PLC型九位知识竞赛抢答器课程设计

1、惠州学院HUIZHOU UNIVERSITY电气与PLC控制技术课程论文题目：九位知识竞赛抢答器设计姓名学号专业班级指导教师提交日期 2017年 6 月 13 日教务处制目录、设计背景及内容 、控制要求 设计方案3.1 、PLC选型及系统结构 3.2 、I/O 口及元件分配 73.3、 PLC外部接线图 73.4 、流程图 83.5 、梯形图 83.6 、指令表 12四、工作原理 错误! 未定义书签4.1 、判别环节 134.2 、 题目的放弃判别 134.3 、 提前抢答选手的判别 134.4 、 选手编号显示环节 134.5 、 超时环节 14五、线路连接与系统调试 141、线路连接 14

2、2、系统调试 14六、总结 错误! 未定义书签、设计背景及内容1.1 设计背景随着我国经济和文化实业的发展，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。最初的抢答器是由优先 权编码器构成的逻辑电路，其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单， 特别是当抢答路数很多时，实现起来就更加困难。因此，一种能够体现竞赛的公开、 公平、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。本设计将以 PLC 为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子 的分配方案，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，其将以其控制

3、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，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。1.2 研究内容本课程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。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

4、准化、模块化 2 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，根据调试情况，发现设计不当及时修改，最终达到设 计目的。二、抢答器控制要求 知识竞赛抢答器能使 9 个队同时参加抢答。 设裁判队为裁判台，参赛对为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并且设有裁 判台开始按钮 SB0 和裁判台复位按钮 SB5；参赛台设有参赛台抢答按钮以及参赛台灯。1-4 号参赛台分别对应按钮 SB1-SB4及参赛台灯 EL1-EL4。 知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队抢

5、答必须在裁判说出“开 始”并按下裁判台的开始按钮 SB0后15S内抢答，并由数码管显示时间。 如提前抢答， 抢答器发出“违规”信号。 15S 时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号， 该题作废。在有队抢答的情况下，则抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时，并 由数码管显示出抢到题的参考队号，抢到题的队必须在 30S内答完题，如 30S 内未答 完，则作超时处理。 灯光与音响信号的意义如下： （见图 2-1 结构流程图） 音响叫（响 1S） +某台灯亮，由某参赛队正常抢答。 音响叫（响 1S） +某台灯亮 +总台灯亮，某参赛队违规。 音响叫（响 1S） +裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。

6、在某个题结束后，裁判员按下台上的复位按钮 SB5，抢答器恢复原来的状态， 为下一轮抢答作好准备。 各输出端口统一采用直流 24V 电源。竞赛抢答器能使 9 个队同时参加抢答；设一裁判台，裁判台上设有音响和指示灯 LED0 ，并设有裁判“开始”按钮 SB0 和复位按钮 SB10；参赛设有抢答按钮及指示灯， 1-9 号赛台分别对应按钮 SB1-SB9及指示灯 LED1-LED9 ；比赛规则： 各队抢答必须在裁判员说出“开始” ，并按下裁判台“开始”按钮 SB0后 15 秒 内抢答， 15秒到时如无人抢答，则抢答器给出时间到信号，该题无效。 在有人抢答的情况下，则抢答器发出抢答信号，数码管将显示第几

7、号台抢答。 抢到题的人必须在 30秒内答完题，如在 30 秒内没有答完，则做超时处理。 如裁判台未按“开始”按钮，此时如有人按下抢答按钮，则给出违规信号。 灯光与音响的意义如下：音响叫（响 1 秒） +某台灯亮，由该队正常抢答。音响叫（响 1 秒） +某台灯亮 +裁判台灯亮，该队违规。音响叫（响 1 秒） +裁判台灯亮，表示无人抢答或答题超时。 正常答完结束后，裁判员按下“复位”按钮后，抢答器恢复原状，为下一轮抢答做好准备各输出端口统一采用直流 24 伏电源三、设计方案3.1 PLC 选型及系统结构知识竞赛抢答器通过 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，

8、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图 3-1 系统控制结构框图的响应。知识竞赛抢答器有 11个输入信号（即 11个按钮），18个输出信号（即 9个台 灯信号、 1个音响信号、 1个开始信号、 7个输出信号控制数码管） 。由上可知 PLC共 有 11个输入点，18个输出点, 为此选用日本三菱公司 FX2N-48MR 的 PLC作为控制主 机，该主机有 24 个输入点，有 24个输出点，输出采用继电器空接点输出，方便接线， 容量大，满足本课程设计要求。系统结构框图如下图 3-1 所示：3.2 I/O 口及元件分配表 3-1 知识竞赛抢答器输入输出口分配表输入信号输

