三路智力抢答器的PLC控制

1、- 1 - 第一章设计任务书一、三路抢答器应用背景和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。 本文介绍一种抢答器，能使三个人同时参加抢答, 赛场中设有1 个裁判台， 三个参赛台 . 总体设计选用三菱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。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

2、抢答方案。该抢答器可作为智力竞赛的评论装置。根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据情况用灯光和声音现实其回答正确和错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数进行加分和减分。三路智力抢答器有三个抢答按钮sb1sb2 ，最先按下按钮有效，在此之后按下按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器组成框图如图1.1 所示。图 1.1 三路智力抢答器组成框图二、设计任务和要求1、三路智力抢答器应达到以下要求。（ 1）按下启动按钮（开始抢答）后，若10

3、 内无人抢答，则抢答器自动撤销抢答信号（有声音提示），说明- 2 - 该题无人抢答自动作废。（ 2）按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮有效，其余信号（后按下）无效。有效信号用灯光和声音表示。（ 3）若有人抢答即按下任意一个抢答按钮，从按下按钮开始计时，在答题时间（约1 min ）完毕时。有灯光和声音信号提示答题时间已到。（ 4）三路抢答器应有灯显示和分数显示对答题正确或错误者，在操作人员控制下可对其加10 分或减 10 分。加分最大可达到99 分，减分最少分值00 分。三路智力抢答器工作流程图如图1.2 所示。图 1. 2 三路抢答器工作流程示意图2、工作任务1) 根据控制要求，进行抢

4、答器plc 控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及plc 硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制抢答器plc 控制应用程序。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于 plc 的抢答器电气控制系统电路图。 plc 控制程序。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。- 3 - 第二章抢答器硬件系统设计一、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

5、。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2) 体积小3) 通用性好4) 使用方便硬件系统分别选择4 个额定电压为24v 的电铃， 8 个额定电压为24v 灯泡。 6 个七段数码显示管（七段数码显示管用7 位的信号驱动。在实际应用中可以用三菱plc指令 segd. 只需要用一个数据寄存器d） 。i/o 接口分别为7 个输入继电器x、35 个输出继电器y和 20% 接口裕量，所以选择三菱plc的 fx2n8

6、0mr系列。fx2n-80mr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。三菱fx2n-80mr具有 40 个输入辅助继电器x 和 40 个输出辅继电器y 。plc的工作方式为周期扫描。一个扫描周期大约为0.08us ，可见其plc的可靠性。同时在使用方面用软件gx developer ，输入程序变换看是否有错误。如果有错误继续修改，通过计算机写入plc运行调试。二、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，其硬件组成结构图如图2.1 所示 : - 4 - 三、硬件 i/o 地址

7、分配根据任务要求及所选fx2n-80mr( 考虑 20%接口裕量 )和其他硬件（电铃、灯、七段数码显示管）plc 的 i/o地址分配如表1 所示。表 1 三路智力抢答器输入输出口分配表输入信号输出信号输入设备 /符号plc 输入点输出设备 /符号plc 输出点主持人复位 /停止开关sb0 x0 plc 控制器电源接通指示hl1 y0 主持人按抢答开始按钮sb1 x1抢答信号灯、控制声音（ha ）y1 主持人加分按钮sb2 x21 号灯光和声音y2 主持人减分按钮sb3 x32 号灯光和声音y3 第 1 号抢答按钮sb4 x43 号灯光和声音y4 第 2 号抢答按钮sb5 x5抢答时间到指示灯h

8、l2 y5 第 3 号抢答按钮sb6 x6答题时间已到hl3 y6 1 号分数值显示y10-y16 、 y40-y46 2 号分数值显示y20-y26 、 y40-y46 3 号分数值显示y30-y36 、 y40-y46 数字量输出声音输出信号fx2n -80mr 数字量输入主持人输入信号抢答输入信号组别显示输出信号10秒和60秒输出信号指示灯输出信号图 2.1 硬件组成结构图系统- 5 - 四、 硬件系统接线图1. 外部硬件接线图根据题目要求和i/o 地址分配，结合fx2n- 80mr 的 plc外部系统接线图如图2.3 所示。图 2.3 外部接线图- 6 - 2硬件接线分析为了硬件电路接

9、线方便，sb1 抢答的开始按钮，对应输入点为x1 输出点为y0。sb4、sb5、sb6 分别对应三个参赛对号，输入点分别x4、x5、x6，输出点分别为y2、y3、y4。sb0 为抢答的复位按钮，对应输入点为x0 。数码管 1 显示输出点为y10-y16 。数码管 2 显示输出点为y20-y26 。数码管 3 显示输出点为y30-y36 。plc与数码管采用串电阻直接连接方式。其外部硬件接线图如图2.3 3. 外部控制电路（电源和急停开关）根据急停原理在plc上连接一对常闭触点，急停控制电路如下如图2.4 所示。图 2.4 急停电路- 7 - 第三章抢答器软件系统设计一、整体设计根据 plc智能

