PLC六路抢答器专业课程设计.doc

课程设计(论文)

题 目 名 称 基于PLC六路抢答器设计
课 程 名 称 专业方向课程设计
学 生 姓 名 卢彦
学 号
系 、专 业 信息工程系、电子信息工程
指 导 教 师 余建坤

6月27日

摘 要
伴随中国经济和文化实业发展，在很多公开竞争场所要求有公正竞争裁决，诸如证券、股票交易及多种智力竞赛等，所以出现了抢答器。最初抢答器是由优先权编码器组成逻辑电路，其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功效也比较简单，尤其是当抢答路数很多时，实现起来就愈加困难。所以，一个能够表现竞赛公开、公平、公正性知识竞赛抢答器成为一个需求。
本设计将以PLC为关键设计了系统结构图、程序指令、梯形图和输入输出端子分配方案，在保留了原始抢答器基础功效同时又增加一系列实用功效并简化其电路结构，其将以其控制方便，灵活，只要改变输入PLC控制程序，便可改变竞赛抢答器抢答方案，从而使得竞赛不停完善其公平、公正性。

关键词：PLC；竞赛抢答器；七段译码器

目 录

摘 要 I
1绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.2 课程设计研究内容 2
2 整体方案选择 3
2.1整体功效介绍 3
2.2竞赛抢答器控制要求 3
3 硬件电路设计 4
3.1控制特点分析 4
3.2 外部接线图 5
4 软件设计 6
4.1 I/O地址分配 6
4.2 结构步骤图 7
4.3 梯形图设计和分析 8
4.4系统源程序 11
5 程序调试及分析 12
5.1程序运行过程分析说明 12
5.2调试结果 12
总 结 13
致 谢 14
参考文件 15

1绪论
可编程控制器是以计算机为关键通用自动控制装置，它功效强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制各个领域，它以微处理器为关键，用编写程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并经过数字量和模拟量输入/输出来控制机械设备或生产过程。
PLC学习比通常编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定编程技术，更为关键是要知道怎样针对实际应用需要选择适宜PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。
该设计为六路抢答器PLC控制，关键介绍了六路抢答器工作原理，控制系统PLC选型和资源配置，控制系统程序设计和调试，控制系统PLC程序。
最终，在该设计过程中给极大激励和帮助老师、同学，在此表示衷心感谢。因为在设计过程中存在很多不足，期望老师同学指正。
1.1课题研究背景
现在中国外市场上已经有很多类型知识竞赛抢答器，其大致采取模拟电路、数字电路、单片机或PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采取模拟电路或数字电路产品，其技术相当成熟。不过伴随功效增多，电路也越复杂，而且成本偏高，故障率高，显示方法简单或没有，无法正确判定抢按按钮行为，也不便于参数调整及其功效升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调整及其功效升级换代，但鉴于其必需配累计算机实用，可操作性差，没有得到广泛应用。而对于科技飞速发展今天，PLC、单片机应用不停深入，带动了传统控制检测技术不停更新，并鉴于其本身含有优点，以PLC、单片机为关键部件成为主流。
传统一般抢答器关键存在一下缺点：
⑴ 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规有效信号不能进行处理，所以使该次抢答过程变为无效。
⑵ 当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件“竞争”选择其中一个。对于后者因为抢答电路制作完成后电子元件被固定，各路抢答信号“竞争”能力也被固定，所以本质上也有优先权。一般抢答器存在不公平性。
⑶ 当有多个违规抢答时，一般抢答器只能“抓住”其中一个违规者。所以出现了“漏洞”。
现在大多抢答器全部是以PLC、单片机为控制关键智能抢答器，它对采样取得多种抢答信号进行分析。但仅有抢答功效抢答器已经不能满足当今社会需要。该设计不仅有抢答功效，而且还有一个计分系统，能分别对四个选手进行计分，并能够对分数进行加、减。带计分功效智能抢答器将会替换通常智能抢答器，愈加好服务于社会。
1.2 课程设计研究内容
系统设计关键包含硬件和软件两大部分，依据控制系统工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包含电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达成设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块功效设计，确定具体工作计划；然后进行具体设计，包含各模块步骤图，选择适宜编程语言和工具，进行代码设计等；最终是对软件进行调试、测试，达成所需功效要求。
在系统设计中设计方法选择是系统设计能否成功关键。硬件电路是采取结构化系统设计方法，该方法确保设计电路标准化、模块化。硬件电路设计最关键选择可编程PLC，并确定和之配套外围芯片，使所设计系统既经济又高性能。硬件电路设计还包含输入输出接口设计，画出具体电路图，标出芯片型号、器件参数值，依据电路图在仿真机上进行调试，发觉设计不妥立即修改，最终达成设计目标。软件设计方法和开发环境选择有着直接关系，本系统因为是采取三菱FX可控制编程。此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。

