专业课程设计任务计划书三路抢答器的PLC控制.doc

佛山科学技术学院
课程设计任务书
电气工程及其自动化专业 级 2 班 付琴芳

一、 设计题目
三路抢答器PLC控制
二、 重要内容
该抢答器作为智力竞赛评判装置，依照应答者抢答状况自动设定答题时间，并依照答题状况用灯光、声音显示其答题对的、错误及违规，在主持人操作下，对答题者所显示分数值进行加分、减分或违规扣分。
三、 详细规定
1. 主持人提出问题并按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，阐明该题无人抢答，自动作废。
2. 主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分解决。
3. 主持人提出问题并按下启动按钮（开始抢答）后，第一种按下按钮信号有效，后按下按钮信号无效。
4. 主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音批示。
5. 抢答器有数码显示屏显示各答题者分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若浮现负分作0分解决。
6. 答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。
答题过程中灯光、音响安排及注意事项见课程设计指引书。
在上述详细规定下，完毕硬件电路制作和接线，PLC控制程序设计及联机调试，直至满足规定。
四、 进度安排
1. 理解课程设计内容及设计规定，查阅资料（第一周星期一）。
2. PLC外围硬件电路制作和接线，构思设计方案（第一周星期二至星期三）。
3. PLC控制程序设计、程序调试及系统总体调试，撰写课程设计报告（第一周星期四至第二周星期四）。
4. 课程设计答辩、批改设计报告，登载成绩（第二周星期五）。
五、 完毕后应上交材料
PLC外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。
六、 总评成绩

指引教师 签名日期 年 月 日
系 主 任 审核日期 年 月 日
目录
1. 前言………………………………………………………………4
2. 设计任务和规定…………………………………………………5
2.1 任务描述………………………………………………………5
2.2 设计任务及规定……………………………………………….6
3. 硬软件设计方案选取……………………………………………..7
3.1硬件I/O地址分派....................................8
3.2 方案选取………………………………………………………9
3.3 控制系统硬件构成……………………………………….13
4 抢答器软件系统设计…………………………………………..14
4.1 软件流程图设计………………………………………….14
4.2 PLC控制程序设计………………………………………..16
4.2.1 主持人开始复位初始化…………………………………16
4.2.2 抢答前计时………………………………………………17
4.2.3 抢答总台绿灯亮…………………………………………17
4.2.4 违规抢答红灯亮…………………………………………18
4.2.5 总台音响…………………………………………………19
4.2.6 抢答标志…………………………………………………19
4.2.7 加减分程序………………………………………………20
4.2.8 各位选手分数显示…………………………………..22
4.2.9 复位………………………………………………………23
4.3 抢答总程序………………………………………………….24
5 调试中遇到问题……………………………………………24
6 设计体会………………………………………………………..25
7 参照文献………………………………………………………..26
1前言
当前国内外市场上已有诸多类型知识竞赛抢答器，其大体采用模仿电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模仿电路或者数字电路产品，其技术相称成熟。但是随着功能增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简朴或者没有。而对于科技飞速发展今天，PLC、单片机应用不断进一步，带动了老式控制检测技术不断更新，并鉴于其自身具备长处，以PLC、单片机为核心部件成为主流。
老式普通抢答器重要存在一下缺陷：
⑴ 在一次抢答过程中，当浮现超前违规抢答时，只能解决违规抢答信号，而对没有违规有效信号不能进行解决，因而使该次抢答过程变为无效。
⑵ 当有各种违规抢答时，优先编码电路只能选取其中一种，或运用抢答电路电子元件“竞争”选取其中一种。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。
⑶ 当有各种违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一种违规者。因而浮现了“漏洞”。
可编程控制器是以计算机为核心通用自动控制装置，它功能强、可靠性极强、编程简朴、使用以便、体积小。现已广泛应用于工业控制各个领域，它以微解决器为核心，用编写程序进行逻辑控制、定期、记数和算术运算等，并通过数字量和模仿量输入/输出来控制机械设备或生产过程。
PLC学习比普通编程学习困难在于，要完毕一种控制系统不但需要掌握一定编程技术，更为重要是要懂得如何针对实际应用需要选取适当PLC型号，然后进行资源配备，设计控制系统。
2设计任务和规定
2. 1任务描述：
该抢答器作为智力竞赛品判装置，依照应答者抢答状况自动设定答题时间，并依照答题状况用灯光、声音显示其答题对的、错误及违规，在主持人操作下，对答题者所显示分数值进行加分、减分或违规扣分。
三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，在容许抢答状况下最先按下按钮有效，在此后来按下按钮无效，伴有灯光、声音批示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定期间），声音提示停止答题。如果抢答者答题对的或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器构成框图如图2-1

