八路抢答器的PLC控制设计【1张CAD图纸】
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I 八路抢答器的 制 摘 要 抢答器 的定义，即 在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。 在现今社会里，抢答器在娱乐节目 、 拍卖会等场合越来越得到重用，它可以帮助改善工作方式，方便思想的快速交流，使工作效率得到较大的提升。只要按一下按钮就能轻松的表达自己的想法，简单快捷。充分利用科学技术为生活服务，是现代社会发展的方向。 实现抢答器功能的方式由多种，可以采用早期的模拟电路 、 数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展。单片机 、 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。现介绍的就是一种利用日本三菱公司生产的型 为核心控制器的八路抢答器系统。给出了系统结构图 、 梯形图以及输入输出端子的分配方案。 关键词： 抢答器 ，梯形图，设计 s in in an In s in be so it to to of so a be to of of to a of be or In of to to At of is a s LC as of as as of 录 前 言 . 1 第 1章 概述 . 2 义 . 2 展趋势 . 2 本结构及原理 . 3 第 2 章 硬件电路设计 . 6 答器的控制要求 . 6 制特点分析 . 6 列 件认识 . 6 ，大家都不会陌生吧，在我们的日常生活中处处可见，和我们的生活其实已经是密不可分了。如果我们仔细观察的话便会发现， 无论是在学校、工厂、军队还是电视节目中 , 都可能会举办各种各样的抢答竞赛 , 甚至是选举投票，这 些都关系到我们的切身利益，譬如学校要举办一场历史知识的竞赛，要求每个班挑选出若干个选手一起进行比赛，胜者可以得到丰厚的奖励，校方要求参赛选手个个反映迅速，总体知识要强，要求选手要在短短的时间内做出对题目的判断，而这其中就会遇到那方选手先答题的问题，以及答题的公正性，如果单靠举手，那个争议太大了。必然会导致群众的不满，偏向有争议，本来有趣的比赛便会多了些不开心的因素，让人很不爽。 但是抢答器的出现就使得这类的问题迎刃而解，不仅如此有了抢答器比赛将会更加的精彩美妙，不用担心比赛的公正性，我们可以放心的投入到比赛 当中，尽情的展示我们的才华，释放出自我的激情来。而那些不和谐的声音将不会出现，想知道为什么吗，这就是抢答器的魅力，而下面的文章当中你便会了解到，为什么抢答器会有如此的神奇效果，其实这一切并不是很难，因为奇迹都是来自于自然，而伟大总是出自平凡。 近年来随着科技的飞速发展 , 单片机、 应用正在不断地走向深入 , 同时带动传统的控制检测技术的不断更新。 当然抢答器的发展也是随着时代的前进不断的完善。它更加的美观，小型化，适用更多的需求，更能满足人们的日常生活要求。而且现在的抢答器精准度上的能力是大大的提高了。 尤其是计算机的发展，使得抢答器已从原始的实体状态走进了软件化，有了更广泛的发展空间，更加的让人期待了。 本设计利用 本三菱 64 ) 制作的 8 路抢答器 ,该 抢答器集抢答、声音警示、数码显示和答题计时于一体 ,借助较少的外围元件完成抢答器的基本功能 。 该设计编程简单 ,容易掌握 ， 且工作稳定可靠， 具有结构简单、可靠性好、经济省钱等特点。 定 能 使得竞赛真正达到公正、公平、公开。 2 第 1 章 概述 义 可编程 序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电 子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了 直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。 定义还强调了 “数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境 下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。 