八路搶答器的設(shè)計(jì)(單正濤)(共35頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上湖南文理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化10102班 學(xué)號(hào)15號(hào) 學(xué)生姓名： 單正濤 指導(dǎo)教師： 王麗娟 完成時(shí)間： 2013年 6 月 15 日 報(bào)告成績： 評(píng)閱意見： 評(píng)閱教師 日期 2013.6.20 湖南文理學(xué)院制 摘 要本文介紹了利用三菱FX2N系列PLC對(duì)知識(shí)競賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實(shí)現(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路。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(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)的不斷更新。本文采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-32MR型PLC 作為核

2、心控制器進(jìn)行四路搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時(shí)根據(jù)知識(shí)競賽搶答器的控制要求和特點(diǎn),確定PLC 的輸入輸出分配,并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。關(guān)鍵詞: PLC 知識(shí)競賽搶答器 PLC程序設(shè)計(jì) 目 錄專心-專注-專業(yè)緒 論1.1 PLC的認(rèn)識(shí)PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,是帶有存儲(chǔ)器,可以編制程序的控制器。PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令,進(jìn)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作,并通過數(shù)字式和模擬式的

3、輸入輸出,控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。在電視上我們會(huì)經(jīng)?？吹揭恍┲橇尨鸬墓?jié)目，如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會(huì)造成搶答的不公平，比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀的判力競賽的電路裝置,該裝置由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號(hào)在顯示器上輸出;用控制電路和主斷出第一個(gè)搶答者，所設(shè)計(jì)的搶答器通常由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示第一搶答者。為了使這種不公平不發(fā)生，只能靠電子產(chǎn)品的高準(zhǔn)確性來保障搶答的公平性。八路數(shù)字搶答器是一個(gè)可供八個(gè)參賽組進(jìn)行智持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路,以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出

4、實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能,構(gòu)成擴(kuò)展電路。通過這次設(shè)計(jì)，掌握PIC單片機(jī)的原理，了解簡單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法，提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。同時(shí)通過本課題設(shè)計(jì)與裝配、調(diào)試，提高自己的動(dòng)手能力，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立單片機(jī)理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測試方法。提高動(dòng)手能力和排除故障的能力。 PLC本身的模塊化結(jié)構(gòu)以及遠(yuǎn)程I/O模塊功能的不斷完善，使得PLC易于實(shí)現(xiàn)多級(jí)控制（分布控制、分散控制），通過不同級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)將PLC與PLC、PLC與遠(yuǎn)程I/O模塊、PLC與

5、人機(jī)界面以及PLC與PC機(jī)連接起來，形成管控一體化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。1.2 PLC的應(yīng)用和特點(diǎn)PLC出現(xiàn)后就受到普遍的重視,其應(yīng)用發(fā)展也十分的迅速,原因在于現(xiàn)有的各種控制方式相比,它有一系列受用戶歡迎的特點(diǎn),主要是: 1.可靠性高,抗干擾能力強(qiáng) 在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性提出很到目前為止尚無任何一種工業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性能達(dá)到和超過PLC。保證PC工作的可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的主要措施是:(1) 采用循環(huán)掃描、集中采樣,集中輸出的工作方式。高的要求。PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì),由于采取了一系列措施,使PLC控制系統(tǒng)的平均無故障間隔時(shí)間一般能達(dá)到45萬h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)繼電器控制和計(jì)算機(jī)

6、控制系統(tǒng)?？梢哉f,(2) 硬件設(shè)計(jì)采用模塊式結(jié)構(gòu)并采取屏蔽、濾波、隔離、聯(lián)鎖等一系列抗干擾技術(shù),同時(shí)增加輸出聯(lián)鎖、環(huán)境檢測與故障診斷等提高可靠性電路。(3) 軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控、自診斷、信息保護(hù)與恢復(fù)等程序與硬件電路配合實(shí)現(xiàn)各種故障的診斷、處理、報(bào)警顯示及保護(hù)功能。因此PLC優(yōu)于微機(jī)控制的首要特點(diǎn)是它能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。2.編程簡單、易于掌握這是PC優(yōu)于微機(jī)的另一個(gè)特點(diǎn)。梯形圖編程方式是PC最常用的編程語言。它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優(yōu)點(diǎn)。3組合靈活使用方便 由于它采用標(biāo)準(zhǔn)化得到通用模塊結(jié)構(gòu)，能靈活方便地組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。4功能強(qiáng)，