控制器构成框图图2-1
2. 2 设计任务和规定
1.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，阐明该题无人抢答，自动作废。
2.主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分解决。
3.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一种按下按钮信号有效，后按下按钮信号无效。
4.主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音批示。
5.抢答器有数码显示屏显示各答题者分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若浮现负分作0分解决。
6.答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。
答题过程中灯光、音响安排机注意事项如下：
抢答有效：抢答者灯亮、控制台绿灯亮机声响。
10s无人应答：声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。
违规：违规者灯亮，控制台红灯（hl5）亮机声响。
答题过程：抢答者灯亮，控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。
答题时间到：抢答者灯亮，控制台绿灯亮机声响。
按加分按钮加10分，按减分按钮减10分，按违规按钮减5分，最高分90分（违规状况下最高分为95分），最低分0分。声响时间为1s。

3 硬软件设计方案选取
依照PLC智能抢答器控制规定，应用程序采用一体化构造。通过PLC控制程序来实现整体运营，系统仅需要少量按钮和接口，普通PLC配备都可运营。该系统本着简朴易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序控制下自动显示组号以及倒计时自动操作。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。

3.1 硬件I/O地址分派 如下表1
输入信号
输出信号
输入设备/符号
PLC输入点
输出设备/符号
PLC输出点
主持人复位/停止开关SB0
X0
1号台批示灯HL1
Y12
第1号抢答按钮（SB1）
X1
2号台批示灯HL2
Y13
第2号抢答按钮 (SB2)
X2
3号台批示灯HL3
Y14
第3号抢答按钮 (SB3)
X3
控制台绿灯HL4
Y15
主持人按抢答开始按钮(SB4)
X4
控制台违规批示灯HL5（红灯）
Y16
主持人加分按钮 (SB5)
X5
蜂鸣器
Y17
主持人减分按钮（SB6）
X6
显示电路板
Y0~Y11
计时按钮 (SB7)
X7

违规按钮 (SB8)
X10

表1

硬件I/O接线图如下图3.1-2

硬件I/O接线图3.1-2
3.2 方案提示（1）抢答器抢答某些控制程序可用基本指令编程，也可用步进指令完毕。
(2)批示灯和音响输出，可用PLC输出指令直接接通。
(3)抢答者得分状况通过数码显示，显示电路如下图，显示电路板自制，开采用传送、比较、移位和BCD等应用指令与基本指令组合
编程来完毕。如下图3-2-1
电路板图3-2-1

（4）显示线路简介
本显示电路重要有CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四某些构成，将CD4511A、B、C、D断输入BCD码、锁存和驱动，一十进制数在七段显示数码管中显示。
CD4511为一锁存/译码/驱动三合一译码器，其管脚如图3-2所示

重要端子简介如下：
a) 锁存某些有死未存储电路LE：锁定控制端，当LE=0时，容许译码输出，随A~D变化。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时数值。
b) 消隐输入控制端，当BI=0 时，不论其他输入端状态如何，七段数码管均处在熄灭（消隐）状态，不显示数字。
c) 输出驱动某些是具备较大电流输出NPN双极型晶体管，当推动LED数字显示屏件时，一定要加限流电阻，限流电阻约为200Ω，由等测试输入端LT，可测试数码管显示七段。当LT=“1”时，显示数8，几种段均亮。
d) 当输入BCD大雨1001时，七段显示输出全为“0”，数码管熄火。CD4511真值表如表2：

