08us.可見其PLC的可靠性。同時(shí)在使用方面用軟件GXdeveloper.輸入程序變換看是否有錯(cuò)誤。如果有錯(cuò)誤繼續(xù)修改。沒有通過計(jì)算機(jī)寫入PLC運(yùn)行調(diào)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(duì)象首先是輸入信號(hào)，控制系統(tǒng)就是判別這個(gè)事件有沒有發(fā)生，不同的情況給出不同的結(jié)果，讓大家都很快的明。其硬件組成結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 圖2 硬件系統(tǒng)2.3 硬件I/

14、O地址分配根據(jù)任務(wù)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(shù)碼顯示管）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(shè)備/符號(hào)PLC輸入點(diǎn)主持人按搶答開始按鈕SB0X0第一號(hào)搶答按鈕SB1X1第2號(hào)搶答按鈕SB2X2第3號(hào)搶答按鈕SB3X3停止/復(fù)位開關(guān)SAX4主持人加分按鈕SB5X5主持人減分按鈕SB6X6表2 三路智力搶答器輸出口分配表輸出設(shè)備/符號(hào)PLC輸出點(diǎn)PLC控制器電源接通指示HL1Y01號(hào)指示燈LED2Y12號(hào)指示燈LED3Y23號(hào)指示燈LED4Y3開始搶答燈LED5Y4答題時(shí)間到指示燈LED6Y5聲音提示HAY6

15、1號(hào)十位分?jǐn)?shù)值顯示SMG1Y10-Y162號(hào)十位分?jǐn)?shù)值顯示SMG2Y20-Y263號(hào)十位分?jǐn)?shù)值顯示SMG3Y30-Y36個(gè)位分?jǐn)?shù)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(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為X0輸出點(diǎn)為Y0。SB1、SB2、SB3分別對(duì)應(yīng)三個(gè)參賽對(duì)號(hào)，輸入點(diǎn)分別X1、X2、X3，輸出點(diǎn)分別為Y1、Y2、Y4。SA為搶答的復(fù)位開關(guān)，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為X4。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。其外部硬件接線圖如圖3所示。圖3 外部硬件接線3

16、搶答器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 整體設(shè)計(jì) 根據(jù)PLC智能搶答器的控制要求，應(yīng)用程序采用一體化結(jié)構(gòu)。通過PLC控制程序來實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)行，系統(tǒng)僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC配置都可運(yùn)行。該系統(tǒng)本著簡(jiǎn)單易懂、可靠性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在搶答時(shí)只需按動(dòng)按鈕即可數(shù)碼管在系統(tǒng)程序的控制下自動(dòng)顯示組號(hào)以及倒計(jì)時(shí)時(shí)間。安全、可靠、省時(shí)、省力、價(jià)格便宜。控制軟件應(yīng)用GX-developer編程軟件，采用梯形圖語(yǔ)言編寫。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，要充分保證系統(tǒng)的安全，保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠。自動(dòng)條件下，必須復(fù)位后在滿足自動(dòng)條件下才能進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個(gè)過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。

17、3.2 PLC控制程序 為了編程結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)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(hào)， 同時(shí)我們用中間繼電器M1,M2,M3,M10,M51,M52進(jìn)行自鎖和互鎖功能，以保證每個(gè)選手公平搶答。主持人控制臺(tái)有X1按鈕用以搶答開始，X1按鈕為復(fù)位按鈕。程序流程圖如圖1所示。3.2.1 主持人開始復(fù)位初始化 在主持人按搶答開始按鈕X1時(shí),復(fù)位D0和M52.同時(shí)有搶答開始聲音信號(hào)Y1，在PLC開始運(yùn)行時(shí)復(fù)位D1D4。程序圖如圖4所示。圖4 初始化復(fù)位3.2.2 三組搶答者搶答程序同時(shí)Y1(或Y2,Y3)有1秒鐘ON信號(hào)，為了以后程序選擇置位M1(或M2,M3)程序如圖5所示。