7、通用性好現(xiàn)代PLC具備很強(qiáng)的信息處理功能和輸出控制能力，它既可以對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制又可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制。5開發(fā)周期短，功率高，維護(hù)方便PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大地減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期大大縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。6體積小，重量輕，工耗低。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品仍在繼續(xù)發(fā)展，其結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)，功能日益增強(qiáng)，性價(jià)比越來越高。一、設(shè)計(jì)題目 基于PLC的八路搶答器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的與要求2.1 設(shè)計(jì)目的搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅

8、、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。從而使競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。2.2 設(shè)計(jì)要求1）搶答器可同時(shí)供8名選手或者8個(gè)代表對(duì)比賽，每組使用一個(gè)按鈕，8個(gè)按鈕分別用1-8號(hào)表示。2）設(shè)置系統(tǒng)復(fù)位和搶答開始開關(guān)，該開關(guān)由主持人控制。3）搶答器具有定時(shí)搶答功能。4）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，顯示器顯示選手的編號(hào)和限答的時(shí)間倒計(jì)時(shí)，并保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位。5）可以通過按鍵操作修改答題限制時(shí)間和搶答限制時(shí)間。6）如果搶答時(shí)間以到，無人搶答，本次搶答

9、無效，系統(tǒng)復(fù)位。三、設(shè)計(jì)作用知識(shí)競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)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(tái)、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(shí)競賽搶答器設(shè)計(jì)，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。四、所用儀器設(shè)備及仿真軟件4.1 PLC儀器的選型隨著PLC控制的普及與應(yīng)用，PLC產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多，而且功能也日趨完善。近年來，從美

10、國、日本、德國引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列，上百種型號(hào)。目前在國內(nèi)應(yīng)用較多地PLC產(chǎn)品主要包括：美國AB、GE、MODICON公司，德國西門子公司，日本OMRON、三菱公司等的PLC產(chǎn)品。因此PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有自己的特點(diǎn)，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來考慮。1）對(duì)輸入 / 輸出點(diǎn)的選擇要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O 總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所

11、需總點(diǎn)數(shù)的 15 20 留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點(diǎn)數(shù)。 PLC 的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級(jí)，但這種 PLC 平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號(hào)之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的 PLC 。對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘 10 字 / 點(diǎn)輸出總點(diǎn)數(shù)乘 5 字 / 點(diǎn)來估算；計(jì)數(shù)器 / 定時(shí)器按（ 3 5 ）字 / 個(gè)估算；有運(yùn)算處理時(shí)按（ 5 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入 / （

12、或輸出）一路模擬量約需（ 80 100 ）字左右的存儲(chǔ)容量來估算；有通信處理時(shí)按每個(gè)接口 200 字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 100 留有裕量。對(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，選擇容量時(shí)留有裕量要大些。2)對(duì) I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇。PLC 的 I/O 響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在 2 3 個(gè)掃描周期）等。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng),PLC 和 I/O 響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)問題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問題。3)根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型。不同的負(fù)載對(duì)PLC的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如

13、，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級(jí)范圍大等。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。 4）對(duì)在線和離線編程的選擇。 離線編程是指主機(jī)和編程器共用一個(gè) CPU ，通過編程器的方式選擇開關(guān)來選擇 PLC 的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時(shí)， CPU 只為編程器服務(wù)，而不對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行控制。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè) CPU ，主機(jī)的 CPU 完成對(duì)現(xiàn)場的控制，在每一個(gè)掃描周

14、期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購置計(jì)算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。 據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型 若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求 PLC 應(yīng)具有連接其他 PLC 、上位計(jì)算機(jī)及 CRT 等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。 5）對(duì) PLC 結(jié)構(gòu)形式的選擇。在相同功能和相同 I/O 點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故

15、障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇 PLC 的結(jié)構(gòu)形式。 FX2N作為主要控制元件：20世紀(jì)90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎(chǔ)上推出了FX2N系列產(chǎn)品，該機(jī)型在運(yùn)算速度，指令數(shù)量及通訊能力方面有了較大的進(jìn)步，是一種小型化、高速度、高性能、各方面都相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型的PLC；平均無故障時(shí)間可高達(dá)30萬小時(shí)，具有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)具有配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。本系統(tǒng)的主控制器采用 日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N一32MR型 PLC，該型 PLC功能較強(qiáng)大，提供16個(gè)輸人點(diǎn)和 l6個(gè)輸出點(diǎn)，

