【畢業(yè)論文】知識(shí)競(jìng)賽搶答器PLC設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：知識(shí)競(jìng)賽搶答器PLC設(shè)計(jì)摘 要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化實(shí)業(yè)的發(fā)展，在很多公開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，諸如證券、股票交易及各種智力競(jìng)賽等，因此出現(xiàn)了搶答器。最初的搶答器是由優(yōu)先權(quán)編碼器構(gòu)成的邏輯電路，其運(yùn)算速度慢，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡(jiǎn)單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就更加困難。因此，一種能夠體現(xiàn)競(jìng)賽的公開(kāi)、公平、公正性的知識(shí)競(jìng)賽搶答器成為一種需求。本設(shè)計(jì)將以PLC為核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)，其將以其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程

2、序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案，從而使得競(jìng)賽不斷完善其公平、公正性。關(guān)鍵詞：PLC；知識(shí)競(jìng)賽搶答器；七段數(shù)碼器；IO分配AbstractWith the development of our country economy and cultural industry,public competition requires a fair adjudgement in many occasions,such as securities and ruling stock trading and various intelligence contest etc, resulting in vario

3、us responder. First vies to answer first is composed of priority encoder which is constiuted by logic circuit, the speed and reliability of it is not high and the circuit is complex, but the function is simple. especially when there are many responders, it is more difficult to achieve. Therefore, a

4、responder to reflect a kind of openness, fairness and impartiality of the knowledge competition is a kind of demand occupations.The core of this design is based on PLC ,it is composed of system structure diagram, procedures, ladder-diagram and the allocation of input and output terminals,the design

5、not only retains the basic function of the the original responder but increases a series of practical function and simplifies the circuit structure, it will be easy and flexible to its control, as long as change the PLC control procedures, you are able to change the program of the competition respon

6、der, making the competition fair and justice.Key words：PLC; The knowledge competition responder;7 digital device;IO distribution目 錄1 緒論11.1 課題研究背景11.2 課題研究?jī)?nèi)容11.3 可編程控制器概論21.3.1 PLC的簡(jiǎn)介21.3.2 PLC的用途31.3.3 PLC的特點(diǎn)41.3.4 PLC的分類52 整體方案的選擇72.1 整體功能介紹72.2 競(jìng)賽搶答器的控制要求72.3 用單片機(jī)和PLC分別做系統(tǒng)的比較83 硬件電路設(shè)計(jì)103.1 控制特點(diǎn)分析

7、103.2 PLC機(jī)型的選擇步驟與原則103.3 流程圖123.4 PLC與七段LED顯示器連接設(shè)計(jì)123.4.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性123.4.2 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇133.4.3 PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計(jì)算143.4.4 外部硬件接線圖144 軟件設(shè)計(jì)164.1 IO分配164.2 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)174.3 源程序214.4程序運(yùn)行過(guò)程分析說(shuō)明224.4 程序的下載、安裝和調(diào)試245 總 結(jié)25致 謝26參考文獻(xiàn)271 緒論1.1 課題研究背景目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已有很多類型的知識(shí)競(jìng)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(jì)算機(jī)控制系

8、統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對(duì)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(jiǎn)單或者沒(méi)有，無(wú)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(jí)換代。對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其程序簡(jiǎn)單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級(jí)換代，但鑒于其必須配合計(jì)算機(jī)實(shí)用，可操作性差，沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。而對(duì)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(dòng)了傳統(tǒng)控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點(diǎn)，以PLC、單片機(jī)為核心的部件成為主流1。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點(diǎn)： 在一次搶答過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時(shí)，只能處理違規(guī)搶答信號(hào)，

9、而對(duì)沒(méi)有違規(guī)的有效信號(hào)不能進(jìn)行處理，因而使該次搶答過(guò)程變?yōu)闊o(wú)效。 當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個(gè)，或利用搶答電路電子元件的“競(jìng)爭(zhēng)”選擇其中一個(gè)。對(duì)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(hào)的“競(jìng)爭(zhēng)”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。 當(dāng)有多個(gè)違規(guī)搶答時(shí)，普通搶答器只能“抓住”其中一個(gè)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(duì)采樣獲得的各種搶答信號(hào)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(huì)的需要。該設(shè)計(jì)不但有搶答功能，而且還有一個(gè)計(jì)分系統(tǒng)，能分別對(duì)四個(gè)選手進(jìn)行計(jì)分，并能夠?qū)Ψ謹(jǐn)?shù)進(jìn)行

