基于PLC的搶答器設(shè)計(jì)(共41頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上編號(hào)研究類型應(yīng)用研究分類號(hào)TP29學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）Bachelors Thesis論文題目基于PLC的八人搶答器設(shè)計(jì)作者姓名學(xué)號(hào)所在院系學(xué)科專業(yè)名稱導(dǎo)師及職稱論文答辯時(shí)間學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）誠信承諾書中文題目：基于PLC的八人搶答器設(shè)計(jì)外文題目：The Design of Responder for Eight Persons Based on PLC學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號(hào)院系專業(yè)學(xué)生班級(jí)學(xué)生承諾我承諾在學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，本人學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容除特別注明和引用外，均為本人觀點(diǎn)，不存在剽竊、抄襲他人學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2、的情況。如有違規(guī)行為，我愿承擔(dān)一切責(zé)任，接受學(xué)校的處理。學(xué)生（簽名）：年月日指導(dǎo)教師承諾我承諾在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）活動(dòng)中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)道德規(guī)范，經(jīng)過本人核查，該生學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)）內(nèi)容除特別注明和引用外，均為該生本人觀點(diǎn)，不存在剽竊、抄襲他人學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。指導(dǎo)教師（簽名）：年月日目錄2基于PLC的八人搶答器設(shè)計(jì)楊波（指導(dǎo)老師 楊錦園副教授）（湖北師范大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院 中國 黃石 ）摘 要:隨著國家的發(fā)展和文化的不斷進(jìn)步，隨處可見的社會(huì)活動(dòng)，校園中的各類競賽以及電視節(jié)目中的智力節(jié)目經(jīng)常會(huì)有搶答環(huán)節(jié)，如果靠人眼來進(jìn)行搶答的判斷，會(huì)有較大的誤差，無

3、法做出公平公正的判斷。這時(shí)就會(huì)需要搶答器，它可以代替人眼經(jīng)行判斷。最初的搶答器大多是由模擬電路，數(shù)字電路和混合電路組合構(gòu)成。本課程設(shè)計(jì)是基于PLC八人八位搶答器，其結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，定時(shí)準(zhǔn)確，可方便地設(shè)置定時(shí)時(shí)間，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活。關(guān)鍵字：PLC；搶答器；系統(tǒng)；控制中圖分類號(hào)：TP29The Design of Responder for Eight PersonsBased on PLC Yang Bo (Tutor:Yang Jinyuan )(College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei

4、Normal University, Huangshi, China, )Abstract：With the development of country and the progressing of social,there are many social activities,the competitions of school and intelligence program on TV which often need the answer link.If we only use our eyes to judge the result of answer link ,there wi

5、ll be many errors,and this will make the host hard to take a judge which is fair and open.For this time,the responder is needed,it can judge the result replacing of the eyes.The traditional responder is composed of analog circuit,digital circuit and hybrid circuit. Operation is relatively slow, and

6、the line is complex. The curriculum is designed based on PLC eight responder, the structure is simple, strong anti-interference ability, stable and reliable operation, accurate timing, timing can be set conveniently, easy programming, function is easy to extend, modify flexible. Keywords：PLC;Respond

7、er;System;Control專心-專注-專業(yè)基于PLC的八人搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)楊波（指導(dǎo)老師 楊錦園副教授）（湖北師范大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院 中國 黃石 ）1緒論1.1 選題背景隨著微處理器、計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展。計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)占領(lǐng)了市場的各個(gè)領(lǐng)域。人們生活節(jié)奏的快速化推動(dòng)著市場的發(fā)展。產(chǎn)品的反映速度與準(zhǔn)確性決定了產(chǎn)品的銷量，也使得計(jì)算機(jī)市場朝著這個(gè)方向發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，大到國家活動(dòng)，社會(huì)活動(dòng)，小到學(xué)校組織競賽都需求一個(gè)公平公正的裁判，因此出現(xiàn)了搶答器。而原始搶答器由很多電路組成，線路復(fù)雜，且大部分工作由人為判斷，在搶答間隔時(shí)間較小時(shí)，肉眼或耳朵無法識(shí)別先后，這時(shí)候很容易造成誤

