PLC學(xué)年論文之四路搶答器的設(shè)計.doc

四路搶答器的設(shè)計 四路搶答器的設(shè)計摘要：近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(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。對于搶答器其廣泛用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會組織、俱樂部及學(xué)校等單位組織舉辦各種知識、技術(shù)競賽及文娛活動時作搶答之用，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，并且給人的視覺效果非常好，是各單位開展素質(zhì)教育、精神文明、娛樂活動的必備產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：單片機(jī)、PLC；可編程控制器；搶答器引言近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)的控制檢測技術(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。對于搶答器其廣泛用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)、企事業(yè)工會組織、俱樂部及學(xué)校等單位組織舉辦各種知識、技術(shù)競賽及文娛活動時作搶答之用，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，并且給人的視覺效果非常好，是各單位開展素質(zhì)教育、精神文明、娛樂活動的必備產(chǎn)品。1PLC四路搶答器概述1.1 PLC四路搶答器概述搶答器廣泛用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)及學(xué)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。本文介紹一種數(shù)字式搶答器，能使四個隊同時參加搶答,賽場中設(shè)有1個裁判臺，4個參賽臺，分別為1號、2號、3號、4號參賽臺.總體設(shè)計選用西門子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(yīng)時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應(yīng)用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位, 它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進(jìn)行知識競賽搶答器設(shè)計，其控制方便，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。PLC智能搶答器與單片機(jī)搶答器相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性.首先說一下單片機(jī)搶答器，所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機(jī)CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計電路板，最終設(shè)計成一臺簡易的計算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用已逐步被PLC所代替。1.2PLC四路搶答器工作原理我所設(shè)計的PLC智能搶答器是適合四個人搶答的四路搶答器，現(xiàn)在以四路搶答器為例。給競賽主持人設(shè)置了3個控制按鈕，用來控制開始、復(fù)位、答題計時，每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路發(fā)出聲響提示信號（持續(xù)三秒）以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不在相應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。若選手在未開始搶答時提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管顯示其編號同時紅燈亮音響電路發(fā)出聲響。當(dāng)主持人按下?lián)尨鹌靼粹o時定時器T0開始計時（設(shè)定30秒）若30秒限制到時仍無人搶答則黃燈亮音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。在搶答成功后，主持人按下答題計時按鈕，同時數(shù)碼管顯示答題倒計時時間改時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為50秒，選手必須在設(shè)定時間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時報警信號。其中以上功能都通過編制的PLC程序來控3個制數(shù)碼管和3個指示燈以及一個喇叭來實現(xiàn)，如圖1所示: 圖1搶答器模型圖2系統(tǒng)硬件設(shè)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(jìn)行搶答的場合中使用，所以對設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)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(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：1、可靠性高：由于可編程控制器的輸入, 輸出端口均采用繼電器或光電耦合器件，采取了隔離和抗干擾措施，使其具有很高的抗干擾能力，因而能在惡劣環(huán)境下可靠工作。2、體積?。河捎谠谥圃鞎r采用了大規(guī)模集成電路和微處理器，用軟件編程代替了硬連線，便于安裝，實現(xiàn)了小型化。3、通用性好：由于可編程控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，一般有CPU 模塊、電源模塊、PID模塊、模擬輸入和輸出模塊等，可以用這些模塊靈活的組成各種不同的控制系統(tǒng)，對不同的控制系統(tǒng)，只需選取不同的模塊即可，因而具有很好的適用性。4、使用方便：對于不同的控制系統(tǒng)，當(dāng)硬件結(jié)構(gòu)選定后，如果輸入、輸出作很小的變動時，只需修改相應(yīng)程序即可，無需對系統(tǒng)連線做較大的修改，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量，使用起來靈活方便。基于可編程控制器的上述優(yōu)點能夠適應(yīng)和滿足立體車庫高性能的使用要求，所以我確定該車庫控制系統(tǒng)為PLC(西門子S7-200系列)。S7-200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(yīng)用。由于其具有極高的性價比，在以下幾方面都有優(yōu)越的表現(xiàn)：極高的可靠性、程序易于掌握，實時特性功能、編程語言指令豐富，操作簡便，有豐富的擴(kuò)展功能。搶答器所使用的各種判斷信號均為數(shù)字量，所以用西門子S7-200系列就完全可以滿足電氣控制系統(tǒng)方面的要求。22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(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系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)23系統(tǒng)控制要求1搶答器可同時供四組選手參加比賽2給主持人設(shè)置三個控制按鈕，用來控制搶答的開始、復(fù)位和答題計時的開始。