三路智力抢答器PLC控制.doc

三路智力抢答器三菱FX on系列PLC课程设计说明书 学院 机电工程学院 班级 09电气本一 姓名 赵 辉 学号 90513002 摘 要 近年来随着科技的飞速发展， PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。 本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制智力抢答器进行控制。首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的三路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、计时及计分输出显示功能等。 关键词：智能控制;三路抢答器;PLC;计分目 录1 前 言42 系统设计内容及要求421 概述422 设计要求523 设计任务63 抢答器硬件系统设计63.1 控制系统选取63.2 控制系统的硬件组成63.3 硬件I/O地址分配73.4 硬件系统接线图83.5 硬件接线分析94 抢答器软件系统设计94.1 整体设计94.2 PLC控制程序95 仿真186 结 论21参考文献221 前 言 目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。而对于科技飞速发展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。传统的普通抢答器主要存在一下缺点： 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。 当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。 当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个违规者。因而出现了“漏洞”。可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。 PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。最后，在该设计过程中给予极大鼓励和帮助的老师、同学，在此表示衷心的感谢。由于在设计过程中存在许多不足，希望老师指正。2 系统设计内容及要求 21 概述该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其回答正确或错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数加分或减分。三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1SB3，最先按下按钮有效，在此以后按下的按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器组成框图如图1所示。 图1 三路智力抢答器组成框图22 设计要求1按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则抢答器自动撤消抢答信号（有声音提示），说明该题无人抢答，自动作废。2按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，其余信号（后按下的）无效，有效信号用灯光和声音指示。3若有人抢答即按下任意一个抢答按钮，从按下按钮开始计时，在答题时间（约1min）完毕时，有灯光和声音信号提示答题时间到。4三路抢答器应有灯显示和分数值显示，对答题正确或错误者，在操作人员的控制下，可对其加10分或减10分。加分可达最大分值是99分，减分可达最少分值是00分。工作流程如图2所示。图2 三路抢答器工作流程示意图23 设计任务（分课程设计部分和实践部分） （一）课程设计部分1完成plc电气控制原理设计（原理图和I/O表）2完成plc及相关电器选择（明细表）3完成plc程序设计（梯形图 ）4完成设计说明书及其他资料 （二）实践部分1. 控制系统输入输出部分连线2. 可编程控制器程序输入、修改、调试及运行3 抢答器硬件系统设计 3.1 控制系统选取抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。为此，我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入, 输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：1、可靠性高2、体积小3、通用性好4、使用方便FX2N系列: 是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力硬件系统分别选择4个电铃，6个灯。3个七段数码显示管（七段数码显示管用7位的信号驱动。在实际应用中可以用三菱PLC指令SEGD.只需要用一个数据寄存器D）。