18、圖5 搶答程序3.2.3 計(jì)時(shí)時(shí)間程序 當(dāng)10秒內(nèi)無(wú)人搶答則取消答題信號(hào)（用T5實(shí)現(xiàn)）。程序如圖6所示。圖6 無(wú)人搶答程序利用中間繼電器M10和Y1和Y2和Y3開始計(jì)時(shí)。如果已搶答則計(jì)時(shí)答題時(shí)間60秒，計(jì)滿60秒不準(zhǔn)答題。程序如圖7所示。圖7 答題計(jì)時(shí)程序3.2.4 加減分初始化初始時(shí)需要解碼D0作為加減分選通信號(hào)，同時(shí)有搶答者的信號(hào)（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(cuò)誤減10分。如果加分超過99分或減分低于0分則置零處理。同時(shí)考慮到個(gè)位一直為零則用同一種輸出接口連接數(shù)碼管。直接加減十位。程序如圖9所示。圖

19、9 加減分顯示程序續(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(hào)， 同時(shí)我們用中間繼電器M1,M2,M3,M10,M51,M52進(jìn)行自鎖和互鎖功能，以保證每個(gè)選手公平搶答。主持人控制臺(tái)有X1按鈕用以搶答開始，X0按鈕為復(fù)位按鈕。在按下啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)復(fù)位所有數(shù)據(jù)寄存器（累加計(jì)分的數(shù)據(jù)寄存器除外D1D4）然后三組搶答者開始搶答，搶答的同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)切斷信號(hào)M10（目地后者搶答無(wú)效）搶答后開始計(jì)時(shí)答題時(shí)間60秒。答完以后主持人開始加減分（在搶答的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生一個(gè)選通信號(hào)）沒有搶答的組加不了或見不了分?jǐn)?shù)。在加減分的同時(shí)需要對(duì)D1D4進(jìn)行判斷（可以用CMP指令或LD=）

20、.如果超過99或低于0都以0處理。由各功能塊程序及任務(wù)要求編寫程序如附錄A所示。4 安裝與調(diào)試將各個(gè)輸入輸出端子和實(shí)際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設(shè)備正確連接，完成硬件的安裝。知識(shí)競(jìng)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(shí)程序存放在存儲(chǔ)卡中，若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀態(tài)下，運(yùn)行三菱PLC編程軟件GX-DEVELOPER編程軟件，打開知識(shí)競(jìng)賽搶答器的程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試。 （1）按下?lián)尨痖_始按鈕SB1.先在10秒內(nèi)搶答，看答題開始計(jì)時(shí)60秒后是否有燈光和聲音信號(hào)。 （2）按下?lián)尨痖_始按鈕SB1.10秒內(nèi)無(wú)人搶答是否有燈光和聲

21、音信號(hào)。 （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(hào)顯示都要根據(jù)I/O分配。看是否正確。參考文獻(xiàn)1 工業(yè)可編程控制器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)J.航天技術(shù)與民品，1999.2 廖常初.PLC的編程方法與工程應(yīng)用M.重慶:重慶大學(xué)出版社，2001. 3 陳遠(yuǎn)齡.機(jī)床電氣自動(dòng)控制M.重慶:重慶大學(xué)出版社，2004.4 鐘肇新等.可編程控制器原理及應(yīng)用M.廣州:華南理工大學(xué)出版社，2008.5 高 勤.可編程控制器原理及應(yīng)用(三菱機(jī)型)M .北京:電子工業(yè)出版社，2006.6 三菱FX PLC使用手冊(cè).三菱公司.7 賀哲榮、流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)M.西安:西安電子科技大學(xué)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(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京:航空航天大學(xué)出版社，2003.致 謝 經(jīng)過這兩個(gè)星期的努力，在羅老師和同學(xué)們的幫助下做完了任務(wù)設(shè)計(jì)的工作，通過這次的