課程設(shè)計任務書三路搶答器的PLC控制

1、佛山科學技術(shù)學院課程設(shè)計任務書一、 設(shè)計題目三路搶答器的 PLC 控制二、 主要內(nèi)容該搶答器作為智力競賽的評判裝置,根據(jù)應答者搶答情況自動設(shè)定答題 時間,并根據(jù)答題情況用燈光、聲音顯示其答題正確、錯誤及違規(guī),在主持 人的操作下,對答題者所顯示的分數(shù)值進行加分、減分或違規(guī)扣分。三、 具體要求1. 主持人提出問題并按下啟動按鈕(開始搶答后,若 10s 內(nèi)無人搶答, 則有聲音提示,說明該題無人搶答,自動作廢。2. 主持人提出問題在未按下啟動按鈕(開始搶答之前搶答,則違規(guī),搶 答器報出違規(guī)信號,并作減分處理。3. 主持人提出問題并按下啟動按鈕(開始搶答后,第一個按下按鈕的信 號有效,后按下的按鈕信號無

2、效。4. 主持人按下計時按鈕,開始計時。答題時間為 1min ,答題過程中有燈光 提示時間,時間到并有聲音指示。5. 搶答器有數(shù)碼顯示器顯示各答題者的分數(shù),由主持人控制,答對者加 10分, 答錯者減 10分, 違規(guī)者扣 5分, 減分計算中若出現(xiàn)負分作 0分處理。 6. 答題完畢按下復位按鈕,恢復搶答器原始狀態(tài),為下一輪搶答做好準備。 答題過程中燈光、音響的安排及注意事項見課程設(shè)計指導書。在上述具體的要求下,完成硬件電路的制作和接線, PLC 控制程序的 設(shè)計及聯(lián)機調(diào)試,直至滿足要求。四、 進度安排1. 理解課程設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計要求,查閱資料(第一周的星期一 。2. PLC 外圍硬件電路的制作和接

3、線,構(gòu)思設(shè)計方案(第一周的星期二至星 期三 。3. PLC 控制程序設(shè)計、 程序調(diào)試及系統(tǒng)的總體調(diào)試, 撰寫課程設(shè)計報告 (第 一周的星期四至第二周星期四 。4. 課程設(shè)計答辯、批改設(shè)計報告,登載成績(第二周星期五 。五、 完成后應上交的材料PLC 外圍硬件連接電路、程序清單及課程設(shè)計總結(jié)報告。六、 總評成績指導教師 簽名日期 年 月 日 系 主 任 審核日期 年 月 日目錄1. 前言 42. 設(shè)計任務和要求 5 2.1 任務描述 52.2 設(shè)計任務及要求 .63. 硬軟件設(shè)計方案選擇 .7 3.1硬件 I/O地址分配 .8 3.2 方案選擇 93.3 控制系統(tǒng)的硬件組成 .134 搶答器軟件

4、系統(tǒng)設(shè)計 .14 4.1 軟件流程圖的設(shè)計 .14 4.2 PLC控制程序的設(shè)計 .16 4.2.1 主持人開始復位初始化 16 4.2.2 搶答前計時 17 4.2.3 搶答總臺綠燈亮 17 4.2.4 違規(guī)搶答紅燈亮 18 4.2.5 總臺音響 19 4.2.6 搶答標志 19 4.2.7 加減分程序 20 4.2.8 各位選手的分數(shù)顯示 .22 4.2.9 復位 234.3 搶答總程序 .245 調(diào)試中的遇到的問題 246 設(shè)計體會 .257 參考文獻 .261前言目前國內(nèi)外市場上已有很多類型的知識競賽搶答器,其大致 采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機或者 PLC 芯片、計算機控制系 統(tǒng)等四

5、類產(chǎn)品。對于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品,其技術(shù) 相當成熟。但是隨著功能的增多,電路也越復雜,并且成本偏高, 故障率高,顯示方式簡單或者沒有。而對于科技飛速發(fā)展的今天, PLC 、 單片機應用的不斷深入, 帶動了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更 新,并鑒于其本身具有的優(yōu)點,以 PLC 、單片機為核心的部件成 為主流。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點: 在一次搶答過程中,當出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時,只能處理違 規(guī)搶答信號,而對沒有違規(guī)的有效信號不能進行處理,因 而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。 當有多個違規(guī)搶答時,優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個, 或利用搶答電路電子元件的“競爭”選擇其中一個。對于 后者由于搶答電路

