抢答器PLC控制系统

1、 2017 2018学年第一学期 抢答器PLC控制系统 课 程 设 计 报 告题 目： 抢答器PLC控制系统 专 业： 自动化 班 级： 14自动化2班 姓 名： 汪洋 吴金朝陈弘 刘梓楠 指导教师： 电气工程学院 2017年10月14日一、任 务 书课题名称抢答器PLC控制系统指导教师（职称） 执行时间20172018学年第一学期第6周设计目的1. 培养学生团队合作精神2. 。设计要求（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 S7表示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数

2、码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。（6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。抢答器PLC控制系统设计摘 要早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用

3、领域正在不断扩大可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。 虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：

4、1早期的PLC（60年代末70年代中期） 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的

5、编程语言梯形图一直沿用至今。 2中期的PLC（70年代中期80年代中后期） 在70 年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。3近期的PLC

6、（80年代中后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。关键字：PLC控制系统；智力竞赛抢答器目录1绪论.11.1课题研究背景.11.2课题研究内容.11.3可编程控制器概念.22抢答器PLC电气控制系统总体设计过程.22.1设计要求.22.2系统结构.32.3主控制器.32.4输入输出端子分配方案.43软件设计.43.1程序指令.43.2工作过程分析.54总结.12

7、一.绪论1.1 课题研究背景 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，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。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

8、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”。 现在大多抢答器都是以PLC、单

9、片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析。但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要。该设计不但有抢答功能，而且还有一个计分系统，能分别对四个选手进行计分，并能够对分数进行加、减。带计分功能的智能抢答器将会取代一般的智能抢答器，更好的服务于社会。1.2 课题研究内容 系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具

10、体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。 在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用三菱FX可控制编程。此编程工具更有可靠、

11、可拓展、可维护性。并且PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。1.3 可编程控制器概论 可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，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，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable&

12、#160;Logic Controller)即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，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。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。二.抢答器PLC电气控制系统总体设计过程2.1设计要求（1）抢答器同时为8组选手分别

13、提供按钮，按钮分别为PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7；（2）设置一个复位按钮PB10，实现系统电路的复位，由主持人控制；（3）当主持人打开启动开关SW1后，在设定时间T0内，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路发出声响，指示灯L1亮，并且在8段数码管显示器（如图1所示）上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其它组再按下抢答按钮为无效；（4）如果在时间T0内，无人应答，则驱动音效电路发出声响，指示灯L2亮，表示抢答者均放弃该题；（5）在抢答成功后，主持人打开限时开关SW2，启动定时器，在设定的时间T1内回答有效，当到达设定时间T1时，驱动音效电路，指示灯L3

14、亮，表示答题时间到。图2-1 八段数码管显示器2.2系统结构系统结构框图如图3-2所示图2-2 系统结构框图2.3主控制器本系统的主控制器采用日本三菱公司生产的FX2N-32MR型PLC。该型PLC功能较强大，提供16个输入点和16个输出点，继电器输出方式，均采用8进制编号。PLC编程可采用手持式编程器或编程软件GX-Developer7.08中文版。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。2.4输入输出端子分配方案三菱FX2N-32MR型PLC采用整体式结构，其控制单元提供16个输入点，16个输出点本系统需要11个输入点、13个输出点，具体分配如表所

15、示。表2-1 输入输出端子分配表三.软件设计3.1程序指令程序指令如表二所示。表3-1 指令表3.2工作过程分析（1）开始抢答前，主持人首先通过复位按钮PB10（X010）实现电路复位，在提问之后，打开选择开关SW1(X011)启动定时器T0（本程序预设为10s），通过修改下图所示的K值可以预设不同时间。图3-1（2）抢答限时内，当某一小组抢先按下抢答按钮时，对应的辅助继电器接通，同时切断其他抢答回路，实现互锁。如PBO抢先按下，则X000导通，辅助继电器MO接通，如图2-1；图3-2辅助继电器MO接通，则其常闭锄头MO断开，同时切断M1M7抢答回路，PB1PB7再按下将不会在起作用，如图2-

