PLC课设 八路抢答器

课程名称：电气控制与PLC课程设计

基层教学单位：电气工程及自动化系                指导教师：  郭忠南等

            2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院 教务科

目录

摘要……………………………………………………………………………………………2

第 1 章绪论………………………………………………………………………………3

可编程控制器（plc）简介…………………………………………………………………3

第 2 章抢答器的设计要求………………………………………………………………5

第 3 章抢答器的设计……………………………………………………………………6

3.1 结构框图………………………………………………………………………………6

3.2 硬件选择………………………………………………………………………………6

3.3流程图………………………………………………………………………………8

3.4 电气接线图…………………………………………………………………………9

3.5 I/O接线表……………………………………………………………………………10

第4章软件设计………………………………………………………………………11

4.1 抢答器开始及复位程序………………………………………………………………11

4.2 选手抢答程序…………………………………………………………………………11

4.3 主要计时控制程序……………………………………………………………………12

4.4 倒计时显示程序………………………………………………………………………13

4.5 音箱控制程序…………………………………………………………………………14

4.6 一秒钟脉冲发生程序…………………………………………………………………14

附录  抢答器控制梯形图…………………………………………………………………16

总结………………………………………………………………………………………20

参考文献……………………………………………………………………………………21

摘要

近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。PLC型抢答器是将PLC用于对抢答器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的抢答器进行精确控制，特别是对多人抢答的控制可方便的实现。通过设计一个抢答器，使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。同时，在设计过程中还能培养我们工作能力与创造力，综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、绘图、书写报告的能力。

关键词   plc  抢答器  方便  精确

第一章绪论

可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。

Plc是综合了继电器接触器控制有点以及计算机灵活，方便的优点而设计制造和发展起来的，这就使plc具有许多其他控制器所无法相比的特点。

1 抗干扰能力强，可靠性高  

PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。

2 控制系统结构简单、通用性强、应用灵活

PLC产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可有各种件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。

3 编程方便，易于使用 

 PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，直观易懂，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言。 

4 功能完善，扩展能力强

  PLC中含有数量巨大的用于开关量处理的继电器类软件，可轻松地实现大规模的开关量逻辑控制，这是一般的继电器控制所不能实现的。

5 PLC控制系统设计、安装、调试方便

 PLC中相当于继电器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量巨大，硬件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量（输入、输出点、内存大小）等选用组装。

6 结构紧凑  体积小、重量轻，易于实现机电一体化。

FX2NX系列PLC的主机称为基本单元，包括CPU，存储器，输入输出口及电源，是PLC的主要部分。为主机备有扩展其输入输出的单元，扩展模块及特殊功能模块单元。扩展单元用于增加I/O点数的装置，内部设有电源。扩展模块 用于增加I/O点数及改变I/O口比例，内部无电源，由基单元或扩展单元供电。扩展单元及扩展模块无CPU，必须与基本单元一起用。特殊功能单元是一些专门用途的装置，如温度控制模块，高速计数器模块。位置控制模块，模拟量控制模块，计算机通信模块等。

第二章抢答器的功能要求

1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮SB1 ~ SB8表示。

2）设置一个系统清除和抢答控制开关RESET/START，该开关由主持人控制。

3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并用数码管显示该组号码，同时音箱发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

4）抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动"开始"键后，提示音响，红灯亮，30秒内抢答有效，若在规定时间内无人抢答此题作废。超出时间抢答无效，系统不会响应。倒计时由数码管显示，直到时间到或者有人抢答数码管显示的值才发生变化。

5)抢答器具有定时答题功能。抢答成功后，必须在50秒内答完题，否则不得分。50秒由数码管显示倒计时，且最后十秒蜂鸣器每秒钟响一次，以作提示，50秒后选手绿灯灭。当选手答完题主持人复位后，计时停止，数码管显示零。

   6）抢答器具有犯规抢答惩罚功能。在主持人按下开始按钮之前抢答被视作犯规，此时蜂鸣器响2秒，相应的组的红灯亮，且犯规不分先后，只在开始之前按下按钮均视作犯规，就会失去下一次抢答机会。

