聲光顯示智力競賽搶答器

1、目 錄0 引言 . . 1 1 設(shè)計(jì)方案的選擇 . 2 1.1 整體功能介紹 . 2 1.2 競賽搶答器的控制要求 . 21.3 用單片機(jī)和 PLC 分別做系統(tǒng)的比較 . . 33軟件設(shè)計(jì) . . 13 3.1 IO 分配 . 13 3.2 搶答程序流程圖 . 13 3.3 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)(詳圖見附錄 . 143.4程序運(yùn)行過程分析說明 . 144 結(jié)束語 . 17 參考文獻(xiàn) . 18 致 謝 . . 19 附錄 . 20 梯形圖 . . 200引言目前國內(nèi)外市場上已有很多類型的智力競賽搶答器,其大致采用模擬電路、數(shù)字電 路、單片機(jī)或者 PLC 芯片、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對于

2、采用模擬電路或者數(shù)字 電路的產(chǎn)品,其技術(shù)相當(dāng)成熟。但是隨著功能的增多,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) 及其功能的升級(jí)換代。對于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來說,其程序簡單,反應(yīng)靈敏,便于參數(shù)調(diào) 節(jié)及其功能的升級(jí)換代,但鑒于其必須配合計(jì)算機(jī)實(shí)用,可操作性差,沒有得到廣泛的 應(yīng)用。而對于科技飛速發(fā)展的今天, PLC 、單片機(jī)應(yīng)用的不斷深入,帶動(dòng)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(diǎn), 以 PLC 、 單片機(jī)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(diǎn): 在一次搶答過程中,當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時(shí),只能處理違規(guī)搶

3、答信號(hào),而對沒 有違規(guī)的有效信號(hào)不能進(jìn)行處理,因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。 當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí),優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個(gè),或利用搶答電路電子 元件的“競爭”選擇其中一個(gè)。對于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定,各 路搶答信號(hào)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(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí),普通搶答器只能“抓住”其中一個(gè)違規(guī)者。因而出現(xiàn)了 “漏洞” 。現(xiàn)在大多搶答器都是以 PLC 、 單片機(jī)為控制核心的智能搶答器, 它對采樣獲得的各 種搶答信號(hào)進(jìn)行分析。但僅有搶答功能的搶答器已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)的需要。該設(shè)計(jì) 不但有搶答功能,而且還有一個(gè)計(jì)分系統(tǒng),能分別對四

4、個(gè)選手進(jìn)行計(jì)分,并能夠?qū)Ψ謹(jǐn)?shù) 進(jìn)行加、 減。 帶計(jì)分功能的智能搶答器將會(huì)取代一般的智能搶答器, 更好的服務(wù)于社會(huì)。1 設(shè)計(jì)方案的選擇1.1 整體功能介紹智力競賽競賽搶答器,顧名思義就是用于比賽時(shí),跟對手比反應(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,它的應(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。1.2 競賽搶答器的控制要求 智力競賽競賽搶答器能使 4個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答。 設(shè)裁判隊(duì)為裁判臺(tái),參賽對為參賽臺(tái)。裁判臺(tái)設(shè)有音

5、響和裁判燈,并且設(shè)有裁 判臺(tái)開始按鈕 SB0和裁判臺(tái)復(fù)位按鈕 SB5;參賽臺(tái)設(shè)有參賽臺(tái)搶答按鈕以及參賽臺(tái)燈。 1-4號(hào)參賽臺(tái)分別對應(yīng)按鈕 SB1-SB4及參賽臺(tái)燈 EL1-EL4。 智力競賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則:出題后,各隊(duì)搶答必須在裁判說出“開 始”并按下裁判臺(tái)的開始按鈕 SB0后 15S 內(nèi)搶答,并由數(shù)碼管顯示時(shí)間。如提前搶答, 搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號(hào)。 15S 時(shí)間到,如無隊(duì)搶答,則搶答器給出時(shí)間已到信號(hào),該 題作廢。在有隊(duì)搶答的情況下,則搶答器發(fā)出“搶答”信號(hào),數(shù)碼管開始計(jì)時(shí),并由數(shù) 碼管顯示出搶到題的參考隊(duì)號(hào),搶到題的隊(duì)必須在 30S 內(nèi)答完題,如 30S 內(nèi)未答完,則 作超時(shí)處

