智能抢答器PLC课程设计

福建电力职业技术学院课程设计课程名称：可编程控制技术题目：智能抢答器控制系统课程设计专业班次：10〔三〕建筑电气1姓名：黄晓锋学号：201028013122指导教师：苏两河老师学期：2011-2012学年第二学期日期：2012.06.11~06.22目录目录1第一章概述21.1智能抢答器的简要介绍21.2抢答器的控制要求21.3抢答器的控制特点分析3第二章硬件电路设计42.1PLC机型的选择步骤与原那么42.2LED显示器的设计52.3PLC与七段数码管直接连接阻值计算62.4IO分配表62.5外部硬件接线图7第三章程序设计83.1梯形图设计83.2程序语句表133.3程序运行过程分析说明17总结19参考文献20第一章概述1.1智能抢答器的简要介绍抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。在各类竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一名选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答过程中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。利用PLC来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使有两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题；而且其控制方便、灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可以改变竞赛抢答器的抢答的方案。1.2抢答器的控制要求〔1〕竞赛抢答器能使6个队同时参加竞赛抢答。〔2〕设裁判队为裁判台，参赛队为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并设有开始按钮SB0和复位按钮SB7；参赛台设有按钮和灯。1-6号参赛台分别对应按钮SB1-SB6及灯EL1-EL6。〔3〕智能抢答器能适合以下比赛规那么：出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下开始按钮SB0后15s内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器将发出“违规”信号。15s时间到，如无队抢答，那么抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答的情况下，抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时显示，并由数码管显示出抢到题的参赛队号。抢到题的队必须在30s内答完题，如30s内还没答完，那么作超时处理。赛场还设有时间数码显示器和显示抢到答题队号的数码显示器。〔4〕灯光与音响信号的意义如下：音响叫+某台灯亮，由某参赛队正常抢答。音响叫+某台灯亮+裁判台灯亮，某参赛队违规。音响叫+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。〔5〕在某个题目结束后，裁判员按下裁判台上的复位按钮SB7，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答做好准备。表1-1各硬件与座位的对应关系座位裁判台参赛台1参赛台2参赛台3参赛台4参赛台5参赛台6按钮SB0,SB7SB1SB2SB3SB4SB5SB6指示灯BL0BL1BL2BL3BL4BL5BL6音响有无无无无无无显示器两个无无无无无无初始状态初始状态复位图1-1结构流程图开始抢答违规抢答状态：开始信号发出前抢答，音响叫+某台灯亮+总台灯亮。正常抢答状态：开始信号发出15s内，音响叫+某台灯亮。无人应答状态：开始信号发出15s内，音响叫+裁判台灯亮。1.3抢答器的控制特点分析智能抢答器通过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将根据信号做出相应的回应。图1-2系统控制结构框图第二章硬件电路设计2.1PLC机型的选择步骤与原那么随着PLC技术的开展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的根本原那么是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最正确的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：⑴合理的结构型式PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的廉价，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。⑵安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反响快、本钱低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。⑶相应的功能要求一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。⑷响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，那么应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。⑸系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。⑹机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：①机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。②机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。③机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。综上所述，基于以上思想，选用三菱FX2N-48MR的PLC作为控制主机。2.2LED显示器的设计由控制要求可知，七段数码管是由七段发光二极管〔LED〕组合起来显示数字0—9的，如图2-1所示，要显示数字0—9中的不同数字，就必须根据需要点亮七段数码管中不同段的LED发光。图2-1常见LED数码管的外形及内部结构2.3PLC与七段数码管直接连接阻值计算根据LED数码管每笔画工作电流I在5～10mA之间，假设电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其电阻可按下式计算R=〔V0-V1〕/I其中V0为加在LED两端上的电压，V1为LED数码管每笔划压降〔约为2V〕。