16、繼電器輸出方式，均采用 8進(jìn)制編號(hào)。PLC編程可采用手持式編程器或編程軟件 FXGPWINC，PLC可編程程序控制器及軟件提供了完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程、在線連接和調(diào)試。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)。4.2 仿真軟件GX Developer8.0概要及特點(diǎn) GX Developer8.0編程軟件是FX系統(tǒng)PLC專用的編程軟件，其編程界面和幫助文檔均已漢化，占用空間小，安裝好后僅占用約90MB的空間，功能較強(qiáng)，在Windows98/2000/XP系統(tǒng)下均可運(yùn)行。 GX Developer主要是指能執(zhí)行以下功能的軟件包： 1. 程序的創(chuàng)建

17、 2. 對(duì)可編程控制器CPU進(jìn)行寫入、讀出 3. 監(jiān)視(例如：軟元件批量監(jiān)視) 監(jiān)視有梯形圖監(jiān)視、軟元件批量監(jiān)視、軟元件登錄監(jiān)視功能。 4. 調(diào)試 將所創(chuàng)建的順控程序?qū)懭氲娇删幊炭刂破鰿PU中，對(duì)順控程序能否正常動(dòng)作進(jìn)行測試。此外，通過使用新開發(fā)的GX Simulator,可以在單臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)中進(jìn)行調(diào)試。5. PLC診斷 由于顯示了當(dāng)前的出錯(cuò)狀態(tài)以及故障記錄等，因此可以在短時(shí)間內(nèi)完成除錯(cuò)。此外，通過系統(tǒng)監(jiān)視(僅為QCPU(Q模式)可以獲取關(guān)于特殊功能的詳細(xì)信息，因此在出錯(cuò)時(shí)可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成除錯(cuò)。 GX Developer具有以下特點(diǎn): 1. 軟件的通用性。GX Developer可以創(chuàng)建

18、Q系列、QnA系列、A系列(包括運(yùn)動(dòng)控制器(SCPU)、FX系列的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)置操作共用化(簡稱為GPPA)。但是，A6GPP/A6PHP對(duì)應(yīng)軟件包除外。在轉(zhuǎn)換為SW -GPPQ型GPP功能軟件包(以下簡稱為GPPQ)格式文件之后，可以在GPPA或GPPQ中進(jìn)行編輯。此外，在選擇了FX系列的情況下，在轉(zhuǎn)換為DOS版編程軟件(以下簡稱為FXGP(DOS)、SW0PC-FXGP/WIN編程軟件(以下簡稱為FXGP(WIN)格式文件之后，可以在FXGP(DOS)或者FXGP(WIN)中進(jìn)行編輯。 2. 充分利用Windows 的優(yōu)勢使操作性能大幅度地提高。通過對(duì)Excel、Word等所創(chuàng)建的注釋數(shù)

19、據(jù)等進(jìn)行復(fù)制、粘貼，可以對(duì)現(xiàn)有的資源加以利用。 3. 程序的標(biāo)準(zhǔn)化。4. 豐富的編程語言?？梢酝ㄟ^繼電器符號(hào)語言、邏輯符號(hào)語言、MELSAP3(SFC)、MELSAP-L創(chuàng)建功能塊，此外，還新增了結(jié)構(gòu)化文本(簡稱為ST語言)。 5. 訪問其它站時(shí)的設(shè)置簡單。通過將鏈接對(duì)象的指定圖形化，即使是在配置復(fù)雜系統(tǒng)的情況下，也可以簡單地進(jìn)行設(shè)置以訪問其它站。 6. 可以與可編程控制器CPU以各種方式進(jìn)行連接。7. 豐富的調(diào)試功能。 (1) 可以通過使用GX Simulator簡單地進(jìn)行模擬調(diào)試。 (a) 不需要與可編程控制器CPU進(jìn)行連接。 (b) 不需要?jiǎng)?chuàng)建用于模擬調(diào)試的順控程序。 (2) 在&quo