6、理。 燈光與音響信號(hào)的意義如下:(見圖 1-1 結(jié)構(gòu)流程圖 音響叫(響 1S +某臺(tái)燈亮,由某參賽隊(duì)正常搶答。 音響叫(響 1S +某臺(tái)燈亮 +總臺(tái)燈亮,某參賽隊(duì)違規(guī)。 音響叫(響 1S +裁判臺(tái)燈亮,無人搶答或答題超時(shí)。 在某個(gè)題結(jié)束后,裁判員按下臺(tái)上的復(fù)位按鈕 SB5,搶答器恢復(fù)原來的狀態(tài), 為下一輪搶答作好準(zhǔn)備。 各輸出端口統(tǒng)一采用直流 24V 電源。圖 1-1 結(jié)構(gòu)流程圖1.3 用單片機(jī)和 PLC 分別做系統(tǒng)的比較所謂單片機(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(jì)電路板,最終設(shè)計(jì)成一臺(tái)簡易的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所要 求的控制功能。但由

7、于受到本身可靠性及其它方面的限制,目前在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用已逐 步被 PLC 所代替。單片機(jī)的可靠性:由于目前國內(nèi)市場上的單片機(jī)芯片的品質(zhì)良莠不齊,很大一部分 還是國外篩選出來的次等品,加上其它外圍元件(如電阻、電容等的參數(shù)離散性也很 大,批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過篩選配對等技術(shù)處理,因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一 致性和高可靠性。另外,單片機(jī)的抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱,因此,更可能 引起單片機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。單片機(jī)的可擴(kuò)展性比較低。單片機(jī)的可維護(hù)性:一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障,很難診斷出故障元件,最簡單的方 法是更換整個(gè)系統(tǒng),這樣維修成本增加了。操作:現(xiàn)在國內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作復(fù)雜,不利于更加快速有

8、效的排除故障。 特點(diǎn):不可靠,價(jià)格便宜。 可編程控制器 (PLC :所謂 PLC 系統(tǒng)就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn) 的可編程控制器, 根據(jù)要求選用不同的模塊, 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能。 這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛。PLC 的可靠性:進(jìn)口 PLC 采用的 CPU 都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專用處理器, 其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的,經(jīng)過嚴(yán)格挑選的工業(yè)級(jí)元件,另外它的電源模 塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗(yàn)而特別設(shè)計(jì)的, 抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很 大提高,即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。PLC 的可擴(kuò)展性:要增加一個(gè)功能只要增加相應(yīng)的模塊

9、和修正對應(yīng)的程序, 而 PLC 的編程相對比較簡單,這樣對于開發(fā)周期會(huì)縮短。PLC 的可維護(hù)性:PLC 本身有很強(qiáng)的自診斷功能,一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障,根據(jù)自診斷 很容易診斷出故障元件, 即使非專業(yè)人員也能維修, 如果故障由于程序設(shè)計(jì)不合理引起, 由于它提供完善的調(diào)試工具,要找出故障也較為簡單。操作:PLC 的操作采用觸摸式操作終端,人機(jī)界面,全屏顯示,上面設(shè)計(jì)了很詳盡 的操作指南, 即使第一次使用, 也能根據(jù)提示順利操作, 這就降低了對操作人員的要求, 一般工人也能很快掌握。另外,一旦系統(tǒng)發(fā)生故障,畫面自動(dòng)切換到故障提示畫面,提 示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī)器上的位置,維修人員可以根