   7）抢答器具有明确区分正常抢答和犯规抢答功能。正常抢答选手绿灯亮，违规抢答选手红灯亮。

第三章抢答器的设计

3.1结构框图

图1.结构框图

设计的基本思路是：核心部件是一片PLC,通过PLC采集并处理主持人或选手的输入信号，并经过逻辑判断和输出，控制外围设备，以实现抢答器的基本功能。

3.2硬件选择

开始操作之前，各个指示灯应该熄灭，LED数码管均显示零。优先权抢答由各个抢答器之间的互锁实现，犯规的抢答也同样需要互锁。由于要显示组号，及倒计时所以需要三个数码管，另外需要十七个指示灯，及一个音箱。另外需要21个数码管限流电阻。

PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。PLC平均的I／O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I／O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I／O点最少，但必须留有一定的裕量。由于知识及能力有限，实现基本功能所用的点数较多。此设计需要10个输入点数，42个输出点数。所以综合以上几个方面选择FX2n-128MR-001系列PLC。此系列plc能够满足要求，且不用扩展单元，实现起来比较容易。

此设计PLC输入电源采用PLC本身的直流24V。

数码管选用JM-S40011共阳极型号的，正常情况下正向导通电流20mA。正向压降约为2V,设计中直流电源由变压器变压和整流器整流后得到25V直流电源，由于电流过大会烧坏数码管，所以要在回路中传入限流电阻，阻值约为12千欧。

考虑到答器的使用环境及视觉听觉效果的要求，灯光要有冲击效果，而且提示音要响亮。所以指示灯选用红绿彩灯，用外接220v交流电源驱动，而提示音由音箱发出，同样接220v外接电源。

220v电源直接由电网输入，25v直流电由交流220v晶变压器变压隔离和整流器整流得到25v直流电供数码管使用。

3.3流程图

图2.抢答器流程图

3.4电气接线图

图3.电气接线图

3.5I/O分配

抢答器输入口分配表

4.1抢答器开始及复位程序

图4.抢答器开始及复位程序

    开始由有常开触点x000控制，x000闭合，y000得电，x000实现自锁，同时定时线圈开始定时，以完成0.5s音箱提示开始以及30s抢答限时。复位由长闭触点x001控制，按下复位按钮，长闭触点断开，y000失电，x000解除自锁，实现复位功能。

4.2 选手抢答程序

                    图5.优先抢答及抢答犯规部分程序

抢答功能由各个抢答开关的互锁关系实现，以一号和二号组的情况说明如下：

正常优先抢答功能：

一号抢答，则x010闭合，y010得电实现自锁，绿灯亮，y010长闭触点断开，封锁二号抢答器使其即使抢答也不会被响应，从而实现优先抢答。

抢答犯规功能：

抢答犯规也是有开关互锁实现，x000不闭合时，一号抢答则y020得电，红灯亮，y020长闭触点断开，封锁正常抢答线圈，直到主持人复位，从而使该组失去此题的抢答机会。

4.3 主要计时控制程序

                      图6.中间继电器部分程序

图7.倒计时部分程序

由图6可知，继电器y010~y017并联控制中间继电器，而且中间继电器有自锁功能，当有选手正常抢答时，继电器m0得电，倒计时开始，t2为抢答成功抢答1s秒提示倒计时，t3,t4为答题倒计时，40秒后音箱提示还剩10秒，50秒后音响不再响，绿灯灭（图5中常闭开关t4断开）。犯规抢答显示控制与上类似。

4.4倒计时显示程序

                       图8.倒计时显示部分程序

定时答题功能由计时T4（50s）脉冲T4等继电器实现。D0中存50，并随T7一秒的脉冲自减，用10去除D0，商存在D10中，余数存在D11中，并从数码管输出，从而实现倒计时功能。50秒t4长闭触点断开，绿灯灭，答题时间到。