20、t;幫助"中的CPU出錯(cuò)、特殊繼電器/特殊寄存器的說明有助于在運(yùn)行過 程中發(fā)生出錯(cuò)的情況下，以及在編程過程中希望了解特殊繼電器/特殊寄存器內(nèi)容進(jìn)行參考。 (3) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)過程中只要發(fā)生錯(cuò)誤，將會(huì)彈出導(dǎo)致出錯(cuò)原因的信息，參考這些信息可以減少大量創(chuàng)建數(shù)據(jù)的時(shí)間。 軟件部分調(diào)試的操作如下所述： 1. 新建項(xiàng)目文件 雙擊打開編程軟件，在編程界面，點(diǎn)擊"工程" "創(chuàng)建新工程"，然后在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇與機(jī)型相對(duì)應(yīng)的PLC系列和型號(hào)，在此選擇FXCPU(FX2N)，然后按"確認(rèn)"。 2. 輸入程序 把所設(shè)計(jì)的程序輸入到計(jì)算機(jī)中，熟練使用

21、快捷鍵進(jìn)行程序的編寫。在這個(gè)過程中可以在"編輯"的下拉菜單中選擇"文檔生成"中的"注釋編輯"進(jìn)行相關(guān)觸點(diǎn)的注釋說明，這樣可以加強(qiáng)程序的可讀性。 3. 程序的轉(zhuǎn)換 在編寫程序的過程中，點(diǎn)擊"變換" "變換"，可對(duì)所編寫的程序進(jìn)行表面檢查。 4. 程序的下載 當(dāng)程序的轉(zhuǎn)換沒有錯(cuò)誤時(shí)，單擊工具欄中的"梯形圖邏輯測試啟動(dòng)/停止按鈕，等待把已轉(zhuǎn)換的程序?qū)懭隤LC中。 5. PLC的監(jiān)控和測試 程序?qū)懭隤LC后就可以進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試，單擊工具欄上的軟元件測試，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，在"軟元件&q

22、uot;一欄中寫入你想要監(jiān)視的軟元件，強(qiáng)制ON和OFF，對(duì)這個(gè)調(diào)試過程進(jìn)行監(jiān)視。由于在程序?qū)懭胪旰?，將出現(xiàn)一個(gè)名稱為"LADDER LOGIC TEST TOOL"的對(duì)話框，單擊"菜單啟動(dòng)"中的"繼電器內(nèi)存監(jiān)視"，在里面可以通過時(shí)序圖對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行監(jiān)視。 五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證5.1 基本要求 1) 主持人按下開始搶答按鈕后,搶答開始并限定時(shí)間。 2) 最先按下按鈕的由七段顯示器顯示該臺(tái)臺(tái)號(hào),同時(shí)蜂鳴器發(fā)出音響,其它 搶答按鈕無效。 3) 10S之內(nèi)無人回答, 蜂鳴器發(fā)出音響視搶答無效。 4) 在主持人按下開始搶答按鈕之前有人按下?lián)尨鹌?/p>

23、,則屬違規(guī),在顯示臺(tái)號(hào) 同時(shí)違規(guī)指示燈亮,其它按鈕不起作用。5) 各臺(tái)數(shù)字顯示的消除,蜂鳴器音響及違規(guī)指示燈的關(guān)斷,都要通過主持人 去按下復(fù)位按鈕。5.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及工作原理 1)搶答器同時(shí)為8組選手分別提供按鈕進(jìn)行搶答，按鈕分別為 PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、 PB7。 2)設(shè)置一個(gè)復(fù)位按鈕 PB10，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路的復(fù)位，由主持人控制。 3)當(dāng)主持人打開啟動(dòng)開關(guān)后，在設(shè)定時(shí)間 T1內(nèi)，如果某組搶先按下?lián)尨鸢粹o，則驅(qū)動(dòng)音效電路發(fā)出聲響，某分臺(tái)指示燈亮，并且在 8段數(shù)碼管顯示器上顯示出搶答成功的組號(hào) ，此時(shí)電路實(shí)現(xiàn)互鎖，其他組再按下?lián)尨鸢粹o為無效。 4)如果在時(shí)間 T