I/O接口分别为7个输入继电器X,27个输出继电器Y.所以选择三菱PLC的FX on系列。在使用方面用软件GXdeveloper.输入程序变换看是否有错误。如果有错误继续修改。没有通过计算机写入PLC运行调试。使用很方便。3.2 控制系统的硬件组成在抢答器的工作过程中，主控单元的主要控制对象首先是输入信号，控制系统就是判别这个事件有没有发生，不同的情况给出不同的结果，让大家都很快明白。其硬件组成结构图如图3所示:数字量输出声音输出信号FX on数字量输入主持人输入信号抢答输入信号分数显示输出信号10秒和60秒输出信号指示灯输出信号图3 硬件系统3.3 硬件I/O地址分配根据任务要求及所选FX on(考虑20%接口裕量)和其他硬件（电铃，灯，七段数码显示管）PLC的I/O地址分配如图4（见下页） 表1 三路智力抢答器输入输出口分配表输入信号输出信号输入设备/符号PLC输入点输出设备/符号PLC输出点主持人复位/停止开关SB0X0PLC控制器电源接通指示HL1Y0主持人复位/停止开关SAX0Plc控制器电源接通指示HL1Y0主持人按抢答开始按钮SB0X1抢答信号灯、控制声音（HA）Y1主持人加分按钮(+)X21号灯光和声音Y2主持人减分按钮(-)X32号灯光和声音Y3第1号抢答按钮(SB1) X43号灯光和声音Y4第2号抢答按钮(SB2)X5答题时间已到HL2Y5第3号抢答按钮(SB3)X6抢答时间到指示灯HL3 Y61号分数显示2号分数显示3号分数显示Y10-Y16Y20-Y26Y30-Y36 3.4 硬件系统接线图 根据I/O分配和plc型号做出硬件接线图 3.5 硬件接线分析为了硬件电路接线方便，SB0抢答的开始按钮，对应输入点为X1输出点为Y0。SB1、SB2、SB3分别对应三个参赛对号，输入点分别X4、X5、X6，输出点分别为Y2、Y3、Y4。SA为抢答的复位按钮，对应输入点为X0。数码管1显示输出点为Y10-Y16。数码管2显示输出点为Y20-Y26。数码管3显示输出点为Y30-Y36。PLC与数码管采用串电阻直接连接方式。 4 抢答器软件系统设计 4.1 整体设计根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。控制软件应用GX-developer编程软件，采用梯形图语言编写,工作系统自动控制流程框图如图5所示。根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。4.2 PLC控制程序为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，X4X6分别为三组选手的抢答信号， 同时我们用中间继电器M1,M2,M3进行互锁功能，以保证每个选手公平抢答。主持人控制台有X1按钮用以抢答开始，X0按钮为复位按钮。4.2.1 主持人开始复位初始化 在主持人按复位按钮X0时,复位M1、M2/M3/M108/M109。如图1所示。 图（1） 4.2.2 三组抢答者抢答程序（图2） 主持人按下抢答按钮x1，通过互锁程序，使得当抢答者按下按钮时不会出现冲突，而若10s内无人抢答，则会自动复位M0，抢答者按下按钮无效。当抢答成功后，自己的抢答成功灯点亮。答题时间到60s时，答题时间到灯Y5点亮。 图（2） 4.2.3 加减分程序 （图3） 当抢答成功后，则置位M1或M2或M3，主持人按X2或X3进行加分减分，当加到9时，再加就会到0，此时将不会再加，除非主持人按下复位按钮X0，当减到0时，此时也不会再减，但是可以加。这样对于主持人来讲比较方便。图（3）4.2.4 加减分显示程序图（4）用两个移位指令（这里仅显示了抢答者1的显示程序）4.2.5 抢答器总程序 省略部分程序（因为2、3号答题者显示程序与1完全相同）5 软件仿真（仅对加分减分程序和抢答程序仿真） 按一下X2后显示数字1再按一下X3后显示数字0上图是加分减分程序仿真下图为按下抢答按钮X1时，1号抢答按钮X3也按下后的信号灯及声音的仿真结果抢答成功定时器开始计时，1号抢答成功信号灯Y2点亮，其他灯不点亮6 结论 通过本次课程设计，熟识了PLC在生活中的广泛应用，以及其对于普通的数字电路控制、单片机控制的优越性，使我们不必担心不了解太多的硬件知识，及数电知识而方便的进行编程控制，懂得了PLC易用性。在进行课程设计时，我通过严格要求自己，从而进行每个环节的仔细审查，编程，检查，调试，系统的了解了PLC的应用过程，也使自己能够通过学习GX Developer软件及其仿真软件，进行编程调试。当然在编程过程中通过参考资料，以及网上前辈们的编程经验，是自己能够分析利弊，达到控制要求，并且再一次充分学习了word办公软件，总之学到很多，使自己懂得，只有亲自动手动脑才能真正的学会应用自己所学的知识。参考文献 1.教材可编程控制器应用技术，郭利霞 主编，北京理工大学出版社，2009 2.课程设计指导书机床电气及其可编程控制器实验、课程设计指导书，郁汉琪，北京：高等教育出版社，2001 3.工程技术精品丛书PLC控制程序精编108例，王阿根 编著，电子工业出版社，2009