16、3；图3-3图3-4（3）抢答成功后，辅助继电器M8接通，常开触头闭合，启动音效电路（Y010）和指示灯L1（Y011），同时利用内部编码程序段控制输出点Y000-Y006，输出驱动信号，驱动外部数码显示器显示抢答成功的组号。图3-5数码管编码表如下图：表3-2 数码管编码表图3-6（4）如果在限定时间内无人抢答，则启动音效电路（Y012）和指示灯L2（Y013），外部数码管显示器无显示。图3-7（5）抢答成功后，主持人打开限时开关SW2（X012），启动定时器T1（本程序设为60s），修改K值可以设定不同时间，当T1计时结束，将启动 音效电路（Y014）和指示灯（Y015）提示回答时间到。图

17、3-8四.总结经过这一个多星期的努力，在老师和同学的帮助下做完了课程设计的工作，由于自己知识的缺乏及能力的有限，仍没有能够实现像开题报告中那样带有语音识别等功能的补充与完善。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。在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。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

18、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。 但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！同时，该设计也有不足之处，缺少了答题计分等功能。我将会在以后的学习中继续学习。参考文献1 工业可编程控制器的现状与发展趋势

19、J.航天技术与民品，1999.2 廖常初.PLC的编程方法与工程应用M.重庆:重庆大学出版社，2001.3 陈远龄.机床电气自动控制M.重庆:重庆大学出版社，2004.4 钟肇新等.可编程控制器原理及应用M.广州:华南理工大学出版社，2008.5 高  勤.可编程控制器原理及应用(三菱机型)M .北京:电子工业出版社，2006.6 三菱FX PLC使用手册.三菱公司.7 贺哲荣、流行PLC实用程序及设计M.西安:西安电子科技大学出版社，2006.8 王 红.可编程控制器使用教

20、程M.北京:电子工业出版社，2002.9 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京:航空航天大学出版社，2003.10 谢克明，夏路易.可编程控制器原理与程序设计M .北京:电子工业出版社，2005.11 张毅刚.单片机原理及应用M.北京:高等教育出版社，2003.12 李广弟.单片机基础M.北京:北京航天航空大学出版社，2001.三、指导记录（包括合作讨论情况）四、答辩记录及评分表 课题名称抢答器PLC控制系统答辩教师（职称） 答辩时间20172018学年第一学期第6周答辩记录1.简述PLC的扫描过程。 答：PLC的工作方式是循

21、环扫描，一个循环扫描过程周期可分为输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。在输入采样阶段，PLC依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入2.简述什么是扫描周期？它主要受什么影响？   答：1.扫描周期是PLC每执行一遍从输入到输出所需的时间。2.主要是由程序的长短、有没有中断指令和CPU的处理能力影响。3简述可编程控制器的工作方式，它的工作过程有什么显著特点.  答：PLC采用循环扫描方式，这种工作方式是在系统程序的控制下顺序扫描每个输入点的状态，按用户程序处理输出处理三个阶段（输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段）。（集中输入、集中输出、

22、周期性循环扫描） 4小型PLC有哪几种编程语言？答：梯形图语言、助记符语言、顺序功能图语言、结构文本语言等。成绩评定： 一、课程设计撰写的内容与要求 设计内容必须正确，概念清楚，思路清晰，符合逻辑；论文所有文字、图、表、公式、符号等都必须符合国家 1、题目：题目要求用最恰当、简明的词语逼真的反映论文的特定内容以及所研究的范围和深度，做到一目了然。中文题目字数要适当，不宜超过15个字，可设副标题。 2、目录：目录应包括论文中全部的二级以上标题及页码。 目录要求层次清晰，目录中的序号、标题应与正文中的序号标题一致。 3、摘要：要求作者同时用中、外文不加注释和评论地简要陈述研究的内容，独到见解和主要

23、论点，摘要应用三段式分别说明： （1）本课题的意义和完成的主要工作； （2）获得了什么重要结论和有何独到见解； （3）有价值的理论观点、方法及其前景。 4、插图清单和表格清单： 插图清单和表格清单应列出论文中使用的插图和表格，每一幅插图和表格后应标明起始页码。 5、正文（包括绪论或概述）：正文应主要是对研究问题的论述及系统分析、比较研究、模型或方案设计、案例论证或实证分析、模型运行的结果分析或建议、改进措施等。要求结构合理，层次清楚，突出重点，文字简练、通顺、图表清晰。6、结论：结论部分要简明扼要，内容一般包括：本课题所做的工作；本课题的创新之处；本课题存在的不足及其完善的可能方向；本课题继续