24、1內(nèi)，無人應(yīng)答，則驅(qū)動(dòng)音效電路發(fā)出聲響，總臺(tái)燈指示燈亮，表示搶答者均放棄該題。 5)在搶答成功后，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器 ，在設(shè)定的時(shí)間T2內(nèi)回答有效，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時(shí)間T2時(shí)，驅(qū)動(dòng)音效電路，總臺(tái)燈指示燈亮，表示答題時(shí)間到。 5.3 方案論證 無論是在學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是電視節(jié)目中，都可能會(huì)舉辦各種各樣的智力競賽，都會(huì)用到搶答器。目前市場上已有很多類型的競賽搶答器，但其中絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的，采用模擬電路、數(shù)字電路或者模數(shù)混合電路的產(chǎn)品。這搶答器已相當(dāng)成熟，但是隨著功能增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準(zhǔn)確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及功能的升級(jí)換代。數(shù)字及模擬電路

25、組成的搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。單片機(jī)、CPLD組成的搶答器也有一定的缺陷，不夠精確。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、CPLD、PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測技術(shù)的不斷更新。本設(shè)計(jì)就是利用 PLC作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號(hào)的產(chǎn)生，PLC的性能優(yōu)勢必定會(huì)使得競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。 5.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本次設(shè)計(jì)采用的方法是用PLC做主體控制系統(tǒng)來控制

26、。由音效電路、指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5.1所示 開始按鈕SW1SW2復(fù)位按鈕控制按鈕及開關(guān)總臺(tái)PLC控制器音效電路指示燈電路數(shù)碼管顯示電路PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7圖5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖六、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6.1 PLC工作原理PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在

27、PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 循環(huán)掃描過程如圖6.1所示：內(nèi)部處理通信操作輸入處理程序執(zhí)行輸出處理停止 圖6.1 循環(huán)掃描流程圖工作過程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個(gè)階段。（1）內(nèi)部處理階段：在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。（2）通信服務(wù)階段：在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容。1輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通

28、端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 2程序執(zhí)行 根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來說，器件映象寄存

29、器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。 3輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 4.PLC的工作狀態(tài) PLC 有兩種工作狀態(tài)，即運(yùn)行(RUN)狀態(tài)與停止(STOP)狀態(tài)。運(yùn)行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制與修改。在這兩個(gè)不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務(wù)是不盡相同的。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC 通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC 的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次

30、，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC 停機(jī)或切換到停止(STOP)工作模式。在內(nèi)部處理階段，PLC 檢查CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些其他內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，PLC 與其他帶微處理器的智能裝置通信以更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)PLC 處于停止模式時(shí)，只執(zhí)行以上兩種的操作。PLC 處于運(yùn)行(RUN)模式時(shí)，還要完成另外三個(gè)階段的操作。5.掃描周期和響應(yīng)時(shí)間PLC 在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為0.5ms100ms。掃描周期的長短主要取決于以下幾個(gè)因素：CPU 執(zhí)行指令的速度，執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間；程序中指令條數(shù)的多少。指令執(zhí)行所需

31、的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU 執(zhí)行速度有很大關(guān)系，一般說來，一個(gè)掃描過程中，輸入采樣和輸出刷新所占時(shí)間較少，執(zhí)行指令的時(shí)間占了絕大部分。PLC的響應(yīng)時(shí)間是指從PLC外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻起至由它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的間隔，也叫做滯后時(shí)間(通常滯后時(shí)間為幾十毫秒)。它由輸入電路的時(shí)間常數(shù)、輸出電路的時(shí)間常數(shù)、用戶語句的安排和指令的使用、PLC 的循環(huán)掃描方式以及PLC 對(duì)I/O 的刷新方式等部分組成。這種現(xiàn)象稱為I/O 延遲響應(yīng)或滯后現(xiàn)象。由于PLC 的這種周期循環(huán)掃描工作方式，決定了響應(yīng)時(shí)間的長短與收到輸入信號(hào)的時(shí)刻有關(guān)。響應(yīng)時(shí)間可以分為最短響應(yīng)時(shí)間和最長