6、制作完畢后電子元件被固定,各路搶答 信號的“競爭”能力也被固定,因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。 普通搶答器存在不公平性。 當有多個違規(guī)搶答時,普通搶答器只能“抓住”其中一個 違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞” ?？删幊炭刂破魇且杂嬎銠C為核心的通用自動控制裝置,它的 功能強、可靠性極強、編程簡單、使用方便、體積小?，F(xiàn)已廣泛 應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,它以微處理器為核心,用編寫的程 序進行邏輯控制、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等,并通過數(shù)字量和模 擬量的輸入 /輸出來控制機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PLC 的學習比一般編程學習困難在于,要完成一個控制系統(tǒng) 不僅需要掌握一定的編程技術(shù),更為重要的是要知道如何針對實 際應用的需要選擇

7、合適的 PLC 型號,然后進行資源配置,設(shè)計控制系統(tǒng)。2設(shè)計任務和要求2. 1任務描述:該搶答器作為智力競賽的品判裝置,根據(jù)應答者搶答情況自 動設(shè)定答題時間,并根據(jù)答題情況用燈光、聲音顯示其答題正確、 錯誤及違規(guī),在主持人的操作下,對答題者所顯示的分數(shù)值進行 加分、減分或違規(guī)扣分。三路智力搶答器有三個搶答按鈕 SB1SB3, 在允許搶答的情況 下最先按下按鈕有效,在此以后按下的按鈕無效,伴有燈光、聲 音指示, 并開始計時 (答題時間 , 計時時間到 (答題給定的時間 , 聲音提示停止答題。如果搶答者答題正確或錯誤,主持人或操作 員按下加分鍵或減分鍵,將對顯示分數(shù)值加分或減分。該控制器 組成框圖

8、如圖 2-1控制器組成框圖圖 2-12. 2 設(shè)計任務和要求1. 主持人提出問題按下啟動按鈕(開始搶答后,若 10s 內(nèi)無人搶 答,則有聲音提示,說明該題無人搶答,自動作廢。2. 主持人提出問題在未按下啟動按鈕(開始搶答之前搶答,則違 規(guī),搶答器報出違規(guī)信號,并作減分處理。3. 主持人提出問題按下啟動按鈕(開始搶答后,第一個按下按鈕 的信號有效,后按下的按鈕信號無效。4. 主持人按下計時按鈕,開始計時。答題時間為 1min ,答題過程 中有燈光提示時間,時間到并有聲音指示。5. 搶答器有數(shù)碼顯示器顯示各答題者的分數(shù), 由主持人控制, 答對 者加 10分,答錯者減 10分,違規(guī)者扣 5分,減分計

9、算中若出 現(xiàn)負分作 0分處理。 6. 答題完畢按下復位按鈕, 恢復搶答器原始狀態(tài), 為下一輪搶答做好 準備。答題過程中燈光、音響的安排機注意事項如下:搶答有效:搶答者燈亮、控制臺綠燈亮機聲響。10s 無人應答:聲響、控制臺綠燈(HL4點亮 2s 。違規(guī):違規(guī)者燈亮,控制臺紅燈(hl5亮機聲響。答題過程:搶答者燈亮, 控制臺綠燈亮, 50s 后控制臺綠燈閃爍。 答題時間到:搶答者燈亮,控制臺綠燈亮機聲響。按加分按鈕加 10分,按減分按鈕減 10分,按違規(guī)按鈕減 5分, 最高分 90分(違規(guī)情況下最高分為 95分 ,最低分 0分。聲響時間 為 1s 。3硬軟件設(shè)計方案選擇根據(jù) PLC 智能搶答器的

10、控制要求,應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、 適應性強等方面進行設(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自動操作。安全、可靠、 省時、省力、價格便宜。3.1 硬件 I/O地址分配 如下表 1 表 1硬件 I/O接線圖如下圖 3.1-2 硬件 I/O接線圖 3.1-23.2 方案提示(1 搶答器搶答部分控制程序可用基本指令編程, 也可用步進指令完成。(2指示燈和音響輸出,可用 PLC 的輸出指令直接接通。(3搶答者的得分情況通過數(shù)碼顯示,