24、开展工作的价值。 结论应单独作为一章或一个独立部分编写，但不加章号或编号。7、参考文献：参考文献是毕业论文不可缺少的组成部分，要求作者将课题中参考过的主要文献列出，以示对文献作者的尊重；使读者明晰论文中的观点或成果与前人工作的界限。但所引用的文献必须是本人真正阅读过的，近期发表的与设计或论文工作直接有关的文献。列入主要的文献应不少于10篇。 二、课程设计的格式规定及打印要求 1、书写格式 设计文本用A4纸单面打印，正文中的任何部分不得写到纸的边框以外，亦不得随意接长或截短。汉字必须使用国家公布的规范字。 页面设置：上2.5，下2.5，左2.5，右2；页眉1.5，页脚1.75。 行距采用固定值：

25、18磅，标准字符间距。西文、数字等符号均采用Times New Roman字体。 目录：“目录”用小3号宋体字加粗、居中；目录内容最少列出第一级标题和第二级标题；前者用小4号宋体字加粗，后者用小4号宋体，居左顶格、单独占行，每一级标题后应标明起始页码。“目录”与目录内容之间空一行。 摘要：独占一页；论文题目用小3号宋体字加粗、居中；“摘要”另起一行，用小3号宋体字加粗、居中，“摘要”两字之间空4个字符；摘要正文用小4号宋体字。“摘要”与摘要正文之间空一行。关键词用小4号宋体字、居左顶格、单独占行，关键词之间用分号间隔，其中“关键词”三个字加粗。 插图清单和表格清单内容全部用小4号宋体字，居左顶

26、格、单独占行，其中“插图清单”和“表格清单”加粗。标题与内容之间空一行。 2、标题层次 设计论文的全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。相同的层次应采用统一的表示体例。 标题书写：各层标题均单独占行书写。 一般按四级标题进行标注 一级标题为：第一章、第二章、第三章 ；小3号宋体字加粗、居中； 二级标题为：1.1、2.1、3.1 ；小4号黑体字、居左顶格书写； 三级标题为：1.1.1、2.1.1 ；用小4号宋体字、居左顶格书写；下同； 四级标题为：1.1.1.1、2.1.1.1、3.1.1.1； 3、引用文献方式 引用文献方式应全文统一，并采用所在学科领域内通用的方式，置于所引内容最末句的右上角，用

27、小5号字体。所引文献编号用阿拉伯数字置于方括号中，如“成果1”。 4、名词、名称 采用英语缩写词时，除本行业广泛应用的通用缩写词外，文中第一次出现的缩写词应该用括号注明英文全文。外国人名一般采用英文原名，按名前姓后的原则书写。一般很熟知的外国人名（如牛顿、达尔文、马克思等）可按通常标准译法写译名。 5、量和单位 量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100GB3102-93。非物理量的单位，如件、台、人、元等，可用汉字与符号构成组合形式的单位，例如：件/台、万元/km、万/km等。 6、外文字母的正、斜体用法 按照GB3100GB3102-86及GB7159-87的规定，即物理量符号、

28、物理常量、变量符号用斜体。计量单位等符号均用正体。 7、数字 设计中的测量统计数据一律用阿拉伯数字，但在叙述不很大的数目时，一般不用阿拉伯数字，如“八颗小行星”、“三力作用于一点”，不宜写成“8颗小行星”、“3力作用于1点”。大约的数字可以用中文数字，也可以用阿拉伯数字，如“约一百二十人”，也可写成“约120人”。 8、注解 设计中有个别名词或情况需要解释时，可加注说明，注解可用页末注（将注文放在加注页的下端）或篇末注（将全部注文集中在文章末尾），而不可行中注（夹在正文中的注）。 9、公式 公式应居中书写，公式的编号用圆括号括起放在公式右边行末，公式和编号之间不加虚线。 10、插表 插表的表序一般按章编排，如第一章第一个插表的序号为“表1-1”等。表序与表名之间空一格，表名中不允许使用标点符号，表名后不加标点。表序与表名置于表上，表序、表名、表格内容均用5号宋体字居中书写。 表头设计应简单明了，尽量不用斜线。全表如用同一单位，将单位符号移至表头右上角，加圆括号。 表中数据应正确无误，书写清楚。数字空缺的格内加“”字线（占2个数字），不允许用“”、“同上”之类的写法。 表内文字说明，起行空一格、转行顶格、句末不加标点。表格