8、判，從而影響比賽的公正性。且當(dāng)人數(shù)過多時(shí)，所要求的線路更加復(fù)雜，并且更加難以判斷。1.2 選題意義應(yīng)變市場的需求，以單片機(jī)、CPLD、FPGA、PLC等技術(shù)投入了搶答器的市場1，但是以單片機(jī)技術(shù)支持的搶答器通過5V電源供電，遠(yuǎn)程傳輸信號(hào)時(shí)信號(hào)會(huì)被大大削弱，從而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性不高，而PLC技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器通過24V電源供電，可就克服了信號(hào)衰減的問題。因此我們設(shè)計(jì)了以PLC技術(shù)為核心的新型搶答器，在原始搶答器的基礎(chǔ)上，添加了許多使用功能，如計(jì)時(shí)功能功能，報(bào)警功能，限時(shí)功能等，并且簡化了電路。1.3 搶答器在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀：搶答器是一種廣泛應(yīng)用于企事業(yè)單位和商業(yè)部門 ,為各種知識(shí)竟賽、文

9、娛活動(dòng)提供公正客觀快速裁決的一種常用電子設(shè)備 ,也是一種逐漸成型的電子產(chǎn)品2。目前市場上已有各種各樣的智力競賽搶答器,但絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的,以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品。這部分搶答器已相當(dāng)成熟,但功能越多的電路相對(duì)來說就越復(fù)雜,且成本偏高,故障高,顯示方式簡單 (有的甚至沒有顯示電路) ,無法判斷提前搶按按鈕的行為,不便于電路升級(jí)換代。因此，提高搶答器的性能 ,使其具有更強(qiáng)的功能，使用可靠方便已為搶答器發(fā)展的一個(gè)方向。 隨著集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ,單片機(jī)作為其一個(gè)分支亦于 20世紀(jì) 80年代以來獲得了飛速發(fā)展 ,各種新品不斷涌現(xiàn) ,使單片機(jī)的應(yīng)用更加深入 ,靈

10、活性也大大增強(qiáng)。介紹一種以 PLC為核心的八路搶答器系統(tǒng) ,它充分利用了PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ,具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)3。2 設(shè)計(jì)方案2.1 PLC簡介2.1.1 PLC控制器PLC控制器，及Programmable Logic Controller的簡稱，中文為可編程邏輯控制器，是一種具有微處理器的電子設(shè)備，多用于自動(dòng)化控制，可以將控制指令的程序轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，通過外部繼電器進(jìn)行控制電路的開關(guān)，可編程邏輯控制器由內(nèi)部CPU，內(nèi)存，電源模組，輸入輸出單元，數(shù)字模擬單元等組成4。在PLC控制器出現(xiàn)之前，自動(dòng)化系統(tǒng)一般由許多繼電器與計(jì)數(shù)器的模擬電路進(jìn)行連接從而實(shí)現(xiàn)功能，電路復(fù)

11、雜，原件多成本高，且可靠性不高。而PLC控制器，通過簡單的編程再由可編程邏輯模塊進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換從而代替大型設(shè)備，且系統(tǒng)可靠性較高5。2.1.2 基本結(jié)構(gòu)中央處理單元：中央處理單元一般運(yùn)算器、控制器和寄存器組成這些電路都集中在一個(gè)芯片內(nèi)；與計(jì)算機(jī)相同，CPU為PLC的核心，它通過執(zhí)行儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的程序并通過掃描的方式執(zhí)行程序；CPU的主要任務(wù)是控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與儲(chǔ)存，并掃描外部I/O口輸入輸出狀態(tài)并根據(jù)程序做出響應(yīng)的反應(yīng)，從而達(dá)到所需控制。PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器讀取程序，通過掃描I/O口輸入端口的電平信號(hào)結(jié)合所寫程序通過CPU的處理，在對(duì)應(yīng)I/O口的輸出端口輸出對(duì)應(yīng)電平信號(hào)6。存

12、儲(chǔ)器：PLC存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)儲(chǔ)存器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器中寫死了一些程序，這些程序使PLC具有基本的功能，使得PLC能夠完成設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。用戶存儲(chǔ)器分為用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用戶程序存儲(chǔ)器用來存放PLC設(shè)計(jì)者針對(duì)某一具體任務(wù)所編寫的程序。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存放I/O口的開關(guān)狀態(tài)或數(shù)值7。輸入/輸出端口：PLC的輸入輸出信號(hào)可以是開關(guān)量或者是模擬量。輸入單元用來接收來自用戶設(shè)備的各種控制信號(hào)。輸出端口則通過輸入端口的控制信號(hào)，通過CPU與控制程序的運(yùn)算輸出到對(duì)應(yīng)端口的控制信號(hào)8。電源：PLC一般使用220V的交流電或者24V直流電，較高電壓也使得PLC具有其他微機(jī)如單片機(jī)