32、響應(yīng)時(shí)間。（1）最短響應(yīng)時(shí)間如果在一個(gè)掃描周期剛結(jié)束之前收到一個(gè)輸入信號(hào)，在下一個(gè)掃描周期之前進(jìn)入輸入采樣階段，這個(gè)輸入信號(hào)就被采樣，使輸入更新，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最短。（2）最長響應(yīng)時(shí)間如果收到一個(gè)輸入信號(hào)經(jīng)輸入延遲后，剛好錯(cuò)過I/O 刷新的時(shí)間，在該掃描周期內(nèi)這個(gè)輸入信號(hào)無效，要到下一個(gè)掃描周期輸入采樣階段才被讀入，使輸入更新，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間最長。由于PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，即對(duì)信息串行處理方式，必定導(dǎo)致輸入、輸出延遲響應(yīng)，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。對(duì)于一般工業(yè)控制要求，這種滯后現(xiàn)象是允許的。但是對(duì)那些要求響應(yīng)時(shí)間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時(shí)可以使用智能輸I/O單元(如快速響應(yīng)I/O模塊)或

33、專門的指令(如立即I/O指令)，通過與掃描周期脫離的方式來解決。6.2 外部接線圖本次設(shè)計(jì)的外部接線圖如圖6. 2所示。x000x001x002xx003x004x005x006x007x011x010comººººººººººººººººººººa b cdefg音效電路y20y21y22y23y24y25y26y10y0y7y11com2com1 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5

34、 PB6 PB7 SW1 SW2 DCL1ACDCFX2N-32MR圖6.2 外部接線圖七、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)7.1 I/O口的分配本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)I/O口的分配表如表7.1所示。其他機(jī)內(nèi)器件所代表的意義如表7.2所示。表7.1 I/O口的分配輸入口所接器件輸出口所接器件X10SW1Y0L0X11SW2Y1L1X0PB0Y2L2X1PB1Y3L3X2PB2Y4L4X3PB3Y5L5X4PB4Y6L6X5PB5Y7L7X6PB6Y20數(shù)碼管a段X7PB7Y21數(shù)碼管b段Y22數(shù)碼管c段Y23數(shù)碼管d段Y24數(shù)碼管e段Y25數(shù)碼管f段Y26數(shù)碼管g段Y10L8Y11蜂鳴器表7.2 其他機(jī)內(nèi)器件所代表的意義

35、M0公共控制觸點(diǎn)繼電器M1應(yīng)答時(shí)間輔助繼電器M2搶答輔助繼電器M3答題時(shí)間輔助繼電器M4音響啟動(dòng)信號(hào)繼電器T1應(yīng)答時(shí)間10ST2答題時(shí)間30ST3音響時(shí)限1S數(shù)碼管顯示控制 數(shù)碼管采用共陽的，其顯示規(guī)律如表7.3所示。表7.3 數(shù)碼管顯示真值表abcdefgh0111111001011000002110110103111100104011001105101101106101111107111000008111111119111101107.2 系統(tǒng)支路的設(shè)計(jì)7.2.1 應(yīng)答開始控制應(yīng)答開始是當(dāng)主持人按下開始按鈕（X011）之后才能夠搶答。在主持人按下開始按鈕的同時(shí)定時(shí)器（T1）開始計(jì)時(shí)，程序梯

36、形圖如圖7.4所示。圖7.4 應(yīng)答開始控制程序梯形圖7.2.2搶答控制在開始搶答后，任意一組都可以開始搶答，搶答成功后對(duì)應(yīng)的分臺(tái)燈就會(huì)亮，同時(shí)接通搶答輔助繼電器（M2）對(duì)其他各組進(jìn)行互鎖讓其他各組的搶答無效。程序梯形圖如圖7.5所示。 圖7.5 搶答控制程序梯形圖7.2.3 答題時(shí)限控制 在搶答成功后定時(shí)器（T2）開始計(jì)時(shí)，如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒有完成答題，則總臺(tái)燈（Y011）、音響啟動(dòng)信號(hào)繼電器（M2）接通，總臺(tái)燈亮并且驅(qū)動(dòng)音響（Y010）。程序梯形圖如圖7.6所示。圖7.6 搶答時(shí)限控制程序梯形圖7.2.4 違例 在主持人按下開始按鈕（X011）之前如果有人按下?lián)尨鸢粹o就會(huì)接通分臺(tái)燈、總抬燈