定时抢答功能与其类似，只不过两者公用一组数码管，当抢答开始时数码管30s倒计时，当有人抢答时立即进入50倒计时。

两组倒计时采用同一组数码管显示，采用开关及定时的互锁关系实现，开始之后无人抢答Y000闭合，M0长闭触点闭合，则显示30s倒计时，当有人抢答，M0长闭触点打开，常开触点闭合，显示50s倒计时，复位后M0，Y000长闭触点闭合，常开触点打开，数码管显示00。、

显示选手号码的数码显示比较简单，直接输出号码即可，复位后同样显示0。

4.5音箱控制程序

图9.音箱控制部分程序

本设计所有提示音由同一个音箱控制，分时间段使用。当两个动作相隔时间较短时可能不能明显分辨，但是当用多个音箱有同样问题。所以选择一个比较合适。

T2（1s）和T5（2s）分别控制正常抢答和犯规抢答的音响提示，以时间的长短区分。

T3(40s)T4（50s）T7（周期为一秒的脉冲）控制50s倒计时最后10s的提示音，以一秒为周期响，进入读秒阶段。

M0，T0（30s）和T1（31s）控制抢答时间到提示音。

T8（0.5s）和Y000控制主持人开始提示音。

4.6一秒钟脉冲发生程序

图10.一秒钟脉冲发生部分程序

 设计中所有用到1s脉冲的都是有上述部分实现。系统开始运行长闭触点T6闭合，T7倒计时0.5s。0.5s后T6得电,常开触点T7闭合，T6倒计时0.5s，0.5s后T6得电，一个周期结束。

附录抢答器控制梯形图

 总 结

经过两周的努力，在不断地犯错与改正中，在在老师及同学的帮助下终于完成了我的八人抢答器课程设计。实现了设计要求的抢答器的功能，并在此基础上添加了一部分功能使设计更接近现实中用到的抢答器的要求。

由于所学知识及个人能力有限，且时间不是很充裕，有一些抢答器的重要功能仍旧有缺陷，甚至一些功能没有实现。比如说

1.当有人犯规时只能由灯的颜色区分而没有用数码管显示。

2.设计并中没有涉及加减分计数功能。

3.设计本身就有优先顺序。由于梯形图串行扫描，在此设计中八组选有了

先后顺序，在plc时钟脉冲频率足够大的情况下这种误差可以减到很小。而且实际应用中会有两个人同时按下抢答器的情况，在此也没有考虑。

     但是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。同时会发现理论知识是实践的可靠保障，只有平时理论知识扎实牢固，在实际运用中才会得心应手。但是理论知识与实际运用之间不能很好衔接，往往是理论知识不能与实际结合，有理论但解决不了实际问题。所以平时应该加强动手实践能力，用知识指导实践，并在实践中运用所学知识，总结经验。

本抢答器系统虽是针对八路参赛选手设计的，但通过原理分析可知，它也完全适用于其他路数抢答器。例如，如果对外围电路及程序稍加修改，就很容易使之扩展成更多路的抢答器。若去掉程序中的互锁功能，可以将本抢答器改成呼叫器，用在医院病房等多种地方。由此可见，只要我们运用恰当，PLC技术能实现许多复杂的功能，能极方便的控制我们所需要控制的对象，给我们生产和生活带来极大的方便。就像漆老师说的只有你想不到的，没有plc做不到的。

另外在软件调试中遇到了很大的麻烦，不过在不断地努力下最终用gx-works调试成功。但是毕竟只是一款仿真软件，只能看到仿真是否正确，在实践中会遇到什么问题并不能预见。如果条件允许我还是建议能让我们在实验室实际操作一下，也许在更直观的环境中调试程序会更加有效。

同时要感谢指导老师的耐心细致的指导，使我对专业知识有了更深入的了解，使我学到好多在课堂上学习不到的知识，使我受益匪浅。

参考文献

漆汉宏. PLC 电气控制技术[M]. 北京:机械工业出版社。2006年12月

程子华.刘小明.PLC 原理与编程实例分析.国防工业出版社。2009年4月

徐少坤.熊伟.PLC编程设计教程   中国电力出版社 2011年

三菱公司. 三菱FXPLC使用手册

张瑞惜 智力竞赛抢答器设计 机电工程技术 2007年36卷08期