基于PLC六路搶答器設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書 題 目： 基于PLC的六路搶答器設(shè)計 姓 名：* 學(xué) 號：* 指 導(dǎo) 教 師： * 專 業(yè) 年 級： 12屆機(jī)械電子工程 所在學(xué)院和系：機(jī)械學(xué)院 完 成 日 期： 2015.12.24 目錄1、緒論11.1課題研究背景11.2 課程設(shè)計研究內(nèi)容及要求22、系統(tǒng)總體方案設(shè)計32.1方案設(shè)計32.2芯片選擇4 2.2.1 PLC選型4 2.2.2 七段譯碼管顯示器53、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計63.1 系統(tǒng)主電路圖設(shè)計63.2 PLC的I/O分配表63.3 PLC外部接線圖83.4系統(tǒng)操作面板94、系統(tǒng)軟件設(shè)計104.1系統(tǒng)主程序設(shè)計104.2 程序設(shè)計10 4.3系統(tǒng)仿真13 4.3.1

2、 程序運行過程分析說明13 4.3.2 調(diào)試結(jié)果13總 結(jié)15參考文獻(xiàn)161、緒論可編程控制器是以計算機(jī)為核心的通用自動控制裝置，它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡單、使用方便、體積小?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 PLC的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知道如何針對實際應(yīng)用的需要選擇合適的PLC型號，然后進(jìn)行資源配置，設(shè)計控制系統(tǒng)。 該設(shè)計為全自動洗衣機(jī)的PLC控制，主要介紹了全自動洗衣機(jī)的工作原理，控制系統(tǒng)

3、的PLC的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設(shè)計與調(diào)試，控制系統(tǒng)PLC程序。 最后，在該設(shè)計過程中給予極大鼓勵和幫助的老師、同學(xué)，在此表示衷心的感謝。由于在設(shè)計過程中存在許多不足，希望老師同學(xué)指正。1.1課題研究背景目前國內(nèi)外市場上已有很多類型的知識競賽搶答器，其大致采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)或者PLC芯片、計算機(jī)控制系統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù)相當(dāng)成熟。但是隨著功能的增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準(zhǔn)確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級換代。對于計算機(jī)控制系統(tǒng)來說，其程序簡單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的

4、升級換代，但鑒于其必須配合計算機(jī)實用，可操作性差，沒有得到廣泛的應(yīng)用。而對于科技飛速發(fā)展的今天，PLC、單片機(jī)應(yīng)用的不斷深入，帶動了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點，以PLC、單片機(jī)為核心的部件成為主流。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點： 在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時，只能處理違規(guī)搶答信號，而對沒有違規(guī)的有效信號不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。 當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個，或利用搶答電路電子元件的“競爭”選擇其中一個。對于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答信號的“競爭”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在

5、不公平性。 當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器只能“抓住”其中一個違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞”?，F(xiàn)在大多搶答器都是以PLC、單片機(jī)為控制核心的智能搶答器，它對采樣獲得的各種搶答信號進(jìn)行分析。但僅有搶答功能的搶答器已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會的需要。該設(shè)計不但有搶答功能，而且還有一個計分系統(tǒng)，能分別對四個選手進(jìn)行計分，并能夠?qū)Ψ謹(jǐn)?shù)進(jìn)行加、減。帶計分功能的智能搶答器將會取代一般的智能搶答器，更好的服務(wù)于社會。1.2 課程設(shè)計研究內(nèi)容及要求系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進(jìn)行調(diào)試、測試，以

6、達(dá)到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細(xì)的工作計劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進(jìn)行調(diào)試、測試，達(dá)到所需功能要求。在系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計最重要的選擇可編程的PLC，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達(dá)到設(shè)計目的。軟件設(shè)

