1、 2013 級課程設計（論文）說明書 三路智力搶答器的PLC設計 院 、 部： 電氣信息與工程學院 學生姓名： 唐慧 學 號： 1330140126 指導教師： 羅雪蓮 職稱 教授 專 業： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣1301班 完成時間： 2016年06月 I湖南工學院電氣控制技術課程設計課題任務書 學院：電氣與信息工程學院 專業：電氣工程及其自動化 指導教師羅雪蓮學生姓名唐慧課題名稱三路智力搶答器的PLC控制內容及任務一、目標 設計一個控制基于PLC的三路智力搶答器系統。二、任務根據控制要求，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行病床呼叫系統運行原理設計、硬

2、件系統設計、軟件系統設計、創新設計，提高理論知識工程應用能力、系統調試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內容包括：1、設計該系統電氣控制硬件系統；2、PLC選擇及I/O及其它PLC元器件分配。3、選擇電器元件，編制元件目錄表。 4、設計該系統PLC控制梯形圖。5、用計算機繪制PLC控制電路圖。6、進行系統仿真測試，實現三路智力搶答器系統的控制要求。7、編寫設計說明書。三、要求該搶答器可作為智力競賽的評判裝置。根據應答者搶答情況自動設定答題時間，并根據答題情況用燈光、聲音顯示其回答正確或錯誤，在工作人員操作下對答題者所顯示的分數加分或減分。三路智力搶答器有三個搶答按鈕SB1SB3，最先按下按鈕

3、有效，在此以后按下的按鈕無效，伴有燈光、聲音指示，并開始計時（答題時間），計時時間到（答題給定的時間），聲音提示停止答題。如果搶答者答題正確或錯誤，主持人或操作員按下加分鍵或減分鍵，將對顯示分數值加分或減分。該控制器組成框圖如圖1所示。圖1 三路智力搶答器組成框圖擬達到的要求或技術指標三路搶答器應達到以下要求 1按下啟動按鈕（開始搶答）后，若10s內無人搶答，則搶答器自動撤消搶答信號（有聲音提示），說明該題無人搶答，自動作廢。2按下啟動按鈕（開始搶答）后，第一個按下按鈕的信號有效，其余信號（后按下的）無效，有效信號用燈光和聲音指示。3若有人搶答即按下任意一個搶答按鈕，從按下按鈕開始計時，在答題

4、時間（約1min）完畢時，有燈光和聲音信號提示答題時間到。4三路搶答器應有燈顯示和分數值顯示，對答題正確或錯誤者，在操作人員的控制下，可對其加10分或減10分。加分可達最大分值是99分，減分可達最少分值是00分。 三路搶答器工作流程如圖2所示。 圖2 三路搶答器工作流程示意主要參考資料1張鶴鳴，劉耀元，張輝先.可編程控制器原理及應用教程M.北京：北京大學出版社，2011 2楊晉萍.可編程控制器原理及應用：西門子機型M.北京：中國電力出版社，20133浦艷敏.可編程控制器原理與應用：三菱FX系列M.北京：清華大學出版社，20134王存旭.可編程控制器原理及應用M.北京：高等教育出版社，

5、20135董愛華.可編程控制器原理及應用M.北京：中國電力出版社，20146魏德仙.可編程控制器原理及應用M.北京：中國水利水電出版社，2013 7鐘肇燊,范建東.可編程控制器原理及應用M.廣州：華南理工大學出版社，20158史國生.電氣控制與可編程控制技術（第三版）M.北京：化學工業出版社，20109劉美俊.可編程控制器應用技術M.福州：福建科學技術出版社，201310陳靜.PLC應用開發技術與工程實踐M.北京：人民郵電出版社，201411趙峰，賈石峰，顧桂梅.現代電氣控制與PLC應用M.蘭州：蘭州大學出版社，2014教研室意見 教研室主任：（簽字） 年 月 日摘 要近年來隨著科技

6、的飛速發展， PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新，可編程控制器由于其優良的控制性能，極高的可靠性，在各行各業中的應用日益廣泛普及。智力競賽是一種生動活潑的教育方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內，使人們迅速增加一些科學知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。三路搶答器的PLC設計正好為此提供的一個很好的平臺，此設計中設計了搶答違

