课程设计任务书三路抢答器的PLC控制

1、佛山科学技术学院课程设计任务书一、 设计题目三路抢答器的 PLC 控制二、 主要内容该抢答器作为智力竞赛的评判装置,根据应答者抢答情况自动设定答题 时间,并根据答题情况用灯光、声音显示其答题正确、错误及违规,在主持 人的操作下,对答题者所显示的分数值进行加分、减分或违规扣分。三、 具体要求1. 主持人提出问题并按下启动按钮(开始抢答后,若 10s 内无人抢答, 则有声音提示,说明该题无人抢答,自动作废。2. 主持人提出问题在未按下启动按钮(开始抢答之前抢答,则违规,抢 答器报出违规信号,并作减分处理。3. 主持人提出问题并按下启动按钮(开始抢答后,第一个按下按钮的信 号有效,后按下的按钮信号无

2、效。4. 主持人按下计时按钮,开始计时。答题时间为 1min ,答题过程中有灯光 提示时间,时间到并有声音指示。5. 抢答器有数码显示器显示各答题者的分数,由主持人控制,答对者加 10分, 答错者减 10分, 违规者扣 5分, 减分计算中若出现负分作 0分处理。 6. 答题完毕按下复位按钮,恢复抢答器原始状态,为下一轮抢答做好准备。 答题过程中灯光、音响的安排及注意事项见课程设计指导书。在上述具体的要求下,完成硬件电路的制作和接线, PLC 控制程序的 设计及联机调试,直至满足要求。四、 进度安排1. 理解课程设计内容及设计要求,查阅资料(第一周的星期一 。2. PLC 外围硬件电路的制作和接

3、线,构思设计方案(第一周的星期二至星 期三 。3. PLC 控制程序设计、 程序调试及系统的总体调试, 撰写课程设计报告 (第 一周的星期四至第二周星期四 。4. 课程设计答辩、批改设计报告,登载成绩(第二周星期五 。五、 完成后应上交的材料PLC 外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。六、 总评成绩指导教师 签名日期 年 月 日 系 主 任 审核日期 年 月 日目录1. 前言 42. 设计任务和要求 5 2.1 任务描述 52.2 设计任务及要求 .63. 硬软件设计方案选择 .7 3.1硬件 I/O地址分配 .8 3.2 方案选择 93.3 控制系统的硬件组成 .134.3 抢答总

4、程序 .245 调试中的遇到的问题 246 设计体会 .257 参考文献 .261前言目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器,其大致 采用模拟电路、数字电路、单片机或者 PLC 芯片、计算机控制系 统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品,其技术 相当成熟。但是随着功能的增多,电路也越复杂,并且成本偏高, 故障率高,显示方式简单或者没有。而对于科技飞速发展的今天, PLC 、 单片机应用的不断深入, 带动了传统控制检测技术的不断更 新,并鉴于其本身具有的优点,以 PLC 、单片机为核心的部件成 为主流。传统的普通抢答器主要存在一下缺点: 在一次抢答过程中,当出现超前违规抢答时,只

5、能处理违 规抢答信号,而对没有违规的有效信号不能进行处理,因 而使该次抢答过程变为无效。 当有多个违规抢答时,优先编码电路只能选择其中一个, 或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于 后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定,各路抢答 信号的“竞争”能力也被固定,因而本质上也有优先权。 普通抢答器存在不公平性。 当有多个违规抢答时,普通抢答器只能“抓住”其中一个 违规者。因而出现了“漏洞” 。可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置,它的 功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛 应用于工业控制的各个领域,它以微处理器为核心,用编写的程 序进行逻辑控制、定时、记

6、数和算术运算等,并通过数字量和模 拟量的输入 /输出来控制机械设备或生产过程。PLC 的学习比一般编程学习困难在于,要完成一个控制系统 不仅需要掌握一定的编程技术,更为重要的是要知道如何针对实 际应用的需要选择合适的 PLC 型号,然后进行资源配置,设计控制系统。2设计任务和要求2. 1任务描述:该抢答器作为智力竞赛的品判装置,根据应答者抢答情况自 动设定答题时间,并根据答题情况用灯光、声音显示其答题正确、 错误及违规,在主持人的操作下,对答题者所显示的分数值进行 加分、减分或违规扣分。三路智力抢答器有三个抢答按钮 SB1SB3, 在允许抢答的情况 下最先按下按钮有效,在此以后按下的按钮无效,