10、加、減。帶計(jì)分功能的智能搶答器將會(huì)取代一般的智能搶答器，更好的服務(wù)于社會(huì)。1.2 課題研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(kāi)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的

11、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化2。硬件電路的設(shè)計(jì)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(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、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(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)的方法與開(kāi)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。并且PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對(duì)操作人員的要求，一般工人也能很快掌握3。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動(dòng)切換到故

12、障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。1.3 可編程控制器概論可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來(lái)越廣泛?？删幊炭刂破?Programmable Logic Controller)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)經(jīng)過(guò)4年調(diào)查，與

13、1980年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)寫為PC。后來(lái)由于PC這個(gè)名稱常常被用來(lái)稱呼個(gè)人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱為PLC45。1.3.1 PLC的簡(jiǎn)介國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年對(duì)PLC定義如下4。PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲(chǔ)器，可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體，

14、易于拓展其功能的原則設(shè)計(jì)。事實(shí)上，PLC就是以嵌入式CPU為核心，配以輸入，輸出等模塊，可以方便的用于工業(yè)控制領(lǐng)域的裝置。PLC與機(jī)器人，計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。 PLC的用途PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使其應(yīng)用受到限制。但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降，使PLC的成本下降，同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng)，使PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通常可分為五種類型。 順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、

15、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。 閉環(huán)過(guò)程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使PLC具有閉環(huán)控制功能，即一個(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保

16、持在設(shè)定值上。 數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國(guó)GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。 通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)

17、展PLC之間，PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。 PLC的特點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)及觸頭在開(kāi)閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 而PLC采用

18、微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。微機(jī)雖然具有很強(qiáng)的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電磁波干擾，電源波動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)，溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機(jī)不能正常工作。而PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸收了生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力，目前個(gè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC，平均無(wú)故障時(shí)間都大大超過(guò)了IEC規(guī)定的10萬(wàn)小時(shí)，有的甚至達(dá)到了幾十萬(wàn)小時(shí)。 控

19、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活 PLC產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。在PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當(dāng)控制要求改變，需要變更控制系統(tǒng)功能時(shí)，可以用編程器在線或離線修改程序，修改接線量很小。同一個(gè)PLC裝置有、用于不同的控制對(duì)象，只是輸入、輸出組件和應(yīng)用軟件不同而已。 編程方便，易于使用 PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡(jiǎn)單指

20、令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，深受現(xiàn)場(chǎng)電氣技術(shù)人員的歡迎。 功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng) PLC中含有數(shù)量巨大的用于開(kāi)關(guān)量處理的繼電器類軟件，可輕松地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的開(kāi)關(guān)量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實(shí)現(xiàn)的。PLC內(nèi)部具有許多控制功能，能方便地實(shí)現(xiàn)D/A、A/D轉(zhuǎn)換及PID運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、數(shù)字控制等功能。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)功能，他不僅可以控制一臺(tái)單機(jī)，一條生產(chǎn)線，還可以控制一個(gè)機(jī)群，許多生產(chǎn)線。他不但可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，還可以用于遠(yuǎn)程控制。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便 PLC中相當(dāng)于繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等“軟

21、元件”數(shù)量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸出點(diǎn)、內(nèi)存大小）等選用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實(shí)現(xiàn)控制功能，使安裝接線量大大減小，設(shè)計(jì)人員只要一臺(tái)PLC就可進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬調(diào)試。而繼電接觸器系統(tǒng)需要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，工作量很大且繁難。PLC控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和I/O點(diǎn)的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過(guò)他可查出故障原因，便于迅速處理，及時(shí)排除。 結(jié)構(gòu)緊湊 體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。由于以上特點(diǎn)，使得PLC獲得極為廣泛的應(yīng)用。 PLC的分類按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類 一般來(lái)說(shuō)，PLC處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，反映控制

22、關(guān)系比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量比較大，要求PLC的指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過(guò)程比較快等。按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將PLC分為三類。公司的SLC500系列等整式PLC等產(chǎn)品。 微型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的PLC為超小型或微型PLC。 小型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)容量小于8KB的為小型 PLC。它可以連接開(kāi)關(guān)量和模擬量I/O模塊以及其他各種特殊功能模塊，能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。如西門子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都屬于小型機(jī)。 中型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)在512204