10、據(jù)提示很 快排除故障。特點(diǎn):價(jià)格與前二種控制器相比略貴,可靠性好,操作簡單。綜合以上的分析和比較,最終決定采用 PLC 。2 硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC的概述可編程控制器(PLC 是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置,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,具有控制功能強(qiáng),可靠性高,使用靈活方便, 易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來越廣泛?？删幊炭刂破?(Programmable Logic Controller 即 PLC ?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他以微處理為核心,用編寫的程序不僅可 以進(jìn)行邏輯控制, 還可以定時(shí), 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等, 并通過數(shù)字量和模擬量的輸入 /輸出 來控制機(jī)械

11、設(shè)備或生產(chǎn)過程。美國電氣制造商協(xié)會(huì)經(jīng)過 4年調(diào)查,與 1980年將其正式 命名為可編程控制器(Programmable Controller ,簡寫為 PC 。后來由于 PC 這個(gè)名稱常 常被用來稱呼個(gè)人電腦(Personal Computer ,為了區(qū)別,現(xiàn)在也把可編程控制器稱為 PLC 。國際電工委員會(huì)(IEC 于 1987年對 PLC 定義如下: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。 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)字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過

12、 程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體,易于拓展其功能 的原則設(shè)計(jì)。事實(shí)上, PLC 就是以嵌入式 CPU 為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以方便的用 于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。 PLC 與機(jī)器人, 計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三 大支柱。PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置, 使其應(yīng)用受到限制。 但近年來由于微 處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使 PLC 的成本下降,同時(shí)又由于 PLC 的功能大 大增強(qiáng),使 PLC 的應(yīng)用越來越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電 力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC 的應(yīng)用通常可分為五種

13、類型: 順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域, 用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。 PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、 切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多 軸位置控制模版。在多數(shù)情況下, PLC 把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊,其輸出移動(dòng) 一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。 閉環(huán)過程控制 PLC 能控制大量的物理參數(shù),如溫度、壓力、速度和流量等。 PID (Proportional Intergral Derivative模塊的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制功

14、能,即一個(gè)具 有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當(dāng)過程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí), PID 控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。 數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中,出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC 和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制 (CNC 設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。 著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen10、 11、 12系列, 已將 CNC 控制功能作為 PLC 的一部分。為了實(shí)現(xiàn) PLC 和 CNC 設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由 傳遞,該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件,用戶可以獨(dú)自編程,由 PLC 送至 CNC 設(shè)備使用。美國 GE 公司的 CNC 設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的

15、PLC 。預(yù)計(jì) 今后幾年 CNC 系統(tǒng)將變成以 PLC 為主體的控制和管理系統(tǒng)。 通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國外近幾年來興起的工廠自動(dòng)化(FA 系統(tǒng)、柔性制造 系統(tǒng)(FMS 及集散控制系統(tǒng)(DCS 等發(fā)展的需要,必須發(fā)展 PLC 之間, PLC 和上 級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng),不僅 PLC 數(shù)據(jù)通信速率要求高,而且 要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對策。PLC 具有的特點(diǎn)是: 抗干擾能力強(qiáng),可靠性高。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活。 編程方便,易于使用。 功能完善,擴(kuò)展能力強(qiáng)。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。 結(jié)構(gòu)緊湊 體積小、重量輕,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于以上特點(diǎn),使得 P

16、LC 獲得極為廣泛的應(yīng)用。按 I/O點(diǎn)數(shù)容量分類 一般來說, PLC 處理的 I/O點(diǎn)數(shù)比較多,反映控制關(guān)系比較 復(fù)雜,用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量比較大,要求 PLC 的指令及其他功能比較多,指令 執(zhí)行的過程比較快等。按 PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將 PLC 分為四類: 微型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)小于 64點(diǎn)的 PLC 為超小型或微型 PLC 。 小型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)為 256點(diǎn)以下, 用戶程序存儲(chǔ)容量小于 8KB 的為小型 PLC 。 它可以連接開關(guān)量和模擬量 I/O模塊以及其他各種特殊功能模塊, 能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、 計(jì)時(shí)、 計(jì)數(shù)、 算術(shù)運(yùn)算、 數(shù)據(jù)處理和傳送、 通信聯(lián)網(wǎng)等功能。 如西門子公

