三路智力抢答器PLC控制

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1、目录1概述12 设计任务和要求22. 1设计目的22. 2任务描述：32. 3 设计任务和要求33 设计方案与硬软件选择43. 1 硬件I/O地址分配43. 2 方案选择533 硬件系统接线图534软件流程图的设计635显示线路简介636显示原理简介83. 7 控制系统的硬件组成84 PLC控制程序的设计94.1系统初始化94.2开始与复位104.3三位选手抢答程序104.4答题计时程序114.5控制台红、绿灯控制程序。114.6控制台音箱124.7正常抢答加减分程序134.8违规抢答减分程序134.9复位条件程序134.10数码管显示刷新程序144.11最高分最低控制154.12PLC内部元

2、件说明165 安装与调试情况175.1 调试软件与步骤175.2 调试中遇到的问题175.3 硬件答辩遇到的问题176 设计体会187 附录198 参考书籍251概述近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。PLC型抢答器是将PLC用于对抢答器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性

3、强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的抢答器进行精确控制，特别是对多人抢答的控制可方便的实现。通过设计一个抢答器，使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。同时，在设计过程中还能培养我们独立工作能力与创造力，综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、绘图、书写报告的能力关键词：PLC 抢答器2 设计任务和要求2. 1设计目的

4、抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。从而使竞赛真正达到公正、公平、公开。2. 2任务描述：该抢答器作为智力竞赛的品判装置，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、声音显示其答题正确、错误及违规，在主持人的操作下，对答题者所显示的分数值进行加分、减分或违规扣分。三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1SB3，在允许抢答

5、的情况下最先按下按钮有效，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2-2-1所示。图2-1-1所示 2. 3 设计任务和要求1. 主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。2. 主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。3. 主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按

6、钮信号无效。4. 主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。5. 抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。6. 答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。答题过程中灯光、音响的安排机注意事项如下：抢答有效：抢答者灯亮、控制台绿灯亮机声响。10s无人应答：声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。违规：违规者灯亮，控制台红灯（hl5）亮机声响。答题过程：抢答者灯亮，控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。答题时间到：抢答者灯亮，控制台绿灯亮

7、机声响。按加分按钮加10分，按减分按钮减10分，按违规按钮减5分，最高分90分（违规情况下最高分为95分），最低分0分。声响时间为1s。3 设计方案与硬软件选择PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速IO处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。根据三路抢答器的要求，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

8、序的控制下自动显示组号以及倒计时自动操作。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。3. 1 硬件I/O地址分配输入信号输入设备名称符号PLC输入I/O口复位按钮SB0X01号台答按钮SB1X12号台答按钮SB2X23号台答按钮SB3X3开始抢答按钮SB4X4加分按钮SB5X5减分按钮SB6X6计时按钮SB7X7违规减分按钮SB8X10输出信号输出设备名称符号PLC输出I/O口1号台指示灯HL1Y122号台指示灯HL2Y133号台指示灯HL3Y14控制台绿灯HL4Y15控制台违规指示灯红灯HL5Y16蜂鸣器Y17显示电路板Y0Y113. 2 方案选择（1）I/O接口分别为9个输入继电器X,17个输出继

9、电器Y.和20%的裕量，所以选择三菱PLC的FX2N-48MR系列。（2）抢答器开始部分控制程序可用基本指令编程，也可采用步进指令来完成。（3）抢答者的得分情况通过数码显示，显示电路如下图3-2-1，显示电路板自制，开采用传送、比较、移位和BCD等应用指令与基本指令组合编程来完成。33 硬件系统接线图根据题目要求和I/O地址分配，结合FX3U-32MR的PLC外部系统输入接线图如图3-4-1所示。（注：输出如显示电路图3-3-1）图3-3-134软件流程图的设计初始化是否抢答答题计时开始正常加分正常减分违规减分复位有人抢答YYNN35显示线路简介本显示电路主要有CD4511译码器、LED数码管

10、、电阻和直流电源四部分组成，将CD4511的A、B、C、D断输入BCD码、锁存和驱动，一十进制数在七段显示数码管中显示。CD4511为一锁存/译码/驱动三合一译码器，其管脚如图3-5-1所示图3-5-1主要端子介绍如下：a)锁存部分有死未存储电路LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出，随AD变化。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。b)消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。c)输出驱动部分是具有较大电流输出的NPN双极型晶体管，当推动LED数字显示器件时，一定要加限流电阻，限流电阻约为200