13、之類使用5V供電的所沒有抗干擾能力，并且在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，信號(hào)衰減不明顯。2.1.3 PLC特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性高：傳統(tǒng)的繼電觸控控制系統(tǒng)雖然也具有良好的抗干擾性，但是傳統(tǒng)繼電器觸控電路外部接線復(fù)雜，機(jī)械觸頭較多，且隨著時(shí)間推移，由于器件的老化、觸頭的抖動(dòng)、脫焊及觸頭在開閉時(shí)受電弧的損害降低了系統(tǒng)的可靠性，線材老化導(dǎo)致的系統(tǒng)故障較為難以修復(fù)9。傳統(tǒng)繼電觸控控制系統(tǒng)線路中間需要中間繼電器進(jìn)行信號(hào)的傳輸，系統(tǒng)外部電路更加復(fù)雜，由于觸電的老化，故障更容易發(fā)生，且外部線材等成本較高，更換頻繁。PLC用軟件代替大量的時(shí)間繼電器與中間繼電器，僅留下輸入輸出相關(guān)的少量外部硬件，這樣大大減少了因觸電或線

14、材老化而產(chǎn)生的故障。而PLC運(yùn)用微電子技術(shù)，大多數(shù)的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來完成，大部分復(fù)雜的連線和繼電器被軟件程序所替代，因而系統(tǒng)可靠性高，簡化了外部電路，使用壽命較長。微機(jī)，類似單片機(jī)也具有較強(qiáng)的功能，但是抗干擾能力較差，在許多工業(yè)現(xiàn)場電磁波干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫度和濕度的變化、電源波動(dòng)等都會(huì)成為系統(tǒng)的外部干擾因素，從而系統(tǒng)的抗干擾能力就要求較高，也使得一般微機(jī)無法在這種條件下正常工作。而PLC在電子線路、軟件結(jié)構(gòu)，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)上都汲取了生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊都采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著較為完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路10；在結(jié)構(gòu)上對(duì)防潮、耐熱、抗震等都有精確的考慮；在硬

15、件上采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾能力。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，可以從硬件方面和軟件方面進(jìn)行分析，提高系統(tǒng)可靠性。主要措施有： 硬件措施：屏蔽：PLC采用的材料對(duì)電源變壓器、CPU編程器等重要模塊具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)磁，從而對(duì)外界的一些干擾（電磁干擾，溫度等）進(jìn)行了屏蔽作用11。濾波：采用多種濾波方式對(duì)供電系統(tǒng)的輸入輸出進(jìn)行濾波。以削弱各個(gè)模塊之間的相互干擾并消除高頻干擾12。 電源的調(diào)整與保護(hù):為適應(yīng)交流電的波動(dòng)、欠電壓、過電壓的影響，PLC采用多級(jí)濾波，同時(shí)采用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行電壓的調(diào)整，從而形成微處理器所需的+5V電源。  隔離:微處理器的輸入和輸出傳輸數(shù)字信號(hào)，為了防

16、止兩者之間的相互干擾，PLC采用光電隔離，有效的防止了不正常的輸出13。 采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時(shí)修復(fù)。 設(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路:這種分電路與軟件配合，可以實(shí)現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。 軟件措施：故障檢測:軟件周期性的檢測外界變量，對(duì)如掉電、強(qiáng)干擾信號(hào)等情況能進(jìn)行反饋并處理。信息保護(hù)和恢復(fù):對(duì)偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。  設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了WDT規(guī)定時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警14。  加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和檢驗(yàn)

17、:一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停止執(zhí)行?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、靈活、通用性強(qiáng)：可編程控制器系列產(chǎn)品現(xiàn)已生產(chǎn)，外部擴(kuò)展的多個(gè)模塊，采用可編程控制器和外圍模塊類型，可以完成許多復(fù)雜的控制系統(tǒng)。在可編程控制器的控制系統(tǒng)中，只需在可編程控制器中輸入相應(yīng)的輸入和輸出信號(hào)線即可，不需要物理的電子設(shè)備，如繼電器和大量復(fù)雜的硬件電路。當(dāng)控制要求改變時(shí)，需要改變控制系統(tǒng)的功能，可以隨時(shí)進(jìn)行程序的修改與外部電路的簡單調(diào)整，布線量小。同一PLC控制器可以控制不同對(duì)象，只是程序與外部電路不同而已15。編程方便：PLC是直接面向用戶的設(shè)備，設(shè)計(jì)之初充分考慮了工程技術(shù)人員或?qū)W習(xí)人員的特性，PLC編程，采用通俗簡單的梯形圖或者簡單

