基于plc的人搶答器設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào)：2014012304 控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院(系)： 機(jī)械與電子工程學(xué)院專業(yè)年級(jí)： 機(jī)電143學(xué)生姓名： 黃穎石指導(dǎo)教師： 劉利 王轉(zhuǎn)衛(wèi)完成日期： 2017年7月10日目錄1、設(shè)計(jì)目的及要求11.1 設(shè)計(jì)的目的11.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求12、設(shè)計(jì)方案12.1整體功能介紹12.2基本原理框圖22.3整體流程設(shè)計(jì)22.4系統(tǒng)所用元器件42.5 PLC的選型42.6 外部接線設(shè)計(jì)53、程序設(shè)計(jì)64、系統(tǒng)調(diào)試及分析94.1搶答舉例94.2程序的組態(tài)仿真105、設(shè)計(jì)心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)13附錄：141、設(shè)計(jì)目的及要求1.1 設(shè)計(jì)的目的（1）結(jié)合實(shí)際搶答器的工作

2、情況，設(shè)計(jì)搶答器信號(hào)控制原理設(shè)計(jì)，掌握復(fù)雜情況下?lián)尨鹌鞫〞r(shí)及減數(shù)功能的實(shí)現(xiàn)。（2）進(jìn)一步熟悉控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中元器件選型，及組態(tài)環(huán)境下控制系統(tǒng)仿真與調(diào)試，掌握控制系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)。（3）提高理論知識(shí)工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求（1） 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽分別用8個(gè)按鈕S0S7表示。（2） 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。（3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)

3、一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 （4） 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲音，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。（5） 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。（6） 如果定時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。2、設(shè)計(jì)方案2.1整體功能介紹競(jìng)賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用場(chǎng)合也隨之增加；技術(shù)含量大大

4、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(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位，它為各種競(jìng)賽增添了刺激性、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(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。2.2基本原理框圖本系統(tǒng)利用PLC作為系統(tǒng)的核心控制部件，配合報(bào)警燈，數(shù)碼管，定時(shí)器等原件的基本原理框圖如圖1所示。圖1 基本原理框圖2.3整體流程設(shè)計(jì) 主持人先按下?lián)尨痖_始按鈕，顯示器開始顯示倒計(jì)時(shí)（假設(shè)設(shè)定為50秒）同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響（用報(bào)警指示燈1亮代替揚(yáng)聲器）提示開始搶答。在搶答的有效時(shí)間內(nèi)，若有選手按下了搶答按

5、鈕，則此選手的編號(hào)將被鎖存并在LED數(shù)碼管上顯示出來，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示（用報(bào)警燈2亮代替揚(yáng)聲器）。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，其余選手搶答無效，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果參賽選手在指定的時(shí)間內(nèi)沒有進(jìn)行搶答，即顯示上的倒計(jì)時(shí)為0時(shí)，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警（用報(bào)警燈3亮來代替報(bào)警）并禁止搶答。設(shè)計(jì)流程如下圖2所示。圖2 系統(tǒng)整體流程圖表1 本系統(tǒng)所用的元器件2.4系統(tǒng)所用元器件元器件名稱數(shù)量報(bào)警燈3按鈕開關(guān)10定時(shí)繼電器4七段數(shù)碼管3導(dǎo)線若干七段數(shù)碼管采用如圖3所示的方式工作。圖3 七段數(shù)碼管圖形其中顯示器b、c亮顯示數(shù)字1；A、B、D、E、G亮顯示數(shù)字2；A、B、

6、C、D、G亮顯示數(shù)字3；B、C、F、G亮顯示數(shù)字4；A、B、D、F、G亮顯示數(shù)字5；A、C、D、E、F、G亮顯示數(shù)字6；A、C亮顯示數(shù)字7；A、B、C、D、E、F、G亮顯示數(shù)字8。競(jìng)賽搶答器有10個(gè)輸入信號(hào)（即10個(gè)按鈕），10個(gè)輸出信號(hào)（即7個(gè)燈管信號(hào)、3個(gè)指示燈數(shù)碼管輸出信號(hào)）。由上可知PLC共有：10個(gè)輸入點(diǎn)，10個(gè)輸出點(diǎn)。2.5 PLC的選型搶答器對(duì)時(shí)間間隔的要求很高，而且多在會(huì)議、答辯賽等一些正規(guī)的需要進(jìn)行搶答的場(chǎng)合中使用，所以對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)性和可靠性要求很高。為此，我們對(duì)將采用的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析對(duì)比。可編程控制器（PLC）是由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)、輸入,輸出設(shè)備、保護(hù)及抗干擾隔離電

7、路等構(gòu)成的微機(jī)控制裝置，具有順序、周期性工作的特征。經(jīng)過分析，根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，對(duì)搶答器的輸入輸出端口的數(shù)量進(jìn)行分析，從而確定與三菱PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，并確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，以及價(jià)格、可靠性等的考慮，最終選擇FX2N-48MR。2.6 外部接線設(shè)計(jì)表2 PLC的I/O口地址分配 PLC的I/O地址分配輸入端口搶答按鈕1X0搶答按鈕2X1搶答按鈕3X2搶答按鈕4X3搶答按鈕5X4搶答按鈕6X5搶答按鈕7X6搶答按鈕8X7復(fù)位按鈕X10開始搶答按鈕X11輸出端口數(shù)碼管顯示A Y0數(shù)碼管顯示B Y1數(shù)碼管顯示CY2數(shù)碼管顯示DY3數(shù)碼管顯示EY4數(shù)碼管顯示F