11、，由等测试输入端LT，可测试数码管的显示七段。当LT=“1”时，显示数8，几个段均亮。d)当输入的BCD大于1001时，七段显示输出全为“0”，数码管熄火。CD4511真值表如表3-5-1：输 入输 出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000熄灭01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011

12、901110100000000熄灭01110110000000熄灭01111000000000熄灭01111010000000熄灭01111100000000熄灭0111111000000熄灭111XXXX锁 存熄灭表3-5-136显示原理简介本显示电路采用静态方式显示，按照时间段分别把十位、个位送到各自的CD4511译码器中，CD4511的锁存器保持所送的数据，通过其输出端驱动各自的数码管，使所送的数据在数码管中显示。PLC的输出步骤要求如下：1) 将所送的数据转换成BCD码。2) 先将所送的十位数值加到显示十位数的CD4511的A、B、C、D端，同时是该CD4511的LE端为低电平，显示个

13、位数的CD4511的LE端为高电平。3) 在没有送个位数之前，再使显示十位数的CD4511的LE端为高电平，锁存送入的数据。4) 将所送的个位数值加到显示个位数的CD4511的A、B、C、D端，同时是该CD4511的LE端为低电平，显示个位数的CD4511的LE端为高电平。5) 再使显示十位数的CD4511的LE端为高电平，锁存送入的数据。至此一个显示周期完成。3. 7 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3-7-1所示:数字量输出声音输出信号FX2N-

14、32MR数字量输入主持人输入信号抢答输入信号组别分数显示输出信号10秒和60秒输出信号指示灯输出信号图3-7-1 硬 件 系 统4 PLC控制程序的设计4.1系统初始化电源接通后，系统初始化。每个选手给予20分的基础分。、4.2开始与复位 X000为复位按钮，但复位需要M10接通后，按下X00复位按钮才有效。M10当加减分后才会接通，根据要求用M10中间继电器作为X000复位的条件。X004为开始按钮，当主持人按下开始按钮，进入抢答计时。当无人抢答时，10秒后T0接通进入T1计时让控制台绿灯亮两秒后T1时间到。T1常闭触点断开，M0失电。系统自动进入下一轮。如果有人抢答，则M1，M2，M3 选

15、手抢答到的中间继电器接通，则M1，M2，M3 常）T0失电不再计时。系统将进一步进行。4.3三位选手抢答程序 当其中一位选手按下自己的抢答按钮X0、X1、后，就马上接通了他对应的中间继电器（M1、M2、M3）后，其串联在其他选手的常闭继电器断开。则其他选手再抢答无效，形成互锁作用。同时其常开触点闭合，接通选手对应的指示灯。T0作用是抢答时间到时，再控制台亮两秒时，让选手们都不能抢答。V0的作用是后面的变址时用到。4.4答题计时程序M1，M2，M3常开，是要满足要求在抢答过程中，按答题计时按钮无效。当有选手抢答到时，主持人按下答题计时按钮X7，M4中间继电器自锁，计时开始，T2接通50秒后，T2

16、常闭接通进入控制台绿灯闪烁震荡10秒，M5为答题计时时间得到辅助继电器。C0计数器为让其震荡10次。4.5控制台红、绿灯控制程序。 主持人按下开始抢答按钮M0接通。当无人抢答时，T0常开10秒后接通，控制台绿灯点亮两秒后，T0失电绿灯熄灭。当有选手正常抢答时，控制台绿灯点亮，主持人按下答题计时按钮后，50秒，T3以每秒开合一次绿灯闪烁。当绿灯闪烁10次后M5接通其常闭断开绿灯熄灭。在主持人没按下开始抢答，有选手按了抢答按钮则控制台红点亮。M6为红灯辅助继电器4.6控制台音箱从上到下分别是：开始、抢答、抢答过时、违规、应答时间到声响1s。T5与自锁Y17控制声响时间。如下图4-2-6.4.7正常

17、抢答加减分程序 正常抢答，主持人按下开始按钮，在10内有选手抢答到，主持人按下答题计时按钮，则有辅助继电器M1、M2、M3其中一个接通，M4答题计时辅助继电器接通，开始辅助继电器M0接通，然后按下加分按钮X5，减分按钮X6进行加减分。4.8违规抢答减分程序 主持人没有按下开始抢的按钮，有选手按下了抢答按钮，则抢答中间继电器接通，此时主持人按下违规减分按钮X10，违规减5 分一次。计数器C1常闭断开，按第二次违规减分无效。4.9复位条件程序 只有当主持人按下答题计时按钮后辅助继电器M4接通，同时再进行加减分后才接通复位通道M10辅助继电器4.10数码管显示刷新程序 正常抢答加减分时，只有按下答题