18、指令形式，這使得初學(xué)者能夠很快融入其中，梯形圖簡單易懂，且能非常形象的描述出繼電器工作原理，標(biāo)注明確，在后期程序調(diào)試階段也能夠容易的找出錯(cuò)誤處。而且不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，深受現(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎16。PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便：PLC集繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等原件，數(shù)量巨大，硬件齊全。采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以按照所需系統(tǒng)的性能、輸入輸出店、內(nèi)存進(jìn)行組裝，根據(jù)不同情況組裝出最適合的硬件，大大降低了成本。又用采用軟件編程的方式取代了時(shí)間繼電器，中間繼電器等外部設(shè)備17。設(shè)計(jì)人員只需要一臺(tái)PLC就可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行所需控制系統(tǒng)的的模擬，并可隨時(shí)調(diào)試，而傳統(tǒng)的繼電觸控系統(tǒng)則

19、需要現(xiàn)場接線進(jìn)行模擬查看效果，需要更改的話更加麻煩，工作量大且所需人員較多。2.1.4 PLC與編程方式選擇PLC選擇：本次課程設(shè)計(jì)我采用了西門子PLC，西門子PLC最為主流PLC之一，相比較于其他PLC有著無可替代的優(yōu)勢。首先，西門子PLC編程入手簡單易懂，梯形圖層次明顯，能夠非常直觀的看出程序的功能。其次，西門子PLC在中國市場占有率非常大，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的功能模塊較少，S7-200屬于低端的西門子PLC系列產(chǎn)品，但足以滿足本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。且S7-200型號(hào)PLC較為便宜，不僅滿足了畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，也節(jié)約了資源。綜上所述，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇西門子S7-200的PLC。編程方式選擇：西門子

20、PLC主流編程方式有梯形圖和功能指令兩種，本次畢業(yè)課程設(shè)計(jì)采用梯形圖進(jìn)行編程，功能指令較為抽象，而梯形圖具有簡單易懂的優(yōu)點(diǎn)。梯形圖還具有以下幾個(gè)重要特點(diǎn)： （1）PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器(即硬件繼電器)，而是在軟件中使用的編程元件18。 （2）根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的ON/OFF狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯解算是按梯形圖中從上到下、從左至右的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)

21、外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的19。 （3）梯形圖中各編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無限多次地使用20。 （4）輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對(duì)應(yīng)的外部輸入電路的通斷狀態(tài)，因此在梯形圖中不能出現(xiàn)輸入繼電器的線圈21。2.2 組態(tài)王簡介定義：組態(tài)王開發(fā)軟件，是新型的工業(yè)，它以標(biāo)準(zhǔn)的軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。組態(tài)王Kingview6.55：組態(tài)王kingview6.55是亞控科技根據(jù)當(dāng)前的自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢，面向低端自動(dòng)化市場及應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的支持，可以為企業(yè)提供一

22、個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)有效地獲取信息，及時(shí)地做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。組態(tài)王保持了其早期版本功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)，并根據(jù)國內(nèi)眾多用戶的反饋及意見，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。組態(tài)王kingview6.55提供了豐富的、簡捷易用的配置界面，提供了大量的圖形元素和圖庫精靈，同時(shí)也為用戶創(chuàng)建圖庫精靈提供了簡單易用的接口；該款產(chǎn)品的歷史曲線、報(bào)表及web發(fā)布功能進(jìn)行了大幅提升與改進(jìn)，軟件的功能性和可用性有了很大的提高。本次畢業(yè)課程設(shè)計(jì)中，采用組態(tài)王進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的仿真。2.3 PLC八人搶答器本畢業(yè)設(shè)計(jì)介紹了一種數(shù)字式搶答器，能夠容納8名選手

23、或者8組人員和一名主持人?？傮w設(shè)計(jì)采用西門子PLC進(jìn)行控制，搶答操作簡單方便，在很多的場所都可以使用，并且給人的視覺聽覺效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，與對(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)科學(xué)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22。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，便可改變競賽搶答器的搶答方案。八人搶答器工作原理：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所