2 整体方案选择
2.1整体功效介绍
知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢新型电器。伴随社会科技技术不停发展，它应用场所也随之增加；技术含量大大提升；愈加方便可靠。现在，形式多样、功效完备抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企机关，它为多种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了大家业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC控制程序，便可改变竞赛抢答器抢答方案。
2.2竞赛抢答器控制要求
⑴ 知识竞赛抢答器能使6个队同时参与抢答。
⑵ 设裁判队为裁判台，参赛对为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，而且设有裁判台开始按钮SB0和裁判台复位按钮SB7；参赛台设有参赛台抢答按钮和参赛指示灯。1-6号参赛台分别对应按钮SB1-SB6及参赛指示灯L1-L6。
⑶ 知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队抢答必需在裁判说出“开始”并按下裁判台开始按钮SB0后15S内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器发出“违规”信号。15S时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答情况下，则抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时，并由数码管显示出抢到题参考队号，抢到题队必需在60S内答完题，如60S内未答完，则作超时处理。
⑷ 灯光和音响信号意义以下:(见图2-1结构步骤图)
① 音响叫（响1S）+某指示灯亮，由某参赛队正常抢答。
② 音响叫（响1S）+某指示灯亮+总指示灯亮，某参赛队违规。
③ 音响叫（响1S）+裁判指示灯亮，无人抢答或答题超时。
⑸ 在某个题结束后，裁判员按下台上复位按钮SB7，抢答器恢复原来状态，为下一轮抢答作好准备。
⑹ 各输出端口统一采取直流24V电源。

3 硬件电路设计
3.1控制特点分析
智能竞赛抢答器经过PLC进行按控制要求编程，其关键输入就是经过裁判员和参赛选手按钮，然后将信号传输给信息分析中心（PLC），PLC将依据信号作出对应响应。竞赛抢答器有八个输入信号（即八个按钮），九个输出信号（即六个灯管信号、一个音响信号、二个指示灯数码管输出信号）。由上可知PLC共有：
八个输入点，九个输出点。系统控制结构框图以下图3-1所表示
PLC
SB0
SB7
SB1
到
Sb6

显示器
参赛队号码
计数器个位
计数器十位

指示灯数码管
蜂鸣器
图3-1 系统控制结构框图

3.2 外部接线图

图3-2 PLC六路智能抢答器外部接线图
分析：SA代表“抢答开始”按钮对应输入寄存器X0，SB1-SB6代表6组参赛选手常开按钮，分别对应X1-X6,输出寄存器Y0-Y6分别对应显示器a-g,Y11为开启指示灯，Y10为蜂鸣器，Y7为倒计时指示灯，各输出窗口统一采取直流24V电源。

4 软件设计
4.1 I/O地址分配
输入分配 开始抢答按钮 SA X0
SB1 X1
SB2 X2
SB3 X3
SB4 X4
SB5 X5
SB6 X6
复位按钮 X7
输出分配 数码管显示a Y0
数码管显示b Y1
数码管显示c Y2
数码管显示d Y3
数码管显示e Y4
数码管显示f Y5
数码管显示g Y6
倒计时显示灯 Y7
蜂鸣器 Y10 开启指示灯 Y11
七段译码管显示器图所表示
a
b
c
d

e
f
g

图4-1 七段译码管显示器

其中显示器b、c亮显示数字1；a、b、d、e、g亮显示数字2；a、b、c、d、g亮显示数字3；b、c、f、g亮显示数字4；a、c、d、f、g亮显示数字5；a、c、d、e、f、g亮显示数字6。
设置辅助继电器
宣告开始 M8002
定时器 T0
4.2 结构步骤图

初始状态
复位
图4-2 结构步骤图

开始抢答
违规抢答
状态：开始信号发出前抢答，音响叫（响1S）+某台灯亮+总台灯亮。
正常抢答
状态：开始信号发出15s内，音响叫（响1S）+某台灯亮。
无人应答
状态：开始信号发出15s内，音响叫（响1S）+裁判台灯亮。