23、8點(diǎn)之間的為中型PLC。它除了具有小型機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的功能外，還具有更強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。如西門子公司的S7-300PLC、三菱公司的A1S系列PLC都屬于中型機(jī)。 大型 PLC I/O點(diǎn)數(shù)為048點(diǎn)以上的為大型PLC。它具有極強(qiáng)的軟件和硬件功能、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能，它可以構(gòu)成三級(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。另外大型PLC還可以采用三個(gè)CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器具有更高的可靠性。如西門子公司的S7-400系列PLC、三菱公司的A3M、A3N 系列PLC 都屬于大型機(jī)。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400系列、OMRON公司

24、的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等產(chǎn)品。上述劃分沒(méi)有嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，某些小型PLC也具備中型機(jī)和大型機(jī)的功能，這也是PLC的發(fā)展趨勢(shì)。按結(jié)構(gòu)形式分類 按PLC物理結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。 整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、電源、通信端口、I/O擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。內(nèi)外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元等通過(guò)擴(kuò)展電纜與主機(jī)上的擴(kuò)展端口相連，以構(gòu)成PLC不同配置與主機(jī)配合使用。整體式結(jié)構(gòu)的PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型機(jī)常用這種結(jié)構(gòu)。 組合式結(jié)構(gòu)

25、這種結(jié)構(gòu)的PLC是將CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O單元，通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板和擴(kuò)展模塊。組合式的特點(diǎn)是配置靈活，輸入接點(diǎn)、輸出接點(diǎn)的數(shù)量可以自由選擇，各種功能模塊可以依需要靈活配置。大、中型PLC常用組合式結(jié)構(gòu)。2 整體方案的選擇2.1 整體功能介紹知識(shí)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(lè)性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC

26、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 競(jìng)賽搶答器的控制要求 知識(shí)競(jìng)賽搶答器能使4個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答。 設(shè)裁判隊(duì)為裁判臺(tái)，參賽對(duì)為參賽臺(tái)。裁判臺(tái)設(shè)有音響和裁判燈，并且設(shè)有裁判臺(tái)開(kāi)始按鈕SB0和裁判臺(tái)復(fù)位按鈕SB5；參賽臺(tái)設(shè)有參賽臺(tái)搶答按鈕以及參賽臺(tái)燈。1-4號(hào)參賽臺(tái)分別對(duì)應(yīng)按鈕SB1-SB4及參賽臺(tái)燈EL1-EL4。 知識(shí)競(jìng)賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊(duì)搶答必須在裁判說(shuō)出“開(kāi)始”并按下裁判臺(tái)的開(kāi)始按鈕SB0后15S內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時(shí)間。如提前搶答，搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號(hào)。15S時(shí)間到，如無(wú)隊(duì)搶答，則搶答器給出時(shí)

27、間已到信號(hào)，該題作廢。在有隊(duì)搶答的情況下，則搶答器發(fā)出“搶答”信號(hào)，數(shù)碼管開(kāi)始計(jì)時(shí)，并由數(shù)碼管顯示出搶到題的參考隊(duì)號(hào)，搶到題的隊(duì)必須在30S內(nèi)答完題，如30S內(nèi)未答完，則作超時(shí)處理。 燈光與音響信號(hào)的意義如下：（見(jiàn)圖2-1 結(jié)構(gòu)流程圖） 音響叫（響1S）+某臺(tái)燈亮，由某參賽隊(duì)正常搶答。 音響叫（響1S）+某臺(tái)燈亮+總臺(tái)燈亮，某參賽隊(duì)違規(guī)。 音響叫（響1S）+裁判臺(tái)燈亮，無(wú)人搶答或答題超時(shí)。 在某個(gè)題結(jié)束后，裁判員按下臺(tái)上的復(fù)位按鈕SB5，搶答器恢復(fù)原來(lái)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。初始狀態(tài)復(fù)位圖2-1 結(jié)構(gòu)流程圖開(kāi)始搶答違規(guī)搶答狀態(tài)：開(kāi)始信號(hào)發(fā)出前搶答，音響

