基于PLC的抢答器设计

1目录一系统总体方案论证.....................................................................................................................21.1任务详解及设计思路........................................................................................................21.2方案选择及论述................................................................................................................2二系统硬件设计.............................................................................................................................22.1系统功能及结构框图设计................................................................................................22.2抢答器电路原理图............................................................................................................32.3抢答器I/O分配表............................................................................................................5三系统软件设计.............................................................................................................................53.1系统软件流程图................................................................................................................53.2各软件模块的功能及梯形图说明....................................................................................7四系统调试...................................................................................................................................104.1调试步骤及过程..............................................................................................................105.2展望后续.........................................................................................................................12附录一.............................................................................................................................................14附录二.............................................................................................................................................19参考文献.........................................................................................................................................242一系统总体方案论证1.1任务详解及设计思路(1)、系统上电后，主持人在总台单击开始按钮后允许各队抢答即抢答有效。(2)抢答器同时供5名选手或5个代表队竟猜抢答，分别用7个按钮SB1—SB7表示。当主持人按下开始抢答按钮后，五组选手开始抢答，数码管开始显示九秒倒计时。(3)在抢答过程中，1-5队任何一队先按下各自的抢答按钮（SB1—SB7）后LED数码管显示当前组号，闪烁3秒后组号常亮。同时及蜂鸣器报警，并与其他选手互锁，继续抢答无效。(4)抢答成功后，开始进行答题倒计时30秒，如果在30秒内未按时答题则此次答题失败，系统自动复位。在有效答题时间内可以对对应组进行计分，有显示分数和总场积累分数的功能。当这次答题结束后，主持人次按复位键后，开始进行新一轮抢答。1.2方案选择及论述可编程序控制器(PLC)是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。可以采用数字电路，单片机系统，PLC系统来实现，相比之下PLC更具有优势。。智能竞赛抢答器通过PLC进行控制，按要求进行编程；其主要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回应。