本次设计PLC电源采用的是直流24V，PLC的输出电压为5V，通过数码管的电流I=3mA计算可得R=1KΩ。本次设计共用到了三个数码管，所以须要21个1KΩ的R，以及5个EL灯和一个音响。2.4IO分配表表2-1智能抢答器输入输出口分配表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裁判台开始按钮SB0X0裁判台灯EL0Y01号赛台抢答器按钮SB1X11号参赛台灯EL1Y12号赛台抢答器按钮SB2X22号参赛台灯EL2Y23号赛台抢答器按钮SB3X33号参赛台灯EL3Y34号赛台抢答器按钮SB4X44号参赛台灯EL4Y45号赛台抢答器按钮SB5X55号参赛台灯EL5Y56号赛台抢答器按钮SB6X66号参赛台灯EL6Y6裁判台复位按钮SB7X7音响BY7显示器1LE1Y10-Y16显示器2LE2Y20-Y26显示器3LE3Y30-Y36为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用SB0作为开始按钮，四个参赛队分别用与之对应号SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6设置按钮。SB7为比赛复位按钮，使下轮比赛开始。输出与输入对应，用YO输出信号驱动比赛开始信号灯EL0，同理用Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6输出信号驱动对应的信号灯EL1、EL2、EL3、EL4、EL5、EL6。Y7输出信号驱动音响。Y10-Y16输出信号驱动数码管1显示各个参赛队的队号。Y20-Y26输出信号驱动数码管2，显示抢答时间的个位，Y30-Y36输出信号驱动数码管3，显示抢答时间的十位。2.5外部硬件接线图PLC与数码管采用串电阻直接连接方式。其外部硬件接线图如图3-13所示。图2-2外部硬件接线图第三章程序设计3.1梯形图设计3.2程序语句表3.3程序运行过程分析说明⑴当裁判台按下开始按钮时，就将信号传入PLC中，同时四个参赛队处于抢答状态。然后根据哪个队最先抢到题目，然后在规定的答题时间内作答，或者答题超时。〔由规定显示电路和音响作出反响。〕例如，1号参赛队抢到题目，同时抢答继电器M1通电并自锁，抢答继电器M1与其它参赛台按钮输入触点相串联的常闭触点断开，使得在有抢答按钮按下的情况下，其它按钮均无效。抢答继电器M1闭合，答题限时继电器M2闭合并自锁，使得答题限时计时器T1开始计时。①假设1号参赛台答题超时，抢答继电器M1通电闭合，答题限时计时器T1计时到，其常开触点闭合。在答题超时的情况下，M1的常开触点与T1的常开触点串联驱动裁判台的灯和音响。②假设1号参赛台违规抢答，抢答允许继电器M0未闭合，裁判员未按下开始按钮SB0(X0未闭合)，而抢答继电器M1闭合。在违规抢答的情况下，M0和M1是“与”的关系，即M0的常闭触点与M1的常开触点串联驱动裁判台灯和音响。③无参赛队抢答，抢答继电器M1未通电闭合(无人抢答)，抢答限时计时器T0计时到，常开触点闭合。当无人抢答时，M1的常闭触点与T0的常开触点串联驱动裁判台灯和音响。综上所述，当1号参赛队违规抢答、无人抢答、答题超时驱动裁判台灯及正常抢答时答题驱动音响的梯形图。其中M3为音响驱动继电器，当四种条件中有一种合符时，M3闭合一个扫描周期，使得音响驱动输出继电器Y5闭合，音响发出声音，同时音响限时计时器T2通电计时，经过1S后计时器T1动作，其常闭触点断开Y5及T2的电源，音响停止发出声音。⑵抢答参赛队号显示，选用输出继电器Y10～Y16驱动数码管1的七段发光管，即当有人抢答时即可显示抢到题的队号。①当1号参赛台抢到题，那么1号参赛台灯驱动输出继电器Y1闭合，Y1的常开触点闭合，驱动Y11和Y12，数码管1即显示“1”②当2号参赛台抢到题，那么2号参赛台灯驱动输出继电器Y2闭合，驱动Y10、Y11、Y13、Y14和Y16，数码管1即显示“2”的字符。③当3号参赛台抢到题，那么3号参赛台灯驱动输出继电器Y3闭合，驱动Y10、Y11、Y12、Y13、和Y16，数码管1即显示“3”的字符。④当4号参赛台抢到题，那么4号参赛台灯驱动输出继电器Y4闭合，驱动Y11、Y12、Y15和Y16，数码管1即显示“4”的字符。⑶计时脉冲产生程序。计时脉冲产生程序由计时器T3、T4组成。当抢答允许继电器M0闭合时，计时器T3开始计时，经过0.5S后，T3的常开触点闭合，接通计时器T4的电源；在经过0.5S后，T4动作，其常闭触点断开，使T3复位，常开触点闭合，接通秒个位移位继电器M4。经过一个扫描周期后T4的常开触点断开，M4复位。⑷计时显示程序。计时显示程序由输出继电器Y20-Y26，Y30-Y36驱动数码管2和数码管3完成。其中输出继电器Y20-Y26驱动数码管2，担任秒个位的显示；Y30-Y36驱动数码管3，担任秒十位的显示。在抢答允许继电器M0闭合后，继电器M9闭合，输出继电器Y20、Y21、Y22、Y23、Y24、Y25闭合，驱动数码管2显示“0”字符，同时秒脉冲信号产生程序开始工作。经过1S后，秒脉冲继电器M4闭合一个扫描周期，将M9中“1”的状态移位至M10中，M10闭合，输出继电器Y21、Y22闭合，驱动数码管2显示“1”字符，同理，随着左指令SFTL的运行，数码管将接着显示“2、3、4、5¨¨¨¨、9”当“1”状态移位至继电器M18时，数码管2显示“9”字符；当“1”的状态移位至继电器M19中时，继电器M10-M18全部复位，M9又闭合，数码管2又显示“0”字符。同时M19闭合，使得继电器M20产生一个扫描周期脉冲，这个脉冲将M21中的“1”状态移位至M22中，继电器M22闭合，输出继电器Y31、Y32闭合，数码管3显示“1”字符。在抢答允许继电器M0闭合后，假设在15S内有人抢答，由M0常开触点和M1常开触点组成的抢答计时显示触点闭合，使得M5闭合一个扫描周期，数码管2和数码管3复位清零。同理，假设有人抢答但答题超时，那么由M1常开触点和T1的常开触点组成的答题超时触点组闭合，使继电器M25闭合，数码管2和数码管3复位清零。按下复位按钮SB7，X7闭合，各输出继电器辅助继电器全部释放，为下一次抢答作准备。总结经过这两个星期的努力，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，课程设计中仍存在一些小毛病。但是通过这次的毕业设计，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，从而我的专业修养得到了提高，知识的储藏量也有所增加。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得到了稳固。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。通过这次设计我也发现自己的很多缺乏之处，在设计过程中我发现自己考虑问题很