28、叫（響1S）+某臺(tái)燈亮+總臺(tái)燈亮。正常搶答狀態(tài)：開(kāi)始信號(hào)發(fā)出15s內(nèi)，音響叫（響1S）+某臺(tái)燈亮。無(wú)人應(yīng)答狀態(tài)：開(kāi)始信號(hào)發(fā)出15s內(nèi)，音響叫（響1S）+裁判臺(tái)燈亮。2.3 用單片機(jī)和PLC分別做系統(tǒng)的比較所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上的單片機(jī)CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路板，最終設(shè)計(jì)成一臺(tái)簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在 80年代國(guó)內(nèi)很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用已逐步被PLC所代替。單片機(jī)的可靠性：由于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的單片機(jī)芯片的品質(zhì)良莠不齊，很大一部分還是國(guó)外篩選出來(lái)的次等品，加

29、上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數(shù)離散性也很大，批量小的產(chǎn)品不可能經(jīng)過(guò)篩選配對(duì)等技術(shù)處理，因此這樣的產(chǎn)品很難做到很好的一致性和高可靠性，因?yàn)槿我辉膮?shù)偏離設(shè)計(jì)要求都會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。另外，單片機(jī)的所有器件均不是工業(yè)級(jí)的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國(guó)內(nèi)的電源一般都很差，加上壓片機(jī)的變頻調(diào)速對(duì)電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定1112。單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計(jì)的，所以要增加一個(gè)功能就要重新設(shè)計(jì)線路，而且對(duì)應(yīng)的程序都要重新設(shè)計(jì)。這樣對(duì)于增加功能的開(kāi)發(fā)成本和周期都會(huì)增加11。單片機(jī)的可維護(hù)性：一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故

30、障元件，最簡(jiǎn)單的方法是更換整個(gè)系統(tǒng)，這樣維修成本增加了12。操作：現(xiàn)在國(guó)內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)計(jì)的鍵盤，設(shè)定數(shù)據(jù)用撥碼開(kāi)關(guān)，顯示用LED，整個(gè)面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設(shè)計(jì)時(shí)往往一鍵多用，操作人員很難脫開(kāi)說(shuō)明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說(shuō)明書方能發(fā)現(xiàn)故障所在，最終按說(shuō)明書指示排除故障，這樣排除故障的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)?？傊?，這樣的人機(jī)對(duì)話不夠友善。特點(diǎn)：不可靠，價(jià)格便宜?？删幊炭刂破鳎≒LC）： 所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)

31、場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛10。PLC的可靠性：進(jìn)口PLC采用的CPU都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購(gòu)買的，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格挑選的工業(yè)級(jí)元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗(yàn)而特別設(shè)計(jì)的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調(diào)速的干擾下仍能正常工作。PLC的可擴(kuò)展性： 要增加一個(gè)功能只要增加相應(yīng)的模塊和修正對(duì)應(yīng)的程序，而PLC的編程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，這樣對(duì)于開(kāi)發(fā)周期會(huì)縮短。PLC的可維護(hù)性：PLC本身有很強(qiáng)的自診斷功能，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計(jì)不合理引起，由于它提供完善的調(diào)試

32、工具，要找出故障也較為簡(jiǎn)單。操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對(duì)操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動(dòng)切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。 特點(diǎn)：價(jià)格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡(jiǎn)單。綜合以上的分析和比較，最終決定采用PLC。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 控制特點(diǎn)分析PLCSB0SB5SB1SB2SB3SB4顯示器參賽隊(duì)號(hào)碼計(jì)數(shù)器的個(gè)位計(jì)數(shù)器的十位1號(hào)臺(tái)燈2號(hào)臺(tái)燈3號(hào)臺(tái)燈4號(hào)臺(tái)燈蜂鳴器圖

33、3-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖知識(shí)競(jìng)賽搶答器通過(guò)PLC進(jìn)行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過(guò)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)。知識(shí)競(jìng)賽搶答器有六個(gè)輸入信號(hào)（即六個(gè)按鈕），九個(gè)輸出信號(hào)（即五個(gè)臺(tái)燈信號(hào)、一個(gè)音響信號(hào)、三個(gè)數(shù)碼管輸出信號(hào)）。由上可知PLC共有六個(gè)輸入點(diǎn)，九個(gè)輸出點(diǎn)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖3-1所示：3.2 PLC機(jī)型的選擇步驟與原則隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)