9、出信号名称代号输入点标号名称代号输出点标号裁判台开始按钮SB0X0开始工作指示灯LED0Y01 号赛台抢答器按钮SB1X11 号参赛台灯LED1Y12 号赛台抢答器按钮SB2X22 号参赛台灯LED2Y23 号赛台抢答器按钮SB3X33 号参赛台灯LED3Y34 号赛台抢答器按钮SB4X44 号参赛台灯LED4Y45 号赛台抢答器按钮SB5X55 号参赛台灯LED5Y56 号赛台抢答器按钮SB6X66 号参赛台灯LED6Y67 号赛台抢答器按钮SB7X77 号参赛台灯LED7Y78 号赛台抢答器按钮SB8X108 号参赛台灯LED8Y109 号赛台抢答器按钮SB9X119 号参赛台灯LED9Y

10、11裁判台复位按钮SB10X12音响BY12数码管 1LE1Y20-Y26表 3-2 PLC 内部辅助继电器及定时器分配表内部辅助继电器作用定时器作用M0抢答允许T0抢答限时 15SM1抢答闭锁T1答题限时 30SM2答题时限T2音响时限 1sM3启动音响3.3 LED数码管及 PLC外部接线图fbec DPd6 7 8 9 10a bcd ef gDPc8 +- (a7d6ea bcd ef g图 3-2 LED 数码管的外形及内部结构XOY27X1Y0X2Y1X3Y2X4Y3X5Y4X6Y5X7Y6X8Y7X10Y10X11Y17X12Com2Y14Y13Com1Y20Y21Y22Y16C

11、om3Y15图 3-3 PLC 外部接线图3.4 流程图当裁判按下开始按钮时， 9 个参赛对处于抢答状态，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，若在规定时间内，则答题结束；若超时，则提示主持人；如果抢答没有成功，则 判断是否抢答犯规，若法规，某法规台灯亮，总台灯亮出指令。开始抢答图 3-2 结构流程图3.5 程序形图违规抢答 状态：开始信号发 出前抢答，音响叫 （响 1S） +某台灯 亮 + 总台灯亮。无人应答 状态：开始信 号发出 15s 内， 音响叫（响 1S） +裁判台灯亮。正常抢答 状态：开始信 号发出 30s

12、内， 音响叫（响 1S） +某台灯亮。初始状态复位如向al*ZIU恼删CMRtn卒妣a?a suT3fYF卄mIL址EHK 旧（：“氏即*划渚乂艸林砒1KIL图 3-5 梯形图3.6 程序指令表0 LD X00040 OR Y00779 AND M1120 OUT Y0211 OR M041 ANI X01280 ORB121 LD Y0012 ANI M142 OUT Y00781 OR Y000122 OR Y0033 ANI X01243 LD X01082 ANI X012123 OR Y0044 OUT M044 ANI M183 OUT Y000124 OR Y0055 OUT T

13、0 K15045 OR Y01084 LD M0125 OR Y0068 LD X00146 ANI X01285 AND M1126 OR Y0079 ANI M147 OUT Y01086 LD T0127 OR Y01010 OR Y00148 LD X01187 ANI M1128 OR Y01111 ANI X01249 ANI M188 ORB129 OUT Y02212 OUT Y00150 OR Y01189 LD T1130 LD Y00213 LD X00251 ANI X01290 AND M1131 OR Y00314 ANI M152 OUT Y01191 ORB13

14、2 OR Y00415 OR Y00253 LD X00192 LD M1133 OR Y00516 ANI X01254 OR X00293 ANI M0134 OR Y00617 OUT Y00255 OR X00394 ORB135 OR Y01018 LD X00356 OR X00495 PLS M3136 OR Y01119 ANI M157 OR X00597 LD M3137 OUT Y02320 OR Y00358 OR X00698 OR Y012138 LD Y00221 ANI X01259 OR X00799 ANI T2139 OR Y00622 OUT Y0036