8、0;Y5數(shù)碼管顯示G Y6報(bào)警燈1Y7報(bào)警燈2Y10報(bào)警燈3Y11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(hào)傳遞給信息分析中心（PLC），PLC將根據(jù)信號(hào)作出相應(yīng)的響應(yīng)。硬件接線圖如圖4所示。圖4 PLC外部接線圖3、程序設(shè)計(jì)部分梯形圖設(shè)計(jì)及分析：如圖5所示，為搶答器啟動(dòng)、開始計(jì)時(shí)的程序。圖5 啟動(dòng)程序當(dāng)X011閉合時(shí)定時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，M10用來對(duì)其自鎖。M9在選手搶答時(shí)斷開定時(shí)繼電器，使得定時(shí)顯示保持不變。M0用來控制倒計(jì)時(shí)，并使得倒計(jì)時(shí)和其他時(shí)間設(shè)置一致。如圖6所示，為搶答器每一秒的定時(shí)程序。圖6 定時(shí)1秒程序如圖7所示，為每過1

9、秒減時(shí)1秒的程序，并在開始時(shí)報(bào)警燈1閃爍。圖7 減時(shí)的程序設(shè)計(jì)如圖8所示，為當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，無人搶答，則報(bào)警燈2閃爍，并且切斷子程序。子程序?yàn)?個(gè)人搶答，顯示搶答人的編號(hào)，并自鎖，不得再有其他人搶答。圖8 搶答調(diào)用顯示程序如圖9所示，為復(fù)位的程序，按下X10所以的程序復(fù)位，并且主程序結(jié)束。圖9 復(fù)位程序如圖10所示，為按下X0，即1號(hào)選手搶答時(shí)其他選手不能搶答的程序。圖10 搶答程序如圖11所示，為任何一個(gè)選手按下?lián)尨鸢粹o，則報(bào)警燈3亮，并且由M9來確定是是否停止倒計(jì)時(shí)。圖11 搶答報(bào)警程序如圖12所示，為當(dāng)2號(hào)搶答時(shí)的一個(gè)程序。圖12 搶答程序如圖13所示為有人搶答時(shí)，報(bào)警燈3亮，并且定時(shí)報(bào)警

10、燈亮的時(shí)間。圖13 計(jì)時(shí)時(shí)間到報(bào)警程序4、系統(tǒng)調(diào)試及分析4.1搶答調(diào)試分析如圖1416所示，分別為定時(shí)器減數(shù)的測(cè)試，組態(tài)時(shí)間顯示，組態(tài)搶答選手序號(hào)的顯示。圖16 數(shù)碼管顯示編號(hào)圖15 組態(tài)輸出顯示圖14仿真輸出 為了檢驗(yàn)減數(shù)顯示是否正確，通過仿真來檢驗(yàn)程序是否正確，仿真時(shí)暫時(shí)用二進(jìn)制來顯示數(shù)值的變化，之后用組態(tài)軟件演示再用十進(jìn)制數(shù)來表示如上圖14。仿真用Y20Y23表示二進(jìn)制個(gè)位數(shù)，用Y24Y27 表示二進(jìn)制十位數(shù)，如上圖15所示。開始時(shí)打算用兩組相同的時(shí)間，一組用來控制和表示十位的數(shù)值變化，一組用來控制和表示個(gè)位的數(shù)值變化，但是在仿真的過程中，發(fā)現(xiàn)個(gè)位數(shù)和十位數(shù)的定時(shí)時(shí)間相差越來越大，往往個(gè)

11、位還沒有減到零，十位就開始變化。主要原因是因?yàn)閮山M定時(shí)時(shí)間雖然相同，但是程序在執(zhí)行的過程中由于命令的不同執(zhí)行時(shí)間發(fā)生了變化。最后采用一組數(shù)據(jù)，然后分別放置在Y20Y23和Y24Y27才解決了這個(gè)問題。組態(tài)軟件仿真時(shí)，不用轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制直接顯示出數(shù)值的倒計(jì)時(shí)如圖16。 搶答按鈕設(shè)計(jì)時(shí)，在開始時(shí)忽略了開始按鈕的自鎖功能，經(jīng)過對(duì)搶答器功能的分析和理解，認(rèn)為搶答按鈕不是開關(guān)類型的，必須要進(jìn)行自鎖。在最后結(jié)束程序時(shí)，應(yīng)該對(duì)所有的程序進(jìn)行復(fù)位。仿真時(shí)用Y0Y6燈的亮滅表示所搶答選手的編號(hào)如圖14所示。最終組態(tài)顯示的如圖16所示。4.2程序的組態(tài)仿真由于試驗(yàn)箱沒有數(shù)值的顯示，為了表示出搶答選手的編號(hào)和顯示倒計(jì)

