基于PLC的抢答器设计

1、 目录一 系统总体方案论证21.1任务详解及设计思路21.2方案选择及论述2二 系统硬件设计22.1系统功能及结构框图设计22.2抢答器电路原理图32.3抢答器I/O分配表5三 系统软件设计53.1系统软件流程图53.2各软件模块的功能及梯形图说明7四 系统调试104.1调试步骤及过程105.2 展望后续12附录一14附录二19参考文献24一 系统总体方案论证1.1任务详解及设计思路(1) 、系统上电后，主持人在总台单击开始按钮后允许各队抢答即抢答有效。(2) 抢答器同时供5名选手或5个代表队竟猜抢答，分别用7个按钮SB1SB7表示。当主持人按下开始抢答按钮后，五组选手开始抢答，数码管开始显示

2、九秒倒计时。(3) 在抢答过程中，1-5队任何一队先按下各自的抢答按钮（SB1SB7）后LED数码管显示当前组号，闪烁3秒后组号常亮。同时及蜂鸣器报警，并与其他选手互锁，继续抢答无效。(4) 抢答成功后，开始进行答题倒计时30秒，如果在30秒内未按时答题则此次答题失败，系统自动复位。在有效答题时间内可以对对应组进行计分，有显示分数和总场积累分数的功能。当这次答题结束后，主持人次按复位键后，开始进行新一轮抢答。1.2方案选择及论述 可编程序控制器(PLC) 是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功

3、耗低等一系列优点。可以采用数字电路，单片机系统，PLC系统来实现，相比之下PLC更具有优势。 智能竞赛抢答器通过PLC进行控制，按要求进行编程；其主要输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心PLC,PLC将根据信号作出相应的回应。二 系统硬件设计2.1系统功能及结构框图设计 抢答器控制系统分6部分：PLC控制器、主持人控制按钮、抢答按钮部分、倒计时及其显示部分、计分及其显示部分、指示灯报警部分。 在抢答设计中设置有自锁和互锁控制，自锁是为了保持信号长期有效，互锁是为了对组间互不影响；在倒计时显示部分中，主要采用时间继电器和mov指令来实现；计分采用计数器累计计数，然后转

4、换为BCD码再送入辅助继电器，再将段码送入数码管实现显示数字功能。 竞赛抢答器有10个输入信号（即10个输入按钮SB1-SB10 ）16个输出信号数码管1显示抢答组号，输出点为Y0-Y7。数码管2用作显示抢答倒计时和计分显示，输出点为Y10-Y17。Y0蜂鸣器，）。抢答器控制结构框图如下图2-1所示： PLC控制器 主持人控制按钮选 手抢答按 钮指示灯报 警选手 抢答号显示计分显示倒计时显示 图2.1抢答器控制结构框图 2.2抢答器电路原理图 本系统的主控制器采用日本三菱公司生产的FXoN-40MR 型PLC。三菱PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，可采用梯形图或者指令语言进行软件设计。硬

5、件连接图如图2.2及实物接线图如图2.3所示： 图2.2抢答器电路原理图 图2.3抢答器实物接线图2.3抢答器I/O分配表 根据任务要求及所选FXoN-40MR PLC和其他硬件（蜂鸣器、灯、数码显示管）的实际情况，I/O地址分配如表1所示。输入信号输出信号名称代号输入点标号名称代号输出点标号开始/复位按钮SB1X0蜂鸣器HAY01号赛台抢答器按钮SB2SB3X1/X2数码管1 a1 Y12号赛台抢答器按钮SB4SB5X3 与X4 b1Y23号赛台抢答器按钮SB6X5c1Y34号赛台抢答器按钮SB7X6d1Y45号赛台抢答器按钮SB8X7e1Y5计分按钮SB9X10f1Y6停止按钮SB10X1

6、1g1Y7数码管2a2g2Y10Y17 表1 抢答器I/O分配表 三 系统软件设计3.1系统软件流程图 当裁判按下开始按钮时，五个参赛队处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目，PLC先判断抢答是否成功，若成功，则进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题，若在规定时间内，则由工作人员进行对应的计分操作，答题结束；若超时，则该次抢答失败。流程图如下图2.4所示：图2.4抢答器软件流程图3.2各软件模块的功能及梯形图说明 （1）抢答模块 在抢答这一块采用基本指令，根据设计要求，各组为按钮抢答，所以我先用按钮驱动辅助继电器M1M5并将其自锁，组与组之间采用互锁，使其不能同时得电。再根据七段数码管的特性

7、，ag分别对应于程序中的输出Y1Y7，再看每个组号分别亮的时候要点亮那几段，再将五组整理在一起可知，Y1Y7与M1M5之间的关系，从而实现这一功能。（2）倒计时显示模块在倒计时这一块，我主要采用时间继电器实现这一功能，当主持人按了开始按钮后开始计时（由于plc输出点数有限，抢答倒计时只设置了9秒），由mov指令将数字9对应的段码送入到Y10Y17中，当1秒钟到后，由时间继电器切断这条mov指令，同时接通下条mov指令将数字8对应的段码送入到Y10Y17中，如此循环到达倒计时目的。当有组在规定的时间内抢答，则切断倒计时这一功能，当倒计时结束后，则由这一块中的最后一个时间继电器切断整个系统，只有主