17、司的 S7-200PLC , 三菱公司的 F1、 F2和 FX0系列 PLC 都屬于小型機(jī)。 中型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)在 5122048點(diǎn)之間的為中型 PLC 。它除了具有小型機(jī)所 能實(shí)現(xiàn)的功能外,還具有更強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量 和更快的掃描速度。如西門子公司的 S7-300PLC 、三菱公司的 A1S 系列 PLC 都屬于中 型機(jī)。 大型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)為 2048點(diǎn)以上的為大型 PLC 。 它具有極強(qiáng)的軟件和硬件功 能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能,它可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng),實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。 另外大型 PLC 還可以采用三個(gè) CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng),使機(jī)器

18、具有更高的可靠性。如西 門子公司的 S7-400系列 PLC 、三菱公司的 A3M 、 A3N 系列 PLC 都屬于大型機(jī)。 上述劃分沒有嚴(yán)格的界限,隨著 PLC 技術(shù)的飛速發(fā)展,某些小型 PLC 也具備中型 機(jī)和大型機(jī)的功能,這也是 PLC 的發(fā)展趨勢。按結(jié)構(gòu)形式分類 按 PLC 物理結(jié)構(gòu)形式的不同,可分為整體式(也稱單元式和 組合式(也稱模塊式兩類。 整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 是將中央處理單元 (CPU 、 存儲(chǔ)器、 輸入單元、 電源、通信端口、 I/O擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。內(nèi)外還有獨(dú)立的 I/O擴(kuò) 展單元等通過擴(kuò)展電纜與主機(jī)上的擴(kuò)展端口相連,以構(gòu)成 PLC 不同配置

19、與主機(jī)配合使 用。整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便。 組合式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的 PLC 是將 CPU 、輸入單元、輸出單元、電源單元、智 能 I/O單元, 通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板和擴(kuò)展模塊。 組合式的特點(diǎn)是配置靈活, 輸入接點(diǎn)、輸出接點(diǎn)的數(shù)量可以自由選擇,各種功能模塊可以依需要靈活配置。2.2 控制特點(diǎn)分析智力競賽搶答器通過 PLC 進(jìn)行按控制要求編程,其主要的輸入就是通過裁判員和 參賽選手的按鈕,然后將信號(hào)傳遞給信息分析中心(PLC , PLC 將根據(jù)信號(hào)作出相應(yīng) 的響應(yīng)。智力競賽搶答器有六個(gè)輸入信號(hào)(即六個(gè)按鈕 ,九個(gè)輸出信號(hào)(即五個(gè)臺(tái)燈 信號(hào)、一個(gè)音響信號(hào)、

20、三個(gè)數(shù)碼管輸出信號(hào) 。由上可知 PLC 共有六個(gè)輸入點(diǎn),九個(gè)輸 出點(diǎn)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖 2-1所示-圖 2-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖2.3 PLC 與七段 LED 顯示器連接設(shè)計(jì) LED 數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的,亦稱半導(dǎo)體數(shù)碼管。將條狀發(fā)光二極管按照 共陰極(負(fù)極或共陽極(正極的方法連接,組成“ 8”字,再把發(fā)光二極管另一電 極作筆段電極,就構(gòu)成了 LED 數(shù)碼管。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光,就 能顯示從 09 的一系列數(shù)字。同熒光數(shù)碼管(VFD 、輝光數(shù)碼管(NRT 相比,它具 有:體積小、功耗低、耐震動(dòng)、壽命長、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時(shí)間短,能與

21、TTL 、 CMOS 電路兼容等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)已廣泛用作數(shù)字化儀表、數(shù)控裝置、家用電器中的數(shù) 顯器。常見 LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2-2所示。圖 2-2(b 屬于共陽極結(jié)構(gòu), 圖 2-2(c采用共陰極結(jié)構(gòu)。 分別表示公共陽極和公共陰極。 a g 是 7 個(gè)筆段電極, DP 為 小數(shù)點(diǎn)。另有一種字高為 7.6 mm 的超小型 LED 數(shù)碼管,管腳從左右兩排引出,小數(shù) 點(diǎn)則是獨(dú)立的。 圖 2-2 常見 LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) LED 數(shù)碼管的主要特性工作電壓 1.55V ,一般為 1.52.5V ,工作電流 510mA ,高亮度管可在低電 壓和小電流(1mA 左右條件下工作。單色性好

