江南大學(xué)plc課程設(shè)計報告——搶答器.doc

搶答器設(shè)計 江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院課程設(shè)計報告課程名稱： 電氣控制與PLC應(yīng)用 設(shè)計題目： 搶答器設(shè)計 班 級： 自動化0904 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 評 分： 2012年6月28日摘要:本文針對基于西門子300系列PLC的8路搶答器控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行研究，以期實(shí)現(xiàn)基本的搶答互鎖、超時報警以及部分基本的顯示功能。其中顯示功能依賴于數(shù)據(jù)傳輸指令，我們特地進(jìn)行了預(yù)習(xí)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明方案可行，充分鍛煉了我們的學(xué)習(xí)能力。為了體現(xiàn)PLC的編程特色，本課程設(shè)計報告的主要內(nèi)容集中在程序的編寫思路與細(xì)節(jié)分析環(huán)節(jié)。為了使結(jié)構(gòu)緊湊，對程序分析時若有若干類似環(huán)節(jié)，在特殊說明后不再反復(fù)贅述，此外使用了變量定義以增強(qiáng)可讀性。關(guān)鍵詞：PLC 搶答器一、設(shè)計目的與要求1.1設(shè)計目的實(shí)用搶答器這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計的，只具有搶答鎖定功能的一個電路，即模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟。現(xiàn)在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復(fù)位、報警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單（有的甚至沒有顯示電路），無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級換代。本設(shè)計要求就是利用PLC作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。1.2基本要求1、搶答器同時供8名選手或8個代表隊(duì)比賽，分別用8個按鈕S0S7表示2、設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。3、搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚(yáng)聲器發(fā)出鈴聲進(jìn)行提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4、搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動“開始”按鍵后，定時器進(jìn)行減計時，同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5、參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6、如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00.二、儀器設(shè)備及硬件線路2.1開發(fā)環(huán)境PLC：西門子300系列PLC操作系統(tǒng)：WinXP開發(fā)平臺：STEP7開發(fā)語言：LAD2.2外圍器件開關(guān)板：8*3撥動開關(guān)揚(yáng)聲器*3：報警用揚(yáng)聲器(*1)、提示用揚(yáng)聲器(*2)LED*8：顯示搶答組亮燈數(shù)碼管*3：顯示搶答組別(*1)、剩余時間(*2)其他器材：螺絲刀、導(dǎo)線等2.3硬件線路連接搶答桌SS7S6S5S4S3S2S1S0三、設(shè)計思路與原理 經(jīng)對設(shè)計要求分析，對本次設(shè)計有以下幾點(diǎn)：1、 參賽選手控制的開關(guān)應(yīng)該選用跳沿有效，且上升沿和下降沿并聯(lián)有效。2、 數(shù)碼管顯示功能，相對復(fù)雜，需要顯示搶答者的組別，還有顯示計時器的剩余時間，剩余時間的顯示又相對更復(fù)雜。3、 在進(jìn)行設(shè)計之前我們確定了各功能的實(shí)現(xiàn)方式:1) 時間限制：定時器2) 跳沿信號保持：中間繼電器自鎖3) 搶答互鎖：引入使能端作為信號有效的先決條件4) 各個蜂鳴器：定時器5) 組別的數(shù)碼管顯示：從接LED的Q讀取狀態(tài)，作為MOVE模塊使能端6) 獲取剩余時間：從30s定時器的BCD輸出獲取7) 顯示剩余時間：將讀取的BCD位邏輯作為MOVE模塊使能端3.1設(shè)計電路分析 3.2 MOVE原理 MOVE模塊是數(shù)據(jù)傳送指令，當(dāng)使能端Eable有效時，PLC將IN入口參數(shù)自動賦值給OUT端口，OUT端口用字節(jié)選址，IN端口可以用字節(jié)選址，也可以使用立即數(shù)，在本課程設(shè)計中，MOVE起到根據(jù)需求，將數(shù)碼管賦值給預(yù)先設(shè)置好的輸出口（直接接數(shù)碼管的各段）3.3數(shù)碼管顯示原理數(shù)碼管是常用的顯示器件，有共陰極和共陽極兩種接法，本課程設(shè)計中采用共陰極接法，0到9的數(shù)字十六進(jìn)制段碼依次如下：3f ,06 , 5b , 4f , 66 , 6d , 7d , 07 , 7f , 6f 。