PLC控制三路抢答器.doc

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2021 级课程设计〔论文〕说明书

三路智力抢答器的PLC设计

院 、 部： 电气信息与工程学院
学生XX： 唐慧
学 号： 1330140126
指导教师： 罗雪莲 职称 教授
专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 电气1301班
完成时间： 2021年06月

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XX工学院电气控制技术课程设计课题任务书
学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化
指导教师
罗雪莲
学生XX
唐慧
课题名称
三路智力抢答器的PLC控制

内容及任务

一、目标
设计一个控制基于PLC的三路智力抢答器系统。
二、任务
根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度方案，运用所学的理论知识，进展病床呼叫系统运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1、设计该系统电气控制硬件系统；
2、PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
3、选择电器元件，编制元件目录表。
4、设计该系统PLC控制梯形图。
5、用计算机绘制PLC控制电路图。
6、进展系统仿真测试，实现三路智力抢答器系统的控制要求。
7、编写设计说明书。
三、要求
该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。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、声音显示其答复正确或错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数加分或减分。
三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，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，并开场计时〔答题时间〕，计时时间到〔答题给定的时间〕，声音提示停顿答题。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所示。

图1 三路智力抢答器组成框图

拟到达的要求或技术指标
三路抢答器应到达以下要求
1．按下启动按钮〔开场抢答〕后，假设10s内无人抢答，那么抢答器自动撤消抢答信号〔有声音提示〕，说明该题无人抢答，自动作废。
2．按下启动按钮〔开场抢答〕后，第一个按下按钮的信号有效，其余信号〔后按下的〕无效，有效信号用灯光和声音指示。
3．假设有人抢答即按下任意一个抢答按钮，从按下按钮开场计时，在答题时间〔约1min〕完毕时，有灯光和声音信号提示答题时间到。
4．三路抢答器应有灯显示和分数值显示，对答题正确或错误者，在操作人员的控制下，可对其加10分或减10分。加分可达最大分值是99分，减分可达最少分值是00分。 三路抢答器工作流程如图2所示。

图2 三路抢答器工作流程示意

主要参考资料

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[3]浦艳敏.可编程控制器原理与应用：三菱FX系列[M].：清华大学，2021
[4]王存旭.可编程控制器原理及应用[M].：高等教育，2021
[5]董爱华.可编程控制器原理及应用[M].：中国电力，2021
[6]魏德仙.可编程控制器原理及应用[M].：中国水利水电，2021 
[7]钟肇燊,X建东.可编程控制器原理及应用[M].：华南理工大学，2021
[8]史国生.电气控制与可编程控制技术〔第三版〕[M].：化学工业，2021
[9]X美俊.可编程控制器应用技术[M].：XX科学技术，2021
[10]陈静.PLC应用开发技术与工程实践[M].：人民邮电，2021
[11]赵峰，贾石峰，顾桂梅.现代电气控制与PLC应用[M].：XX大学，2021

教研室
意见

教研室主任：〔签字〕
年 月 日

摘 要
近年来随着科技的飞速开展， 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。
智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，假设是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。
三路抢答器的PLC设计正好为此提供的一个很好的平台，此设计中设计了抢答违规、抢答时间到、抢答成功，以及对选手答题得分的加减并通过LED显示出来。三路抢答器设计是利用PLC〔Programmable Logic Controller〕对PLC控制智力抢答器进展控制。
在三路抢答器的PLC设计中编写梯形图程序并分析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。结果说明电容测量仪样机的功能和指标到达了设计要求。

关键词：可编程控制器；三路抢答器；计分。

目录
1 设计背景及任务1
1.1 三路抢答器应用背景和概述1
1.2 设计任务和要求1
1.3 工作任务2
2 抢答器硬件系统设计3
2.1 控制系统选取3
2.2 控制系统的硬件组成3
2.3 硬件I/O地址分配4
2.4 硬件系统接线图5
3 抢答器软件系统设计6
3.1 整体设计6
3.2 PLC控制程序6
3.2.1 主持人开场复位初始化6
3.2.2 三组抢答者抢答程序7
3.2.3 加减分初始化8
3.2.4 加减分显示程序9
3.2.5 抢答器总程序9
3.2.6 总程序指令表11
4 安装与调试12
参考文献13
致谢14
附录 总程序 15