展趋势 的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 1、 向小型化 ,专用化 ,低成本方向发展 2、 向大容量 ,高速度方向发展 3、 智能型 I/O 模块的发展 4、 基于 编程软件取代编程器 5、 程语言的标准化 6、 信的易用化 7、 组态软件与 软件化 8、 现场总线相结合 3 9、 开发新型特殊功能模块 10、 处理速度进一步加快 目前， 处理速度与计算机相比还比较慢，其高的 不过 80486，将来会全面使用 64 位的 片，采用多 行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使 处理速度达到纳秒级。 本结构及原理 1、 系统结构 ， 目前 类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但 都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元 储器 入输出接口电路、电源、 I/O 扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 如图 1示， 制系统由输入量 输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 输入量，它们经 部输入端子，作为 输出量对外围设备进行各种控制。由此可见， 基本结构有控制部分输入和输出组成。 4 图 1件结构图 2、 工作原理 ， 用的是循环扫描工作方式。对每个程序， 指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。 扫描全过程如图 1示。 (1) 输入刷新阶段 在输入刷新阶段， 描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。 (2) 程序执行阶段 在程序执行阶段 ，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。 (3) 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成 实际输出。 5 图 1扫描全过程 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次 I/O 刷新，即每一个扫描周期 对输入、输出状态寄存器更新一 次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在 I/O 刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的 I/O 刷新期间输出才会发生变化。 6 第 2 章 硬件电路设计 答器的控制要求 1、 抢答器可同时供 8 组选手参加比赛； 2、 具有违规提示功能：只有在主持人发出开始信号， 选手才能开始抢答； 3、 具有抢答限时功能：在无人抢答及答题超时时设置提示信号； 4、 具有数码显 示功能：能显示抢答选手的编号及答题倒计时时间。 制特点分析 由控制要求分析可知，首先，所设计的抢答器要有 8 路的选择按钮，供 8 组选手用来抢答。其次，主持人拥有总控的能力，即具有开始权，而在此之前所有的抢答是不和规矩的，因此电路要有复位功能及识别功能，要能分辨出正常和违规的作用。再次，时间的概念，无人答题或答题超时要有表示，这就要求定时器的运用以及外部音响或指示灯的选择问题。最后，关于选手的认定也有要求，到底时那位选手，而选手之间不能有冲突，即一号抢了别的号就不能再抢答，这就要求设计电路要有互锁环 节，要有 示识别 等 问题。 列 件认识 1、 列 部结构 ， 列 硬件结构可以参考图 2扩展模块的 图为 64主机外形图，其面板部件如图中注释。 7 图 2列 表结构 2、 详细的 I/O 端子编号图 图 2，外部接线端子包括 源（，）端子，输入用直流电源（ 子，输入点（ X），输 出点（ Y）和机器接地端子等。它位于机器两侧可拆卸的端子板上，每个端子均有对应的编号，主要完成电源 输入信号和输出信号的连接。 输出侧左端 4 个点共用一个 ，右边多输出点共用一个 。 图 2 /端子编号图 3、 系列型号含义 ， 在 正面，一般都有表示该 号的文 8 字符号，通过阅读该符号就可以获得该 基本信息。 