10、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gx-developer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3.1. 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

11、全。二、plc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，x4x6分别为三组选手的抢答信号，同时我们用中间继电器m1,m2,m3,m10,m51,m52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x1按钮用以抢答开始，x0按钮为复位按钮。程序流程图如图3.1 所示。图 3.1 三路抢答器工作流程示意图1. 主持人开始复位初始化在主持人按抢答开始按钮x1时,复位 d0和 m52.同时有抢答开始声音信号y1， 在 plc开始运行时复位d1 d4。图 3.2 初始化复位- 8 - 2. 三组抢答者抢答程序在抢答者按下抢答的同时即x4(或 x5,x6) 为 on时产生一个

12、互锁信号m10(锁定其他选手抢答) 。同时y2(或y3,y4) 有 1 秒钟 on信号，为了以后程序选择置位m1(或 m2,m3)，程序如图3.2 所示。图 3.3 抢答程序（续页如下）- 9 - 3计时时间程序根据任务要求当10 秒内无人抢答则取消答题信号（用t4 实现） 。程序如图3.4 所示。利用中间继电器m10和 y2 和 y3和 y4开始计时。如果已抢答则计时答题时间60 秒，计满60 秒不准答题。程序如图3.5 所示。续 1 抢答程序图 3.4 无人抢答程序- 10 - 4. 加减分初始化初始时需要解码d0作为加减分选通信号，同时有抢答者的信号（m1,m2,m3）参与加减分的选择。

13、程序如图3.6 所示。图 3.6 加减分初始化图 3.5 答题计时程序- 11 - 5. 加减分显示程序如果答题正确加10 分，错误减10 分。如果加分超过99 分或减分低于0 分则置零处理。同时考虑到个位一直为零则用同一种输出接口连接数码管。直接加减十位。程序如图3.7 所示。图 3.7 加减分显示（续页如下）- 12 - 续 1 加减分显示6. 抢答器总程序x4x6分别为三组选手的抢答信号，同时我们用中间继电器m1,m2,m3,m10,m51,m52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x1 按钮用以抢答开始，x0按钮为复位按钮。在按下启动按钮sb1时复位所有数据寄存器

14、（累加计分的数据寄存器除外d1d4） ，然后三组抢答者开始抢答，抢答的同时产生一个切断信号m10 （目地后者抢答无效） ，抢答后开始计时，答题时间为60 秒。答完以后主持人开始加减分（在抢答的基础之上产生一个选通信号），没有抢答的组加不了或减不了分数。在加减分的同时需要对 d1 d4进行判断（可以用cmp 指令或 ld ） 。如果超过99 或低于 0 都以 0 处理。由各功能块程序及任务要求编写程序如图3.8 所示（续下页）所示。- 13 - 图 3.8 总程序（下有续图）- 14 - 续 1 总程序- 15 - 续 2 总程序- 16 - 续 3 总程序- 17 - 续 4 总程序n1 -

15、18 - 7总程序指令表根据程序编写以下指令表如图3.9 所示。续 5 总程序- 19 - 图 3.9 指令表- 20 - 续 1 指令表- 21 - 第四章控制柜台设计根据任务要求，硬件布置及主持人操作方便设计如图4.1 所示柜台图 4.1 所示柜台- 22 - 第五章安装与调试将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。知识竞赛抢答器的程序是由三菱plc 编程软件gx-developer编制完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将 plc 设定在 stop 状态下，运行三菱plc 编程软件gx-developer编程软件，打开知识竞赛抢答器

16、的程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试1）按下抢答开始按钮sb1 。先在 10 秒内抢答，看答题开始计时60 秒后是否有灯光和声音信号。2）按下抢答开始按钮sb1 。10秒内无人抢答是否有灯光和声音信号。3）在正确的抢答情况下加减分是否有正确显示。4）所有的信号显示都要根据i/o 分配，看是否正确。- 23 - 结 束 语经过这两个星期的努力，在老师和同学的帮助下做完了任务设计的工作，通过这次的毕业设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到

17、了提高，知识的储备量也有所增加。在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。 我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。但是， 通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，

18、我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！我将会在以后的学习中继续学习。感谢我的指导教师张磊老师，你从一开始的任务书方向的选定，到最后的整篇任务书的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改任务书。我要感谢在我两个星期的学习中，无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，教给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此， 我还要感谢寝室的姐妹们，在我完成论文的过程中她们给予我的帮助和鼓励，也是她们陪我度过了这两个星期的生活。还有身边的你们，我至亲至爱的朋友们，我们一起走过了这段青春年华！谢谢！- 24 - 参 考 文 献1 工业可编程控制器的现状与发展趋势 j.航天技术与民品，1999. 2 廖常初 .plc的编程方法与工程应用 m.重庆 : 重庆大学出版社，