基于PLC的搶答器設(shè)計(jì)

1、 目錄一 系統(tǒng)總體方案論證21.1任務(wù)詳解及設(shè)計(jì)思路21.2方案選擇及論述2二 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)22.2搶答器電路原理圖32.3搶答器I/O分配表5三 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)53.1系統(tǒng)軟件流程圖53.2各軟件模塊的功能及梯形圖說明7四 系統(tǒng)調(diào)試104.1調(diào)試步驟及過程105.2 展望后續(xù)12附錄一14附錄二19參考文獻(xiàn)24一 系統(tǒng)總體方案論證1.1任務(wù)詳解及設(shè)計(jì)思路(1) 、系統(tǒng)上電后，主持人在總臺單擊開始按鈕后允許各隊(duì)搶答即搶答有效。(2) 搶答器同時供5名選手或5個代表隊(duì)竟猜?lián)尨?，分別用7個按鈕SB1SB7表示。當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，五組選手開始搶答，數(shù)碼管開始顯示

2、九秒倒計(jì)時。(3) 在搶答過程中，1-5隊(duì)任何一隊(duì)先按下各自的搶答按鈕（SB1SB7）后LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前組號，閃爍3秒后組號常亮。同時及蜂鳴器報(bào)警，并與其他選手互鎖，繼續(xù)搶答無效。(4) 搶答成功后，開始進(jìn)行答題倒計(jì)時30秒，如果在30秒內(nèi)未按時答題則此次答題失敗，系統(tǒng)自動復(fù)位。在有效答題時間內(nèi)可以對對應(yīng)組進(jìn)行計(jì)分，有顯示分?jǐn)?shù)和總場積累分?jǐn)?shù)的功能。當(dāng)這次答題結(jié)束后，主持人次按復(fù)位鍵后，開始進(jìn)行新一輪搶答。1.2方案選擇及論述 可編程序控制器(PLC) 是一種新型的通用的自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體,是功能加強(qiáng)、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功

3、耗低等一系列優(yōu)點(diǎn)?？梢圆捎脭?shù)字電路，單片機(jī)系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，相比之下PLC更具有優(yōu)勢。 智能競賽搶答器通過PLC進(jìn)行控制，按要求進(jìn)行編程；其主要輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心PLC,PLC將根據(jù)信號作出相應(yīng)的回應(yīng)。二 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) 搶答器控制系統(tǒng)分6部分：PLC控制器、主持人控制按鈕、搶答按鈕部分、倒計(jì)時及其顯示部分、計(jì)分及其顯示部分、指示燈報(bào)警部分。 在搶答設(shè)計(jì)中設(shè)置有自鎖和互鎖控制，自鎖是為了保持信號長期有效，互鎖是為了對組間互不影響；在倒計(jì)時顯示部分中，主要采用時間繼電器和mov指令來實(shí)現(xiàn)；計(jì)分采用計(jì)數(shù)器累計(jì)計(jì)數(shù)，然后轉(zhuǎn)

4、換為BCD碼再送入輔助繼電器，再將段碼送入數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字功能。 競賽搶答器有10個輸入信號（即10個輸入按鈕SB1-SB10 ）16個輸出信號數(shù)碼管1顯示搶答組號，輸出點(diǎn)為Y0-Y7。數(shù)碼管2用作顯示搶答倒計(jì)時和計(jì)分顯示，輸出點(diǎn)為Y10-Y17。Y0蜂鳴器，）。搶答器控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-1所示： PLC控制器 主持人控制按鈕選 手搶答按 鈕指示燈報(bào) 警選手 搶答號顯示計(jì)分顯示倒計(jì)時顯示 圖2.1搶答器控制結(jié)構(gòu)框圖 2.2搶答器電路原理圖 本系統(tǒng)的主控制器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FXoN-40MR 型PLC。三菱PLC的編程指令簡單易懂且程序設(shè)計(jì)靈活，可采用梯形圖或者指令語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。硬

5、件連接圖如圖2.2及實(shí)物接線圖如圖2.3所示： 圖2.2搶答器電路原理圖 圖2.3搶答器實(shí)物接線圖2.3搶答器I/O分配表 根據(jù)任務(wù)要求及所選FXoN-40MR PLC和其他硬件（蜂鳴器、燈、數(shù)碼顯示管）的實(shí)際情況，I/O地址分配如表1所示。輸入信號輸出信號名稱代號輸入點(diǎn)標(biāo)號名稱代號輸出點(diǎn)標(biāo)號開始/復(fù)位按鈕SB1X0蜂鳴器HAY01號賽臺搶答器按鈕SB2SB3X1/X2數(shù)碼管1 a1 Y12號賽臺搶答器按鈕SB4SB5X3 與X4 b1Y23號賽臺搶答器按鈕SB6X5c1Y34號賽臺搶答器按鈕SB7X6d1Y45號賽臺搶答器按鈕SB8X7e1Y5計(jì)分按鈕SB9X10f1Y6停止按鈕SB10X1