7、計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用三菱FX可控制編程。此編程工具更有可靠、可拓展、可維護(hù)性。設(shè)計要求：按鈕按下時對應(yīng)指示燈亮，時間自定；按鈕按下時對應(yīng)的電鈴響，時間自定；某一按鈕按下時，其余按鈕失效；除此以外，根據(jù)自己理解，提出控制要求并實現(xiàn)控制。任務(wù)：PLC控制系統(tǒng)硬、軟件設(shè)計。2、系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1方案設(shè)計知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應(yīng)時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用場合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應(yīng)用于電視臺、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位，它為各種競賽增

8、添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進(jìn)行知識競賽搶答器設(shè)計，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。智能競賽搶答器通過PLC進(jìn)行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心（PLC），PLC將根據(jù)信號作出相應(yīng)的響應(yīng)。競賽搶答器有八個輸入信號（即八個按鈕），九個輸出信號（即六個燈管信號、一個音響信號、二個指示燈數(shù)碼管輸出信號）。由上可知PLC共有：八個輸入點，九個輸出點。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖2-1-1所示 知識競賽搶答器能使6個隊同時參加搶答。 設(shè)裁判隊為裁判臺，參賽對為參賽臺。裁判臺設(shè)

9、有音響和裁判燈，并且設(shè)有裁判臺開始按鈕SB0和裁判臺復(fù)位按鈕SB7；參賽臺設(shè)有參賽臺搶答按鈕以及參賽指示燈。1-6號參賽臺分別對應(yīng)按鈕SB1-SB6及參賽指示燈L1-L6。 知識競賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊搶答必須在裁判說出“開始”并按下裁判臺的開始按鈕SB0后15S內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時間。如提前搶答，搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號。15S時間到，如無隊搶答，則搶答器給出時間已到信號，該題作廢。在有隊搶答的情況下，則搶答器發(fā)出“搶答”信號，數(shù)碼管開始計時，并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參考隊號，搶到題的隊必須在60S內(nèi)答完題，如60S內(nèi)未答完，則作超時處理。 燈光與音響信號的意義如下:(見

10、圖2-1結(jié)構(gòu)流程圖) 音響叫（響1S）+某指示燈亮，由某參賽隊正常搶答。 音響叫（響1S）+某指示燈亮+總指示燈亮，某參賽隊違規(guī)。 音響叫（響1S）+裁判指示燈亮，無人搶答或答題超時。 在某個題結(jié)束后，裁判員按下臺上的復(fù)位按鈕SB7，搶答器恢復(fù)原來的狀態(tài)，為下一輪搶答作好準(zhǔn)備。 各輸出端口統(tǒng)一采用直流24V電源。2.2芯片選擇 2.2.1 PLC選型 可編程控制器(PLC)按輸入輸出點數(shù)以及CPU功能分為大、中、小3種類型，按其結(jié)構(gòu)又可分為整體式和模塊式PLC。目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)可編程控制器產(chǎn)品，比較著名的PLC生產(chǎn)廠家主要有美國的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISH

11、I）、歐姆龍（OMRON）、德國的西門子（SIMENS）、法國的TE、韓國的三星（SUMSUNG）、LG等。本設(shè)計采用采用三菱公司的FX2N系列PLC。 FX2N系列PLC系統(tǒng)由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊、特殊擴(kuò)展設(shè)備、外圍設(shè)備等構(gòu)成。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)的、速度最高的微型可編程控制器。其基本指令執(zhí)行時間高達(dá)0.08微妙。用戶存儲器容量可擴(kuò)展到16K，最大可以擴(kuò)展到256個I/O點，有五種模擬量輸入/輸出模塊、高速計算器模塊、脈沖輸出模塊、四種位置控制模塊、多種RS-232C/RS422/RS-485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板，以及模擬定時器功能擴(kuò)展板。使用特殊模塊和功能擴(kuò)展板，可以實