本設(shè)計中，將Q的每一位分別接到每一段的陽極，接法如下：PLC輸出數(shù)碼管段QX.0aQX.1bQX.2cQX.3dQX.4eQX.5fQX.6gQX.7h四、引腳分配端口功能I0.1組1開關(guān)I0.2組2開關(guān)I0.3組3開關(guān)I0.4組4開關(guān)I0.5組5開關(guān)I0.6組6開關(guān)I0.7組7開關(guān)I1.0組8開關(guān)I0.0主持人開關(guān)端口功能備注T130s定時限時用T20.5s定時開始提示用T31s定時搶答提示用Q4.0第1組搶到連接對應(yīng)LED燈Q4.1第2組搶到Q4.2第3組搶到Q4.3第4組搶到Q5.0第5組搶到Q5.1第6組搶到Q5.2第7組搶到Q5.3第8組搶到Q4.4接蜂鳴器開始計時提示Q4.5接蜂鳴器超時報警Q4.7接蜂鳴器搶答成功提示QB6接數(shù)碼管顯示組別QB12接數(shù)碼管剩余時間個位QB13接數(shù)碼管剩余時間十位M1.0已有人成功搶答M1.1時間到M1.2搶答使能端實(shí)現(xiàn)互鎖M2.0檢驗(yàn)S0跳沿電平保持M2.1檢驗(yàn)S1跳沿M2.2檢驗(yàn)S2跳沿M2.3檢驗(yàn)S3跳沿M2.4檢驗(yàn)S4跳沿M2.5檢驗(yàn)S5跳沿M2.6檢驗(yàn)S6跳沿M2.7檢驗(yàn)S7跳沿M10.0剩余時間十位,BCD_0M10.1剩余時間十位,BCD_1M11.0剩余時間個位,BCD_0M11.1剩余時間個位,BCD_1M11.2剩余時間個位,BCD_2M11.3剩余時間個位,BCD_3M2.0用于暫存S0狀態(tài)PLC對跳沿檢測必須存在暫存上一狀態(tài)的區(qū)間M20.1M20.2用于暫存S1狀態(tài)M20.3M20.4用于暫存S2狀態(tài)M20.5M20.6用于暫存S3狀態(tài)M20.7M21.0用于暫存S4狀態(tài)M21.1M21.2用于暫存S5狀態(tài)M21.3M21.4用于暫存S6狀態(tài)M21.5M21.6用于暫存S7狀態(tài)M21.7五、程序設(shè)計5.1程序流程圖主持人閉合開關(guān)30s定時器清零0.5s到?開始提示蜂鳴器響N開始提示蜂鳴器關(guān)到時？30s計時器開始工作NY30s定時器停止工作有搶答？NYY搶答失敗禁止搶答讀剩余時間送數(shù)碼管23讀剩余時間送數(shù)碼管23信號自鎖搶答互鎖搶答提示蜂鳴器響1s到?NY搶答提示蜂鳴器關(guān)LED輸出送數(shù)碼管1主持人斷開開關(guān)搶答鎖存復(fù)位5.2程序流程說明在每次搶答開始前，主持人斷開開關(guān)，對搶答狀態(tài)鎖存復(fù)位，同時30s定時器停止工作，當(dāng)再次閉合開關(guān)時，所有狀態(tài)被重置。1、30s定時器，0.5s定時器開始工作（提供蜂鳴器輸出）2、30s定時器計時完畢，答題失敗，不允許再搶答3、30s到之前，有一個選手搶答，則跳沿檢測信號自鎖，信號保持；復(fù)位使能端，其他選手不可搶答實(shí)現(xiàn)互鎖；根據(jù)搶答輸出，點(diǎn)亮選手?jǐn)?shù)碼管；1s定時器提供搶答提示音；30s計數(shù)器停止及時，對應(yīng)數(shù)碼管維持原值不變。5.3程序軟件設(shè)計及分析：程序段1：30s定時器程度端2到9：選手的搶答信號為跳沿有效，即將開關(guān)由0撥至1或由1撥至0，均產(chǎn)生有效的搶答信號，為此采用跳沿檢測與置位指令的配合來實(shí)現(xiàn)。這種類型的程序共有8個。程序段10：在新的一輪搶答開始之前，必須將6.2中鎖存的搶答信號清空，否則會造成系統(tǒng)的誤判，使某一組在未撥動開關(guān)。為實(shí)現(xiàn)此功能，可以采用主持人開關(guān)的低電平有效觸發(fā)對應(yīng)M復(fù)位來實(shí)現(xiàn)。程序段11到18：搶答有效信號輸出（8）：上述中間繼電器M2.0M2.7只提供對有效跳沿的搶答信號鎖存，未實(shí)現(xiàn)互鎖，為此，通過M觸發(fā)Q，并在此環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)互鎖功能。程序段19：搶答輸出使能端（搶答互鎖）：當(dāng)有一組有搶答信號的有效輸出時，將使M1.2置位，使其他組不能再搶答，即優(yōu)先鎖存，實(shí)現(xiàn)原理見6.4節(jié)。M1.2信號的檢測原理很簡單，即在有效時間內(nèi)，若有一組有效輸出，則M1.2置位。程序段20到21：延時5s蜂鳴器短暫鳴響程度端22：判斷是否有人搶答，當(dāng)任何一組搶答有效后，應(yīng)及時置位M1.0信號，使定時器停止計時。 程序段23到25：為蜂鳴器輸出，蜂鳴器共三個，分別是開始計時提示，超時報警，搶答成功提示 程序段26到34：為顯示搶答選手號（x8）顯示程序 程序段35到48：其中35到38為計時器顯示程序中的十位顯示分別為1,2,3。39到48為計時器計時時間顯示中的個位顯示所有的使能端、MOVE模塊如下表:個位顯示使能端INOUT顯示數(shù)字M10.1M10.03常開常開79QB112常開常閉91QB111常閉常開6QB110常閉常閉63QB11十位顯示使能端INOUT顯示數(shù)字M11.7M11.6M11.5M11.40常閉常閉常閉常閉63QB101常閉常閉常閉常開6QB102常閉常閉常開常閉91QB103常閉常閉常開常開79QB104常閉常開常閉常閉102QB105常閉常開常閉常開109QB106常閉常開常開常閉125QB107常閉常開常開常開7QB108常開常閉常閉常閉127QB109常開常閉常閉常開111QB10六、心得體會此次課程設(shè)計以分組的方式進(jìn)行，每組有一個題目。我們做的是搶答器。通過前期各方面的查資料并學(xué)習(xí)。分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會，提高了與人合作的意識與能力。 并且很榮幸的成為第一個完成搶答器設(shè)計的小組。前后，我們經(jīng)歷了簡單的四路搶答設(shè)計，到違規(guī)報警與違規(guī)限制的八路搶答設(shè)計，到跳沿有效的八路搶答設(shè)計，到最后的帶LED顯示的跳沿有效八路搶答設(shè)計，這個過程充分