基于PLC的六路抢答器设计

《可编程控制器技术》课程设计报告设计题目：基于PLC的六路抢答器设计院系名称：电子信息工程学院开课专业：电子信息科学与技术年级层次：学生姓名：学号：指导教师：2015~2016学年度第一学期成绩评阅人目录1绪论............................................................................................................错误!未定义书签。1.1课题研究背景...................................................................................错误!未定义书签。1.2课程设计内容...................................................................................错误!未定义书签。2整体方案选择........................................................................................................................22.1整体功能介绍..................................................................................................................22.2竞赛抢答器控制要求......................................................................................................33硬件电路设计........................................................................................................................33.1控制特点分析..................................................................................................................33.2外部接线图......................................................................................................................44软件设计.................................................................................................................................44.1I/O地址分配...................................................................................................................54.2结构流程图......................................................................................................................64.3梯形图设计与分析..........................................................................................................85程序调试及分析......................................................................................................................85.1程序运行过程分析说明.....................................................................................................85.2调试结果.............................................................................................................................96结束语........................................................................................................................................8参考文献......................................................................................................................................10-1-11绪论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。1.1课题研究背景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以下缺点：⑴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。⑵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。⑶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”。现在大多抢答器都是以PLC、单片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析。但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要。该设计不但有抢答功能，而且还有一个计分系统，能分别对四个选手进行计分，并能够对分数进行加、减。带计分功能的智能抢答器将会取代一般的智能抢答器，更好的服务于社会。-2-1.2课程设计研究内容系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用三菱FX可控制编程。此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。2整体方案选择2.1整体功能介绍知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。2.2竞赛抢答器控制要求在很多竞赛活动中，经常用到抢答器。对抢答器的控制要求是：当多个输入信号输入时，抢答器只接收第一个到来的信号，而不接收后面到来的输入信号，并使第一个到来的输入信号相应的灯或铃有反应。本系统中设有6个抢答输入按钮、一个复位按钮、一个开始按钮，一个七段数码管，一个蜂鸣器，一个3秒蓝灯，一个5秒黄灯，一个红色违规指示灯。本系统可提供6个抢答台，在主持人的主持下，参赛人通过抢先按下按钮回答问题。在抢答开始前，主持人应按下复位按钮使系统复位，做好抢答准备。当主持人说开始，并同时按下开始按钮，抢答开始，并限定抢答时间为30秒。若抢答者在抢答开始前抢先输入，则属违规要显示该台台号，同时蜂鸣器以0.1秒的周-3-期响,红色违规指示以1秒的周期闪烁，以便扣分惩罚。若在开始之后到10秒之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，同时3秒蓝灯点亮、蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对之后给予基本加分和对应蓝灯点亮额外奖励加分。若在10秒之后到20秒之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，同时5秒黄灯点亮、蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对之后给予基本加分和对应黄灯点亮额外奖励加分。若在20秒之后30秒之内第一个按下抢答输入，由七段显示器显示该台台号，蜂鸣器声以0.1秒的周期响。以便答对给予基本加分（但之后不奖励加分）。如果在限定时间30秒后各参赛人均不能回答，蜂鸣器以0.1秒的周期响，此次抢答无效。若一个按钮最先按下，不论第一个按下的按钮是处于按住还是松开状态，再按下任何一个抢答按钮均不再响应，直至复位按钮复位后方可重新做好抢答准备。3硬件电路设计3.1控制特点分析智能竞赛抢答器通过PLC进行按控制要求编程，其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心（PLC），PLC将根据信号作出相应的响应。竞赛抢答器有六个输入信号（即六个按钮），五个输出信号（即三个灯管信号、一个蜂鸣器信号、一个指示灯数码管输出信号）。由上可知PLC共有六个输入点，五个输出点。系统控制结构框图如下图3-1所示PLCSB0SB7SB1到SB6显示器参赛队号码指示灯数码管蜂鸣器图3-1系统控制结构框图-4-3.2外部接线图图3-2外部接线图分析：X7代表“抢答开始”按钮对应输入寄存器X7，SB1-SB6代表6组参赛选手的常开按钮，分别对应X1-X6,输出寄存器Y1-Y6分别对应显示器a-g,，Y0为蜂鸣器，Y8为蓝灯，Y9为黄灯，Y10为红灯；各输出窗口统一采用