12、現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 在選用FX2N系列時，須考慮到下述各點： （1） 輸入輸出總點數(shù)控制在256點以內(nèi)。 （2） 電源容量。基本單元和擴(kuò)展單元內(nèi)部裝有電源，對擴(kuò)展模塊提供DC24V電源，對特殊模塊提供DC5V電源。因此，擴(kuò)展模塊和特殊模塊的耗電量應(yīng)控制在基本單元及擴(kuò)展單元的電源容量范圍之內(nèi)。 （3）對于FX2N基本單元，外接特殊單元、特殊模塊的數(shù)量，最多不超過8臺。2.2.2 七段譯碼管顯示器圖2-2七段譯碼管顯示器163、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)主電路圖設(shè)計圖3-1系統(tǒng)主電路原理圖3.2 PLC的I/O分配表1.輸入分配信號名稱外部元件內(nèi)部地址開始按鈕SAX0復(fù)位按鈕

13、SB7X71組按鈕SB1X12組按鈕SB2X23組按鈕SB3X34組按鈕SB4X45組按鈕SB5X56組按鈕SB6X6表3-1 PLC信號輸入2.輸出分配 信號名稱內(nèi)部地址數(shù)碼管aY0數(shù)碼管bY1數(shù)碼管cY2數(shù)碼管dY3數(shù)碼管eY4數(shù)碼管fY5數(shù)碼管gY6倒計時指示燈Y7蜂鳴器Y10啟動指示燈Y11表3-2 PLC信號輸出 其中顯示器b、c亮顯示數(shù)字1；a、b、d、e、g亮顯示數(shù)字2；a、b、c、d、g亮顯示數(shù)字3；b、c、f、g亮顯示數(shù)字4；a、c、d、f、g亮顯示數(shù)字5；a、c、d、e、f、g亮顯示數(shù)字6。設(shè)置輔助繼電器宣布開始 M8002定時器 T0 3.3 PLC外部接線圖 圖3-2

14、PLC六路智能搶答器外部接線圖分析：SA代表“搶答開始”按鈕對應(yīng)輸入寄存器X0，SB1-SB6代表6組參賽選手的常開按鈕，分別對應(yīng)X1-X6,輸出寄存器Y0-Y6分別對應(yīng)顯示器a-g,Y11為啟動指示燈，Y10為蜂鳴器，Y7為倒計時指示燈，各輸出窗口統(tǒng)一采用直流24V電源。3.4 系統(tǒng)操作面板圖3-3系統(tǒng)操作面板4、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計當(dāng)裁判按下開始按鈕時，四個參賽對處于搶答狀態(tài)，假如是一號參賽隊先搶到題目，PLC先判斷搶答是否成功，若成功，則進(jìn)行下一部看是否在規(guī)定的搶答時間內(nèi)答題，若在規(guī)定時間內(nèi)，則答題結(jié)束；若超時，則提示主持人；如果搶答沒有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若法規(guī)，某法

15、規(guī)臺燈亮，總臺燈亮出指令。 4.2 程序設(shè)計 梯形圖設(shè)計與分析 圖4-2 梯形圖主持人宣布開始，即啟動M8002，并且按下“搶答開始”按鈕X0后，點亮啟動指示燈Y11；在啟動指示燈被點亮的前提下，按下X1，顯示管b、c亮，顯示數(shù)字1，即Y1、Y2有輸出，并與Y0、Y3、Y4、Y5、Y6的常閉觸點串聯(lián)構(gòu)成互鎖，保證b、c亮?xí)r，a、d、e、f、g不亮，串聯(lián)復(fù)位開關(guān)X7常閉觸點用于停止，X1與蜂鳴器、輸出繼電器Y10并聯(lián)，用于自保持，鎖住搶答器，使其他按鈕無效；同樣，按下X2，顯示管a、b、d、e、g亮，顯示數(shù)字2，即Y0、Y1、Y3、Y4、Y6有輸出，串聯(lián)Y2、Y5的常閉觸點構(gòu)成互鎖，保證a、b、

