可编程控制器技术 课件 项目3　竞赛抢答器系统应用编程

任务3.1设计竞赛抢答器主讲人：XXX时间：20XX.XX目录-CONTENTS01020304一、任务要求与分析二、知识学习三、任务实施四、任务评价05五、任务拓展一、任务要求与分析01功能实现：设计一个4路抢答器，包含选手抢答按钮、主持人控制按钮、指示灯等，实现正常抢答、违规处理与系统复位功能。01任务要求互锁机制：抢答开始后，首位抢答选手锁定，后续抢答无效，确保抢答公平性。0202控制逻辑：主持人控制抢答开始与复位，选手抢答触发对应指示灯，违规抢答触发报警灯闪烁，系统需准确判断抢答顺序与违规情况。0101任务分析二、知识学习0201置位与复位：置位位域指令SET_BF可连续置位多个位，复位位域指令RESET_BF可连续复位多个位，用于批量控制指示灯状态。03边沿检测：边沿检测触点与线圈指令可检测信号的上升沿或下降沿，用于捕捉按钮按下瞬间信号，避免抖动影响。02SR与RS触发器：SR复位优先，RS置位优先，用于处理抢答信号的置位与复位，确保信号准确响应。位逻辑指令系统存储器：提供首次循环、诊断状态更改、常1、常0等特殊功能位，用于程序初始化与状态监测。时钟存储器：提供多种频率的时钟脉冲，如1Hz用于违规指示灯闪烁控制，实现周期性报警提示。系统和时钟存储器功能设置三、任务实施03I/O地址分配表接线要点：按钮接入PLC输入端子，指示灯由PLC输出端子驱动，确保接线正确无误，避免短路与误操作。01I/O接线图项目创建：在博途中新建“四路抢答器”项目，添加CPU1215CDC/DC/DC，定义相关变量，确保程序易读性。”硬件组态与变量设置010203复位功能：利用复位按钮与首次循环信号，复位所有指示灯与标志位，为新一轮抢答准备。开始功能：主持人按下开始按钮后，点亮开始指示灯，激活抢答功能，同时清除按钮抖动影响。抢答操作：判断选手抢答顺序，首位抢答选手点亮对应指示灯并锁定，后续抢答无效；违规抢答触发报警灯闪烁。程序设计软件调试：通过程序状态监控法，监控程序运行状态，修改逻辑错误，确保功能正常。硬件调试：检查接线，测试按钮响应与指示灯显示，确保硬件运行稳定。项目调试四、任务评价04编程与调试（40分）：主持人操作功能正确（8分）、抢答按键功能正常（16分）、指示灯功能正常（12分）。PART025S素养（10分）：桌面物品摆放整齐（5分）、地面清理干净（5分）。PART04安全素养（10分）：危险用电扣5分/次，带电插拔扣3分/次，穿着不符合要求扣5分/次。PART03硬件安装与接线（30分）：I/O接线图绘制（10分）、元件安装（10分）、硬件接线（10分）。PART01发展素养（10分）：表达沟通能力（5分）、团队协作能力（5分）。PART05评分标准五、任务拓展05顺序起动设计：编写程序实现两台电动机顺序起动与停止控制，按下起动按钮后M1起动，M2延时起动；按下停止按钮后M1停止，M2延时停止。谢谢大家主讲人：AiPPT时间：20XX.XX任务3.2竞赛抢答器的进阶主讲人：XXX时间：20XX.XX目录01一、任务要求与分析02二、任务准备03三、任务实施04四、任务评价05五、任务拓展一、任务要求与分析01竞赛抢答器包含1个主持人总台和3个参赛组分控台，总台设置电源、允许抢答、违规指示灯及抢答成功组号显示器，分控台设置抢答成功指示灯和抢答、开始答题、回答完毕按钮。竞赛开始时，主持人按下起动按钮，电源指示灯亮，各组总分赋值100分。抢答需在主持人按下允许抢答按钮后10秒内完成，违规抢答将导致系统减10分。抢答成功组答题时间为30秒，答题结束按下回答完毕按钮，答题用时和答题时间计时器停止计时，主持人根据答案加或减10分。主持人按下复位按钮，数据复位；按下停止按钮，电源指示灯熄灭，各组总分清零。抢答器功能设计01触摸屏上主持人区设置起动、停止、允许抢答、复位、加分、减分按钮，各参赛组设置抢答、开始答题、回答完毕按钮，按钮ON/OFF状态有明显区别。通过触摸屏可显示抢答器当前所处的实时工作状态，包括倒计时时间，单位为秒，精确到0.1秒，相关时间可设置。设置加密页，输入正确密码可跳转至时间设置界面，对抢题目时间和答题时间进行设置。