34、的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型的選擇PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： 合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小，一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便，在I/O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 安裝方式的選

35、擇 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。 相應(yīng)的功能要求一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型

36、低檔PLC。對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 響應(yīng)速度要求 PLC是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。 系統(tǒng)可靠性的要求對(duì)于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。

37、 機(jī)型盡量統(tǒng)一一個(gè)企業(yè)，應(yīng)盡量做到PLC的機(jī)型統(tǒng)一。主要考慮到以下三方面問(wèn)題：機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購(gòu)和管理。機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計(jì)算機(jī)后易于形成一個(gè)多級(jí)分布式控制系統(tǒng)。綜上所述，基于以上思想，選用日本三菱公司FX-48MR系列的PLC作為控制主機(jī)。3.3 流程圖當(dāng)裁判按下開(kāi)始按鈕時(shí)，四個(gè)參賽對(duì)處于搶答狀態(tài)，假如是一號(hào)參賽隊(duì)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(shí)間內(nèi)答題，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，則答題結(jié)束；若超時(shí)，則提示主持人；如果搶

38、答沒(méi)有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若法規(guī)，某法規(guī)臺(tái)燈亮，總臺(tái)燈亮出指令。3.4 PLC與七段LED顯示器連接設(shè)計(jì)3.4.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)及主要特性 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，亦稱半導(dǎo)體數(shù)碼管。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負(fù)極）或共陽(yáng)極（正極）的方法連接，組成“ 8”字，再把發(fā)光二極管另一電極作筆段電極，就構(gòu)成了LED 數(shù)碼管。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，就能顯示從09 的一系列數(shù)字。同熒光數(shù)碼管（VFD）、輝光數(shù)碼管（NRT）相比，它具有：體積小、功耗低、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時(shí)間短，能與TTL、CMOS 電路兼容等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)已廣泛

39、用作數(shù)字化儀表、數(shù)控裝置、家用電器中的數(shù)顯器件。常見(jiàn)LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。圖3-14屬于共陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，圖3-20采用共陰極結(jié)構(gòu)。分別表示公共陽(yáng)極和公共陰極。ag 是7 個(gè)筆段電極，DP 為小數(shù)點(diǎn)。另有一種字高為7.6 mm 的超小型LED 數(shù)碼管，管腳從左右兩排引出，小數(shù)點(diǎn)則是獨(dú)立的。圖3-2 常見(jiàn)LED數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu) LED數(shù)碼管的主要特性工作電壓1.55V，一般為1.52.5V，工作電流510mA，高亮度管可在低電壓和小電流（1mA左右）條件下工作。單色性好，亮度高、高頻特性優(yōu)良，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間非常短，通常小于0.1us。好，工作溫度范圍為-30+80，使用壽

40、命可達(dá)5M小時(shí)以上。LED數(shù)碼管每筆畫工作電流I在510 mA 之間，若電流過(guò)大會(huì)損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計(jì)算R=（V0-V1）/I其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為L(zhǎng)ED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為2V）。3.4.2 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇PLC (可編程控制器) 具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)以及運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。PLC 的梯形圖語(yǔ)言清晰直觀、可讀性強(qiáng)， 易于掌握。在工業(yè)控制中，PLC作為面向控制對(duì)象的下位機(jī)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。但對(duì)于一般的中小型的專用設(shè)備，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)會(huì)使成本大大提高，同時(shí)不便于在操作現(xiàn)場(chǎng)直接讀取或輸入數(shù)據(jù).在顯示數(shù)據(jù)較少

41、時(shí)，采用PLC 控制LED直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，可以降低成本，使得數(shù)據(jù)顯示直觀。而當(dāng)欲顯示的數(shù)據(jù)較多時(shí)，PLC 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，會(huì)使得所需PLC 輸出點(diǎn)數(shù)大大增加，同時(shí)由于PLC 梯形圖的局限性，會(huì)使得顯示程序的編制變得非常復(fù)雜，這不僅增大了程序編制的難度，而且增加了程序的執(zhí)行時(shí)間，從而大大地降低了顯示速度。在應(yīng)用可編程序控制器(PLC)構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，除要求PLC完成指定的控制功能外，往往還要求附帶有輸出顯示，對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，以利于操作者監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程。PLC通過(guò)輸出模塊外接顯示電路，一般要求少占用輸出點(diǎn)數(shù)、外接電路簡(jiǎn)單、輸出顯示速度盡可能快。OMRON公司推出的CQM1型PLC指