24、設(shè)計(jì)的 PLC智能搶答器是適合八組選手或個(gè)人搶答的搶答器。主持人控制臺(tái)有兩個(gè)按鍵。一個(gè)用于控制搶答開始的開始按鍵，一個(gè)用于復(fù)位電路的復(fù)位按鍵，每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令并按下開始按鈕后，指示綠燈亮，選手方可搶答，哪組選手最先按下?lián)尨鹌靼粹o，則數(shù)碼管就顯示該組的編號(hào)，音響電路發(fā)出聲響提示信號(hào)以指示搶答成功，并對(duì)其后的搶答信號(hào)封鎖而不在響應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)開始下一輪搶答。若選手在主持人未按下開始搶答按鈕時(shí)提前搶答了，則視為違規(guī)，違規(guī)時(shí)數(shù)碼管顯示其編號(hào)，音響電路也發(fā)出聲響，同時(shí)違規(guī)指示燈紅燈亮。當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_始按鈕時(shí)定時(shí)器 T1 開始計(jì)時(shí)（設(shè)定 10 秒），10秒倒計(jì)

25、時(shí)完畢仍無人搶答則音響電路發(fā)出聲響，以表示選手放棄該題。在搶答成功后，系統(tǒng)自動(dòng)倒計(jì)時(shí)，同時(shí)數(shù)碼管顯示答題倒計(jì)時(shí)時(shí)間，該時(shí)間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，此設(shè)定為 30 秒，選手必須在設(shè)定時(shí)間內(nèi)完成答題，否則，音響電路發(fā)出超時(shí)報(bào)警信號(hào)。其中以上功能都通過編制的 PLC 程序來控制4個(gè)數(shù)碼管以及3個(gè)揚(yáng)聲器和兩個(gè)指示燈來實(shí)現(xiàn)。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)3.1.1 元件介紹七段數(shù)碼管：如圖3.1中七段數(shù)碼管a,b,c,d,e,f,g分別為七個(gè)單獨(dú)顯示燈，通過控制各個(gè)顯示燈的亮滅從而可以控制顯示的數(shù)字。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用共陰極七段數(shù)碼管進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。硬件中用到4個(gè)數(shù)碼管，分別用來顯示搶答選手編號(hào)、搶答計(jì)時(shí)和答題

26、計(jì)時(shí)。圖3.1 七段數(shù)碼管按鍵開關(guān)：如圖3.2為按鍵開關(guān)，一端連接電源正極，另一端連接PLC端口。通過按下和松開可控制PLC端口得電或者失電，并將此作為輸入信號(hào)，PLC的CPU檢測這些信號(hào)處理后在輸出端口輸出對(duì)應(yīng)值，從而完成控制。圖3.2 按鍵開關(guān)指示燈：如圖3.3為指示燈，指示燈正極一端接PLC輸出端口，另一端接地，當(dāng)對(duì)應(yīng)輸出端口輸出高電平時(shí)，燈亮，反正燈保持不亮狀態(tài)。本畢業(yè)設(shè)計(jì)有兩個(gè)指示燈，主持人按下開始搶答按鍵后，綠燈亮，用于提示搶答開始；紅燈則用于提示是否有選手違規(guī)搶答。圖3.3 指示燈蜂鳴器：如圖3.4為蜂鳴器。蜂鳴器接在輸出端口，輸出端口高電平，蜂鳴器響；低電平，蜂鳴器不響。本畢業(yè)

27、設(shè)計(jì)有三個(gè)蜂鳴器，分別用于提示搶答成功，無人搶答與答題超時(shí)。圖3.4 蜂鳴器3.1.2 I/O口分配輸入端口：如表3.1所示表3.1 輸出端口與功能輸入端口功能I0.0主持人開始按鍵I1.1主持人復(fù)位按鍵I0.1選手1 搶答按鍵I0.2選手2 搶答按鍵I0.3選手3 搶答按鍵I0.4選手4 搶答按鍵I0.5選手5 搶答按鍵I0.6選手6 搶答按鍵I0.7選手7 搶答按鍵I1.0選手8 搶答按鍵輸出端口： （1）選手編號(hào)：選手做出搶答后，數(shù)碼管1顯示選手編號(hào)，數(shù)碼管1與PLC連接端口如表3.1所示。表3.1 搶答選手編號(hào)顯示搶答器選手編號(hào)顯示輸出端口功能Q0.0數(shù)碼管1 aQ0.1數(shù)碼管1 bQ