6、1g1Y7數(shù)碼管2a2g2Y10Y17 表1 搶答器I/O分配表 三 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)軟件流程圖 當(dāng)裁判按下開始按鈕時，五個參賽隊(duì)處于搶答狀態(tài)，假如是一號參賽隊(duì)先搶到題目，PLC先判斷搶答是否成功，若成功，則進(jìn)行下一部看是否在規(guī)定的搶答時間內(nèi)答題，若在規(guī)定時間內(nèi)，則由工作人員進(jìn)行對應(yīng)的計(jì)分操作，答題結(jié)束；若超時，則該次搶答失敗。流程圖如下圖2.4所示：圖2.4搶答器軟件流程圖3.2各軟件模塊的功能及梯形圖說明 （1）搶答模塊 在搶答這一塊采用基本指令，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各組為按鈕搶答，所以我先用按鈕驅(qū)動輔助繼電器M1M5并將其自鎖，組與組之間采用互鎖，使其不能同時得電。再根據(jù)七段數(shù)碼管的特性

7、，ag分別對應(yīng)于程序中的輸出Y1Y7，再看每個組號分別亮的時候要點(diǎn)亮那幾段，再將五組整理在一起可知，Y1Y7與M1M5之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)這一功能。（2）倒計(jì)時顯示模塊在倒計(jì)時這一塊，我主要采用時間繼電器實(shí)現(xiàn)這一功能，當(dāng)主持人按了開始按鈕后開始計(jì)時（由于plc輸出點(diǎn)數(shù)有限，搶答倒計(jì)時只設(shè)置了9秒），由mov指令將數(shù)字9對應(yīng)的段碼送入到Y(jié)10Y17中，當(dāng)1秒鐘到后，由時間繼電器切斷這條mov指令，同時接通下條mov指令將數(shù)字8對應(yīng)的段碼送入到Y(jié)10Y17中，如此循環(huán)到達(dá)倒計(jì)時目的。當(dāng)有組在規(guī)定的時間內(nèi)搶答，則切斷倒計(jì)時這一功能，當(dāng)?shù)褂?jì)時結(jié)束后，則由這一塊中的最后一個時間繼電器切斷整個系統(tǒng)，只有主

8、持人按復(fù)位按鈕后才可以進(jìn)行下一輪。（3） 各組分?jǐn)?shù)顯示模塊利用計(jì)數(shù)器來對計(jì)分按鈕進(jìn)行計(jì)數(shù)，每組對應(yīng)一個計(jì)數(shù)器，C0C4,計(jì)數(shù)中，由前面的輔助繼電器M1M5接通與之對應(yīng)的計(jì)數(shù)器（M1M5相互互鎖，從而計(jì)分不可能同時進(jìn)行），從而到達(dá)計(jì)數(shù)器之間互不影響，計(jì)分公平的目的。其次，計(jì)分顯示的實(shí)現(xiàn)。由于要利用一個8段數(shù)碼管顯示五組不同的分?jǐn)?shù)，可以用BCD指令實(shí)現(xiàn)這一功能。將各組計(jì)數(shù)器中的數(shù)值通過BCD指令轉(zhuǎn)換為BCD碼送給輔助繼電器，這樣每次計(jì)數(shù)將得到4個不同的數(shù)值，從而4個輔助繼電器得電的情況也不一樣，通過這4個輔助繼電器得電的情況驅(qū)動mov指令，讓相對應(yīng)的段碼送到數(shù)碼管中，從而顯示每組對應(yīng)的分?jǐn)?shù)。例：計(jì)

9、數(shù)器記的數(shù)為1，則通過BCD轉(zhuǎn)碼后M23M20的得電情況為：0001，則由該模塊指令將數(shù)字“1”顯示在數(shù)碼管上。 梯形圖（見附錄一）指令表（見附錄二） 四 系統(tǒng)調(diào)試4.1調(diào)試步驟及過程（1）在梯形圖寫入模式下，輸入完P(guān)LC程序后，需要將梯形圖轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部格式。未轉(zhuǎn)換時，梯形圖背景呈灰色，轉(zhuǎn)換完成時，梯形圖背景呈白色。 可以單擊程序工具條中的程序變換圖標(biāo)，或者選擇“變換(C)”菜單下的“變換(C)”菜單項(xiàng)，或者按下功能鍵F4，來完成轉(zhuǎn)換?！白儞Q(C)”菜單如圖所示。 如果有錯誤，或存在不能變換的梯形圖，則不能完成轉(zhuǎn)換，光標(biāo)停留在出錯處。需修正錯誤后，才能轉(zhuǎn)換。為避免錯誤累積，方便差錯，建議每