42、令中設(shè)置了7段輸出顯示指令7SEG(2)，該指令有4位和8位兩種方式，輸出8位數(shù)時(shí)要占用13 個(gè)輸出點(diǎn)，若要求輸出顯示5 位數(shù)時(shí)，需選用8位方式，占用13個(gè)輸出點(diǎn)。PLC輸出模塊接LED數(shù)碼管顯示的方法已應(yīng)用在一實(shí)際CQM1型PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中。PLC 驅(qū)動(dòng)的顯示電路配合PLC 程序，可以實(shí)現(xiàn)如下的指標(biāo)的數(shù)據(jù)顯示7: 在僅占用PLC16點(diǎn)輸出的情況下，顯示的LED可多達(dá)128 個(gè)。 所有的顯示單元的電路結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換。 所有的顯示單元與PLC之間的連線完全相同，硬件連線簡(jiǎn)單。 采用靜態(tài)顯示方式，顯示沒(méi)有閃爍感。 每一位LED數(shù)據(jù)更新顯示僅需2個(gè)PLC 掃描周期。 在沒(méi)有新數(shù)據(jù)顯示時(shí)

43、，程序進(jìn)行循環(huán)顯示，使顯示電路的抗干擾能力增強(qiáng)。由上述可知，結(jié)合本次設(shè)計(jì)，由于輸入輸出點(diǎn)并不是很多，采用PLC 控制LED 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示方案，可以大大降低設(shè)計(jì)成本。3.4.3 PLC與七段數(shù)碼管直接連接阻值計(jì)算根據(jù)LED數(shù)碼管每筆畫工作電流I在510 mA 之間，若電流過(guò)大會(huì)損壞數(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計(jì)算8R=（V0-V1）/I其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為L(zhǎng)ED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為2V）。本次設(shè)計(jì)PLC電源采用的是直流24V，PLC的輸出電壓為5V，安通過(guò)數(shù)碼管的電流I=3mA計(jì)算可得R=1K。本次設(shè)計(jì)共用到了三個(gè)數(shù)碼管，所以須要21個(gè)1K的R，以及5個(gè)EL

44、燈和一個(gè)音響。3.4.4 外部硬件接線圖為了硬件電路接線方便，SB0作為搶答的開(kāi)始按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為X0，輸出點(diǎn)為Y0。SB1、SB2、SB3、SB4分別對(duì)應(yīng)四個(gè)參賽對(duì)號(hào)，輸入點(diǎn)分別X1、X2、X3、X4，輸出點(diǎn)分別為Y1、Y2、Y3、Y4。SB5作為搶答的復(fù)位按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為X5。音響輸出點(diǎn)為Y5。數(shù)碼管1顯示輸出點(diǎn)為Y10-Y16。數(shù)碼管2顯示輸出點(diǎn)為Y20-Y26。數(shù)碼管3顯示輸出點(diǎn)為Y30-Y36。PLC與數(shù)碼管采用串電阻直接連接方式。其外部硬件接線圖如圖3-15所示。圖3-13 外部硬件接線圖4 軟件設(shè)計(jì)4.1 IO分配表4-1 知識(shí)競(jìng)賽搶答器輸入輸出口分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代

45、號(hào)輸入點(diǎn)標(biāo)號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)標(biāo)號(hào)裁判臺(tái)開(kāi)始按鈕SB0X0開(kāi)始工作指示燈EL0Y01號(hào)賽臺(tái)搶答器按鈕SB1X11號(hào)參賽臺(tái)燈EL1Y12號(hào)賽臺(tái)搶答器按鈕SB2X22號(hào)參賽臺(tái)燈EL2Y23號(hào)賽臺(tái)搶答器按鈕SB3X33號(hào)參賽臺(tái)燈EL3Y34號(hào)賽臺(tái)搶答器按鈕SB4X44號(hào)參賽臺(tái)燈EL4Y4裁判臺(tái)復(fù)位按鈕SB5X5音 響B(tài)Y5數(shù)碼管1LE1Y10-Y16數(shù)碼管2LE2Y20-Y26數(shù)碼管3LE3Y30-Y36為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀，用SB0作為，四個(gè)參賽隊(duì)分別用與之對(duì)應(yīng)號(hào)SB1、SB2、SB3、SB4設(shè)置按鈕。SB5為比賽復(fù)位按鈕，使下輪比賽開(kāi)始。輸出與輸入對(duì)應(yīng)，用YO輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)比賽開(kāi)始信號(hào)燈