11、 顯示電路如下圖, 顯示電路板自制,開采用傳送、比較、移位和 BCD 等應用指令與基本指令組合 編程來完成。如下圖 3-2-1 和驅(qū)動,一十進制數(shù)在七段顯示數(shù)碼管中顯示。CD4511為一鎖存 /譯碼 /驅(qū)動三合一譯碼器,其管腳如圖 3-2所 示 主要端子介紹如下:a 鎖存部分有死未存儲電路 LE :鎖定控制端,當 LE=0時,允 許譯碼輸出, 隨 AD變化。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài), 譯碼器輸出被保持在 LE=0時的數(shù)值。b 消隱輸入控制端,當 BI=0 時,不管其它輸入端狀態(tài)如何, 七段數(shù)碼管均處于熄滅(消隱狀態(tài),不顯示數(shù)字。c 輸出驅(qū)動部分是具有較大電流輸出的 NPN 雙極型晶體管

12、, 當 推動 LED 數(shù)字顯示器件時, 一定要加限流電阻, 限流電阻約 為 200,由等測試輸入端 LT ,可測試數(shù)碼管的顯示七段。 當 LT=“ 1”時,顯示數(shù) 8,幾個段均亮。d 當輸入的 BCD 大雨 1001時,七段顯示輸出全為“ 0” ,數(shù)碼 管熄火。 CD4511真值表如表 2:表 2 CD4511的真值表(5 顯示原理簡介本顯示電路采用靜態(tài)方式顯示, 按照時間段分別把十位、 個位送 到各自的 CD4511譯碼器中, CD4511的鎖存器保持所送的數(shù)據(jù), 通過 其輸出端驅(qū)動各自的數(shù)碼管,使所送的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管中顯示。 PLC 的輸出步驟要求如下:1 將所送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 BCD 碼。2

13、 先將所送的十位數(shù)值加到顯示十位數(shù)的 CD4511的 A 、 B 、 C 、 D 端,同時是該 CD4511的 LE 端為低電平,顯示個位數(shù)的 CD4511的 LE 端為高電平。3 在沒有送個位數(shù)之前, 再使顯示十位數(shù)的 CD4511的 LE 端為 高電平,鎖存送入的數(shù)據(jù)。4 將所送的個位數(shù)值加到顯示個位數(shù)的 CD4511的 A 、 B 、 C 、 D 端, 同時是該 CD4511的 LE 端為低電平, 顯示個位數(shù)的 CD4511的 LE 端為高電平。5 再使顯示十位數(shù)的 CD4511的 LE 端為高電平, 鎖存送入的數(shù) 據(jù)。至此一個顯示周期完成。3.3控制系統(tǒng)的硬件組成在搶答器的工作過程中,

14、 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,其硬件組成結(jié)構(gòu)圖 3-3為: 硬件組成結(jié)構(gòu)圖 3-34搶答器軟件系統(tǒng)設(shè)計4. 1軟件流程圖的設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務以及硬件設(shè)計的要求,現(xiàn)軟件主流程圖的設(shè)計如 圖 4-1所示,選手顯示分數(shù)刷新程序流程圖如圖 4-2所示: 4.2 PLC控制程序的設(shè)計4.2.1 主持人開始復位初始化,如下圖 4-2-1 是初始化程序,每個選手的初始分數(shù)是 0 刷新程序流程圖 4-216 圖 4-2-14.2.2搶答前計時沒有選手搶答, 10s 后復位重新開始 . 如下圖 4-2-2 圖 4-2-24.2.3搶答

15、總臺綠燈亮有 10s 后無人應答, M1得電自鎖, 控制臺綠燈亮 2s , M7,M8,M9,應答計時 50s 后, M9繼電器 0.5s 后失電, 0.5s 后又得電, T6,T8組合的 1s 震蕩周期, 使燈閃爍 10s 后, 得電斷開。(M200,M12,M13 如圖 4-2-3(1所示: 17 圖 4-2-3(1答題過程,控制臺燈綠亮, M8為控制臺綠燈亮 50s (T3 k500繼 電器, 50s 后控制臺綠燈閃爍(T7 K100如下圖 4-2-3(2 4-2-3(24.2.4 違規(guī)搶答燈亮在主持人沒有按下?lián)尨鸢粹o情況下?lián)尨?相應繼電器得電, 總臺紅燈亮,如下圖 4-2-4所示18