28、0.2數(shù)碼管1 cQ0.3數(shù)碼管1 dQ0.4數(shù)碼管1 eQ0.5數(shù)碼管1 fQ0.6數(shù)碼管1 g （2）搶答倒計(jì)時(shí)：主持人按下開始搶答按鍵后，開始10秒的倒計(jì)時(shí)，由數(shù)碼管4顯示，數(shù)碼管4與PLC連接端口如表3.2所示。表3.2 搶答倒計(jì)時(shí)搶答倒計(jì)時(shí)輸出端口功能Q3.4數(shù)碼管4 aQ3.5數(shù)碼管4 bQ3.6數(shù)碼管4 cQ3.7數(shù)碼管4 dQ4.0數(shù)碼管4 eQ4.1數(shù)碼管4 fQ4.2數(shù)碼管4 g （3）答題倒計(jì)時(shí)：選手正常搶答成功后，觸發(fā)答題倒計(jì)時(shí)電路，開始30秒倒計(jì)時(shí)，數(shù)碼管3顯示時(shí)間個(gè)位，數(shù)碼管2顯示時(shí)間十位，兩個(gè)數(shù)碼管共同作用完成30秒的倒計(jì)時(shí)。數(shù)碼管2和數(shù)碼管3與PLC連接端口如表

29、3.3所示。表3.3 答題倒計(jì)時(shí)答題倒計(jì)時(shí)個(gè)位顯示輸入端口功能Q1.4數(shù)碼管3 aQ1.5數(shù)碼管3 bQ1.6數(shù)碼管3 cQ1.7數(shù)碼管3 dQ2.0數(shù)碼管3 eQ2.1數(shù)碼管3 fQ2.2數(shù)碼管3 g答題倒計(jì)時(shí)十位顯示Q2.4數(shù)碼管2 aQ2.5數(shù)碼管2 bQ2.6數(shù)碼管2 cQ2.7數(shù)碼管2 dQ3.0數(shù)碼管2 eQ3.1數(shù)碼管2 fQ3.2數(shù)碼管2 g （4）其他控制項(xiàng)：如表3.4所示，顯示燈和蜂鳴器與PLC輸出端口的連接。表3.4 其他控制項(xiàng)其他控制項(xiàng)輸出端口功能Q0.7開始綠燈Q1.2違規(guī)搶答紅燈Q1.0搶答成功蜂鳴器Q1.1無人搶答蜂鳴器Q1.3答題超時(shí)蜂鳴器3.1.3 硬件電路圖

30、設(shè)計(jì)圖3.5通過proteus畫出元件圖，結(jié)構(gòu)清晰，本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的元器件有按鍵開關(guān)，指示燈（紅色和綠色），蜂鳴器和共陰極七段數(shù)碼管。圖3.5 搶答器接線圖3.2 軟件設(shè)計(jì)3.2.1 流程設(shè)計(jì)正常答題：主持人按下開始按鍵后，數(shù)碼管顯示搶答倒計(jì)時(shí)，選手開始搶答，哪一組最先按下強(qiáng)大按鈕由該組回答問題，數(shù)碼管顯示該組編號(hào)，同時(shí)蜂鳴器響2S，代表搶答成功。并且進(jìn)行互鎖，及其他選手在此之后按下?lián)尨疰I搶答器不會(huì)進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)選手回答完畢，主持人按下復(fù)位按鈕開始下一輪搶答。違規(guī)搶答：違規(guī)答題及選手在主持人未按下開始鍵前（綠燈未亮之前）按下?lián)尨鸢粹o，視為違規(guī)搶答。違規(guī)搶答操作將出發(fā)報(bào)警電路，代表違規(guī)搶答的紅燈亮

31、2S并在數(shù)碼管上顯示出違規(guī)搶答的選手編號(hào)。無人搶答：無人搶答及主持人按下開始按鈕后，定時(shí)器計(jì)時(shí)（10S），數(shù)碼管4顯示剩余時(shí)間，計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)無人做出搶答動(dòng)作則視為無人搶答，電路觸發(fā)報(bào)警，蜂鳴器響2S。搶答成功計(jì)時(shí)：主持人按下開始鍵并有人做出搶答動(dòng)作，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)（30S），數(shù)碼管限時(shí)倒計(jì)時(shí)，選手必須在此時(shí)間內(nèi)答題。若未在此時(shí)間內(nèi)答題，則出發(fā)答題超時(shí)報(bào)警，蜂鳴器響2S。圖3.6為總流程圖。開始結(jié)束Y報(bào)警紅燈亮2S答題超時(shí)蜂鳴器響2S復(fù)位N無人搶答蜂鳴器響2SN YNY答題是否超時(shí)數(shù)碼管顯示選手位，并開始30S倒計(jì)時(shí)是否有人搶答按下開始，倒計(jì)時(shí)10S是否違規(guī)搶答開始下一輪 圖3.6 流程圖3.2.

