抢答器PLC控制系统设计

1抢答器PLC控制系统设计摘要抢答器广泛应用于各种知识竞赛中，传统的抢答器大部分都是基于数字电路组成的，制作过程复杂，可靠性差。本设计以松下PLC为核心设计了系统结构图、梯形图以及输入输出端子的分配方案，并在MCGS组态软件里进行监控界面的设计，达到了同步的要求。该设计通过数码管可以实现八路抢答选手编号显示、抢答倒计时和实际抢答时间显示，并实现锁存、定时和报警，同时所有选手抢答通过主持人开始和复位按钮来控制，该设计不仅电路简单，控制方便、灵活，而且保证了抢答的公平、公正原则。关键词松下可编程控制器；组态软件；抢答器2ResponderPLCcontrolsystemdesignAbstractResponderiswidelyusedinavarietyofknowledgecontests,traditionalRespondermostlydigitalcircuits,thecomplexityoftheproductionprocess,poorreliability.PanasonicPLC,thedesignasthecoredesignofthesystemstructurediagram,ladder,andtheinputandoutputterminalsofthedistributionplan,andmonitoringinterfacedesignMCGSconfigurationsoftwaretoachievethesynchronizationrequirements.ThedesigncanbeachievedthroughthedigitaltubeeightResponderplayernumber,answerinthecountdownandactualanswerintime,andtoachievethelatch,timerandalarm,allplayersResponderbyModeratorstartandresetbuttonstocontrolthedesignnotonlysimplecircuiteasytocontrol,flexible,butalsotoensuretheanswerinthefairandjustprinciples.KeywordPanasonicPLC；MCGS；Responder一、设计目的和意义3（一）设计的目的随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。过去的抢答器一般是由很多数字或模拟电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答器需要实现的功能很多时，实现起来就更为困难，且成本偏高，故障高。因此出现了以PLC为核心的新型智能抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。本设计就是利用松下PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。（二）设计的意义通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际的能力。既让我懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在本次设计查阅资料的过程中，我要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。在设计过程中，难免会遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了，为以后的工作积累了经验，增强了信心。通过这次设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。二、控制要求1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动“开始”键S后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。45）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。三、设计方案论证方案一：采用模拟电路，数字电路或模拟与数字电路相结合的方式，这种方案虽然经济实惠，但是需要对电路相关知识要求较高，电路接线复杂，能实现的功能也较少。方案二：采用单片机的方式，这种方案只需对单片机输出端口进行定义，通过软件和硬件相结合的方式来实现，使用起来灵活性有所提高，价格也比较便宜，但是单片机系统由于稳定性不高，受干扰影响大，因此，需要长期使用的场合也不宜采用此方案。方案三：采用PLC可编程控制器的方式，这种方案具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，同时具有对使用环境适应性强的特性，其内部定时器资源也十分丰富，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。其次由于需要对监控界面进行设计，而前两种方案监控起来比较麻烦，故选用此方案。四、系统设计（一）总体设计抢答器PLC控制系统分为5部分：PLC、控制输入、抢答输入、声音输出和显示输出。它利用控制输入控制整个抢答过程的开始和终止，抢答输入各电路的抢答信号，经PLC处理，输出控制信号，控制数码管和音响提示电路工作。系统的输入输出框图如图１所示。