人机界面设计要求02任务要求主持人通过总台控制竞赛流程，包括起动、停止、允许抢答、复位、加分、减分等操作，各操作之间存在先后顺序和逻辑关系，需准确实现。参赛组通过分控台进行抢答和答题操作，抢答需在规定时间内完成，答题时间有限制，系统需准确判断抢答顺序和答题时间，实现相应的加分或减分操作。系统需具备违规处理功能，对违规抢答的参赛组进行减分，并通过违规指示灯提示。根据任务要求，可将竞赛抢答器系统划分为电源控制模块、抢答控制模块、答题控制模块、计时模块、分数管理模块、人机界面模块等。电源控制模块负责控制电源的启停，为系统提供稳定的电源支持；抢答控制模块实现参赛组的抢答操作和抢答顺序判断；答题控制模块管理答题过程中的时间控制和答题结果处理；计时模块提供抢答时间和答题时间的倒计时功能；分数管理模块根据答题结果和违规情况进行分数的加减操作；人机界面模块通过触摸屏实现人机交互，显示系统状态和操作界面。控制逻辑分析系统功能模块划分任务分析二、任务准备02移动指令用于将一个变量的值赋给另一个变量，实现数据的传递和更新。在竞赛抢答器中，移动指令可用于将抢答成功组号、答题时间等数据传递到相应的显示变量中，以便在人机界面上显示。使用移动指令时，需注意目的地址的存储区大小与输入端的数据长度相匹配，避免数据丢失或错误。例如，将一个整数型变量的值移动到一个双字型变量中，可能会导致数据精度丢失或超出存储范围。移动指令比较指令用于比较两个数据的大小关系，判断是否相等、大于或小于等条件。在竞赛抢答器中，比较指令可用于判断抢答时间是否超时、答题时间是否结束等条件，从而触发相应的控制动作。比较指令支持多种数据类型，如整数、双整数、浮点数等，使用时需确保比较的数据类型相同，否则可能导致比较结果不准确。例如，比较一个整数型变量和一个浮点型变量的大小时，需先将其中一个变量转换为与另一个变量相同的数据类型。比较指令数学运算指令包括加、减、乘、除等基本运算操作，用于对数据进行数学计算。在竞赛抢答器中，数学运算指令可用于计算参赛组的总分，根据答题结果和违规情况进行加减分操作。数学运算指令的操作数数据类型需一致，且需注意数据范围和精度，避免运算结果超出存储范围或出现精度误差。例如，在进行分数加减运算时，需确保分数变量的数据类型能够容纳运算结果，避免数据溢出。数学运算指令数据处理指令组态工具与方法HMI与PLC的整合SIMATICS7-1200与SIMATICHMI精简系列面板的整合为竞赛抢答器提供了简单高效的可视化和控制解决方案。通过HMI面板，主持人和参赛组可以方便地进行操作和查看系统状态。HMI面板与PLC通过PROFINET接口进行通信，实现数据的实时传输和交互。在组态过程中，需正确配置HMI和PLC的通信参数，确保两者能够稳定可靠地连接和通信。SIMATICSTEP7Basic是西门子开发的高集成度工程组态系统，提供了直观易用的编辑器，用于对SIMATICS7-1200和SIMATICHMI精简系列面板进行高效组态。在组态过程中，可使用STEP7Basic的图形化界面进行操作，通过拖拽、配置属性等方式完成HMI画面的设计和功能实现。同时，需熟悉HMI面板的各种控件和功能，如按钮、指示灯、文本域、I/O域等，以便合理布局和设置人机界面。SIMATICHMI精简系列面板的组态三、任务实施03输入元件地址分配起动按钮（I0.0）、停止按钮（I0.1）、允许抢答按钮（I0.2）、复位按钮（I0.3）、加分按钮（I0.4）、减分按钮（I0.5）分别对应PLC的输入点，用于接收主机人的操作信号。1-3组抢答按钮（I1.0-I1.2）、1-3组开始答题按钮（I1.3-I1.5）、1-3组答题完毕按钮（I1.6-I2.0）分别对应PLC的输入点，用于接收参赛组的操作信号。输出元件地址分配电源指示灯（Q0.0）、允许抢答指示灯（Q0.1）、违规指示灯（Q0.2）、1-3组抢答指示灯（Q0.3-Q0.5）分别对应PLC的输出点，用于控制指示灯的亮灭，显示系统状态和抢答结果。I/O地址分配表接线图绘制要点在绘制接线图时，需注意电源线、信号线的布局和连接方式，避免信号干扰和短路现象。