7、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 2-1控制器组成框图图 2-12. 2 设计任务和要求1. 主持人提出问题按下启动按钮(开始抢答后,若 10s 内无人抢 答,则有声音提示,说明该题无人抢答,自动作废。2. 主持人提出问题在未按下启动按钮(开始抢答之前抢答,则违 规,抢答器报出违规信号,并作减分处理。3. 主持人提出问题按下启动按钮(开始抢答后,第一个按下按钮 的信号有效,后按下的按钮信号无效。4. 主持人按下计时

8、按钮,开始计时。答题时间为 1min ,答题过程 中有灯光提示时间,时间到并有声音指示。5. 抢答器有数码显示器显示各答题者的分数, 由主持人控制, 答对 者加 10分,答错者减 10分,违规者扣 5分,减分计算中若出 现负分作 0分处理。 6. 答题完毕按下复位按钮, 恢复抢答器原始状态, 为下一轮抢答做好 准备。答题过程中灯光、音响的安排机注意事项如下:抢答有效:抢答者灯亮、控制台绿灯亮机声响。10s 无人应答:声响、控制台绿灯(HL4点亮 2s 。违规:违规者灯亮,控制台红灯(hl5亮机声响。答题过程:抢答者灯亮, 控制台绿灯亮, 50s 后控制台绿灯闪烁。 答题时间到:抢答者灯亮,控制

9、台绿灯亮机声响。按加分按钮加 10分,按减分按钮减 10分,按违规按钮减 5分, 最高分 90分(违规情况下最高分为 95分 ,最低分 0分。声响时间 为 1s 。3硬软件设计方案选择根据 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自动操作。安全、可靠、 省时、省力、价格便宜。3.1 硬件 I/O地址分配 如下表 1 表 1硬件 I/O接线图如下图 3.1

10、-2 硬件 I/O接线图 3.1-23.2 方案提示(1 抢答器抢答部分控制程序可用基本指令编程, 也可用步进指令完成。(2指示灯和音响输出,可用 PLC 的输出指令直接接通。(3抢答者的得分情况通过数码显示, 显示电路如下图, 显示电路板自制,开采用传送、比较、移位和 BCD 等应用指令与基本指令组合 编程来完成。如下图 3-2-1 和驱动,一十进制数在七段显示数码管中显示。CD4511为一锁存 /译码 /驱动三合一译码器,其管脚如图 3-2所 示 主要端子介绍如下:a 锁存部分有死未存储电路 LE :锁定控制端,当 LE=0时,允 许译码输出, 随 AD变化。 LE=1时译码器是锁定保持状

11、态, 译码器输出被保持在 LE=0时的数值。b 消隐输入控制端,当 BI=0 时,不管其它输入端状态如何, 七段数码管均处于熄灭(消隐状态,不显示数字。c 输出驱动部分是具有较大电流输出的 NPN 双极型晶体管, 当 推动 LED 数字显示器件时, 一定要加限流电阻, 限流电阻约 为 200,由等测试输入端 LT ,可测试数码管的显示七段。 当 LT=“ 1”时,显示数 8,几个段均亮。d 当输入的 BCD 大雨 1001时,七段显示输出全为“ 0” ,数码 管熄火。 CD4511真值表如表 2:表 2 CD4511的真值表(5 显示原理简介本显示电路采用静态方式显示, 按照时间段分别把十位、

12、 个位送 到各自的 CD4511译码器中, CD4511的锁存器保持所送的数据, 通过 其输出端驱动各自的数码管,使所送的数据在数码管中显示。 PLC 的输出步骤要求如下:1 将所送的数据转换成 BCD 码。2 先将所送的十位数值加到显示十位数的 CD4511的 A 、 B 、 C 、 D 端,同时是该 CD4511的 LE 端为低电平,显示个位数的 CD4511的 LE 端为高电平。3 在没有送个位数之前, 再使显示十位数的 CD4511的 LE 端为 高电平,锁存送入的数据。4 将所送的个位数值加到显示个位数的 CD4511的 A 、 B 、 C 、 D 端, 同时是该 CD4511的 L