输        入
输        出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0

0
熄灭
1
1
1
X
X
X
X
锁       存
熄灭
表2 CD4511真值表
（5）显示原理简介
本显示电路采用静态方式显示，按照时间段分别把十位、个位送到各自CD4511译码器中，CD4511锁存器保持所送数据，通过其输出端驱动各自数码管，使所送数据在数码管中显示。PLC输出环节规定如下：
1) 将所送数据转换成BCD码。
2) 先将所送十位数值加到显示十位数CD4511A、B、C、D端，同步是该CD4511LE端为低电平，显示个位数CD4511LE端为高电平。
3) 在没有送个位数之前，再使显示十位数CD4511LE端为高电平，锁存送入数据。
4) 将所送个位数值加到显示个位数CD4511A、B、C、D端，同步是该CD4511LE端为低电平，显示个位数CD4511LE端为高电平。
5) 再使显示十位数CD4511LE端为高电平，锁存送入数据。至此一种显示周期完毕。
3.3控制系统硬件构成
在抢答器工作过程中，主控单元重要控制对象一方面是输入信号，控制系统就是鉴别这个事件有无发生，不同状况给出不同成果，其硬件构成构造图3-3为：
数字量输出
声音输出信号
FX2N-32MR
数字量输入
主持人输入信号
抢答输入信号
各构成绩显示输出信号
10秒和60秒输出信号
批示灯输出信号

硬件构成构造图3-3
4 抢答器软件系统设计
4. 1软件流程图设计
依照设计任务以及硬件设计规定，现软件主流程图设计如图4-1所示，选手显示分数刷新程序流程图如图4-2所示：

提问
开始？
有人抢答？
10s后自动复位
N2
计时
答题超时？
Y2
回答对的？
加分
减分
复位？
结束
Y3
N3
Y1
违规抢答
违规减分
N1
Y4
N4
N5
Y5
主流程图4-1

开始

所有数码管LE端置1

分数转换成BCD码

使十位LE端为低电平

分数转移到CD4511输入端

显示分数十位

使十位LE端为高电平

使个位LE端为低电平

分数转移到CD4511输入端

显示分数个位

使个位LE端为高电平

结束

刷新程序流程图4-2
分值）

4.2 PLC控制程序设计
4.2.1 主持人开始复位初始化，如下图4-2-1
是初始化程序，每个选手初始分数是0

图4-2-1
4.2.2抢答前计时
没有选手抢答，10s后复位重新开始.如下图4-2-2

图4-2-2
4.2.3 抢答总台绿灯亮
有10s后无人应答，M1得电自锁，控制台绿灯亮2s，M7,M8,M9~,应答计时50s后， M9继电器0.5s后失电，0.5s后又得电，T6,T8组合1s震荡周期，使灯闪烁10s后，~得电断开。（M200,M12,M13）如图4-2-3（1）所示：

图4-2-3(1)
答题过程，控制台灯绿亮，M8为控制台绿灯亮50s（T3 k500）继电器，50s后控制台绿灯闪烁（T7 K100）如下图4-2-3（2）

4-2-3（2）
4.2.4 违规抢答灯亮
在主持人没有按下抢答按钮状况下抢答，相应继电器得电，总台红灯亮，如下图4-2-4所示

图4-2-4
4.2.5总台音响
从上到下分别是：开始、抢答、抢答过时、违规、应答时间到声响1s。如下图4-2-5

图4-2-5
4.2.6 抢答标志
M200为~ ~继电器，M3,M4,M5分别为各位选手抢答继电器，有其中一位选手按下抢答开关，相应继电器常开得电，形成自锁，常闭失电，其她选手抢答无效。如下图4-2-6所示：