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1 设计背景及任务
1.1 三路抢答器应用背景和概述
抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。三路抢答器能使三个人同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，三个参赛台.总体设计选用三菱PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。
抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反响时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断开展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。用PLC进展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。
三路抢答器可根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据情况用灯光和声音现实其答复正确和错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数进展加分和减分。
三路智力抢答器有三个抢答按钮最先按下按钮有效，在此之后按下按钮无效，伴有灯光和声音指示，并开场计时答题时间。计时时间到声音提示停顿答题。如果抢答者答题正确和错误主持人按下加分键或减分键，将对所显示的分数进展加分和减分。
1.2 设计任务和要求
三路智力抢答器应到达以下要求。
⑴按下启动按钮〔开场抢答〕后，假设10内无人抢答，那么抢答器自动撤销抢答信号〔有声音提示〕，说明该题无人抢答自动作废。
⑵按下启动按钮〔开场抢答〕后，第一个按下按钮有效，其余信号〔后按下〕无效。有效信号用灯光和声音表示。
⑶假设有人抢答即按下任意一个抢答按钮，从按下按钮开场计时，在答题时间〔约1 min〕完毕时。有灯光和声音信号提示答题时间已到。
⑷三路抢答器应有灯显示和分数显示对答题正确或错误者，在操作人员控制下可对其加10分或减10分。加分最大可到达99分，减分最少分值0分。
三路智力抢答器工作流程图如图1所示。

图1 工作流程图
1.3 工作任务
⑴根据控制要求，进展抢答器PLC控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
⑵根据控制要求，编制抢答器PLC控制应用程序。
⑶编写设计说明书，内容包括：
①设计过程和有关说明。
②基于PLC的抢答器电气控制系统电路图。
③PLC控制程序。
④电器元器件的选择和有关计算。
⑤电气设备明细表。
⑥参考资料、参考书及参考手册。
⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

2 抢答器硬件系统设计
2.1 控制系统选取
抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、辩论赛等一些正规的需要进展抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。为此，我们对将采用的控制系统进展了全面的分析比照。可编程控制器〔PLC〕是由工业微型计算机、输入, 输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：
⑴可靠性高；
⑵体积小；
⑶通用性好；
⑷使用方便。
硬件系统分别选择1个额定电压为24V的蜂鸣器，6个额定电压为2V的发光二极管。6个七段数码显示管〔七段数码显示管用7位的信号驱动。在实际应用中可以用三菱PLC指令SEGD.只需要用一个数据存放器D〕。
I/O接口分别为7个输入继电器X,35个输出继电器Y.和20%的裕量 所以选择三菱PLC的FX2N-80MR系列。
FX2N-80MR系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。三菱FX2N-80MR具有40个输入辅助继电器X和40个输出辅继电器。PLC的工作方式为周期扫描。一个扫描周期大约为0.08us.可见其PLC的可靠性。同时在使用方面用软件GX—developer.输入程序变换看是否有错误。如果有错误继续修改。没有通过计算机写入PLC运行调试。使用很方便。
2.2 控制系统的硬件组成
在抢答器的工作过程中，主控单元的主要控制对象首先是输入信号，控制系统就是判别这个事件有没有发生，不同的情况给出不同的结果，让大家都很快的明。其硬件组成构造图如图2所示。

图2 硬件系统
2.3硬件I/O地址分配
根据任务要求及所选FX2N-80MR(考虑20%接口裕量)和其他硬件〔电铃，灯，七段数码显示管〕PLC的I/O地址分配如表1、表2所示。
表1 三路智力抢答器输入口分配表
输入设备/符号
PLC输入点
主持人按抢答开场按钮SB0
X0
第一号抢答按钮SB1
X1
第2号抢答按钮SB2
X2
第3号抢答按钮SB3
X3
停顿/复位开关SA
X4
主持人加分按钮SB5
X5
主持人减分按钮SB6
X6

表2 三路智力抢答器输出口分配表
输出设备/符号
PLC输出点
PLC控制器电源接通指示HL1
Y0
1号指示灯LED2
Y1
2号指示灯LED3
Y2
3号指示灯LED4
Y3
开场抢答灯LED5
Y4
答题时间到指示灯LED6
Y5
声音提示HA
Y6
1号十位分数值显示SMG1
Y10-Y16
2号十位分数值显示SMG2
Y20-Y26
3号十位分数值显示SMG3
Y30-Y36
个位分数显示SMG4-SMG6
Y40-Y46
2.4硬件系统接线图
为了硬件电路接线方便，SB0抢答的开场按钮，对应输入点为X0输出点为Y0。SB1、SB2、SB3分别对应三个参赛对号，输入点分别X1、X2、X3，输出点分别为Y1、Y2、Y4。SA为抢答的复位开关，对应输入点为X4。数码管1显示输出点为Y10-Y16。数码管2显示输出点为Y20-Y26。数码管3显示输出点为Y30-Y36。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所示。