当裁判按下开始按钮时，四个参赛对处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目，PLC先判定抢答是否成功，若成功，则进行下一部看是否在要求抢答时间内答题，若在要求时间内，则答题结束；若超时，则提醒主持人；假如抢答没有成功，则判定是否抢答犯规，若法规，某法规台灯亮，总台灯亮出指令。

4.3 梯形图设计和分析

图4-3 梯形图

主持人宣告开始，即开启M8002，而且按下“抢答开始”按钮X0后，点亮开启指示灯Y11；在开启指示灯被点亮前提下，按下X1，显示管b、c亮，显示数字1，即Y1、Y2有输出，并和Y0、Y3、Y4、Y5、Y6常闭触点串联组成互锁，确保b、c亮时，a、d、e、f、g不亮，串联复位开关X7常闭触点用于停止，X1和蜂鸣器、输出继电器Y10并联，用于自保持，锁住抢答器，使其它按钮无效；一样，按下X2，显示管a、b、d、e、g亮，显示数字2，即Y0、Y1、Y3、Y4、Y6有输出，串联Y2、Y5常闭触点组成互锁，确保a、b、d、e、g亮时，c、f不亮；按下X3，显示管a、b、c、d、g亮，显示数字3，即Y0、Y1、Y2、Y3、Y6有输出，串联Y4、Y5常闭触点组成互锁，确保a、b、c、d、g亮时，e、f不亮；按下X4，显示管b、c、f、g亮，显示数字4，即Y1、Y2、Y5、Y6有输出，串联Y0、Y3、Y4常闭触点组成互锁，确保b、c、f、g亮时，a、d、e不亮；按下X5，显示管a、c、d、f、g亮，显示数字5，即Y0、Y2、Y3、Y5、Y6有输出，串联Y1、Y4常闭触点组成互锁，确保a、c、d、f、g亮时，b、e不亮；按下X6，显示管a、c、d、e、f、g亮，显示数字6，即Y0、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6有输出，串联Y1常闭触点组成互锁，确保a、c、d、e、f、g亮时，b不亮；

4.4系统源程序
LD X000
OUT Y001
LD Y012
AND Y011
ANI Y013
ANI Y014
ANI Y015
ANI Y016
ANI Y017
ANI Y007
OUT Y012
LD X002
OR Y013
AND Y011
ANI Y012
ANI Y014
ANI Y015
ANI Y016
ANI Y017
ANI X007
OUT Y013
LD X003
OR Y014
AND Y001
ANI Y012
ANI Y013
ANI Y015
ANI Y016
ANI Y017
ANI X007
OUT Y014
LD X004
OR Y015
AND Y011
ANI Y012

ANI Y013
ANI Y014
ANI Y016
ANI Y017
ANI X007
OUT Y015
LD X005
OR Y016
AND Y011
ANI Y012
ANI Y013
ANI Y014
ANI Y015
ANI Y017
ANI X007
OUT Y016
LD X006
OR Y017
AND Y011
ANI Y012
ANI Y013
ANI Y014
ANI Y015
ANI Y016
ANI X007
OUT Y017
LD Y012
OR Y013
OR Y014
OR Y015
OUT Y001
LD Y012
OR Y014
OR Y015

OR Y016
OR Y017
OUT Y002
LD Y013
OR Y014
OR Y016
OR Y017
OUT Y003
OUT Y000
LD Y013
OR Y017
OUT X004
LD Y015
OR Y016
OR Y017
OUT Y005
LD Y013
OR Y014
OR Y015
OR Y016
OR Y017
OUT Y006
LD Y012
OR Y013
OR Y014
OR Y015
OR Y016
OR Y017
OR T0
OUT Y010
LD X007
OUT T0 K600
ANI T0
OUT Y007
END