7、規、搶答時間到、搶答成功，以及對選手答題得分的加減并通過LED顯示出來。三路搶答器設計是利用PLC（Programmable Logic Controller）對PLC控制智力搶答器進行控制。在三路搶答器的PLC設計中編寫梯形圖程序并分析得出它主要需要完成主持人的控制、選手的搶答、計時及計分輸出顯示功能等。結果表明電容測量儀樣機的功能和指標達到了設計要求。關鍵詞：可編程控制器；三路搶答器；計分。目 錄1 設計背景及任務11.1 三路搶答器應用背景和概述11.2 設計任務和要求11.3 工作任務22 搶答器硬件系統設計32.1 控制系統選取32.2 控制系統的硬件組成32.3 硬件I/O地址分配

8、42.4 硬件系統接線圖53 搶答器軟件系統設計63.1 整體設計63.2 PLC控制程序6 3.2.1 主持人開始復位初始化6 3.2.2 三組搶答者搶答程序7 3.2.3 加減分初始化8 3.2.4 加減分顯示程序9 3.2.5 搶答器總程序9 3.2.6 總程序指令表114 安裝與調試12參考文獻13致謝14附錄 總程序15IV1 設計背景及任務1.1 三路搶答器應用背景和概述搶答器廣泛用于電視臺、商業機構及學校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業余生活。三路搶答器能使三個人同時參加搶答,賽場中設有1個裁判臺，三個參賽臺.總體設計選用三菱PLC控制,搶答操作方便，在很

9、多的場所都可以使用，并且給人的視覺效果非常好。搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。用PLC進行知識競賽搶答器設計，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。三路搶答器可根據應答者搶答情況自動設定答題時間，并根據情況用燈光和聲音現實其回答正確和錯誤，在工作人員操作下對答題者所顯示的分數進行加分和減分。三路智力搶答器有三個搶答按鈕最先按下按鈕有效，在此之后按下按鈕無效，伴有燈光和聲音指示，并開始計時答題時間。計時時間到聲音提示停止答題。如果搶

10、答者答題正確和錯誤主持人按下加分鍵或減分鍵，將對所顯示的分數進行加分和減分。1.2 設計任務和要求 三路智力搶答器應達到以下要求。按下啟動按鈕（開始搶答）后，若10內無人搶答，則搶答器自動撤銷搶答信號（有聲音提示），說明該題無人搶答自動作廢。按下啟動按鈕（開始搶答）后，第一個按下按鈕有效，其余信號（后按下）無效。有效信號用燈光和聲音表示。若有人搶答即按下任意一個搶答按鈕，從按下按鈕開始計時，在答題時間（約1 min）完畢時。有燈光和聲音信號提示答題時間已到。三路搶答器應有燈顯示和分數顯示對答題正確或錯誤者，在操作人員控制下可對其加10分或減10分。加分最大可達到99分，減分最少分值0分。三路智

11、力搶答器工作流程圖如圖1所示。 圖1 工作流程圖1.3 工作任務根據控制要求，進行搶答器PLC控制系統硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。根據控制要求，編制搶答器PLC控制應用程序。編寫設計說明書，內容包括：設計過程和有關說明。基于PLC的搶答器電氣控制系統電路圖。PLC控制程序。電器元器件的選擇和有關計算。電氣設備明細表。參考資料、參考書及參考手冊。其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。2 搶答器硬件系統設計2.1 控制系統選取搶答器對時間間隔的要求很高，而且多在會議、答辯賽等一些正規的需要進行搶答的場合中使用

12、，所以對設備的精準性和可靠性要求很高。為此，我們對將采用的控制系統進行了全面的分析對比。可編程控制器（PLC）是由工業微型計算機、輸入, 輸出設備、保護及抗干擾隔離電路等構成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應用角度看可編程控制器具有如下特點：可靠性高；體積小；通用性好；使用方便。硬件系統分別選擇1個額定電壓為24V的蜂鳴器，6個額定電壓為2V的發光二極管。6個七段數碼顯示管（七段數碼顯示管用7位的信號驅動。在實際應用中可以用三菱PLC指令SEGD.只需要用一個數據寄存器D）。I/O接口分別為7個輸入繼電器X,35個輸出繼電器Y.和20%的裕量 所以選擇三菱PLC的FX2N-80M

13、R系列。FX2N-80MR系列的PLC在各種行業的檢測及控制的自動化都得到廣泛的應用。三菱FX2N-80MR具有40個輸入輔助繼電器X和40個輸出輔繼電器。PLC的工作方式為周期掃描。一個掃描周期大約為0.08us.可見其PLC的可靠性。同時在使用方面用軟件GXdeveloper.輸入程序變換看是否有錯誤。如果有錯誤繼續修改。沒有通過計算機寫入PLC運行調試。使用很方便。2.2 控制系統的硬件組成在搶答器的工作過程中，主控單元的主要控制對象首先是輸入信號，控制系統就是判別這個事件有沒有發生，不同的情況給出不同的結果，讓大家都很快的明。其硬件組成結構圖如圖2所示。 圖2 硬件系統2.3 硬件I/

