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1、目录1 绪论22 整体方案的选择22.1 设备概况22.2 竞赛抢答器的控制要求23 硬件电路设计33.1控制特点分析3图3-1 系统系统控制图43.2 PLC机型的选择步骤与原则43.3流程图54 软件设计74.1 I/O分配74.2根据控制要求进行梯形图设计104.3指令表224.4程序调试245 总结26参考文献27271 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
2、。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。美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。 事实上,PLC就是以嵌入式CPU为核心,配以输入,输出等模块,可以方便的用于工业控制领域的装置。PLC与机器人,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。2
3、整体方案的选择2.1 设备概况实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单(有的甚至没有显示电路)，无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换
4、代。本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。2.2 竞赛抢答器的控制要求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S0 S7表示。2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，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，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。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，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响
5、持续的时间0.5秒左右。5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。3 硬件电路设计3.1控制特点分析知识竞赛抢答器通过PLC进行按控制要求编程，其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心（PLC），PLC将根据信号作出相应的响应。知识竞赛抢答器有10个输入信号（即10个按钮），13个输出信号（即8个台灯信号、一个音响信号、三个数码管输出信号）。由上可知PLC共有10个输入点，13个输出点。系统
6、控制结构框图3-1 系统系统控制图3.2 PLC机型的选择步骤与原则 PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型的选择PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： (一) 合理的结构型式PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个IO点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在IO点数、输入点数与输出点数的比例、IO模块的种类等方面选择余地大，且维修方
7、便，一般于较复杂的控制系统。(二) 安装方式的选择 PLC系统的安装方式分为集中式、远程IO式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程IO硬件，系统反应快、成本低；远程IO式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程IO可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程IO电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。 (三)相应的功能要求一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带AD和DA转换单元
8、，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 (四)响应速度要求 PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速IO处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。 (五)系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要
9、求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。 (六)机型尽量统一一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。综上所述，基于以上思想，选用日本三菱公司FX-80MR系列的PLC作为控制主机。3.3流程图当裁判按下开始按钮时，8个参赛队处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目，PLC先判断抢答是否成功，若成功，则进行下一部看是否在规定的抢答时间内答
10、题，若在规定时间内，则答题结束；若超时，则提示主持人；如果抢答没有成功，则判断是否抢答犯规，若法规，某法规台灯亮，总台灯亮；主持人按下复位，整个答题结束。抢答无效计时清0YN显示选手号码和时间按下复位按钮结束选手1选手2选手3选手8选手7选手6选手5选手4NY倒计时结束NY蜂鸣器0.5秒按下启动按钮开始N规定时间内Y图3-2 系统流程图4 软件设计4.1 I/O分配表4-1知识竞赛抢答器输入输出口分配表输入：X000 SB11号选手抢答按钮X004 SB65号选手抢答按钮X001 SB22号选手抢答按钮X005 SB76号选手抢答按钮X002 SB33号选手抢答按钮X006 SB87号选手抢答