图１，输入输出框图当主持人按下启动按钮后，在设定时间30s内，如果某选手抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，并且在8段数码管显示器上显示抢答成功的选手编号，此时电路实现互锁，其他选手再按下抢答按钮无效。在抢答成功后，定时器停止工作。显示器显示选手编号和抢答时间。主持人按下复位按钮，系统清零。PLC抢答输入控制输入声音输出显示输出5（二）系统流程图系统流程图是根据控制要求编写的直观的信息流向图，它从一定程度上反映了系统各过程的工作的先后顺序。本系统流程图如图2所示。NYYN图２，系统流程图（三）系统硬件设计由控制要求可知，系统硬件包括输入部分和输出部分，其中输入部分有：八名选手抢答按钮（共8个）、主持人控制开始按钮1个，系统复位按钮1个；输出部分有：蜂鸣器1个、八段数码管3个（其中一个为选手编号显示，另外两个分别为抢答时间的个位显示和十位显示），由于考虑到松下可编程控制器I/O点数的问题，因此选手编号采用8位数码管，而抢答时间的个位和十位都采用4位数码管，以节省输出端口。系统硬件设计图如图3所示。开始主持人按下控制按钮倒计时停止，显示抢答时间，显示选手编号，蜂鸣器响倒计时到00结束，蜂鸣器响系统复位系统倒计时开始，蜂鸣器响是否有选手抢答结束6HR1SB0SB1HL0-HL6SB2SB3SB4SB5HL7-HL10SB6SB7SB8HL11-HL14SB9图3，系统硬件图（四）系统I/O地址分配根据八路抢答器的控制要求和硬件设计得知系统有10个输入，16个输出。系统的I/O分配表如图4所示。分类器件名称I/O端子功能输入SB0X0一号抢答器按钮SB1X1二号抢答器按钮SB2X2三号抢答器按钮SB3X3四号抢答器按钮SB4X4五号抢答器按钮SB5X5六号抢答器按钮SB6X6七号抢答器按钮SB7X7八号抢答器按钮SB8X20复位按钮SB9X21开始按钮PLCABCDEFGA0B0C0D0A1B1C1D17输出HL0（A段）Y0选手编号数码显示HL1（B段）Y1HL2（C段）Y2HL3（D段）Y3HL4（E段）Y4HL5（F段）Y5HL6（G段）Y6HR1Y7蜂鸣器HL7Y20时间倒计时数码显示（个位）HL8Y21HL9Y22HL10Y23HL11Y24时间倒计时数码显示（十位）HL12Y25HL13Y26HL14Y27图4,I/O地址分配表（五）系统梯形图设计（附录1）无论上一次是有人抢答还是倒计时结束，都必须在主持人按下复位按钮之后，再按下开始按钮，系统才能进入下一次抢答状态，且只要主持人按下开始按钮系统就开始30s倒计时。当某位选手最先按下抢答按钮后，其他选手抢答按钮全部锁存，按键无效。当主持人按下开始按钮或30s内有选手抢答或30s倒计时结束，蜂鸣器都会发出0.5s声响。8选手编号采用8位数码管显示，当2或3或5或6或7或8号选手有效抢答时显示选手编号的A段数码管就会亮，同理可得到各段数码管亮时与选手编号的对应关系如下：A段——2、3、5、6、7、8号B段——1、2、3、4、7、8号C段——1、3、4、5、6、7、8号D段——2、3、5、6、8号E段——2、6、8号F段——4、5、6、8号G段——2、3、4、5、6、8号抢答器显示时间的程序实现是通过各种函数实现的，首先定时器TMY1的设定值寄存器值为30，由R21触发倒计时功能，将经过值寄存器EV1中的数送到DT1中，由F80译码并输出。当选手摁下抢答按钮时触发中间继电器R24，将EV1中的数值送到DT3数据寄存器中，将30送给DT2，F25函数，使DT2中的数减去DT3中的数并把结果存在DT2中，再将DT2的数送给DT1中，并由F80，将DT1中的数译码输出。倒计时结束，如果没有人抢答或倒计时结束，则抢答无效，显示00。9（六）组态软件设计步骤：（1）打开MCGS组态软件界面。（2）新建一个工程。（3）新建一个用户窗口。（4）从旁边的工具箱中的选中所需要的蜂鸣器（指示灯）拖放入窗口中，从选取按钮。用画直线，组成八段数码管。10（5）右键单击窗口选择“属性”可进行窗口基本属性设置，从而改变窗口背景颜色。（6）给各个硬件加注释单击左侧工具箱中的，在新建的窗口中拉出合适的大小，并注释相关内容。然后再右键点击注释选择“属性”进行注释基本属性设置，包括字体、字形、大小以及填充颜色、背景颜色的设置。11（7）按钮属性设置右键点击按钮，选择“属性”，弹出按钮属性窗口，在基本属性中可改变按钮标题、标题颜色及标题字体；在操作属性中可设置按钮的数据对象值操作（包括置1、置0、按1松0、按0松1等），由于PLC梯形图设计时都考虑的是点动按钮，且当按钮按下时接通，松手即断开，所以选择按1松0型。在设计时按钮的基本属性是可以不作更改的，但是数据对象值操作必须要结合梯形图设计和组态中的实时数据库来作相应的设置。（8）蜂鸣器属性设置右键点击蜂鸣器（指示灯），选择“属性”，弹出单元属性设置窗口，点击动画连接，在12连接表达式中点击选择对应的数据对象名称，再点击进入动画组态属性设置窗口，在属性设置中可改变蜂鸣器的基本属性，然后在特殊动画连接中选中的可见度，进入可见度表达式设置。设置前：设置后：蜂鸣器可见度表达式：（9）选手编号显示数码管属性设置右键点击数码管的各段，选择“属性”，弹出如下窗口，可进行数码管的基本属性设置和13可见度表达式设置（注意：数码管的每一段都需要分别进行可见度表达式的设置）。由于选手编号显示采用的是8位数码管（A-G段），对应PLC的输出端口是Y0-Y6，在组态监控界面中对应的通道连接是读写Y0000-Y0006,对应的数据对象是数码管1-数码管7，故每段的可见度表达式为：（10）抢答时间显示数码管属性设置段号输出端口可见度表达式（对应图符见）A段Y0数码管1=1B段Y1数码管2=1C段Y2数码管3=1D段Y3数码管4=1E段Y4数码管5=1F段Y5数码管6=1G段Y6数码管7=114抢答时间显示数码管的基本属性（边