22、,亮度高、高頻特性優(yōu)良,發(fā)光響應(yīng)時(shí)間非常短,通常小于 0.1us ,工 作溫度范圍為 -30+80,使用壽命可達(dá) 5M 小時(shí)以上。 LED 數(shù)碼管每筆畫工作電流 I 在 510 mA 之間,若電流過大會(huì)損壞數(shù)碼管,因 此必須加限流電阻,其阻可按下式計(jì)算(-=10V V R其中 V0為加在 LED 兩端上的電壓, V1為 LED 數(shù)碼管每筆劃壓降(約為 2V 。PLC 具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)以及運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。 PLC 的梯形圖語言清 晰直觀、可讀性強(qiáng),易于掌握。在工業(yè)控制中, PLC 作為面向控制對象的下位機(jī),已廣 泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。但對于一般的中小型的專用設(shè)備,采用工業(yè)控制計(jì)

23、算機(jī) 作為上位機(jī)會(huì)使成本大大提高, 同時(shí)不便于在操作現(xiàn)場直接讀取或輸入數(shù)據(jù) . 在顯示數(shù)據(jù) 較少時(shí),采用 PLC 控制 LED 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示,可以降低成本,使得數(shù)據(jù)顯示直觀。而當(dāng)欲顯示的數(shù)據(jù)較多時(shí), PLC 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示,會(huì)使得所需 PLC 輸出點(diǎn)數(shù)大大增 加,同時(shí)由于 PLC 梯形圖的局限性,會(huì)使得顯示程序的編制變得非常復(fù)雜,這不僅增 大了程序編制的難度,而且增加了程序的執(zhí)行時(shí)間,從而大大地降低了顯示速度。在應(yīng)用可編程序控制器 (PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中,除要求 PLC 完成指定的控制功能 外,往往還要求附帶有輸出顯示,對一些參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示,以利于操作者監(jiān)控生 產(chǎn)過程。 PLC

24、通過輸出模塊外接顯示電路,一般要求少占用輸出點(diǎn)數(shù)、外接電路簡單、 輸出顯示速度盡可能快。 OMRON 公司推出的 CQM1型 PLC 指令中設(shè)置了 7段輸出顯 示指令 7SEG(2,該指令有 4位和 8位兩種方式,輸出 8位數(shù)時(shí)要占用 13 個(gè)輸出點(diǎn), 若要求輸出顯示 5 位數(shù)時(shí),需選用 8位方式,占用 13個(gè)輸出點(diǎn)。 PLC 輸出模塊接 LED 數(shù)碼管顯示的方法已應(yīng)用在一實(shí)際 CQM1型 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)中。PLC 驅(qū)動(dòng)的顯示電路配合 PLC 程序,可以實(shí)現(xiàn)如下的指標(biāo)的數(shù)據(jù)顯示: 在僅占用 PLC16點(diǎn)輸出的情況下,顯示的 LED 可多達(dá) 128 個(gè)。 所有的顯示單元的電路結(jié)構(gòu)完全相同

25、,可以互換。 所有的顯示單元與 PLC 之間的連線完全相同,硬件連線簡單。 采用靜態(tài)顯示方式,顯示沒有閃爍感。 每一位 LED 數(shù)據(jù)更新顯示僅需 2個(gè) PLC 掃描周期。根據(jù) LED 數(shù)碼管每筆畫工作電流 I 在 510 mA 之間,若電流過大會(huì)損壞數(shù)碼管, 因此必須加限流電阻,其阻可按下式計(jì)算(-=10V V R其中 V0為加在 LED 兩端上的電壓, V1為 LED 數(shù)碼管每筆劃壓降(約為 2V 。 本次設(shè)計(jì) PLC 電源采用的是直流 24V , PLC 的輸出電壓為 5V ,安通過數(shù)碼管的電 流 I=3mA計(jì)算可得 R=1K。 本次設(shè)計(jì)共用到了三個(gè)數(shù)碼管, 所以須要 21個(gè) 1K 的 R