46、EL0，同理用Y1、Y2、Y3、Y4輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈EL1、EL2、EL3、EL4。Y5輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)音響。Y10-Y16輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管1顯示各個(gè)參賽隊(duì)的隊(duì)號(hào)。Y20-Y26輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管2，顯示搶答時(shí)間的個(gè)位，Y30-Y36輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管3，顯示搶答時(shí)間的十位。4.2 根據(jù)控制要求進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)圖4-1 梯形圖圖4-2 梯形圖圖4-3 梯形圖圖4-4 梯形圖圖4-5 梯形圖4.3 源程序LD X0OR M0ANI M1ANI X5OUT M0OUT T0 LD X1ANI M1OR Y1ANI M1OUT Y1 LD X2ANI M1OR Y2ANI X5OUT Y2 LD

47、 X3ANI M1OR Y3ANI X5OUT Y3 LD X4ANI M1OR Y4ANI X5OUT Y4 LD X1OR X2OR X3OR X4OR M1ANI X5OUT M1LD M1OR M2ANI T1ANI X5OUT M2 OUT T1 K300 LD M1ANI M0ORBLD T0ANI M1ORBLD T1ANI M1OR Y0ANI X5OUT Y0LD M0ANI M1ORBLD T0ANI M1ORBLD T1AND M1ORBLD M1ANI M0ORBPLS M3LD M4SFTL M9 M10 K10 K1LD M19OR M25OR M5ZRST M10

48、 M18LD M0AND M1PLS M5LD M9OR M11OR M12OR M14OR M15OR M16OR M17OR M18OUT Y20LM M9OR M10OR M11OR M12OR M13OR M16OR M17OR M18OUT Y21LD M9OR M10OR M12OR M13OR M14OR M15OR M16OR M17OR M18OUT Y22LD M9OR M11OR M12OR M14OR M15OR M17OR M18OUT Y23LD M3OR Y5ANI T2ANI X5OUT Y5 OUT T2 K10LD Y2OR Y3OUT Y10 LD Y1O

49、R Y2OR Y3OR Y4OUT Y11LD Y1OR Y3OR Y4OUT Y12LD Y2OR Y3OUT Y13LD Y2OUT Y14LD Y4OUT Y15LD Y2OR Y3OR Y4OUT Y16LD M0ANI T4OUT T3 K500LD T3OUT T4 K500LD T4OUT M4LD M0ANI M10ANI M11ANI M12ANI M13ANI M14ANI M15ANI M16ANI M17ANI M18LD M9OR M11OR M12OR M14OR M15OR M17OR M18OUT Y23LD M9OR M11OR M15OR M17OUT Y2

50、4LD M9OR M13OR M14OR M15OR M17OR M18OUT Y25LD M10OR M11OR M12OR M13OR M14OR M15OR M17OR M18OUT Y26LD M19 PLS M20LDI M22ANI M23OUT M21 LD M20SFTL M21 M22 K3 K1LD M24OR M25OR M5ZRST M22 M23LD M23OR M24OUT Y30LD M22OR M23OR M24OUT Y31LD M22OR M24OUT Y32LD M23OR M24OUT Y33LD M23OUT Y34LD M23OR M24 OUT E

51、ND4.4程序運(yùn)行過(guò)程分析說(shuō)明 當(dāng)裁判臺(tái)按下開(kāi)始按鈕時(shí)，就將信號(hào)傳入PLC中，同時(shí)四個(gè)參賽隊(duì)處于搶答狀態(tài)。然后根據(jù)哪個(gè)隊(duì)最先搶到題目，然后在規(guī)定的答題時(shí)間內(nèi)作答，或者答題超時(shí)。（由規(guī)定顯示電路和音響作出反應(yīng)。）例如，1號(hào)參賽隊(duì)搶到題目，同時(shí)搶答繼電器M1 通電并自鎖，搶答繼電器M1與其它參賽臺(tái)按鈕輸入觸點(diǎn)相串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使得在有搶答按鈕按下的情況下，其它按鈕均無(wú)效。搶答繼電器M1閉合，答題限時(shí)繼電器M2 閉合并自鎖，使得答題限時(shí)計(jì)時(shí)器T 1開(kāi)始計(jì)時(shí)。若1號(hào)參賽臺(tái)答題超時(shí)，搶答繼電器M1通電閉合(有人搶答)，答題限時(shí)計(jì)時(shí)器T1計(jì)時(shí)到，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。在答題超時(shí)的情況下，M1的常開(kāi)觸點(diǎn)與T1