12、時(shí)的時(shí)間，選用組態(tài)仿真來模擬組搶答的過程。如圖17所示，當(dāng)按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，報(bào)警器1報(bào)警，為了使得報(bào)警顯示更加明顯，報(bào)警器由指示燈的閃爍來表示，并且由于是閃爍0.5秒不夠明顯，所以用5秒閃爍來表示。圖17 搶答開始顯示當(dāng)選手按下?lián)尨鸬陌粹o，則報(bào)警器2閃爍，并且在數(shù)碼管上顯示所搶答選手的編號(hào)，并且搶答的倒計(jì)時(shí)不在變化，如圖18所示。 圖18 選手搶答顯示當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，并且在搶答的時(shí)間內(nèi)沒有選手搶答，則報(bào)警燈3閃爍，倒計(jì)時(shí)顯示的時(shí)間顯示為0，如圖19所示。圖19 搶答時(shí)間到5、設(shè)計(jì)心得體會(huì) 通過這兩個(gè)星期的PLC的課程設(shè)計(jì)，感覺自己的收獲很多。經(jīng)過多次的調(diào)試，不斷的修改程序，調(diào)整設(shè)計(jì)思路，不斷的仿真

13、去查找自己的問題，最終成功的仿真和用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了所以的功能。在此次課程設(shè)計(jì)的過程中遇到了各種各樣的問題。剛開始，對(duì)于設(shè)計(jì)思路不是很清楚，用一個(gè)下午去設(shè)計(jì)順序控制圖。但是，搶答器不適合用順序控制，因?yàn)閾尨鹌魇撬酝竭M(jìn)行搶答的，沒有優(yōu)先順序，順序控制需要并行很多的控制條件。而在設(shè)計(jì)的過程中，每位選手的搶答是同步的，并且不是相互獨(dú)立的，只要有一位選手按下了按鈕，那么其他選手又不能進(jìn)行搶答，所以如果程序的控制是單獨(dú)對(duì)每一位選手進(jìn)行設(shè)計(jì)不但會(huì)顯得程序太過復(fù)雜，而且由于選手的搶答之間是有相互干擾的，這樣設(shè)計(jì)很難實(shí)現(xiàn)任務(wù)的完成。在請(qǐng)教過老師后，最終決定使用經(jīng)驗(yàn)法并且使用起保停電路，并且使用子程序的調(diào)用。

14、子程序?yàn)?路搶答的程序，這樣顯得程序比較清楚，而且使得主程序可以直接控制各位選手搶答電路，簡(jiǎn)化了電路。在之后的設(shè)計(jì)中又遇到無法復(fù)位，定時(shí)器顯示的時(shí)間混亂等問題。之前通過參考網(wǎng)上的設(shè)計(jì)思路去設(shè)計(jì)減時(shí)顯示的程序，但最終發(fā)現(xiàn)，用兩個(gè)地址和兩組數(shù)據(jù)來分別記錄十位和個(gè)位數(shù)值是很不準(zhǔn)確的，很容易使得兩組數(shù)據(jù)由于程序的不同使得計(jì)在計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化。這次的課程設(shè)計(jì)從硬件接線、設(shè)備運(yùn)行模式到軟件編程和程序調(diào)試都有不同的問題出現(xiàn)。我們利用現(xiàn)有的資源，向老師請(qǐng)教，向同學(xué)詢問，包括上網(wǎng)查詢資料等，這些大大幫助了我們，但是還是走了很多彎路。我發(fā)現(xiàn)，即使平時(shí)的理論知識(shí)有了比較充分的準(zhǔn)備，但是在實(shí)際接觸到后卻發(fā)現(xiàn)還是有很

15、多的困難。在設(shè)計(jì)過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面，自己的專業(yè)知識(shí)掌握的很不牢固，所掌握的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件還不夠多，尤其是在進(jìn)行組態(tài)仿真的時(shí)候費(fèi)力很大的功夫，不過通過自己的不斷學(xué)習(xí)與復(fù)習(xí)，最終完成的持此課程設(shè)計(jì)。我認(rèn)為這次的課程設(shè)計(jì)，使我在各方面都有了很大的提高。之前，很少使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件的學(xué)習(xí)和使用，這次通過學(xué)習(xí)，在一定的程度上使我對(duì)軟件的學(xué)習(xí)有一定程度的提高。還有在知識(shí)方面，有了更深入的理解，對(duì)一些之前沒有注意到的，或者不知道的程序功能有了更深入的學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作，比如DEC、MOV、ZRST等指令?？傊@次PLC實(shí)訓(xùn)真的給我很多的收獲，給我彌補(bǔ)了很多我欠缺的知識(shí)以及鞏固了之前所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)等等。在今后的學(xué)習(xí)過程中，要更加努力的學(xué)習(xí)自己的專業(yè)知識(shí)，多多與同學(xué)和老師交流，我相信在以后的工作里面有所作為。 參考文獻(xiàn)1漆漢宏.PLC電器控制技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.4.2湯光華,劉捷.PLC原理及應(yīng)用技術(shù) M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.3周淑珍、高鴻斌