26、 , 以及 5個(gè) EL 燈和一個(gè)音響。為了硬件電路接線方便, SB0作為搶答的開始按鈕,對應(yīng)輸入點(diǎn)為 X0,輸出點(diǎn)為 Y0。 SB1、 SB2、 SB3、 SB-4分別對應(yīng)四個(gè)參賽對號(hào),輸入點(diǎn)分別 X1、 X2、 X3、 X4, 輸出點(diǎn)分別為 Y1、 Y2、 Y3、 Y4。 SB5作為搶答的復(fù)位按鈕,對應(yīng)輸入點(diǎn)為 X5。音響 輸出點(diǎn)為 Y5。數(shù)碼管 1顯示輸出點(diǎn)為 Y10-Y16。數(shù)碼管 2顯示輸出點(diǎn)為 Y20-Y26。數(shù) 碼管 3顯示輸出點(diǎn)為 Y30-Y36。 PLC 與數(shù)碼管采用串電阻直接連接方式。 其外部硬件接 線圖如圖 2-3所示 3軟件設(shè)計(jì)3.1 IO 分配表 3-1智力競賽搶答器輸

27、入輸出口分配表為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀, 用 SB0作為, 四個(gè)參賽隊(duì)分別用與之對應(yīng) 號(hào) SB1、 SB2、 SB3、 SB4設(shè)置按鈕。 SB5為比賽復(fù)位按鈕,使下輪比賽開始。輸出與 輸入對應(yīng),用 YO 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)比賽開始信號(hào)燈 EL0,同理用 Y1、 Y2、 Y3、 Y4輸出 信號(hào)驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的信號(hào)燈 EL1、 EL2、 EL3、 EL4。 Y5輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)音響。 Y10-Y16輸出 信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 1顯示各個(gè)參賽隊(duì)的隊(duì)號(hào)。 Y20-Y26輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 2,顯示搶答 時(shí)間的個(gè)位, Y30-Y36輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 3,顯示搶答時(shí)間的十位。3.2 搶答程序流程圖當(dāng)裁判按下開始按鈕

28、時(shí), 四個(gè)參賽對處于搶答狀態(tài), 假如是一號(hào)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(shí)間內(nèi)答題,若 在規(guī)定時(shí)間內(nèi),則答題結(jié)束;若超時(shí),則提示主持人;如果搶答沒有成功,則判斷是否 搶答犯規(guī),若法規(guī),某法規(guī)臺(tái)燈亮,總臺(tái)燈亮出指令。圖 3-1 搶答程序流程圖3.3 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)(詳圖見附錄3.4程序運(yùn)行過程分析說明 當(dāng)裁判臺(tái)按下開始按鈕時(shí),就將信號(hào)傳入 PLC 中,同時(shí)四個(gè)參賽隊(duì)處于搶答狀 態(tài)。 然后根據(jù)哪個(gè)隊(duì)最先搶到題目, 然后在規(guī)定的答題時(shí)間內(nèi)作答, 或者答題超時(shí)。 (由 規(guī)定顯示電路和音響作出反應(yīng)。 例如, 1號(hào)參賽隊(duì)搶到題目,同時(shí)搶答