8、持人按复位按钮后才可以进行下一轮。（3） 各组分数显示模块利用计数器来对计分按钮进行计数，每组对应一个计数器，C0C4,计数中，由前面的辅助继电器M1M5接通与之对应的计数器（M1M5相互互锁，从而计分不可能同时进行），从而到达计数器之间互不影响，计分公平的目的。其次，计分显示的实现。由于要利用一个8段数码管显示五组不同的分数，可以用BCD指令实现这一功能。将各组计数器中的数值通过BCD指令转换为BCD码送给辅助继电器，这样每次计数将得到4个不同的数值，从而4个辅助继电器得电的情况也不一样，通过这4个辅助继电器得电的情况驱动mov指令，让相对应的段码送到数码管中，从而显示每组对应的分数。例：计

9、数器记的数为1，则通过BCD转码后M23M20的得电情况为：0001，则由该模块指令将数字“1”显示在数码管上。 梯形图（见附录一）指令表（见附录二） 四 系统调试4.1调试步骤及过程（1）在梯形图写入模式下，输入完PLC程序后，需要将梯形图转换为PLC内部格式。未转换时，梯形图背景呈灰色，转换完成时，梯形图背景呈白色。 可以单击程序工具条中的程序变换图标，或者选择“变换(C)”菜单下的“变换(C)”菜单项，或者按下功能键F4，来完成转换。“变换(C)”菜单如图所示。 如果有错误，或存在不能变换的梯形图，则不能完成转换，光标停留在出错处。需修正错误后，才能转换。为避免错误累积，方便差错，建议每

10、输入一段程序，就做一次转换。 （2）梯形图程序下载到PLC 程序从计算机写入（或者下载）到PLC中，可以通过“在线”菜单中的“PLC写入”菜单项来完成。或者单击标准工具条中的图标 ，就可以将程序写入到PLC中。如果通讯有错误，就会显示错误信息。 通信设置画面 （3）PLC程序的运行当PLC的外围电路都已经接好，接通电源，将PLC的运行停止开关（RUN/STOP）拨到运行（RUN）位置，程序就开始运行。 （4）PLC程序的调试和监控基本的调试任务主要有，程序检查、参数检查。可以在工具菜单里选择。诊断菜单下的PLC诊断等。 工具菜单 工具-程序检查 程序写入页面 在线菜单 五 结果分析及展望5.1

11、调试过程分析 根据这次电气控制与PLC实训设计的任务书，经过几天的不断努力和调试在老师和同学的帮助下，基本达到了设计要求。下面进行具体说明。当系统上电后，主持人在总台控制台单击开始按钮X0，允许各队人员开始抢答，即各队抢答有效。数码管显示9秒倒计时，定时器按钮与复位按钮并联，即定时器起复位作用。 在抢答部分采用了基本指令，根据设计要求，各组为按钮抢答，用按钮驱动辅助继电器M1M5并将其自锁，组与组之间采用互锁，使其不能同时得电。使得有队抢答成功后，其他队再按抢答按钮无效。在抢答成功后，由时间继电器T2和辅助继电器M8013完成闪烁功能，开始的3秒会闪烁对应的组号，后接着常亮。 为了使LED数码

12、管显示不同的数字，要把某些段的发光二极管点亮，这样就要为LED数码管提供代码，因为这些代码可使LED相应的段发光，从而显示不同字符，这些代码也称为段码，ag分别对应于程序中的输出Y1Y7。本设计采用共阴极接地。同时抢答成功后，进行30秒答题倒计时，在规定时间内可以进行相应的加分操作；若超过答题时间，则由时间继电器T0切断系统，此次答题结束。主持人按复位按钮后，下轮抢答有效。 5.2 展望后续 经过将近两个星期的期的努力，在老师和同学的帮助下做完了这次PLC的课程设计工作.由于自己知识的缺乏及能力的有限，仍有一些功能没有完全实现。 但是通过这次的课程设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问

13、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了提高，知识的储备量也有所增加。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。 在这次plc实训中，由于时间和硬件的关系，仍有一些功能没有实现。例如：在抢答成功后没能实现答题倒计时的显示；在抢答成功后没有实现对报警器报警时间的设置；还有就是对违规抢答进行报警等等。这些都需要自己在以后的学习中不断改进，加深对plc编程指令的理解，希望在以后的设计中有更大的进步。 附录一附录二3.3指令表 参考文献1 张凤珊 电气控制及可编程序控制器2版 M 北京: 中国轻工业出版社，20032 史国生 电气控制与可编程控制器技术 M 北京: 化学工业出版社，20033 郁汉琪 电气控制与可编程序控制器应用技术 M 南京: 东南大学出版社，20034 张万忠 可编程控