同时，需按照电气接线规范进行接线，确保系统的安全可靠运行。根据I/O地址分配表，将输入元件和输出元件正确连接到PLC的相应输入输出端子上，确保接线牢固、无误。I/O接线图添加设备与组态连接在TIAPortalV15.1中创建新项目“竞赛抢答器”，添加PLC设备CPU1215CDC/DC/DC和HMI设备KTP700Basic。在“设备和网络”中组态HMI和PLC的连接，通过拖拽的方式将HMI设备的接口连接到PLC设备的接口上，确保两者能够正常通信。系统配置01程序功能实现3.4.2.1电源启停控制当主持人按下起动按钮时，电源指示灯亮，各小组总分赋初值100分；关闭电源时，各小组总分赋值0分。3.4.2.2数据复位功能主持人按下复位按钮时，各计时器赋初值，为下一题作答做好准备。3.4.2.3抢答控制主持人按下允许抢答按钮后，抢题计时器倒计时开始，若抢答成功或违规抢答，计时器清零。各组在允许抢答开始后，倒计时规定时间内抢答，显示抢答成功组号。主持人未按下开始抢答按钮时，违规抢答登记，系统减10分。3.4.2.4答题控制抢答成功小组按下开始答题按钮后，答题计时器倒计时开始，按下答题完毕按钮或答题时间到，计时器清零。回答完毕标志登记，只有抢答成功小组按下回答完毕按钮才有效。答题小组在规定时间内回答完毕且正确，主持人可加10分；在规定时间内回答完毕但答案错误、违规抢答或时间到未答完，主持人可减10分。3.4.2.5计时器与分数管理设置抢题计时器和答题计时器，实现抢答时间和答题时间的倒计时功能。根据答题结果和违规情况，对参赛组的分数进行加减操作，实时更新各组总分。02HMI参考画面设计3.4.3.1画面组态在项目树“HMI_1”的画面选项文件夹中添加初始画面、时间设定画面等，设置画面名称和切换方式。设置画面切换权限，如进入时间设定画面需输入正确密码。3.4.3.2按钮组态以“抢答1组”按钮为例，设置按钮的模式、标签、外观、设计、布局等属性。在“事件”选项卡中，设置按钮按下和释放时的函数，实现对PLC变量的置位和复位操作。3.4.3.3指示灯组态以“电源指示灯”为例，从“全局库”中选择合适的指示灯图标，设置其与PLC变量的连接，实现指示灯的状态显示。3.4.3.4文本域组态以标题“竞赛抢答器”为例，设置文本域的文本内容、字体、样式等属性，实现文本信息的显示。3.4.3.5I/O域组态以“抢题目时间”为例，设置I/O域连接的变量、模式、显示格式等属性，实现数据的输入和输出显示。03变量设置为了方便实现HMI动画效果，设置与触摸屏关联的软元件变量，如抢答按钮变量、抢答成功组号变量、答题时间变量、分数变量等。程序设计启动仿真，将PLC的硬件组态和软件全部下载到PLCSIM中，使PLC工作在“RUN”模式。启动HMI仿真，出现模拟仿真面板，根据实际现象对本次任务进行检查，包括通信参数配置、程序下载、触摸屏显示、按钮功能、指示灯显示、计时器和分数显示等方面。确保通信参数正确配置，PLC和HMI设备能够稳定通信。检查触摸屏程序是否正确下载，显示界面是否正常，按钮操作是否灵敏。验证各功能模块是否正常工作，如电源启停、数据复位、抢答控制、答题控制、计时器和分数管理等。检查违规处理功能是否准确，违规抢答是否能正确触发减分和指示灯闪烁。软件与硬件调试调试要点0102项目调试四、任务评价04存在危险用电等情况（每次扣5分，上不封顶）：严格遵守用电安全规范，杜绝危险操作。存在带电插拔工作站的电缆、电线等情况（每次扣3分）：避免带电插拔，确保设备安全。穿着不符合生产要求（每次扣5分）：按规定穿着工作服，佩戴安全帽等防护用品。安全素养I/O接线图绘制（5分）：接线图清晰准确，符合电气规范。元件安装（5分）：元件安装牢固，布局合理。硬件接线（10分）：接线正确无误，无短路、断路等现象。硬件安装与接线编程与调试主持人操作区的6个按键功能正确（各2分共12分）：按键操作灵敏，功能实现准确。主持人操作区的3个指示灯功能正确（各2分共6分）：指示灯显示状态正确，与系统状态一致。按时间设定画面能跳转到时间设定画面设置时间（6分）：画面切换正常，时间设置功能有效。答题组号和答题时间显示正常（各3分共6分）：显示内容准确，无错误或延迟现象