5 程序调试及分析
5.1程序运行过程分析说明
1、调试步骤
1）、根据图4-3所表示外部接线图接线，查对地址，逐点进行，确保正确无误。
2）、检验模拟量输入输出。检验输入输出模块是否正确，工作是否正常。必需时，用标准仪器检验输入输出精度。  
3）、检验和测试指示灯。对控制面板上对应指示灯进行检验，如有指示灯不亮，首先查看指示灯是否已坏，其次检验逻辑关系是否正确。指示灯是反应系统工作一面镜子，先调好它，将对深入调试提供方便。  
4）、将图5-1PLC六路智能抢答器梯形图程序写入PLC，然后从初始步开始调试。用元件监视功效监视a、b、c、d、e、f、g状态改变。注意次序功效图中有可能出现路径，在调试时应从初始步开始，分别经过可能出现路径，一步一步地检验转换过程是否正确，最终是否能返回初始步。  
5）、手动按钮来实施模拟现场，观察运行结果是否和要求相符合。  
5.2调试结果
经过上述调试步骤后，得出调试结果，因为试验设备和其它外部条件限制造成，我们用一个指示灯替换蜂鸣器。
参赛选手如要抢答主持人提出问题，必需在主持人宣告“开始”即按下“抢答开始”按钮后，由参赛选手抢先按下自己桌上抢答器按钮（即X1、X2、X3、X4、X5、X6），此时8段数码管显示器会显示最先按下按钮组号，同时蜂鸣器指示灯亮，并锁住抢答器，使其它组再按也无效，当按下复位按钮响应后，数码管显示器熄灭，蜂鸣器指示灯熄灭，参赛选手开始回复问题，同时倒计时指示灯点亮。参赛选手必需在要求时间内（60s倒计时指示灯点亮期间）回复问题。当倒计时结束时，指示灯熄灭，同时蜂鸣器指示灯亮提醒时间到，此时参数选手应立即停止答题。

总 结
经过这半个学期努力，在老师和同学帮助下做完了这次PLC课程设计工作.因为自己知识缺乏及能力有限，仍没有能够实现像课题设计中那样倒计时而且带有声光提醒等功效补充和完善。不过经过这次课程设计，我能利用已学知识处理我在设计中碰到问题，使自己动手能力和思索问题能力得到了很大提升。在做设计过程中我查阅了很多资料，并认真阅读这些和我设计相关资料，从而我专业涵养得到了提升，知识贮备量也有所增加。整个设计经过了软件和硬件上调试、仿真。我想这对于自己以后学习和工作全部会有很大帮助。在这次设计中碰到了很多实际性问题，在实际设计中才发觉，书本上理论性东西和在实际利用中还是有一定出入，所以有些问题不仅要深入地了解，而且要不停地更正以前错误思维。
不过，经过这次设计我也发觉自己很多不足之处。在设计过程中我发觉自己考虑问题很不全方面，自己专业知识掌握很不牢靠，所掌握计算机应用软件还不够多，我期望自己这些不足之处能在以后工作和学习中得到改善。而且，经过这次设计，我知道了学习关键性，学会了坚持和努力，这将为以后学习做出了最好楷模！同时，该设计也有不足之处，缺乏了答题计分等功效。我将会在以后学习中继续学习。
致 谢
大三下学期不知不觉中就要结束了，在这段难忘生活中，有我很多美好回想。首先感谢感谢学校给我们提供这个能自我展示平台.感谢我指导老师余老师，你从一开始论文方向选定，到最终整篇设计论文完成，全部很耐心对我进行指导。给我提供了大量数据资料和提议，告诉我应该注意细节问题，细心给我指犯错误，修改论文。谢谢我们任课老师罗庆跃，从一开课就是是你悉心教导、孜孜不倦我们才能顺利完成这次课程设计。在此，我还要感谢寝室弟兄们在我完成课程设计过程中给我帮助和激励，谢谢！

参考文件
[1] 张凤珊 电气控制及可编程序控制器2版 [M] 北京: 中国轻工业出版社，
[2] 史国生 电气控制和可编程控制器技术 [M] 北京: 化学工业出版社，
[3] 郁汉琪 电气控制和可编程序控制器应用技术 [M] 南京: 东南大学出版社，
[4] 张万忠 可编程控制器应用技术 [M] 北京: 化学工业出版社，
[5] 三菱微型可编程控制器手册 [M] MITSUBISHI SOCIO-TECH，
[6] 吴晓君，杨向明 电气控制和可编程控制器应用 [M] 北京: 中国建材工业出版社，
[7] 李道霖 电气控制和PLC原理及应用 [M] 北京: 电子工业出版社，
[8] 王兆义 小型可编程控制器实用技术 [M] 北京: 机械工业出版社，