32、2 程序設(shè)計(jì)搶答開始部分程序：圖3.7中，主持人按下開始答題按鈕I0.0，觸發(fā)開始答題提示綠燈Q0.7和搶答計(jì)時(shí)器T37，開始10S（根據(jù)實(shí)際情況可以進(jìn)行修改）的計(jì)時(shí)，此時(shí)選手可以進(jìn)行搶答，M0.1-M1.0為選手搶答鍵按下后提供的電平。任意一人搶答成功則中斷T37的計(jì)時(shí)。在T37時(shí)間內(nèi)若無人按下?lián)尨疰I，則視為無人搶答，觸發(fā)時(shí)長為T40（2S）的報(bào)警，蜂鳴器響2S。表示此題作廢，主持人按下復(fù)位，開始下一輪答題。圖3.7 搶答開始程序選手搶答程序：圖3.8中I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0分別為一號(hào)選手到八號(hào)選手的搶答按鍵，M0.1、M0.2、M0.

33、3、M0.4、M0.5、M0.6、M0.7、M1.0為選手搶答后的電平反應(yīng)，按下為高電平，程序通過各個(gè)搶答鍵中加入其他搶答的電平反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)互鎖，當(dāng)一個(gè)人搶答成功后可以使其他人的搶答鍵失效從而防止了多人搶答無法識(shí)別與混亂。程序也通過自鎖，可以在搶答后保持該鍵位輸出高電平直到主持人按下復(fù)位。（圖3.8僅為部分程序，詳情請(qǐng)查閱附錄）圖3.8 選手搶答違規(guī)搶答：圖中I0.1-I0.7代表一號(hào)選手到七號(hào)選手的搶答按鈕，I1.0代表八號(hào)選手的強(qiáng)大按鈕，在主持人沒有按下開始按鈕之前，及響應(yīng)開始按鈕的綠燈Q0.7未亮之前，選手按下了搶答鍵，觸發(fā)違規(guī)報(bào)警，違規(guī)紅燈Q1.2亮，Q1.2進(jìn)行自鎖，主持人按下復(fù)位鍵

34、后恢復(fù)。圖3.9 違規(guī)搶答計(jì)時(shí)程序：（1）搶答計(jì)時(shí)：圖3.10中中M3.0-M4.1分別為數(shù)碼管顯示9-0的電平信號(hào)，主持人按下開始按鈕I0.0后，計(jì)時(shí)器T55開始1秒的計(jì)時(shí)，同時(shí)M3.0通電1秒，及數(shù)碼管顯示9；T55計(jì)時(shí)完成后，觸發(fā)T56開始1秒的計(jì)時(shí)，控制M3.0通電1秒，及數(shù)碼管顯示8；以此類推。M0.1-M1.0為選手搶答的電平信號(hào)，若計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)有人按下?lián)尨鸢粹o，則計(jì)時(shí)電路斷電。圖3.10 搶答計(jì)時(shí)答題計(jì)時(shí)： （1）個(gè)位顯示：如圖3.11所示T41為數(shù)碼管顯示“0”的時(shí)間；T42=1s為數(shù)碼管顯示“9”的時(shí)間，M12為數(shù)碼管顯示“9”的狀態(tài)；T43=1s為數(shù)碼管顯示“8”的時(shí)間，M1

35、.3為數(shù)碼管顯示“8”的狀態(tài)；以此類推，T44 - T50為數(shù)碼管顯示7 - 1的時(shí)間，為1秒，M1.4-M2.2為數(shù)碼管顯示 7 - 1的狀態(tài)。（圖中僅為部分程序，詳情請(qǐng)查閱附錄） （2）十位顯示：圖3.12中M2.3為控制數(shù)碼管顯示“3”的電平輸出；M2.4為控制數(shù)碼管顯示“2”的電平輸出；M2.5為控制數(shù)碼管顯示“1”的電平輸出；M2.6為控制數(shù)碼管顯示“0”的電平輸出。通過T51、T52、T153、T54計(jì)時(shí)器分別控制3、2、1、0的顯示時(shí)間來實(shí)現(xiàn)30S的倒計(jì)時(shí)，任何一個(gè)選手搶答成功后，觸發(fā)T51的1秒計(jì)時(shí)，從而使M2.3通電1秒，及十位上的“3”顯示1秒 ；T51計(jì)時(shí)完畢后，觸發(fā)T5

