PLC学年论文之四路抢答器的设计.doc

四路抢答器的设计 四路抢答器的设计摘要：近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的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，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。关键词：单片机、PLC；可编程控制器；抢答器引言近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的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，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。对于抢答器其广泛用于电视台、商业机构、企事业工会组织、俱乐部及学校等单位组织举办各种知识、技术竞赛及文娱活动时作抢答之用，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活，并且给人的视觉效果非常好，是各单位开展素质教育、精神文明、娱乐活动的必备产品。1PLC四路抢答器概述1.1 PLC四路抢答器概述抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为1号、2号、3号、4号参赛台.总体设计选用西门子PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。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，他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。PLC智能抢答器与单片机抢答器相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器，所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。这种形式在 80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。1.2PLC四路抢答器工作原理我所设计的PLC智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器，现在以四路抢答器为例。给竞赛主持人设置了3个控制按钮，用来控制开始、复位、答题计时，每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号（持续三秒）以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时（设定30秒）若30秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响，以示选手放弃该题。在抢答成功后，主持人按下答题计时按钮，同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节，此设定为50秒，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。其中以上功能都通过编制的PLC程序来控3个制数码管和3个指示灯以及一个喇叭来实现，如图1所示: 图1抢答器模型图2系统硬件设计2.1控制系统选取抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。为此，我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入, 输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：1、可靠性高：由于可编程控制器的输入, 输出端口均采用继电器或光电耦合器件，采取了隔离和抗干扰措施，使其具有很高的抗干扰能力，因而能在恶劣环境下可靠工作。2、体积小：由于在制造时采用了大规模集成电路和微处理器，用软件编程代替了硬连线，便于安装，实现了小型化。3、通用性好：由于可编程控制器采用模块化结构，一般有CPU 模块、电源模块、PID模块、模拟输入和输出模块等，可以用这些模块灵活的组成各种不同的控制系统，对不同的控制系统，只需选取不同的模块即可，因而具有很好的适用性。4、使用方便：对于不同的控制系统，当硬件结构选定后，如果输入、输出作很小的变动时，只需修改相应程序即可，无需对系统连线做较大的修改，减少了现场调试的工作量，使用起来灵活方便。基于可编程控制器的上述优点能够适应和满足立体车库高性能的使用要求，所以我确定该车库控制系统为PLC(西门子S7-200系列)。S7-200系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。由于其具有极高的性价比，在以下几方面都有优越的表现：极高的可靠性、程序易于掌握，实时特性功能、编程语言指令丰富，操作简便，有丰富的扩展功能。抢答器所使用的各种判断信号均为数字量，所以用西门子S7-200系列就完全可以满足电气控制系统方面的要求。22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，让大家都很快的明。其硬件组成结构图如图2所示:图2系统硬件结构23系统控制要求1抢答器可同时供四组选手参加比赛2给主持人设置三个控制按钮，用来控制抢答的开始、复位和答题计时的开始。3每当主持人发出开始抢答指令后，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，音响电路给出信箱提示信号（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。4违规抢答：若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，违规时数码管1显示其编号，同时红灯亮，音响电路发出声响。5抢答限时：当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定30S）。若30S时限到仍无人抢答，则黄灯亮、音响电路发出声响，以示选手放弃该题。6. 答题限时：在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S），选手必须在设定的时间内完成答题。否则，音响电路发出答题超时报警信号。24统I/O分配表241 LC控制系统的输出端口抢答器的PLC控制系统的输出端口如表1所示：表1输出信号对照表信号名称内部地址信号名称内部地址数码管1a段Q0.0数码管2g段Q1.6数码管1b段Q0.1数码管3a段Q2.0数码管1c段Q0.2数码管3b段Q2.1数码管1d段Q0.3数码管3c段Q2.2数码管1e段Q0.4数码管3d段Q2.3数码管1f段Q0.5数码管3e段Q2.4数码管1g段Q0.6数码管3f段Q2.5数码管2a段Q1.0数码管3g段Q2.6数码管2b段Q1.1音响Q3.0数码管2c段Q1.2绿色指示灯Q3.1数码管2d段Q1.3黄色指示灯Q3.2数码管2e段Q1.4红色指示灯Q3.3数码管2f段Q1.52. 42抢答器的PLC控制系统的输入端口抢答器的PLC控制系统的输入端口如表2所示：表2输入信号对照表信号名称内部地址信号名称内部地址抢答开始按钮SB1I0.0第二组抢答按钮SB5I1.1主持人复位按钮SB2I0.1第三组抢答按钮SB6I1.2答题计时按钮SB3I0.2第四组抢答按钮SB7I1.3第一组抢答按钮SB4I1.025系统硬件连接图根据系统要求和所需要的硬件，系统数字量输入点总计7个点，输出点总计25个点。综合考虑到系统的性价比和系统的可扩展性，输入、输出点留出一定的富裕量，因此PLC选择SIEMENS的S7-200系列的CPU226继电器输出型和数字量扩展模块EM223。输入、输出端子电气接线图如图3所示。 （具体请参考表1和表2）图3控制系统外部I/O接线图3系统软件设计3.1整体设计根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过PLC控制程序来实现整体的运行，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序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。控制软件应用SIEMENS编程软件，采用梯形图语言编写,工作系统自动控制流程框图如图4.1.所示。根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。如下图所示，有主程序和若干子程序组成，其整体设计工作系统自动控制流程图如图4所示图4 Plc作系统自动控制流程图3.2 PLC控制主要程序3.2.1抢答器控制程序为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，I1.0I1.3分别为四组选手的抢答信号， 同时我们用中间继电器M0.0、M0.1、M1.0M1.3进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。主持人控制台有I0.0按钮用以抢答开始，I0.2按钮用以控制答题时间地开始，I0.1按钮为复位按钮。其详细控制程序见附录3.2.2 主持人控制台控制抢答器的开始、答题计时和复位当主持人按下I0.0按钮后，选手才能正常抢答，否则视为违规抢答开始程序如下图5所示：图5抢答开始当选手抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮I0.2后，答题计时开始，程序如图6所示：图6答题计时开始抢答完毕，当主持人按下按钮I0.1，系统才能进行下一轮的抢答，如图7所示：图7复位3.2.3 选手的抢答主持人发出抢答开始指令后，选手开始抢答，否则抢答无效视为违规抢答，四组选手的抢答程序如图8所示：图8四组选手的抢答3.2.4 答题限时在抢答成功后，主持人按下答题计时开始按钮，同时数码管2、3上显示答题倒计时时间（该时间设定为50S）。如图9所示：图9结束语通过思考，我发现可以做适当扩展。当给电路加入适当的编、译码器件，就可以将红、绿灯指示变为直观的数字显示，对外围电路稍加修改，就可以变成多路多人抢答器，如六路或十路等，改为多路多人抢答器，可以在梯形图中再加入两路或六路分支即可。去掉程序中的互锁和抢答限时功能，可以将抢答器改成呼叫器，可以用在医院的病房、工厂的车间等多种地方。参考文献1 沙占友. 集成温度传感器原理与应用. 北京：机械工业出版社，2002.2 刘君华. 智能传感器系统. 西安：西安电子科技大学出版社，1999.3 沙占友. 智能化传感器原理与应用. 北京：电子工业出版社，2004.4 赵负图. 传感器集成电路手册. 北京：化学工业出版社，2002.5 张毅刚. MCS-51单片机原理及应用. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.6 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列单片机原理与接口技术. 北京：人民邮电出版社，2004.7 林伸茂. 8051单