电气控制与 PLC 课程设计-智力抢答器

-19-课程设计报告课程：电气控制与PLC课程设计题目：智力抢答器PLC控制的实现专业班级：智能制造202班

目录一绪论 -3-二智力抢答器的设计方法 -3-2.1设计任务分析 -3-2.1.1设计的目的 -3-2.1.2智力抢答器控制要求 -3-2.2系统设计方案 -4-2.3课程设计研究内容 -4-三系统硬件设计 -4-3.1PLC选型和配置 -4-3.2智力抢答器的PLC控制系统框图 -5-3.3PLC的I/O点的分配及电路接线图 -6-3.3.1PLC的I/O点的分配 -6-3.3.2PLC的电路原理图 -7-四PLC程序设计 -7-4.1控制流程图 -7-4.2梯形图设计与分析 -8-4.2.1主程序 -9-4.2.2SFC选择性分支程序 -10-4.3仿真测试 -17-五．系统调试及心得体会 -17-5.1系统调试 -17-5.2设计心得 -18-一绪论目前各种形式的智力竞赛广泛存在于我们的生活中，抢答器作为智力竞赛常见的评判装置之一得到了广泛的应用。抢答器是由优先权编码器构成的逻辑电路，其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更加困难。而本设计将以PLC为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。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。二智力抢答器的设计方法2.1设计任务分析2.1.1设计的目的通过本课程的学习，使学生了解和掌握PLC在机电设备控制中的现状、技术应用和发展趋势；了解并掌握三菱FX3U系列PLC硬件组成，控制程序的基本编写过程，掌握GXworks2编程环境的使用及调试，能够根据机电设备的功能要求独立完成控制系统的硬件设计及软件设计，培养学生的分析能力和实践动手能力。2.1.2智力抢答器控制要求（1）竞赛开始时，主持人出题。（2）当主持人按下开始抢答按钮X0后，抢答灯Y0亮，T0开始计时，如果在10s内无人抢答，抢答灯闪烁，赛场两边氛围灯长亮，由主持人复位X10撤销此次抢答信号。（3）当主持人按下开始抢答按钮X0后，抢答灯Y0亮，T0开始计时，如果在10s内有人抢答（按下抢答按钮X2、X3、X4、X5、X6或X7），则最先按下按钮的信号有效，相应的抢答桌上的抢答灯（Y1、Y2或Y3）亮，赛场两边氛围灯循环闪烁2次。（4）当主持人确认抢答有效后，按下答题计时按钮（X1），抢答桌上的抢答灯灭，计时开始，计时时间到（假设为30s）或主持人再次按下答题计时按钮，赛场两边氛围灯同时闪烁2次，且抢答桌上抢答灯再次亮，表示答题结束。（5）如果抢答者在规定的时间内正确回答问题，主持人或助手按下加分按钮X11，为抢答者加分，设初始分数为3。（6）如果抢答者在规定的时间不能正确回答问题，主持人或助手按下减分按钮X12，为抢答者减分，设初始分数为3。2.2系统设计方案智力抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。2.3课程设计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、可拓展、可维护性。三系统硬件设计3.1PLC选型和配置为满足本设计中的各项控制要求，设计中PLC的型号采用三菱公司的FX3U-64MT/ESS。FX3U-64MT/ESS输入规格如下所述。(1)输入形式：漏型/源型；输入点数：32；输入信号形式：无电压触点输入；(2)FX3U-64MT/ESS输出规格：输出种类：晶体管/源型输出；输出点数：32；外部电源：DC5~30V最大电阻负载：0.5A/1点(3)电源模块：电源电压：AC100~240V，电源电压允许范围AC85~264V，额定频率50/60Hz，允许瞬时停电时间，对l0ms以下的瞬时停电会继续运行。冲击电流最大30A5ms以下/AC100V最大65A5ms以下/AC200V，消耗功率45W，DC24V供给电源600mA以下DC5V内置电源500mA以下。3.2智力抢答器的PLC控制系统框图PLC控制系统包括CPU、输入输出部件、电源模块一级存储部件等，其结构框图如图1所示。图1PLC控制系统结构框图3.3PLC的I/O点的分配及电路接线图3.3.1PLC的I/O点的分配本设计共有13路开关量输入信号，完整的输入通道分配如表1所示表1输入通道分配表输入注释X000开始抢答X001开始/停止计时X002一组1号X003一组2号X004二组1号X005二组2号X006三组1号X007三组2号X010复位X011加分X012减分本设计共有36路开关量输出信号，完整的输出通道分配如表2所示表2输出通道分配表输出注释Y000抢答灯Y001一组灯Y002二组灯Y003三组灯Y010~Y017氛围灯1~氛围灯8Y020~Y0261组数码管a~gY030~Y0362组数码管a~gY040~Y0463组数码管a~g

3.3.2PLC的电路原理图FX3U-64MT/ESS外部接线图如图2所示图2PLC外部接线图四PLC程序设计4.1控制流程图根据控制要求，绘制抢答器的工作流程图，如图3所示。图3PLC程序流程图4.2梯形图设计与分析根据控制要求和控制流程图设计程序。4.2.1主程序程序开始主持人按下开始抢答进入SFC分支复位模块数码管初始化显示初始分数3，此处仅展示第一组，其他组类同4.2.2SFC选择性分支程序此处仅展示第一组抢答成功和无人抢答部分程序，其他组类同步号S0，抢答开始，抢答时间定时器T0开始计时无人抢答T0接通进入下一步，步号S13抢答灯闪烁，氛围灯长亮复位进入下一题第一组抢答按钮首先接通进入下一步第一组抢答灯亮，开始答题计时后灭抢答成功后氛围灯循环闪烁两次答题时间到或第二次按下答题计时按钮进入下一步，步号S20答题结束，氛围灯闪烁，抢答灯再次亮根据答题情况进行加分减分，并显示在数码管上，此处仅展示数字零的显示和加减分原理。复位进入下一题4.3仿真测试使用GTDesiner3仿真软件进行仿真测试。五．系统调试及心得体会5.1系统调试本课程设计采用了SFC的选择分支，使结构更加清晰，在功能的实现上也更加方便，主要要解决的问题有以下几方面。(1)在主持人按下抢答按钮后，10s内的抢答情况。10s内是否有人抢答是抢答是否继续的关键。无人抢答则撤销抢答信号，否则就继续下面的环节。有人抢答则最先按下抢答按钮的信号有效，所以我们在这个环节也需要设置三个抢答信号之间的优先级。(2)赛场氛围灯以及抢答桌上的指示灯的闪烁。对于这两个要求，我们使用了特殊继电器、下降沿脉冲、定时器、计数器、移位指令、转移指令等互相配合实现。（3）积分数码管主要通过自加和自减指令实现。改进设想：通过更加复杂的指令简化冗长且重复的程序5.2设计心得通过本次设计，让我们很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。我们也学习到了许多PLC程序上的重要指令，和梯形图的编写方法。在这次毕业设计中我们也遇到了许多困难，得到了老师的帮助和指导，经过这段时间，在老师、同学的帮助下，在我们的不断努力下，这次课程设