16、d、e、g亮?xí)r，c、f不亮；按下X3，顯示管a、b、c、d、g亮，顯示數(shù)字3，即Y0、Y1、Y2、Y3、Y6有輸出，串聯(lián)Y4、Y5的常閉觸點構(gòu)成互鎖，保證a、b、c、d、g亮?xí)r，e、f不亮；按下X4，顯示管b、c、f、g亮，顯示數(shù)字4，即Y1、Y2、Y5、Y6有輸出，串聯(lián)Y0、Y3、Y4的常閉觸點構(gòu)成互鎖，保證b、c、f、g亮?xí)r，a、d、e不亮；按下X5，顯示管a、c、d、f、g亮，顯示數(shù)字5，即Y0、Y2、Y3、Y5、Y6有輸出，串聯(lián)Y1、Y4的常閉觸點構(gòu)成互鎖，保證a、c、d、f、g亮?xí)r，b、e不亮；按下X6，顯示管a、c、d、e、f、g亮，顯示數(shù)字6，即Y0、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6

17、有輸出，串聯(lián)Y1的常閉觸點構(gòu)成互鎖，保證a、c、d、e、f、g亮?xí)r，b不亮； 4.3系統(tǒng)仿真 4.3.1程序運行過程分析說明1）、按照圖所示的外部接線圖接線，核對地址，逐點進(jìn)行，確保正確無誤。2）、檢查模擬量輸入輸出。檢查輸入輸出模塊是否正確，工作是否正常。必要時，用標(biāo)準(zhǔn)儀器檢查輸入輸出的精度。   3）、檢查與測試指示燈。對控制面板上對應(yīng)的指示燈進(jìn)行檢查，如有指示燈不亮，一方面查看指示燈是否已壞，另一方面檢查邏輯關(guān)系是否正確。指示燈是反映系統(tǒng)工作的一面鏡子，先調(diào)好它，將對進(jìn)一步調(diào)試提供方便。   4）、將圖5-1PLC六路智能搶答器梯形圖程序?qū)懭隤LC

18、，然后從初始步開始調(diào)試。用元件監(jiān)視功能監(jiān)視a、b、c、d、e、f、g的狀態(tài)變化。注意順序功能圖中有可能出現(xiàn)的路徑，在調(diào)試時應(yīng)從初始步開始，分別經(jīng)過可能出現(xiàn)的路徑，一步一步地檢查轉(zhuǎn)換過程是否正確，最后是否能返回初始步。   5）、手動按鈕來實施模擬現(xiàn)場，觀察運行結(jié)果是否與要求相符合。   4.3.2調(diào)試結(jié)果通過上述的調(diào)試步驟后，得出調(diào)試結(jié)果，由于實驗設(shè)備以及其他外部條件的限制導(dǎo)致，我們用一個指示燈代替蜂鳴器。參賽選手如要搶答主持人提出的問題，必須在主持人宣布“開始”即按下“搶答開始”按鈕后，由參賽選手搶先按下自己桌上的搶答器按鈕（即X1、X2、X3、X4、X5、X6），此時8段數(shù)碼管顯示器會顯示最先按下按鈕的組號，同時蜂鳴器指示燈亮，并鎖住搶答器，使其它組再按也無效，當(dāng)按下復(fù)位按鈕響應(yīng)后，數(shù)碼管顯示器熄滅，蜂鳴器指示燈熄滅，參賽選手開始回答問題，同時倒計時指示燈點亮。參賽選手必須在規(guī)定的時間內(nèi)（60s倒計時指示燈點亮期間）回答問題。當(dāng)?shù)褂嫊r結(jié)束時，指示燈熄滅，同時蜂鳴器指示燈亮提示時間到，此時參數(shù)選手應(yīng)立即停止答題。總 結(jié)經(jīng)過這半個學(xué)期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下做完了這次PLC的課程設(shè)計工作.由于自己知識的缺乏及能力的有限，仍沒有能夠?qū)崿F(xiàn)像