图4-2-6
4.2.7加减分程序
1）初值设立
接通电源，把寄存器D0/D2/D4初值传至k1M100中间继电器，如图4-2-7（1）所示。

图4-2-7（1）
2) 正规抢答加减分及最高最低分控制
按下加分（X5）、减分（X6），借助抢答选手灯亮M3、M4、M5自锁，有脉冲信号分别让相应选手分别加减分，并且运用区间比较指令ZCP控制最高分（不得高于k95）、最低分（不得低于k0）。如图4-2-7（2）所示

图4-2-7（2）
3) 违规减分
有人抢答违规，按下违规减分按钮，运用区间比较指令ZCP控制分数各位数不不大于零，M21继电器得电继而对违规抢答分数减5分，若个位数等于零，M22继电器得电从而十位减一，而同步将个位数置为5。如图4-2-7（3）所示

图4-2-7（3）

4.2.8 各位选手分数显示（以显示选手一分数显示为例）
分数显示刷新程序流程图环节执行，如图4-2-8所示

图4-2-8
4.2.9 复位
在按下对的抢答和违规抢答按钮后其相应继电器得电而常开接通，继电器M210得电，按下复位按钮，系统复位. 如图4-2-9所示：

图4-2-9
4.3 抢答器总程序

依照上面基本环节，和硬件答辩教师指出问题，设计三路智力抢答总程序如 附录 所示。

5． 调试中遇到问题
调试终于到问题是非常多，举例我遇到三个问题：双线圈输出错误；梯形图编排不合理，使程序步数复杂化、扫描周期延长；没有进行互锁解决导致不正常，由于我起步是分段手写到稿子上，再重新设计总程序，再到电脑上编辑程序，这其中就难免程序参数输入错误，而这影响可大可小，就在20周星期三，由于我感觉最对的显示模块，在显示3号选手分数时候。我把个位数指令MOV K1M400 K1Y000错误写成MOV K400 K1Y000，这是致命错误，会在刷新3号选手分数时候导致个位数所有置零。仅仅由于这个错误，我调试了一种早上和一种下午，不得不得重新检查整个程序与否有错误置零，看到最后几行，恍然大悟，终于找到问题所在。

6 设计体会
回忆这两周“三路抢答器PLC控制”课程设计，虽然辛苦却是无比充实，它使得我对PLC掌握进一步增强，加深了对PLC它们理解，并对PLC产生了浓厚兴趣，但是我也深深懂得自己局限性之处，例如说相应用指令不熟悉，加深了我程序复杂限度。但在学习过程中不能想通问题，在PLC调试过程中，终于得以解决。可以看出它对理论教学起到了必要补充和额拓宽作用，对培养既具备夯实理论功底又具备相称实践能力人才必不可少。在这次课程中，我切实理解到PLC在工业控制中作用，它能使人控制转变成电脑控制，大大地减少了产品成本和提高生产效率。
从一开头脑非常朦胧，不知所措，但是在华路光教师指引和成员和同窗协助下，我一步步进入状态，从最基本选手抢答时候LED灯点亮开始，到选手间抢答封锁入门，逐渐地学会用辅助继电器来为下一步操作响应进行控制，到各某些程序紧密相连，组合成一种互相联系制约整体。这其中成就感是非常强烈，看到做出产品，这两周辛苦也忘掉了，学到东西得到了实践应用，我相信这将是我后来最宝贵经验。

7 参照文献
1.《电气控制与PLC课程设计指引书》 华路光 方清城 编
佛山科学技术学院 机电与信息工程学院自动化系
2.《PLC实验指引书》 佛山科学技术学院出版
3．《电气控制与可编程序控制器技术》 史国生 主编 化学工业出版社

道谢
感谢华路光教师辛苦指引，感谢教师严格规定让我学到了课本学不到东西。同步，感谢成员和同窗问题解答以及照顾，在这几天实习过程中，感觉到理论上可行不一定经得起实际考验，在编程时应当注重实际硬件也许会发生种种状况。特别在数码管显示上调试了很长时间，最后在锁存时间上合理予以间隔才解决。
这次我课程设计完毕离不开你们指引、解答以及协助，谢谢您们！