52、的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)的燈和音響。若1號(hào)參賽臺(tái)違規(guī)搶答，搶答允許繼電器M0未閉合，裁判員未按下開(kāi)始按鈕SB0(X0 未閉合)，而搶答繼電器M1閉合(有人搶答)。在違規(guī)搶答的情況下，M0和M1是“與”的關(guān)系，即M0的常閉觸點(diǎn)與M1的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)燈和音響。無(wú)參賽隊(duì)搶答，搶答繼電器M1未通電閉合(無(wú)人搶答)，搶答限時(shí)計(jì)時(shí)器T0計(jì)時(shí)到，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。當(dāng)無(wú)人搶答時(shí)，M1的常閉觸點(diǎn)與T0的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)燈和音響。綜上所述，當(dāng)1號(hào)參賽隊(duì)違規(guī)搶答、無(wú)人搶答、答題超時(shí)驅(qū)動(dòng)裁判臺(tái)燈及正常搶答、答題驅(qū)動(dòng)音響的梯形圖。其中M3為音響驅(qū)動(dòng)繼電器，當(dāng)四種條件中有一種合符時(shí)，M3閉合一個(gè)掃描周期，使得音

53、響驅(qū)動(dòng)輸出繼電器Y5閉合，音響發(fā)出聲音，同時(shí)音響限時(shí)計(jì)時(shí)器T2通電計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)1S后計(jì)時(shí)器T1動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)Y5及T2的電源，音響停止發(fā)出聲音。 搶答參賽隊(duì)號(hào)顯示，選用輸出繼電器Y10Y16驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管1的七段發(fā)光管，即當(dāng)有人搶答時(shí)即可顯示搶到題的隊(duì)號(hào)。 當(dāng)1 號(hào)參賽臺(tái)搶到題，則1號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器Y1閉合，Y1 的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，驅(qū)動(dòng)Y11 和Y12，數(shù)碼管1 即顯示“1”的字符。 當(dāng)2號(hào)參賽臺(tái)搶到題，則2號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器Y2閉合，驅(qū)動(dòng)Y10、Y11、Y13、Y14和Y16，數(shù)碼管1 即顯示“2”的字符。 當(dāng)3號(hào)參賽臺(tái)搶到題，則3號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器Y3閉合，驅(qū)動(dòng)Y10、Y

54、11、Y12、Y13、和Y16，數(shù)碼管1 即顯示“3”的字符。 當(dāng)4號(hào)參賽臺(tái)搶到題，則4號(hào)參賽臺(tái)燈驅(qū)動(dòng)輸出繼電器Y4閉合，驅(qū)動(dòng)Y11 、Y12、Y15和Y16，數(shù)碼管1 即顯示“4”的字符。 計(jì)時(shí)脈沖產(chǎn)生程序。計(jì)時(shí)脈沖產(chǎn)生程序由計(jì)時(shí)器T3、T4組成。當(dāng)搶答允許繼電器M0閉合時(shí)，計(jì)時(shí)器T3開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)0.5S后，T3的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通計(jì)時(shí)器T4的電源；在經(jīng)過(guò)0.5S后，T4動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，使T3復(fù)位，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通秒個(gè)位移位繼電器M4。經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后T4的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，M4復(fù)位。 計(jì)時(shí)顯示程序。計(jì)時(shí)顯示程序由輸出繼電器Y20-Y26，Y30-Y36驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管2和數(shù)碼管3完成。其中輸出繼電器Y20-Y26驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管2，擔(dān)任秒個(gè)位的顯示；Y30-Y36驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管3，擔(dān)任秒十位的顯示。在搶答允許繼電器M0閉合