29、繼電器 M1 通 電并自鎖,搶答繼電器 M1與其它參賽臺(tái)按鈕輸入觸點(diǎn)相串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)斷開,使得在 有搶答按鈕按下的情況下,其它按鈕均無效。搶答繼電器 M1閉合,答題限時(shí)繼電器 M2 閉合并自鎖,使得答題限時(shí)計(jì)時(shí)器 T 1開始計(jì)時(shí)。若 1號(hào)參賽臺(tái)答題超時(shí),搶答繼電器 M1通電閉合 (有人搶答 ,答題限時(shí)計(jì)時(shí)器 T1計(jì)時(shí)到,其常開觸點(diǎn)閉合。在答題超時(shí)的情況下, M1的常開觸點(diǎn)與 T1的常開觸點(diǎn) 串聯(lián)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)的燈和音響。若 1號(hào)參賽臺(tái)違規(guī)搶答,搶答允許繼電器 M0未閉合,裁判員未按下開始按鈕 SB0(X0 未閉合 ,而搶答繼電器 M1閉合 (有人搶答 。在違規(guī)搶答的情況下, M0和 M1是 “ 與

30、 ” 的關(guān)系,即 M0的常閉觸點(diǎn)與 M1的常開觸點(diǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)燈和音響。無參賽隊(duì)搶答, 搶答繼電器 M1未通電閉合 (無人搶答 , 搶答限時(shí)計(jì)時(shí)器 T0計(jì)時(shí) 到, 常開觸點(diǎn)閉合。 當(dāng)無人搶答時(shí), M1的常閉觸點(diǎn)與 T0的常開觸點(diǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)燈 和音響。綜上所述, 當(dāng) 1號(hào)參賽隊(duì)違規(guī)搶答、 無人搶答、 答題超時(shí)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)燈及正常搶答、 答題驅(qū)動(dòng)音響的梯形圖。 其中 M3為音響驅(qū)動(dòng)繼電器, 當(dāng)四種條件中有一種合符時(shí), M3閉合一個(gè)掃描周期,使得音響驅(qū)動(dòng)輸出繼電器 Y5閉合,音響發(fā)出聲音,同時(shí)音響限時(shí) 計(jì)時(shí)器 T2通電計(jì)時(shí),經(jīng)過 1S 后計(jì)時(shí)器 T1動(dòng)作,其常閉觸點(diǎn)斷開 Y5及 T2的電源,音

31、響停止發(fā)出聲音。 搶答參賽隊(duì)號(hào)顯示,選用輸出繼電器 Y10Y16驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 1的七段發(fā)光管, 即當(dāng)有人搶答時(shí)即可顯示搶到題的隊(duì)號(hào)。 當(dāng) 1 號(hào)參賽臺(tái)搶到題, 則 1號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器 Y1閉合, Y1 的常開觸 點(diǎn)閉合,驅(qū)動(dòng) Y11 和 Y12,數(shù)碼管 1 即顯示“ 1”的字符。 當(dāng) 2號(hào)參賽臺(tái)搶到題,則 2號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器 Y2閉合,驅(qū)動(dòng) Y10、 Y11、 Y13、 Y14和 Y16,數(shù)碼管 1 即顯示“ 2”的字符。 當(dāng) 3號(hào)參賽臺(tái)搶到題,則 3號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器 Y3閉合,驅(qū)動(dòng) Y10 、 Y11、 Y12、 Y13、和 Y16,數(shù)碼管 1 即顯示“ 3”的字符。

32、當(dāng) 4號(hào)參賽臺(tái)搶到題,則 4號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器 Y4閉合,驅(qū)動(dòng) Y11 、 Y12、 Y15和 Y16,數(shù)碼管 1 即顯示“ 4”的字符。 計(jì)時(shí)脈沖產(chǎn)生程序。 計(jì)時(shí)脈沖產(chǎn)生程序由計(jì)時(shí)器 T3、 T4組成。 當(dāng)搶答允許繼電 器 M0閉合時(shí),計(jì)時(shí)器 T3開始計(jì)時(shí),經(jīng)過 0.5S 后, T3的常開觸點(diǎn)閉合,接通計(jì)時(shí)器 T4的電源;在經(jīng)過 0.5S 后, T4動(dòng)作,其常閉觸點(diǎn)斷開,使 T3復(fù)位,常開觸點(diǎn)閉合, 接通秒個(gè)位移位繼電器 M4。經(jīng)過一個(gè)掃描周期后 T4的常開觸點(diǎn)斷開, M4復(fù)位。 計(jì)時(shí)顯示程序。計(jì)時(shí)顯示程序由輸出繼電器 Y20-Y26, Y30-Y36驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 2和數(shù)碼管 3完成。