36、2開始10秒的計(jì)時(shí)，從而使M2.4通電10秒，及十位“2”顯示10秒，以此類推，即可完成數(shù)碼管2顯示3、2、1、0的顯示。圖3.11 答題倒計(jì)時(shí)個(gè)位顯示圖3.12 答題倒計(jì)時(shí)十位顯示3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析搶答開始：如圖3.13所示，按下開始按鈕后，搶答倒計(jì)時(shí)程序啟動(dòng)，開始10秒的倒計(jì)時(shí)，這時(shí)選手一至選手八可以通過按下?lián)尨鸢粹o進(jìn)行搶答。無論哪一號(hào)選手搶答成功，搶答倒計(jì)時(shí)程序復(fù)位。圖3.13 搶答開始違規(guī)搶答：如圖3.14所示，主持人按下開始按鍵之前，選手作出了搶答動(dòng)作，觸發(fā)違規(guī)搶答電路，違規(guī)紅燈亮。圖3.14 違規(guī)搶答搶答成功：如圖3.15所示，主持人按下開始按鈕后，選手做出搶答動(dòng)作，成功搶答，

37、觸發(fā)搶答成功電路，搶答成功燈亮，于此同時(shí)顯示選手位數(shù)碼管工作，顯示出搶答成功的選手號(hào)碼。答題倒計(jì)時(shí)也工作，開始30秒的倒計(jì)時(shí)。圖3.15 搶答成功無人搶答：在按下開始按鍵后，開始10秒的倒計(jì)時(shí)，若在10秒內(nèi)無人做出搶答動(dòng)作，則視為所有人放棄此輪答題，蜂鳴器工作，提示主持人無人搶答。如圖3.16所示。圖3.16 無人搶答答題超時(shí)：在圖3.12 搶答成功圖中可以看出，搶答成功后會(huì)有30秒的答題計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)30秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束，且主持人為按下復(fù)位，則觸發(fā)答題超時(shí)報(bào)警，蜂鳴器工作，如圖3.17。圖3.17 答題超時(shí)4 總結(jié)與展望4.1 總結(jié)經(jīng)過幾個(gè)月的努力，在同學(xué)與老師的幫助下完成了基于PLC的八人搶答器

38、的設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，程序部分采用西門子PLC對(duì)搶答器的主體功能和附加功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然設(shè)計(jì)為八人搶答器，但也適用于八人以下，若需要適用于更多人，則需要擴(kuò)展端口并修改程序。我通過查閱資料，并參照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了搶答器的搶答功能、報(bào)警功能、指示燈、選手位顯示、搶答計(jì)時(shí)、答題計(jì)時(shí)。并運(yùn)用組態(tài)王6.55進(jìn)行設(shè)計(jì)的仿真。在課程設(shè)計(jì)的過程中，我通過設(shè)計(jì)硬件電路、設(shè)計(jì)軟件流程、根據(jù)流程設(shè)計(jì)程序、修改程序、設(shè)計(jì)仿真完成了本次課程設(shè)計(jì)。實(shí)踐出真知，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我遇到了各種各樣的問題：軟件安裝問題，程序邏輯問題，軟件使用問題等。這些問題我通過查閱網(wǎng)絡(luò)上的資料或請(qǐng)教同學(xué)老師，不僅使問題得以解決，還

39、收獲了許多新奇的思路。通過自己解決問題，提高了自己獨(dú)立思考能力，設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力。4.2 展望基于PLC的八人搶答器的設(shè)計(jì)囊括了很多方面的理論、方法和技術(shù)，本設(shè)計(jì)還有許多可以進(jìn)行提升的地方，需要在實(shí)際應(yīng)用中不斷積累和完善。本次畢業(yè)課程設(shè)計(jì)采用的PLC為西門子S7-200系列。S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動(dòng)檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。但在面對(duì)更加復(fù)雜的要求時(shí)，就需要添加更多的一些擴(kuò)展功能，與S7-200 PLC比較，S7-1200 PLC比S7-200 PLC更緊湊，支持的點(diǎn)數(shù)更多、功能更全面、可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈活度高的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)最高標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通信的通信接口以及一整套強(qiáng)大的集成技術(shù)功能，使該控制器成為完整、全面的自動(dòng)化解決方案的重要組成部分。在電子微機(jī)技術(shù)方面，國內(nèi)外領(lǐng)域發(fā)展迅速，對(duì)與各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的對(duì)接也提出了新的要求，這就需要我們不停地去探索新的需求，發(fā)展新的技術(shù)，使得系統(tǒng)對(duì)接更加完善，集成度更加深