列 型号命名基本格式： 例如，本设计所使用的含义为系列，输入输出点数为 64 点，继电器输出 。 、 根据设计要求 ,分析得出 8 路抢答器控制系统可分为 5 部分 : 2、 制系统 ; 3、 抢答器按钮 ; 4、 信号灯 ; 5、 音响电路 ; 6、 显示部分 它利用强大按钮输入各路的抢答信号，经 理输出控制信号，控制数码管和音响提示电路。 I/O 端子分配图 如 表 2示 。 9 表 2（） 位按钮 11 开始强 答 按钮 12 答题记时开始按钮 0 正常抢答绿色指示 灯 1 违规抢答红色指示灯 2 无人抢答黄色指示灯 3 正常抢答（音响电路 1） 规抢答报警（音响电路 2） 人抢答报警（音响电路 3） 题超时报警（音响电路 4） 段数码管 1（ 段数码管 2（ 段数码管 3（ 2、 根据控制要求，绘出硬件接线图，如图 2示 。 10 图 2件接线图 11 第 3 章 软件程序设计 形图设计 我们有了硬件接线图，然后我们需要将所有的输入输出口，通过一定的方式有效地联系起来，去达到我们要求的效果。这就需要相应的软件程序， 程序有很多种，最常用的就是梯形图，它类似与电气控制的线路图，看起来很直观，便于理解很适合一线的技术工作人员， 下面就是相应的程序控制梯形图，程序很好的解决了我们想要达到的效果。 系统控制部分及数码管 1 显示部分梯形图 ，如图 33333示。 作过程分析 1、 每当主持人发出开始抢答指令（即按下 钮）后，那组选手 最先按下抢答按钮，则数码管 1 就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路 1 给出音响提示信号（设持续 3S），以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。 2、 违规抢答：若选手在未开始抢答时提前抢答了，则是为违规，违规时数码管 1 显示其编号，同时红灯亮音响电路 2 发出声响。 3、 抢答限时：当主持人按下开始抢答按钮后，定时器 始计时（设定时10S），若 10S 时限时仍无人抢答，则黄灯亮，音响电路 3 发出声响，以示选手放弃该题。 4、 答题限时：在抢答成功后， 主持人按下答题计时开始按钮 脉冲辅助继电器开始工作，并利用响应的指令，使数码管 2， 3 上显示答题倒计时， 总时间是 60 秒，要求有 10 秒的倒计时， 数码管 2 显示时间十位，数码管 3 显示时间个位，选手必须在设定时间内玩笑答题，否则，音响电路 4 发出答题超时报警信号。 5、 执行过程分析 （ 1） 正常抢答： 制部分梯形图，当主持人按下 ， 开触点闭合，相当与线圈的辅助继电器 电， 开触点闭合，线路形成自锁， 12 时间继电器 电，电路开始计时，时间为十秒。这时如果一号选手按下 1 得电 开触点闭合，相当与电机的 电， 开触点闭合， 始计时时间为 3 秒，绿灯亮，音响电路 1 响起， 3 秒后 闭触点断开， 电音响停止，正常抢答结束。 （ 2） 违规抢答： 制部分梯形图，当主持人没有按下 ， 开触点不动。 得电， 常闭触点仍然处于闭合状态，这时如果一号选手按下 电 开触点闭合， 电， 开触点闭合， 始计时时间为 3 秒，红灯亮，音响电路 2 响起， 3 秒后 闭触点断开， 电音响停止，违规抢答结束。 （ 3） 无人抢答： 制部分 梯形图，当主持人按下 ， 开触点闭合，相当与线圈的辅助继电器 电， 开触点闭合，线路形成自锁，时间继电器 电，电路开始计时，时间为十秒。这时如果没有选手按下 1 未得电 闭触点仍然为闭合状态，十秒之后 开触点闭合，相当与电机的 电， 开触点闭合， 始计时时间为 3 秒，黄灯亮，音响电路 3响起， 3 秒后 闭触点断开， 电音响停止，无人抢答结束。 （ 4） 最先抢答：几个选手几乎同时按下按钮，如果一号选手最先按下了按钮，由于 电， 闭触点断开，其他的选手 电路便无法导通了。而在这之前一号选手的电路已经导通了。 （ 5） 选手号显示：如果一号选手最先按下按钮，线圈 电， 开触点闭合，如数码管 1 显示部分梯形图， 要求显示为“ 1”，要求 b， c 处的输出端得电，即 电。我们只需要将 常开触点与其相连即可实现显示，别的选手号码显示同理。 （ 6） 十秒倒计时：主持人按下 开触点闭合 电， 开触点闭合，如 60 秒答题控制梯形图， 间继电器得电先开始了 50 秒的答题时间。 