三路智力抢答器的PLC控制.doc

佛山科学技术学院课程设计任务书 专业 年级 班 1 设计题目 三路抢答器的PLC控制2 主要内容 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。3 具体要求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。4 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）。5 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。6 总评成绩指导教师 签名日期 年 月 日系 主 任 审核日期 年 月 日目录摘要0一、系统设计及要求1二、硬件设计32.1硬件组成框图.32.2硬件选取.42.2.1 三菱PLC可编程控制器.42.2.2 控制及显示模.42.2.3 八字数码管.42.2.4 CD4511简介.52.2.5 数码管显示.6三、设计.73.1 I/O端口.73.2 主流程图83.2.0梯形图说明.93.2.1元件说明103.2.2初始化程序113.2.3违规抢答程序及警报灯程序113.2.4启动按钮及无人应答程序123.2.5有效抢答与违规时抢答者灯亮程序123.2.6控制台绿灯点亮程序133.2.7计时程序 133.2.8有效加减法程序143.2.9违规减法程序153.2.10防过违规程序及违规时单次减分、输出控制程序.163.2.11输出显示程序.163.2.12复位.183.4调试时的出错及解决方案.18四、个人总结.19参考文献.20附录.21摘要近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制智力抢答器进行控制。首先，拿到这个题目之后，我对本次设计进行了初步的思考。使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的三路智力抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、计时及计分输出显示功能等。该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。可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、声音显示其回答正确或错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数加分或减分。关键词：智能控制;三路抢答器;PLC;计分一、系统设计内容及要求1.1抢答器功能：三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1SB3，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1-1所示。 图1-11.2抢答器设计要求1.2.1抢答规则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，恢复抢答器原来状态，为下一轮抢答做好准备。7. 在抢答时间（10s）内，除抢答者按下按钮外，其它按钮按下无效。只有在答题者回答问题且按下加分或减分按钮后，再按复位按钮才能进入下一轮抢答。8. 若出现违规，只有在按下违规减分按钮后，再复位才能进入下一轮抢答。9. 若无人抢答，控制台绿灯点亮2s后，无需按下复位按钮自动进入下一轮抢答。1.2.2 控制台，抢答者灯光，声响说明1. 抢答有效:抢答者灯亮、控制台绿灯及声响。2. 10s无人应答:声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。3. 违规:违规者灯亮、控制台红灯（HL5）亮及声响。4. 答题过程:抢答者灯、控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。5. 答题时间到:抢答者灯亮，控制台绿灯灭及声响6. 声响时间为1s。1.2.3 加减分，违规扣分说明抢答器由数码显示器显示每个答题者的分数，由主持人控制。1. 答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分。2. 减分计算中若出现负分作0分处理。3. 按加分按钮加10分，按减分按钮减10分，按违规减分按钮减5分，最高分为90分（违规情况下最高分为95分），最低分0分。二、硬件设计PLC2.1硬件组成框图输出输入灯光控制信号主持人输入信号抢答者输入信号输出显示信号声响控制信号 图.2-12.2硬件选取2.2.1 三菱PLC可编程控制器在本系统中，采用的是FX2N系列的可编程控制器，它由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成。便小型的编程设计所用。2.2.2 控制及显示模块该模块主要由9个按钮、I/O输入输出口、6个数码显示管及6个CD4511芯片焊接在电路板上。该模块主要由导线与PLC的输入输出触点、COM端相连接。使得我们可以方便地在按钮板块上实现SB0（复位X0)、SB1(1号抢答X1)、SB2(2号抢答X2)、SB3(3号抢答X3)、SB4(开始X4)、SB5(加分X5)、SB6(减分X6)、SB7(计时X7)、SB8(违规X10)等按钮的功能。2.2.3 八字数码管本显示电路主要由CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成。显示时候只要将CD4511的A、B、C、D端输入的BCD码，通过译码、锁存和驱动，以十进制数在七段显示数码管中显示。2.2.4 CD4511简介CD4511主要端子介绍如下： 锁存部分有四位存储锁电路，由锁存允许端LE控制锁存，当LE“0”时，锁存器直通，输出端随AD端变化；当LE“1”时，锁存器锁定，输出端保持不变。 熄灭控制端BI，当BI“0”时，译码器输出全为“0”，即数码管熄灭。 