37、及音響，程序梯形圖如圖7.7所示。圖7.7 搶答偽例控制程序梯形圖系統(tǒng)整體程序梯形圖及指令表見附錄。八、系統(tǒng)仿真與調(diào)試8.1 系統(tǒng)的仿真 X0010 總臺(tái)復(fù)位 X0011 總臺(tái)開始 TS1 定時(shí)器11）當(dāng)有某人違例（假如是第1組）仿真圖如圖8.1所示總臺(tái)燈（Y11）、某臺(tái)燈（Y0）、音響（Y10）、數(shù)碼管顯示（Y21、Y22）為組號(hào)1圖8.1 某人違例仿真圖2）正常搶答情況（假如是第1組）仿真圖如圖8.2所示某臺(tái)燈（Y0）、音響（Y10）、數(shù)碼管顯示（Y21、Y22）為組號(hào)1圖8.2 正常搶答仿真圖3）無人應(yīng)答及答題超時(shí)的情況總臺(tái)燈（Y11）、音響（Y10）仿真圖如圖8.3所示圖8.3 無人應(yīng)

38、答及答題超時(shí)仿真圖8.2 工作過程分析 1)開始搶答前，主持人首先通過復(fù)位按鈕SW1(X010)實(shí)現(xiàn)電路復(fù)位，在提問之后，打開選擇開關(guān)SW2(X0111啟動(dòng)定時(shí)器 T1,本程序預(yù)設(shè)為10S。 2)在搶答限時(shí)內(nèi)，當(dāng)某一組搶先按下?lián)尨鸢粹o后，對(duì)應(yīng)的輔助繼電器接通，同時(shí)切斷其它搶答回路，實(shí)現(xiàn)互鎖。如 PB0搶先按下，則 XO00導(dǎo)通，輔助繼電器 M0接通,同時(shí)切斷 M1一M7搶答回路,PB1一PB7再按下將不會(huì)起作用。3)搶答成功后，輔助繼電器 M2接通，啟動(dòng)音效電路 (YOIO)和某分臺(tái)指示燈，同時(shí)利用內(nèi)部編碼程序段控制輸出點(diǎn) YO00一YO06，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部數(shù)碼顯示器顯示搶答成功的組號(hào)

39、。 4)如果在限時(shí)內(nèi)無人搶答，則啟動(dòng)音效電路 (YO10)和總臺(tái)指示燈 (YO11)，外部數(shù)碼顯示器也顯示。 5)搶答成功后，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器 T2(本程序預(yù)設(shè)為 30s)，當(dāng)T2計(jì)時(shí)結(jié)束 ，將啟動(dòng)音效電路和指示燈提示回答時(shí)間到。九、心得體會(huì)很快，為期兩周的專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束。在這不長不短的兩周時(shí)間里，我感悟到了很多。在此次課程設(shè)計(jì)中，我們體驗(yàn)到了理論知識(shí)在實(shí)際中的運(yùn)用，體驗(yàn)到了創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。通過此次設(shè)計(jì)既鞏固了我們的理論知識(shí)，又鍛煉了我們的動(dòng)手操作能力。也讓我們認(rèn)識(shí)到了把理論運(yùn)用到實(shí)際過程中可能會(huì)遇到一些不同的困難，但只要認(rèn)真分析、仔細(xì)思考，用科學(xué)冷靜的頭腦去研究問

40、題，終究能發(fā)現(xiàn)問題的所在，取得成功。我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)?shù)姆爆?，有時(shí)花很多時(shí)間檢查程序錯(cuò)誤，分析原因，那時(shí)心中就有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更需要靜下心來，更仔細(xì)的查找原因。才能解決遇到的問題。有時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題的時(shí)候，需要做大量的工作，花大量的時(shí)間才能解決。自然而然，我的耐心便培養(yǎng)起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增加了信心。同時(shí)通過這次課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。非常感謝這次機(jī)會(huì)。 這次課程設(shè)計(jì)過程中我受益匪淺，在摸索中實(shí)現(xiàn)了課題所要求的結(jié)果。培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了動(dòng)手操作能力。更讓我體會(huì)到了實(shí)現(xiàn)功能的喜悅。十、參考文獻(xiàn) 1 史國生. 電氣控制與可編程技術(shù). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.2 高欽和. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例. 北京：人民郵電出版社，2004.3 張新軍. 電氣控制與PLC技術(shù)及應(yīng)用. 濟(jì)源：濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院出版社，2006.4 王成福. 可編程序控制器原理及