18、计时后M4辅助继电器接通，再按加减分按钮接通辅助继电器M7，进行刷一次，刷新一次后，M7断开。则可以在按先加减分按钮进行下一次刷新。此功能可以完成出错进行修改分数。当违规抢答后，违规辅助继电器M6接通，按先违规减分按钮，就可以进行为减分，在违规减分只能减分一次与数码管刷新一次。由中间继电器M11断开刷新辅助继电器M7的通道实现。4.11最高分最低控制利用触点比较指令，控制最高分不能高于95分，最低分不能低于0分4.12PLC内部元件说明5 安装与调试情况 5.1 调试软件与步骤根据硬件设计和实验的要求，将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。知识竞赛抢答

19、器的程序是由三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编制完成，程序载入，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编程软件，打开三路知识竞赛抢答器的程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。检查界限无误后，按照下面步骤调试：我的调试步骤如下： （1）按下抢答开始按钮SB4，先在10秒内抢答，看答题开始计时60秒后是否有灯光和声音信号，灯声是否正常。 （2）正常抢答（SB1/SB2/SB3）,按下几时按钮SB7，50秒后绿灯是否闪烁，1min后，声响和灯光检查。 （3）在正确的抢答情况下加减分是否有正确显示。 （4

20、）然后复位，看是否正常。按下抢答开始按钮SB4，10秒内无人抢答是否有灯光和声音信号。（5）违规操作时，红灯声响是否起作用，违规减分是否正常。（6）把每个选手加分（减分）大于95（小于5分）后，是否符合最高分不超过95，最低分不低于0分的要求。（7）所有的信号显示都要根据I/O分配，看是否正确。5.2 调试中遇到的问题1、 在调试过程中一开始，总是漏掉在抢答时其他按钮按下不能有动作。2、 在抢答过程中选手们按钮钮没有互锁导致在加减分时出现乱码现象3 、加减分时，搞不懂如何将寄存器的数据如何正常写进数码管进行显示。后来经过查阅书籍，利用了触点条件指令，对其进行分布输入。4、 各种条件中的互相限制

21、，没用理清。使序按不正常化进行5.3 硬件答辩遇到的问题1 、 在没有按下答题计时或者在不是在加减分时按下加减分按钮，数码管刷新程序的输出端仍然有动作，使输出端口不断动作影响硬件寿命。解决方案如下：在加减分刷新通道上串联，答题计时常开辅助继电器M4，只有按下答题计时按钮后才能进行刷新，而且违规减分辅助继电器M6常闭与正常答题加减分辅助继电器M4在刷新过程中进行互锁。违规减分只刷新一次2 、 在最高分时不能使保持。 解决方案如下：利用触点比较指令，控制最高分不能高于95分，最低分不能低于0分6 设计体会 回忆这两周“三路智力抢答器的PLC控制”的课程设计，虽然辛苦却是无比的充实，它使得我对PLC

22、的掌握进一步的增强，加深了对PLC它们的理解，并对PLC产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不熟悉，加深了我的程序复杂程度。但在学习过程中不能想通的问题，在PLC调试过程中，终于得以解决。可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额拓宽作用，对培养既具有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才必不可少。在这次的课程中，我切实了解到PLC在工业控制中的作用，它能使人的控制转变成电脑的控制，大大地降低了产品的成本和提高生产效率。从一开头脑非常朦胧，不知所措，但是在老师的指导和同学的互相帮助下，我一步步进入状态，从最基本的选手抢答时候LED灯的点亮开始，到选手间的抢答封锁入门，逐渐地学会用辅助继电器来为下一步操作响应进行控制，到各部分程序的紧密相连，组合成一个相互联系制约的整体。这其中的成就感是非常的强烈的，看到自己亲手做出的产品，这两周的辛苦也忘记了，学到的东西得到了实践应用，我相信这将是我以后最宝贵的经验7 附录8 参考书籍1、电气控制与PLC案例教程，胡汉文 张鑫主编2、谢克明、夏路易、可编程控制器原理与程序设计 M .北京：电子工业出版社，2005.1-20.3、郑成、现代可编程序控制器原理及应用M、北京：科学出版社，1999.27