11、按钮X003 SB44号选手抢答按钮X007 SB98号选手抢答按钮X010 SB5抢答开始X011 SB10复位输出：Y000 HL11号选手指示灯Y010 B1蜂鸣器Y001 HL22号选手指示灯Y20-Y27数码管选手号码Y002 HL33号选手指示灯Y30-Y37数码管倒计时十位Y003 HL44号选手指示灯Y40-Y47数码管倒计时个位Y004 HL55号选手指示灯Y005 HL66号选手指示灯Y006 HL77号选手指示灯Y007 HL88号选手指示灯为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用SB9作为裁判台的开始按钮，四个参赛队分别用与之对应号SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、
12、SB6、SB7、SB8设置按钮。SB9为比赛复位按钮，使下轮比赛开始。输出与输入对应，同理用Y0-Y7输出信号驱动对应的信号灯HL1-HL8。Y10输出信号驱动音响B1。根据上面IO分配表来看，一共10个输入信号，10个按钮。输出信号有8个指示灯，和一个蜂鸣器信号，以及3个数码管信号，总计输出信号31个。根据以上设计分配，我们决定选取三菱PLC的FX2N-80MR-001来完成这次设计。表4-2 BOM表名字 数量技术参数按钮10LA42P-10/G 常开自复位按钮，寿命1W次 指示灯 8型号AD17-24，工作电压：24V，电流10MA。 蜂鸣器 1型号HMD40，工作电压：24V，电流20
13、MA。 数码管 3型号LY-SMG-24，工作电压：24V，电流50MA。 图4-1 PLC接线图4.2根据控制要求进行梯形图设计举例演示选手1抢答成功过程：M8002指令为初始脉冲。k0赋初始值给D0为“0”。当按下SB1时，x10闭合，m11自锁。然后系统开始计时，倒计时30秒开始，系统检测按钮信号，我们以选手1号抢答成功为例，分析程序走向：选择按钮按下 系统M0辅助继电器得电并保持。然后驱动选手号指示灯亮，表示1号抢答成功。然后锁住信号。任何选手抢答后，M10就有信号。就锁住系统，其他按钮再按就无效了，就停止计时了。等待裁判按下复位按钮。按下复位，所有状态都回到初始状态，等待新的开始信号
14、。4.3指令表LD 8002OR X001MOV K0 D1MOV K0 D0RST T0ZRST M0 M11LD X10OR M11ANI X011ANI T0OUT M11LD X000OR M0ANI T0AND M11OUT M0LD X001OR M1ANI T1AND M11OUT M1LD X002OR M2ANI T2AND M11OUT M2LD X003OR M3ANI T3AND M11OUT M3LD X004OR M4ANI T4AND M11OUT M4LD X005OR M5ANI T5AND M11OUT M5LD X006OR M6ANI T6AND M11
15、OUT M6LD X007OR M7ANI T7AND M11OUT M7LD M0ANI M1ANI M2ANI M3ANI M4ANI M5ANI M6ANI M7OUT Y000LD M1ANI M0ANI M2ANI M3ANI M4ANI M5ANI M6ANI M7OUT Y001LD M2ANI M1ANI M0ANI M3ANI M4ANI M5ANI M6ANI M7OUT Y002LD M3ANI M1ANI M2ANI M0ANI M4ANI M5ANI M6ANI M7OUT Y003LD M4ANI M1ANI M2ANI M3ANI M0ANI M5ANI M6AN
16、I M7OUT Y004LD M5ANI M1ANI M2ANI M3ANI M4ANI M0ANI M6ANI M7OUT Y005LD M6ANI M1ANI M2ANI M3ANI M4ANI M5ANI M0ANI M7OUT Y006LD M7ANI M1ANI M2ANI M3ANI M4ANI M5ANI M6ANI M0OUT Y007LD M0OR M1OR M2OR M3OR M4OR M5OR M6OR M7OUT M10LD M11ANI M10OUT T0 K300LD M8000ANI M10SUB K300 T0 D1LD M11OUT T1 K5LD M11AN
17、I T1OR T0OR X000OR X001OR X002OR X003OR X004OR X005OR X006OR X007OUT Y010LD Y000MOV K1 D0LD Y1MOV K2 D0LD Y2MOV K3 D0LD Y3MOV K4 D0LD Y4MOV K5 D0LD Y5MOV K6 D0LD Y6MOV K7 D0LD Y7MOV K8 D0LD M8000DIV D1 K10 D2MUL D2 K10 D3SUB D1 D3 D4SEGD D0 K2Y020SEGD D2 K2Y030SEGD D4 K2 Y040END4.4程序的调试打开三菱编程软件进入仿真模
18、拟界面然后按下X10，主持人启动抢答 D2 是倒计时然后X0按下 Y10蜂鸣器响 Y0选手1灯亮。按下X11 主持人复位按钮，复位设备，等待新的抢答开始。5 总结经过为期三周的课程设计，让我对PLC控制系统的认识进一步的加深。本文采用的是三菱FX系列的PLC，成功的完成了对八路抢答器抢答部分控制系统设计，实现了抢答基本的功能。本文所设计的抢答器没有现实违规抢答报警功能，这是此次设计的遗憾之处。为使设计更加合理，今后将继续加强对PLC控制系统的学习，努力使得自己所设计的PLC控制系统达到实用性。三周的课程设计转眼间结束了，在这次课程设计的实验中，不仅检验和加深了我们平时书本上学习的知识，也锻炼了我们的动手的能力以及自己独立思考解决问题的能力。更重要的是，在设计思路上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。参考文献1 徐泳龙单片机原理及应用：2版 M北京：机械工业出版社，20132 冯清秀，邓星钟等机电传动控制：5版 M武汉：华中科技大学出版社，20113 王兆明电气控制与PLC技术 M北京：清华大学出版社，20054 张桂香电气控制与PLC应用 M北京：化学工业出版社，20035 范国伟三菱可编程序控制器技术与应用 M北京：人民邮电出版社，2010