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200,由等测试输入端LT，可测试数码管的七段。当LE“0”时，显示数8，即各段均亮，则正常。当输入的BCD码大于1001时，七段显示输出全为“0”，数码管熄灭。CD4511 管脚逻辑图如下图3-3-1所示。图2-22.2.5 数码管显示电路图2-3外围硬件连接图图2-4 三、设计方案3.1 I/O端口3.1.1硬件与PLC对应端口地址硬件输入模块PLC对应触点复位按钮SB0X01号抢答按钮SB1X12号抢答按钮SB2X23号抢答按钮SB3X3开始按钮SB4X4加分按钮SB5X5减分按钮SB6X6计时按钮SB7X7违规减分按钮SB8X101号指示灯HL1Y122号指示灯HL2Y133号指示灯HL3Y14控制台绿灯HL4Y15违规指示灯HL5Y16蜂鸣器Y17显示电路板Y0Y11 表3-1 3.1.2 I/O端子接线图X0X1X2X3X4X5X6X7X10Y12Y13Y14Y15Y16Y17COMCOMABCD为译码器公共输入端LE依次为6块译码器的锁存端子HL1HL2HL3HL4HL5蜂鸣器SB0SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8AY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11BDCLELELELELELE+5V 图3-13.2 主流程图开始N是否按下开始按钮YN10s内是否有抢答者N是否有违规行为YY锁定所有违规者锁定第一抢答者计时违规减分加减分显 示复位图3-23.3梯形图说明3.3.1元件说明符号作用M0按下启动按钮标志M1抢答有效标志M2正在进行答题标志M10，M160中间寄存器，临时存储数据D0,D2每组分数的十位数的数据寄存器D3,D5每组分数的个位数的数据寄存器C0控制初始化赋值的次数为1次C1控制答题时间最后10s的控制台绿灯闪烁次数C2控制提前答完时自动断开计时C3控制违规减分及其输出的次数为1次C4,C6锁定违规者C7违规减分的输出控制C8,C10防止过违规表3-2.元件说明3.2.2初始化程序当赋初值一次后，初始化程序自动断开，采用计数器 C0 控制图3-33.2.3违规抢答程序及警报灯程序 我们认为违规行为处在主流程图的开始与判断是否按下开始按钮之间的按下抢答器行为；C8、C9、C10是防止过违规行为。图3-43.2.4启动按钮及无人应答程序按下开始按钮X004，进入抢答环节，10s无人应答，进入声响（T1）及控制台绿灯(T2)点亮2s，并且自动复位。图3-53.2.5有效抢答与违规时抢答者灯亮程序开关T0是避免10s无人应答后，在计时器T2时间内，有人进行抢答。Y13、Y14为互锁开关；C4为违规时，违规者灯亮开关，C4常开开关允许多人在一轮抢答中违规。图3-63.2.6控制台绿灯点亮程序只有在有效抢答标志位M1得电，才能进入计时环节；T6、T7为计时环节中的10s灯闪烁的控制开关；T0无人抢答时的灯亮控制开关； 图3-73.2.6蜂鸣器程序T0、T1无应答时的蜂鸣控制开关；C1、T9为计时60s时间到的时候的蜂鸣控制开关；图3-83.2.7计时程序只有在有效抢答标志位M1得电，才能按下X7进行计时；T6计时50s进入绿灯闪烁的计时程序，同时使绿灯灭；T7控制10s闪烁灯亮1s，T8控制灯灭1s；C1控制闪烁5次；3.2.8有效加减分程序图3-93.2.8有效加减法程序首先对抢答者分数的十位数进行判断，是否被加数小于9或者被减数大于0，如果是，则进行加减法计算，如果否，则直接进入输出程序；C2控制提前答完时，结束60s计时环节；图3-10图3-113.2.9违规减法程序首先对违规者分数的个位数进行判断是否等于5，如果是，则直接进行个位数减5计算.如果否，再次对违规者分数的十位数进行判断是否大于0，如果是，则进行十位数减1，个位数加5运算，如果否，直接进行输出显示；图3-12图3-133.2.10防过违规程序及违规时单次减分、输出控制程序当按下违规减分按钮之后，未复位之前，再次按下抢答器行为视为无效输入行为；计数器C3控制违规减分程序及输出控制程序在复位前只能单次执行；计数器C8、C9、C10是避免当有违规行为时，并且已经进行了违规减分按钮，但未复位之前，没有违规者按下抢答器为无效输入；RST C7指令为违规减分输出显示开始指令。图3-143.2.11输出显示程序当赋初始值或者一轮输出分数后，C7计1，不清零，只有在有违规情况下，按下违规减分按钮C7清零复位，从而实现控制违规减分的输出显示及输出显示次数；T20为Y04置0、输出显示延时1ms；T21为Y04置1延时1ms，从而避免第二个输出的数字影响前面一个数码管的显示；.图3-15图3-16输出显示最后一个计时器T30计时后，计时器自动复位-ZRST T20 T30C7控制违规减分的输出显示及输出显示次数；3.2.12复位图3-173.4调试时的出错及解决方案 1.灯、蜂鸣器没有动作，是由于PLC输出端的COM没有接VCC端口；2按下加减按钮时，被加数或者被减数，直接被加到9或者被减到0，是由于按下加减按钮，加法指令或者减法指令被多次执行，解决方法才用加法上升沿有效或者减法上升沿有效指令；3.当主持人按错加减法时，无法复原回原来分数，采用计时后，可以多次按下加减法按钮，并使之有效，可以多次输出；4.当按下违规减分按钮后，未复位前，再次按下违规减分按钮时，违规减分指令不再执行，但可以输出显示指令再次执行，解决方法：当违规减分输出已经执行一次，采用计时器C3计1，用来断开X10的通电状态.； 5.显示输出时，出现无法锁存，所有数码管显示的数字为最后一个输出的数字，是由于Y4、Y5、Y6、Y7、Y10在执行置零后没有恢复置1；6.显示输出时，经常无端出现置零现象，在电脑上已经锁存了，无法改变数字，是由于输出显示程序太过于复杂，程序不稳定导致，继续进行程序优化、简化可以解决。 四、个人总结 通过这次设计实践。我学会了plc的基本编程方法，对plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到plc中的时候，问题