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 电气工程及其自动化专业 13年级 2 班 付琴芳 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，

2、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

3、电路的制作和接线，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52.1 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9 3.3 控制系统的硬件组成.134 抢答器软件系统设计.14 4

4、.1 软件流程图的设计.14 4.2 PLC控制程序的设计.16 4.2.1 主持人开始复位初始化16 4.2.2 抢答前计时17 4.2.3 抢答总台绿灯亮17 4.2.4 违规抢答红灯亮18 4.2.5 总台音响19 4.2.6 抢答标志19 4.2.7 加减分程序20 4.2.8 各位选手的分数显示.22 4.2.9 复位23 4.3 抢答总程序.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

5、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：1 在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只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。2 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

6、权。普通抢答器存在不公平性。3 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

7、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，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

8、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

9、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

10、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SB0X01号台指示灯HL1Y12第1号抢答按钮（SB1）X1 2号台指示灯HL2Y13第2号抢答按钮 (SB2)X23号台指示灯HL3Y14第3号抢答按钮 (SB3)X3控制台绿灯HL4Y15主持人按抢答开始按钮(SB4)X4控制台违规指示灯HL5（红灯）Y16主持人加分按钮 (SB5)X5蜂鸣器Y17主持人减分按钮（SB6）X6显示电路板Y0Y11计时按钮 (SB7)X7违规按钮 (SB8)

11、X10表1硬件I/O接线图如下图3.1-2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电路板图3-2-1（4）显示线路简介本显示电路主要有CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成，将CD4511的A、B、C、D断输入BCD码、锁存和驱动，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

12、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

13、真值表如表2：输 入输 出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000熄灭01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000熄灭01110110000000熄灭01111000000000熄灭01111010000000熄灭01111100000000熄灭0111111

14、000000熄灭111XXXX锁 存熄灭表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、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

15、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。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：数字量输出声音输出信号FX2N-32MR数字量输入主持人输入信号抢答输入信号各组成绩显示输出信号10秒和60秒输出信号指示灯输出信号硬件组成结构图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

16、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： 提问开始？有人抢答？10s后自动复位N2计时答题超时？Y2回答正确？加分减分复位？结束Y3N3Y1违规抢答违规减分N1Y4N4N5Y5主流程图4-1开始所有数码管LE端置1分数转换成BCD码使十位LE端为低电平分数转移到CD4511的输入端显示分数十位使十位LE端为高电平使个位LE端为低电平分数转移到CD4511的输入端显示分数个位使个位LE端为高电平结束 刷新程序流程图4-2分值）4.2 PLC控制程序的设计4.2.1 主持人开始复位初始化，如下图4-2-1是初始化程序，每个选手的初始分数是0图4-2-14

17、.2.2抢答前计时 没有选手抢答，10s后复位重新开始.如下图4-2-2图4-2-24.2.3 抢答总台绿灯亮有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：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）4.2.4 违规抢答灯亮 在主持人没有按下抢答按钮情况下抢答，相应继电器得

18、电，总台红灯亮，如下图4-2-4所示图4-2-44.2.5总台音响从上到下分别是：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4-2-54.2.6 抢答标志M200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4-2-64.2.7加减分程序1）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（1）2) 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

19、、M4、M5的自锁，有脉冲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）所示图4-2-7（2）3) 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）所示图4-2-7（3）4.2.8 各位选手的分数显示（以显示选手一的分数显示为例）分数显示刷新程序流程图步骤执行，如图4-2-8所示图4-2-84.2.9 复位 在按下正确抢答和违规抢答按钮后其相

20、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：图4-2-94.3 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。6 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