10、輸入一段程序，就做一次轉(zhuǎn)換。 （2）梯形圖程序下載到PLC 程序從計(jì)算機(jī)寫入（或者下載）到PLC中，可以通過“在線”菜單中的“PLC寫入”菜單項(xiàng)來完成。或者單擊標(biāo)準(zhǔn)工具條中的圖標(biāo) ，就可以將程序?qū)懭氲絇LC中。如果通訊有錯誤，就會顯示錯誤信息。 通信設(shè)置畫面 （3）PLC程序的運(yùn)行當(dāng)PLC的外圍電路都已經(jīng)接好，接通電源，將PLC的運(yùn)行停止開關(guān)（RUN/STOP）撥到運(yùn)行（RUN）位置，程序就開始運(yùn)行。 （4）PLC程序的調(diào)試和監(jiān)控基本的調(diào)試任務(wù)主要有，程序檢查、參數(shù)檢查。可以在工具菜單里選擇。診斷菜單下的PLC診斷等。 工具菜單 工具-程序檢查 程序?qū)懭腠撁?在線菜單 五 結(jié)果分析及展望5.1

11、調(diào)試過程分析 根據(jù)這次電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)的任務(wù)書，經(jīng)過幾天的不斷努力和調(diào)試在老師和同學(xué)的幫助下，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。下面進(jìn)行具體說明。當(dāng)系統(tǒng)上電后，主持人在總臺控制臺單擊開始按鈕X0，允許各隊(duì)人員開始搶答，即各隊(duì)搶答有效。數(shù)碼管顯示9秒倒計(jì)時，定時器按鈕與復(fù)位按鈕并聯(lián)，即定時器起復(fù)位作用。 在搶答部分采用了基本指令，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各組為按鈕搶答，用按鈕驅(qū)動輔助繼電器M1M5并將其自鎖，組與組之間采用互鎖，使其不能同時得電。使得有隊(duì)搶答成功后，其他隊(duì)再按搶答按鈕無效。在搶答成功后，由時間繼電器T2和輔助繼電器M8013完成閃爍功能，開始的3秒會閃爍對應(yīng)的組號，后接著常亮。 為了使LED數(shù)碼

12、管顯示不同的數(shù)字，要把某些段的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，這樣就要為LED數(shù)碼管提供代碼，因?yàn)檫@些代碼可使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字符，這些代碼也稱為段碼，ag分別對應(yīng)于程序中的輸出Y1Y7。本設(shè)計(jì)采用共陰極接地。同時搶答成功后，進(jìn)行30秒答題倒計(jì)時，在規(guī)定時間內(nèi)可以進(jìn)行相應(yīng)的加分操作；若超過答題時間，則由時間繼電器T0切斷系統(tǒng)，此次答題結(jié)束。主持人按復(fù)位按鈕后，下輪搶答有效。 5.2 展望后續(xù) 經(jīng)過將近兩個星期的期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下做完了這次PLC的課程設(shè)計(jì)工作.由于自己知識的缺乏及能力的有限，仍有一些功能沒有完全實(shí)現(xiàn)。 但是通過這次的課程設(shè)計(jì)，我能運(yùn)用已學(xué)的知識解決我在設(shè)計(jì)中遇到的問

13、題，使自己的動手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設(shè)計(jì)的過程中我查閱了很多的資料，并認(rèn)真的閱讀這些與我的設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識的儲備量也有所增加。整個設(shè)計(jì)通過了軟件和硬件上的調(diào)試、仿真。我想這對于自己以后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大的幫助的。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯誤思維。 在這次plc實(shí)訓(xùn)中，由于時間和硬件的關(guān)系，仍有一些功能沒有實(shí)現(xiàn)。例如：在搶答成功后沒能實(shí)現(xiàn)答題倒計(jì)時的顯示；在搶答成功后沒有實(shí)現(xiàn)對報(bào)警器報(bào)警時間的設(shè)置；還有就是對違規(guī)搶答進(jìn)行報(bào)警等等。這些都需要自己在以后的學(xué)習(xí)中不斷改進(jìn)，加深對plc編程指令的理解，希望在以后的設(shè)計(jì)中有更大的進(jìn)步。 附錄一附錄二3.3指令表 參考文獻(xiàn)1 張鳳珊 電氣控制及可編程序控制器2版 M 北京: 中國輕工業(yè)出版社，20032 史國生 電氣控制與可編程控制器技術(shù) M 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，20033 郁漢琪 電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) M 南京: 東南大學(xué)出版社，20034 張萬忠 可編程控