15、0 OR X010100 ANI X012140 OR Y01023 LD X00461 OR X011101 OUT Y012141 OUT Y02424 ANI M162 OR M1102 OUT T2 K10142 LD Y00425 OR Y00463 ANI X012105 LD Y002143 OR Y00526 ANI X01264 OUT M1106 OR Y003144 OR Y00627 OUT Y00465 LD M1107 OR Y005145 OR Y01028 LD X00566 OR M2108 OR Y006146 OR Y01129 ANI M167 ANI

16、T1109 OR Y007147 OUT Y02530 OR Y00568 ANI X012110 OR Y010148 LD Y00231 ANI X01269 OUT M2111 OR Y011149 OR Y00332 OUT Y00570 OUT T1 K300112 OUT Y020150 OR Y00533 LD X00673 LD M1113 LD Y001151 OR Y00634 ANI M174 ANI M0114 OR Y002152 OR Y01035 OR Y00675 LD T0115 OR Y003153 OR Y01136 ANI X01276 ANI M111

17、6 OR Y004154 OUT Y02637 OUT Y00677 ORB117 OR Y007155 END38 LD X00778 LD T1118 OR Y01039 ANI M1119 OR Y011四、工作原理4.1 、判别环节由于按键自身不具有位置自锁功能， 所以借用 PLC的内部继电器帮组完成抢 答意愿的记忆。 主持人发布抢答开始命令及按下 SB0后，最先按下抢答按键选手 所借用的内部继电器 M1最先带电并自锁的，同时此内部继电器的常闭触电串接 在其他选手所借用的内部继电器线圈所在路径中断开， 准确的判别出了最先按下 按键选手。4.2 、题目的放弃判别假如在主持人按下按键 SB

18、0 15S后仍无选手按下抢答按键， 则相应的定时器 触点转态发生翻转，接通蜂鸣器（ Y12）响 1 秒后停，警示选手放弃此题，可直 接进入下一轮抢答。4.3 、提前抢答选手的判别假如在主持人按下 SB0 发布抢答开始命令之前，就有选手提前按下对应抢 答按键，则裁判灯（ Y0 ）LED0 亮的同时蜂鸣器 （Y12） 响 1 秒，警示选手提前抢 答，同时，屏幕显示抢答选手的编码。相反，如果没有选手在发布抢答开始命令 之前按下相应的按键，则随着 SB0 键的按下，蜂鸣器不会响，裁判灯不会亮， 抢答继续。4.4 、选手编号显示环节当有选手成功获取问题抢答权后，通过 Y20Y26 将八段显示器中对应的管

19、 子发光，显示选手的编码。选手有 30 秒的回答时间。显示程序通过不同的组合 Y20Y26 ，点亮数码管的不同段，达到显示抢答 台号的目的，组合如下表：参赛台号显示输出组合1 号赛台（ Y1 ）1Y21Y222 号赛台（ Y2 ）2Y20Y21Y23Y24Y263 号赛台（ Y3 ）3Y20Y21Y22Y23Y264 号赛台（ Y4 ）4Y21Y22Y23Y255 号赛台（ Y5 ）5Y20Y22Y23Y25Y266 号赛台（ Y6 ）6Y20Y22Y23Y24Y25Y267 号赛台（ Y7 ）7Y20Y21Y228 号赛台（ Y10 ）8Y20Y21Y22Y23Y24Y25Y269 号赛台（

20、 Y11 ）9Y20Y21Y22Y23Y25Y264.5 、超时环节定时器 T1 计时 30 秒，说明抢答时间到，此时通过 M3 启动蜂鸣器（ Y12 ） 响 1 秒后自动停，裁判灯（ Y0 ）亮，说明回答时间到，选手停止答题并做超时 处理。五、线路连接与系统调试5.1 、线路连接（ 1）、输入端：将主机输入端 X0-X07、X10、X11、X12分别接到基本指令练习模 块的 X0-X07、X10、 X11、X12。（2）、输出端：将主机的输出端 Y0-Y7、Y10 分别接到基本指令编程练习模块的 Y0-Y7、Y10；Y12接到音响， Y20-Y26 分别接到 LED数码显示控制的 A、B、C、D、 E、F、G。5.2 、系统调试（1）、硬件调试： 接通电源， 检查三菱 FX2N-48MR可编程控制器是否可以正常工 作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信接口连接。（ 2）、软件调试： 程序是由三菱 PLC 编程软件 GX-DEVELOPER 编制完成， 按要求输 入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指 令读入到指定的可编程控制器 ROM中，进行下一步的调试。（ 3）、