50 秒之后， 开触点闭合 间继电器得电，计 时时间为一秒， 圈得电。我们要求数码管 2，数码管 3 上要显示出“ 10”的数字，表示第十秒。即数码管 2 的 b， c 端得电 ，数码管 3 的 a， b， c， d， e 端得电。只需将相应的输出端口与 开触点相连即可。道理同选手号码显示， 时到后， 闭触点断开， 电 开触点闭合， 时器开始计时，时间为一秒。数码管 2，3 要显示“ 09”，道理同上。当 间继电器得电一秒后，十秒倒计时结束， T 15 得电音响电路 4 得电， 3 秒后 闭触点断开，影响停止答 13 题过程结束。 14 图 3制部分梯形图 15 图 3码管 1 显示部分梯形图 16 图 30 秒答题控制梯形图 17 图 3码管 2 显示部分梯形图 18 图 3码管 3 显示部分梯形图 19 结 论 本研究结果说明了 ， 以实现抢答功能，而且过程简单，方便。能够准确，公正，直观地判断出抢答者的意图。 我们可以使用 设计八路抢答器，还可以用 设计六路抢答器，四路抢答器。其道理是一样的，当然，不仅仅只限于抢答器，我们也可以用其基本原理去设计其他的方 案。 抢答器关键解决了在几个选手同时抢答时，要求选手之间不能有冲突，所以设计电路要有互锁环节。主持人有总控权，电路要配备复位功能及识别能力。 在显示选手问题及倒计时问题上，我使用了较为简单的方法。甚至将定时器时间分解到了秒，虽然理论上简单易懂，但是程序较长，不够简单，未使用高级命令。 我认为像抢答器这类常用的设备，完全可以模板化，可以将其设计的更加灵活多样。如果要用的话，只需略微调试一下便可，这样不仅可以省去了时间，效率也会大大提高，更加方便我们的生活。 20 谢 辞 随着的进步，科技的发展，人民生活 水平及要求的提高， 制电器在人们生活中逐渐扮演着重要角色。通过这次设计，更让我了解了 产生、发展以及它的重要性。 由于以前学习的不足，更没注重实践的应用。因此，在这次亲身设计中也遇到了不少问题和困惑。设计过程中仍然有一些理论知识的欠缺，以及查阅资料中也碰到部分不了解、甚至教材中未提及的知识。这些都要通过自己的二次学习与了解。在设计的过程中，更加认识到只有理论知识的学习而没有实践经验的积累，设计也是很难完成。只有不断查找实例、不断向老师和同学请教讨论、不断地将理论与实践较好的结合，才能更快更好地进 行。 在长达差不多两个月的设计时间里，辛苦的走了过来，回想起当时接到设计任务时，感到一片迷茫，不知从何下手，深怕自己完不成任务，因为确实这是自己独自一人第一次要面临这么大的设计任务，虽然说自己有点 知识，但自己也知道自己的水平，需要做好整个设计缺的还相当多。 整个设计过程感觉比较“心”苦，我最怕的就是没有头绪，不知到该怎样面对。但再辛苦也不能放弃一定要坚持下去，整个设计过程中，学到了自己一直以来认为很难的东西；学会了基本 序梯形图的编写；学会了一定的程序编写技巧与思想；体会了遇到问题到解决问题的 处理思想；提高了自己的制图水平；体会到了任务完成后的成就感整个毕业设计下来，感觉自己在能力上增加了一定的份量。 这次设计也使我对 制有了深入的了解，尤其是抢答器的 制。在这次设计中，在经历了 查资料做笔记思考定位选设备的过程，使我了解的不仅仅是抢答器的控制，更重要的是掌握一种设计的思维方式以及克服未知的毅力，从中我受益非浅。感谢赵秀婷老师对我们的帮助，感谢学校对我们的培养。 21 参考文献 1 肖明耀，王国海可，编程控制技术，北京中国劳动社会保障出版社 2004 2 吴明亮，蔡夕忠，可编程控 制器实训教程，北京化学工业出版社 3 87永胜，王岷，电器控制与 用，中国电力出版社， 2007 4 87庭有等，可编程控制器原理及应用，国防工业出版社， 5 何强， 4路抢答器的 徽水利水电职业技术学院学报 200 6 李祥，周海涛， 计在六路抢答器中的应用，科技咨询导报 2008 7 刘红， 知识抢答器中的应用，科技咨询导， 8 陈群，基于 八路抢答器，电工技术 2007，第 12 期 48 9 张桂香，机电类专业毕业设计指南 J，北京：机械工业出版社， 10 瞿大中，可编程控制与实验 P，华中科技大学出版社 ,11 殷建国，工厂电气控制技术 M，北京 :经济管理出版社 ,12 齐占庆，机床电气控制技术 G，北京 :机械工业出版
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