二系统硬件设计2.1系统功能及结构框图设计抢答器控制系统分6部分：PLC控制器、主持人控制按钮、抢答按钮部分、倒计时及其显示部分、计分及其显示部分、指示灯报警部分。在抢答设计中设置有自锁和互锁控制，自锁是为了保持信号长期有效，互锁是为了对组间互不影响；在倒计时显示部分中，主要采用时间继电器和mov指令来实现；计分采用计数3器累计计数，然后转换为BCD码再送入辅助继电器，再将段码送入数码管实现显示数字功能。竞赛抢答器有10个输入信号（即10个输入按钮SB1-SB10）16个输出信号数码管1显示抢答组号，输出点为Y0-Y7。数码管2用作显示抢答倒计时和计分显示，输出点为Y10-Y17。Y0蜂鸣器，）。抢答器控制结构框图如下图2-1所示：图2.1抢答器控制结构框图2.2抢答器电路原理图本系统的主控制器采用日本三菱公司生产的FXoN-40MR型PLC。三菱PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，可采用梯形图或者指令语言进行软件设计。硬件连接图如图2.2及实物接线图如图2.3所示：PLC控制器主持人控制按钮选手抢答按钮指示灯报警选手抢答号显示计分显示倒计时显示4图2.2抢答器电路原理图图2.3抢答器实物接线图52.3抢答器I/O分配表根据任务要求及所选FXoN-40MRPLC和其他硬件（蜂鸣器、灯、数码显示管）的实际情况，I/O地址分配如表1所示。表1抢答器I/O分配表三系统软件设计3.1系统软件流程图当裁判按下开始按钮时，五个参赛队处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目，PLC先判断抢答是否成功，若成功，则进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题，若在输入信号输出信号名称代号输入点标号名称代号输出点标号开始/复位按钮SB1X0蜂鸣器HAY01号赛台抢答器按钮SB2SB3X1/X2数码管1a1Y12号赛台抢答器按钮SB4SB5X3与X4b1Y23号赛台抢答器按钮SB6X5c1Y34号赛台抢答器按钮SB7X6d1Y45号赛台抢答器按钮SB8X7e1Y5计分按钮SB9X10f1Y6停止按钮SB10X11g1Y7数码管2a2~g2Y10~Y176规定时间内，则由工作人员进行对应的计分操作，答题结束；若超时，则该次抢答失败。流程图如下图2.4所示：图2.4抢答器软件流程图73.2各软件模块的功能及梯形图说明（1）抢答模块在抢答这一块采用基本指令，根据设计要求，各组为按钮抢答，所以我先用按钮驱动辅助继电器M1~M5并将其自锁，组与组之间采用互锁，使其不能同时得电。再根据七段数码管的特性，a~g分别对应于程序中的输出Y1~Y7，再看每个组号分别亮的时候要点亮那几段，再将五组整理在一起可知，Y1~Y7与M1~M5之间的关系，从而实现这一功能。（2）倒计时显示模块8在倒计时这一块，我主要采用时间继电器实现这一功能，当主持人按了开始按钮后开始计时（由于plc输出点数有限，抢答倒计时只设置了9秒），由mov指令将数字9对应的段码送入到Y10~Y17中，当1秒钟到后，由时间继电器切断这条mov指令，同时接通下条mov指令将数字8对应的段码送入到Y10~Y17中，如此循环到达倒计时目的。当有组在规定的时间内抢答，则切断倒计时这一功能，当倒计时结束后，则由这一块中的最后一个时间继电器切断整个系统，只有主持人按复位按钮后才可以进行下一轮。（3）各组分数显示模块9利用计数器来对计分按钮进行计数，每组对应一个计数器，C0~C4,计数中，由前面的辅助继电器M1~M5接通与之对应的计数器（M1~M5相互互锁，从而计分不可能同时进行），从而到达计数器之间互不影响，计分公平的目的。其次，计分显示的实现。由于要利用一个8段数码管显示五组不同的分数，可以用BCD指令实现这一功能。将各组计数器中的数值通过BCD指令转换为BCD码送给辅助继电器，这样每次计数将得到4个不同的数值，从而4个辅助继电器得电的情况也不一样，通过这4个辅助继电器得电的情况驱动mov指令，让相对应的段码送到数码管中，从而显示每组对应的分数。例：计数器记的数为1，则通过BCD转码后M23~M20的得电情况为：0001，则由该模块指令将数字“1”显示在数码管上。梯形图（见附录一）指令表（见附录二）10四系统调试4.1调试步骤及过程（1）在梯形图写入模式下，输入完PLC程序后，需要将梯形图转换为PLC内部格式。未转换时，梯形图背景呈灰色，转换完成时，梯形图背景呈白色。可以单击程序工具条中的程序变换图标，或者选择“变换(C)”菜单下的“变换(C)”菜单项，或者按下功能键F4，来完成转换。“变换(C)”菜单如图所示。如果有错误，或存在不能变换的梯形图，则不能完成转换，光标停留在出错处。需修正错误后，才能转换。为避免错误累积，方便差错，建议每输入一段程序，就做一次转换。（2）梯形图程序下载到PLC程序从计算机写入（或者下载）到PLC中，可以通过“在线”菜单中的“PLC写入”菜单项来完成。或者单击标准工具条中的图标，就可以将程序写入到PLC中。如果通讯有错误，就会显示错误信息。通信设置画面（3）PLC程序的运行当PLC的外围电路都已经接好，接通电源，将PLC的运行停止开关（RUN/STOP）拨到运行（RUN）位置，程序就开始运行。（4）PLC程序的调试和监控11基本的调试任务主要有，程序检查、参数检查。可以在工具菜单里选择。诊断菜单下的PLC诊断等。工具菜单工具--程序检查程序写入页面在线菜单12五结果分析及展望5.1调试过程分析根据这次电气控制与PLC实训设计的任务书，经过几天的不断努力和调试在老师和同学的帮助下，基本达到了设计要求。下面进行具体说明。当系统上电后，主持人在总台控制台单击开始按钮X0，允许各队人员开始抢答，即各队抢答有效。数码管显示9秒倒计时，定时器按钮与复位按钮并联，即定时器起复位作用。在抢答部分采用了基本指