3每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令后，那組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù)碼管1就顯示該組的編號，同時綠色指示燈亮，音響電路給出信箱提示信號（持續(xù)3S），以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應(yīng)。選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開始下一輪搶答。4違規(guī)搶答：若選手在未開時搶答試題時搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時數(shù)碼管1顯示其編號，同時紅燈亮，音響電路發(fā)出聲響。5搶答限時：當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器T0開始計時（設(shè)定30S）。若30S時限到仍無人搶答，則黃燈亮、音響電路發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。6. 答題限時：在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計時時間（該時間設(shè)定為50S），選手必須在設(shè)定的時間內(nèi)完成答題。否則，音響電路發(fā)出答題超時報警信號。24統(tǒng)I/O分配表241 LC控制系統(tǒng)的輸出端口搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸出端口如表1所示：表1輸出信號對照表信號名稱內(nèi)部地址信號名稱內(nèi)部地址數(shù)碼管1a段Q0.0數(shù)碼管2g段Q1.6數(shù)碼管1b段Q0.1數(shù)碼管3a段Q2.0數(shù)碼管1c段Q0.2數(shù)碼管3b段Q2.1數(shù)碼管1d段Q0.3數(shù)碼管3c段Q2.2數(shù)碼管1e段Q0.4數(shù)碼管3d段Q2.3數(shù)碼管1f段Q0.5數(shù)碼管3e段Q2.4數(shù)碼管1g段Q0.6數(shù)碼管3f段Q2.5數(shù)碼管2a段Q1.0數(shù)碼管3g段Q2.6數(shù)碼管2b段Q1.1音響Q3.0數(shù)碼管2c段Q1.2綠色指示燈Q3.1數(shù)碼管2d段Q1.3黃色指示燈Q3.2數(shù)碼管2e段Q1.4紅色指示燈Q3.3數(shù)碼管2f段Q1.52. 42搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口搶答器的PLC控制系統(tǒng)的輸入端口如表2所示：表2輸入信號對照表信號名稱內(nèi)部地址信號名稱內(nèi)部地址搶答開始按鈕SB1I0.0第二組搶答按鈕SB5I1.1主持人復(fù)位按鈕SB2I0.1第三組搶答按鈕SB6I1.2答題計時按鈕SB3I0.2第四組搶答按鈕SB7I1.3第一組搶答按鈕SB4I1.025系統(tǒng)硬件連接圖根據(jù)系統(tǒng)要求和所需要的硬件，系統(tǒng)數(shù)字量輸入點總計7個點，輸出點總計25個點。綜合考慮到系統(tǒng)的性價比和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，輸入、輸出點留出一定的富裕量，因此PLC選擇SIEMENS的S7-200系列的CPU226繼電器輸出型和數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223。輸入、輸出端子電氣接線圖如圖3所示。 （具體請參考表1和表2）圖3控制系統(tǒng)外部I/O接線圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1整體設(shè)計根據(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控制程序來實現(xiàn)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(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等方面進(jìn)行設(shè)計。在搶答時只需按動按鈕即可數(shù)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?yīng)用SIEMENS編程軟件，采用梯形圖語言編寫,工作系統(tǒng)自動控制流程框圖如圖4.1.所示。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，進(jìn)行針對性設(shè)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(fù)位后在滿足自動條件下才能進(jìn)行自動運行程序，當(dāng)中充分應(yīng)用各個過程的互鎖來保證系統(tǒng)的安全。如下圖所示，有主程序和若干子程序組成，其整體設(shè)計工作系統(tǒng)自動控制流程圖如圖4所示圖4 Plc作系統(tǒng)自動控制流程圖3.2 PLC控制主要程序3.2.1搶答器控制程序為了編程結(jié)構(gòu)的簡單、明了在主程序中引用了中間繼電器，I1.0I1.3分別為四組選手的搶答信號， 同時我們用中間繼電器M0.0、M0.1、M1.0M1.3進(jìn)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I0.0按鈕用以搶答開始，I0.2按鈕用以控制答題時間地開始，I0.1按鈕為復(fù)位按鈕。其詳細(xì)控制程序見附錄3.2.2 主持人控制臺控制搶答器的開始、答題計時和復(fù)位當(dāng)主持人按下I0.0按鈕后，選手才能正常搶答，否則視為違規(guī)搶答開始程序如下圖5所示：圖5搶答開始當(dāng)選手搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕I0.2后，答題計時開始，程序如圖6所示：圖6答題計時開始搶答完畢，當(dāng)主持人按下按鈕I0.1，系統(tǒng)才能進(jìn)行下一輪的搶答，如圖7所示：圖7復(fù)位3.2.3 選手的搶答主持人發(fā)出搶答開始指令后，選手開始搶答，否則搶答無效視為違規(guī)搶答，四組選手的搶答程序如圖8所示：圖8四組選手的搶答3.2.4 答題限時在搶答成功后，主持人按下答題計時開始按鈕，同時數(shù)碼管2、3上顯示答題倒計時時間（該時間設(shè)定為50S）。如圖9所示：圖9結(jié)束語通過思考，我發(fā)現(xiàn)可以做適當(dāng)擴(kuò)展。當(dāng)給電路加入適當(dāng)?shù)木?、譯碼器件，就可以將紅、綠燈指示變?yōu)橹庇^的數(shù)字顯示，對外圍電路稍加修改，就可以變成多路多人搶答器，如六路或十路等，改為多路多人搶答器，可以在梯形圖中再加入兩路或六路分支即可。去掉程序中的互鎖和搶答限時功能，可以將搶答器改成呼叫器，可以用在醫(yī)院的病房、工廠的車間等多種地方。參考文獻(xiàn)1 沙占友. 集成溫度傳感器原理與應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.2 劉君華. 智能傳感器系統(tǒng). 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.3 沙占友. 智能化傳感器原理與應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2004.4 趙負(fù)圖. 傳感器集成電路手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.5 張毅剛. 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