33、其中輸出繼電器 Y20-Y26驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 2, 擔(dān)任秒個(gè)位的顯示; Y30-Y36驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 3,擔(dān)任秒十位的顯示。在搶答允許繼電器 M0閉合后,繼電器 M9閉合,輸出繼電器 Y20、 Y21、 Y22、 Y23、 Y24、 Y25閉合,驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 2顯示“ 0”字符,同時(shí)秒脈沖信號(hào)產(chǎn)生程序開始工 作。經(jīng)過 1S 后,秒脈沖繼電器 M4閉合一個(gè)掃描周期,將 M9中“ 1”的狀態(tài)移位至 M10中, M10閉合,輸出繼電器 Y21、 Y22閉合,驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 2顯示“ 1”字符,同理,隨著左指令 SFTL 的運(yùn)行,數(shù)碼管將接著顯示“ 2、 3、 4、 5¨¨¨¨

34、;、 9”字符。 當(dāng)“ 1”狀態(tài)移位至繼電器 M18時(shí),數(shù)碼管 2顯示“ 9”字符;當(dāng)“ 1”的狀態(tài)移位 至繼電器 M19中時(shí),繼電器 M10-M18全部復(fù)位, M9又閉合,數(shù)碼管 2又顯示“ 0”字 符。 同時(shí) M19閉合, 使得繼電器 M20產(chǎn)生一個(gè)掃描周期脈沖, 這個(gè)脈沖將 M21中的 “ 1” 狀態(tài)移位至 M22中, 繼電器 M22閉合, 輸出繼電器 Y31、 Y32閉合, 數(shù)碼管 3顯示 “ 1” 字符。在搶答允許繼電器 M0閉合后,若在 15S 內(nèi)有人搶答,由 M0常開觸點(diǎn)和 M1常開 觸點(diǎn)組成的搶答計(jì)時(shí)顯示觸點(diǎn)閉合,使得 M5閉合一個(gè)掃描周期,數(shù)碼管 2和數(shù)碼管 3復(fù)位清零。同理

35、,若有人搶答但答題超時(shí),則由 M1常開觸點(diǎn)和 T1的常開觸點(diǎn)組成的 答題超時(shí)觸點(diǎn)組閉合,使繼電器 M25閉合,數(shù)碼管 2和數(shù)碼管 3復(fù)位清零。按下復(fù)位按鈕 SB5, X5閉合,各輸出繼電器輔助繼電器全部釋放,為下一次搶答 作準(zhǔn)備。4 結(jié)束語經(jīng)過這半個(gè)學(xué)期的努力, 在老師和同學(xué)的幫助下做完了畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作, 由于自己 知識(shí)的缺乏及能力的有限, 仍沒有能夠?qū)崿F(xiàn)像開題報(bào)告中那樣帶有語音識(shí)別等功能的補(bǔ) 充與完善。 但是通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì), 我能運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)解決我在設(shè)計(jì)中遇到的問題, 使自己的動(dòng)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

36、關(guān)的資料,從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高, 知識(shí)的儲(chǔ)備量也有所增加。在做設(shè)計(jì)時(shí),我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識(shí),這使得我的專業(yè) 知識(shí)在離校之前得到了鞏固。整個(gè)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(huì)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(cuò)誤思維。但是,通過這次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設(shè)計(jì)過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮 問題很不全面,自己的專業(yè)知識(shí)掌握的很不牢固,所掌握的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件還不夠多, 我希望自己的這些不足之處能在今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改善。而且,通過這次設(shè)計(jì), 我懂得了學(xué)習(xí)的重要性,學(xué)會(huì)了堅(jiān)持和努力,這將為以后的學(xué)習(xí)做出了最好的榜樣!同 時(shí),該設(shè)計(jì)也有不足之處,缺少了答題計(jì)分等功能。我將會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1 工業(yè)可編程控制器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 J.航天技術(shù)與民