13、E 端为低电平, 显示个位数的 CD4511的 LE 端为高电平。5 再使显示十位数的 CD4511的 LE 端为高电平, 锁存送入的数 据。至此一个显示周期完成。3.3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 3-3为: 硬件组成结构图 3-34抢答器软件系统设计4. 1软件流程图的设计根据设计任务以及硬件设计的要求,现软件主流程图的设计如 图 4-1所示,选手显示分数刷新程序流程图如图 4-2所示: 4.2 PLC控制程序的设计16 图 4-2-1没有选手抢答, 1

14、0s 后复位重新开始 . 如下图 4-2-2 图 4-2-2有 10s 后无人应答, M1得电自锁, 控制台绿灯亮 2s , M7,M8,M9,应答计时 50s 后, M9继电器 0.5s 后失电, 0.5s 后又得电, T6,T8组合的 1s 震荡周期, 使灯闪烁 10s 后, 得电断开。(M200,M12,M13 如图 4-2-3(1所示: 17 图 4-2-3(1答题过程,控制台灯绿亮, M8为控制台绿灯亮 50s (T3 k500继 电器, 50s 后控制台绿灯闪烁(T7 K100如下图 4-2-3(2 4-2-3(2在主持人没有按下抢答按钮情况下抢答,相应继电器得电, 总台红灯亮,如

15、下图 4-2-4所示18 19图 4-2-4从上到下分别是:开始、抢答、抢答过时、违规、应答时间到声 响 1s 。如下图 4-2-5图 4-2-5M200为 继电器, M3,M4,M5分别为各位选手抢答继电器, 有其 中一位选手按下抢答开关,相应的继电器常开得电,形成自锁, 常闭失电,其他选手抢答无效。如下图 4-2-6所示: 图 4-2-61 初值的设置接通电源, 把寄存器 D0/D2/D4的初值传至 k1M100中间继电器, 如图 4-2-7(1所示。 图 4-2-7(12 正规抢答加减分及最高最低分控制按下加分(X5 、减分(X6 ,借助抢答选手的灯亮 M3、 M4、 M5的自锁,有脉冲

16、信号分别让对应的选手分别加减分,并且利用区 间比较指令 ZCP 控制最高分(不得高于 k95 、最低分(不得低于 k0 。如图 4-2-7(2所示20 图 4-2-7(23 违规减分有人抢答违规,按下违规减分按钮,利用区间比较指令 ZCP 控 制分数各位数大于零, M21继电器得电继而对违规抢答的分数减 5分,若个位数等于零, M22继电器得电从而十位减一,而同时将个 位数置为 5。如图 4-2-7(3所示21图 4-2-7(3 22图 4-2-8在按下正确抢答和违规抢答按钮后其相应继电器得电而常开 接通,继电器 M210得电,按下复位按钮,系统复位 . 如图 4-2-9所示: 23 图 4-

17、2-94.3 抢答器总程序根据上面的基本环节,和硬件答辩老师指出的问题,设计的三 路智力抢答的总程序如 附录 所示。5. 调试中遇到的问题调试终于到的问题是非常多的,举例我遇到的三个问题:双 线圈输出错误;梯形图编排不合理,使程序步数复杂化、扫描周 期延长;没有进行互锁处理导致的不正常,由于我的起步是分段 手写到稿子上,再重新设计总的程序,再到电脑上编辑程序,这 其中就难免程序参数的输入错误,而这影响可大可小,就在 20周 的星期三,由于我感觉最正确的显示模块,在显示 3号选手分数时 候。我把个位数指令 MOV K1M400 K1Y000错误写成 MOV K400 K1Y000, 这是致命的错

18、误,会在刷新 3号选手分数时候导致个位数全部置 零。仅仅因为这个错误,我调试了一个早上和一个下午,不得不 得重新检查整个程序是否有错误置零,看到最后几行,恍然大悟, 终于找到问题所在。246 设计体会回忆这两周“三路抢答器的 PLC 控制”的课程设计,虽然辛苦却 是无比的充实, 它使得我对 PLC 的掌握进一步的增强, 加深了对 PLC 它们的理解,并对 PLC 产生了浓厚的兴趣,但是我也深深的知道自 己的不足之处,比如说对应用指令的不熟悉,加深了我的程序复杂 程度。但在学习过程中不能想通的问题,在 PLC 调试过程中,终于 得以解决。 可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额拓宽作用, 对培养既具有扎实理论功底又