图3外部硬件接线
3 抢答器软件系统设计
3.1 整体设计
根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化构造。通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进展设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。平安、可靠、省时、省力、价格廉价。控制软件应用GX-developer编程软件，采用梯形图语言编写。根据系统控制要求，进展针对性设计，要充分保证系统的平安，保证整个系统的运行平安可靠。自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进展自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的平安。
3.2PLC控制程序
为了编程构造的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，X4—X6分别为三组选手的抢答信号， 同时我们用中间继电器M1,M2,M3,M10,M51,M52进展自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。主持人控制台有X1按钮用以抢答开场，X1按钮为复位按钮。程序流程图如图1所示。
3.2.1主持人开场复位初始化
在主持人按抢答开场按钮X1时,复位D0和M52.同时有抢答开场声音信号Y1，在PLC开场运行时复位D1—D4。程序图如图4所示。

图4 初始化复位
3.2.2 三组抢答者抢答程序
同时Y1(或Y2,Y3)有1秒钟ON信号，为了以后程序选择置位M1(或M2,M3)程序如图5所示。

图5 抢答程序
3.2.3 计时时间程序
当10秒内无人抢答那么取消答题信号〔用T5实现〕。程序如图6所示。

图6 无人抢答程序
利用中间继电器M10和Y1和Y2和Y3开场计时。如果已抢答那么计时答题时间60秒，计满60秒不准答题。程序如图7所示。

图7 答题计时程序
3.2.4 加减分初始化
初始时需要解码D0作为加减分选通信号，同时有抢答者的信号〔M1,M2,M3〕参
与加减分的选择。程序如图8所示。

图8 加减分初始化
3.2.5加减分显示程序
如果答题正确加10分，错误减10分。如果加分超过99分或减分低于0分那么置零处理。同时考虑到个位一直为零那么用同一种输出接口连接数码管。直接加减十位。程序如图9所示。

图9 加减分显示程序

续图9 加减分显示程序
3.2.6抢答器总程序
X4—X6分别为三组选手的抢答信号， 同时我们用中间继电器M1,M2,M3,M10,M51,M52进展自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。主持人控制台有X1按钮用以抢答开场，X0按钮为复位按钮。在按下启动按钮SB1时复位所有数据存放器〔累加计分的数据存放器除外D1—D4〕然后三组抢答者开场抢答，抢答的同时产生一个切断信号M10〔目地后者抢答无效〕抢答后开场计时答题时间60秒。答完以后主持人开场加减分〔在抢答的根底之上产生一个选通信号〕没有抢答的组加不了或见不了分数。在加减分的同时需要对D1—D4进展判断〔可以用CMP指令或LD=〕.如果超过99或低于0都以0处理。由各功能块程序及任务要求编写程序如附录A所示。

4 安装与调试
将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。知识竞赛抢答器的程序是由三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编制完成，正常工作时程序存放在存储卡中，假设要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编程软件，翻开知识竞赛抢答器的程序，即可在线调试，也可用编程器进展调试。
〔1〕按下抢答开场按钮SB1.先在10秒内抢答，看答题开场计时60秒后是否有灯光和声音信号。
〔2〕按下抢答开场按钮SB1.10秒内无人抢答是否有灯光和声音信号。
〔3〕在正确的抢答情况下加减分是否有正确显示。
〔4〕所有的信号显示都要根据I/O分配。看是否正确。

参考文献
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[7] 贺哲荣、流行PLC实用程序及设计[M].:XX电子科技大学，2006.
[8] 王　红.可编程控制器使用教程[M].:电子工业，2002.
[9] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].:航空航天大学，2003.

致
经过这两个星期的努力，在罗教师和同学们的帮助下做完了任务设计的工作，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，这使我倍感受用。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。
但是，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不全面，自己的专业知识掌握的很不结实，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些缺乏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典范！同时，该设计也有缺乏之处，缺少了答题计分等功能。我将会在以后的学习中继续学习。
感谢我的指导教师罗雪莲教师，在完成设计的整个过程，都非常耐心的对我进展指导。给我提供了珍贵的建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改任务书。我要感谢在我两个星期的学习中，无私传授我知识的各位教师，是你们将自己珍贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，教给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此，我还要感谢寝室的兄弟们在我完成设计的过程中给予我的帮助和鼓励。
谢谢！

附录总程序

图11 总程序

续图11 总程序

续图11 总程序

续图11 总程序

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