16、19圖 4-2-44.2.5總臺音響從上到下分別是:開始、搶答、搶答過時、違規(guī)、應答時間到聲 響 1s 。如下圖 4-2-5圖 4-2-54.2.6 搶答標志M200為 繼電器, M3,M4,M5分別為各位選手搶答繼電器, 有其 中一位選手按下?lián)尨痖_關(guān),相應的繼電器常開得電,形成自鎖, 常閉失電,其他選手搶答無效。如下圖 4-2-6所示: 圖 4-2-64.2.7加減分程序1 初值的設(shè)置接通電源, 把寄存器 D0/D2/D4的初值傳至 k1M100中間繼電器, 如圖 4-2-7(1所示。 圖 4-2-7(12 正規(guī)搶答加減分及最高最低分控制按下加分(X5 、減分(X6 ,借助搶答選手的燈亮 M

17、3、 M4、 M5的自鎖,有脈沖信號分別讓對應的選手分別加減分,并且利用區(qū) 間比較指令 ZCP 控制最高分(不得高于 k95 、最低分(不得低于 k0 。如圖 4-2-7(2所示20 圖 4-2-7(23 違規(guī)減分有人搶答違規(guī),按下違規(guī)減分按鈕,利用區(qū)間比較指令 ZCP 控 制分數(shù)各位數(shù)大于零, M21繼電器得電繼而對違規(guī)搶答的分數(shù)減 5分,若個位數(shù)等于零, M22繼電器得電從而十位減一,而同時將個 位數(shù)置為 5。如圖 4-2-7(3所示21圖 4-2-7(34.2.8 各位選手的分數(shù)顯示(以顯示選手一的分數(shù)顯示為例 分數(shù)顯示刷新程序流程圖步驟執(zhí)行,如圖 4-2-8所示 22圖 4-2-84.

18、2.9 復位在按下正確搶答和違規(guī)搶答按鈕后其相應繼電器得電而常開 接通,繼電器 M210得電,按下復位按鈕,系統(tǒng)復位 . 如圖 4-2-9所示: 23 圖 4-2-94.3 搶答器總程序根據(jù)上面的基本環(huán)節(jié),和硬件答辯老師指出的問題,設(shè)計的三 路智力搶答的總程序如 附錄 所示。5. 調(diào)試中遇到的問題調(diào)試終于到的問題是非常多的,舉例我遇到的三個問題:雙 線圈輸出錯誤;梯形圖編排不合理,使程序步數(shù)復雜化、掃描周 期延長;沒有進行互鎖處理導致的不正常,由于我的起步是分段 手寫到稿子上,再重新設(shè)計總的程序,再到電腦上編輯程序,這 其中就難免程序參數(shù)的輸入錯誤,而這影響可大可小,就在 20周 的星期三,由

19、于我感覺最正確的顯示模塊,在顯示 3號選手分數(shù)時 候。我把個位數(shù)指令 MOV K1M400 K1Y000錯誤寫成 MOV K400 K1Y000, 這是致命的錯誤,會在刷新 3號選手分數(shù)時候?qū)е聜€位數(shù)全部置 零。僅僅因為這個錯誤,我調(diào)試了一個早上和一個下午,不得不 得重新檢查整個程序是否有錯誤置零,看到最后幾行,恍然大悟, 終于找到問題所在。246 設(shè)計體會回憶這兩周“三路搶答器的 PLC 控制”的課程設(shè)計,雖然辛苦卻 是無比的充實, 它使得我對 PLC 的掌握進一步的增強, 加深了對 PLC 它們的理解,并對 PLC 產(chǎn)生了濃厚的興趣,但是我也深深的知道自 己的不足之處,比如說對應用指令的不熟悉,加深了我的程序復雜 程度。但在學習過程中不能想通的問題,在 PLC 調(diào)試過程中,終于 得以解決。 可