14、O地址分配根據任務要求及所選FX2N-80MR(考慮20%接口裕量)和其他硬件（電鈴，燈，七段數碼顯示管）PLC的I/O地址分配如表1、表2所示。表1 三路智力搶答器輸入口分配表輸入設備/符號PLC輸入點主持人按搶答開始按鈕SB0X0第一號搶答按鈕SB1X1第2號搶答按鈕SB2X2第3號搶答按鈕SB3X3停止/復位開關SAX4主持人加分按鈕SB5X5主持人減分按鈕SB6X6表2 三路智力搶答器輸出口分配表輸出設備/符號PLC輸出點PLC控制器電源接通指示HL1Y01號指示燈LED2Y12號指示燈LED3Y23號指示燈LED4Y3開始搶答燈LED5Y4答題時間到指示燈LED6Y5聲音提示HAY6

15、1號十位分數值顯示SMG1Y10-Y162號十位分數值顯示SMG2Y20-Y263號十位分數值顯示SMG3Y30-Y36個位分數顯示SMG4-SMG6Y40-Y462.4 硬件系統接線圖 為了硬件電路接線方便，SB0搶答的開始按鈕，對應輸入點為X0輸出點為Y0。SB1、SB2、SB3分別對應三個參賽對號，輸入點分別X1、X2、X3，輸出點分別為Y1、Y2、Y4。SA為搶答的復位開關，對應輸入點為X4。數碼管1顯示輸出點為Y10-Y16。數碼管2顯示輸出點為Y20-Y26。數碼管3顯示輸出點為Y30-Y36。PLC與數碼管采用串電阻直接連接方式。其外部硬件接線圖如圖3所示。圖3 外部硬件接線3

16、搶答器軟件系統設計3.1 整體設計 根據PLC智能搶答器的控制要求，應用程序采用一體化結構。通過PLC控制程序來實現整體的運行，系統僅需要少量的按鈕和接口，一般的PLC配置都可運行。該系統本著簡單易懂、可靠性強、適應性強等方面進行設計。在搶答時只需按動按鈕即可數碼管在系統程序的控制下自動顯示組號以及倒計時時間。安全、可靠、省時、省力、價格便宜。控制軟件應用GX-developer編程軟件，采用梯形圖語言編寫。根據系統控制要求，進行針對性設計，要充分保證系統的安全，保證整個系統的運行安全可靠。自動條件下，必須復位后在滿足自動條件下才能進行自動運行程序，當中充分應用各個過程的互鎖來保證系統的安全。

17、3.2 PLC控制程序 為了編程結構的簡單、明了在主程序中引用了中間繼電器，X4X6分別為三組選手的搶答信號， 同時我們用中間繼電器M1,M2,M3,M10,M51,M52進行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有X1按鈕用以搶答開始，X1按鈕為復位按鈕。程序流程圖如圖1所示。3.2.1 主持人開始復位初始化 在主持人按搶答開始按鈕X1時,復位D0和M52.同時有搶答開始聲音信號Y1，在PLC開始運行時復位D1D4。程序圖如圖4所示。圖4 初始化復位3.2.2 三組搶答者搶答程序同時Y1(或Y2,Y3)有1秒鐘ON信號，為了以后程序選擇置位M1(或M2,M3)程序如圖5所示。

18、圖5 搶答程序3.2.3 計時時間程序 當10秒內無人搶答則取消答題信號（用T5實現）。程序如圖6所示。圖6 無人搶答程序利用中間繼電器M10和Y1和Y2和Y3開始計時。如果已搶答則計時答題時間60秒，計滿60秒不準答題。程序如圖7所示。圖7 答題計時程序3.2.4 加減分初始化初始時需要解碼D0作為加減分選通信號，同時有搶答者的信號（M1,M2,M3）參與加減分的選擇。程序如圖8所示。圖8 加減分初始化3.2.5 加減分顯示程序 如果答題正確加10分，錯誤減10分。如果加分超過99分或減分低于0分則置零處理。同時考慮到個位一直為零則用同一種輸出接口連接數碼管。直接加減十位。程序如圖9所示。圖

19、9 加減分顯示程序續圖9 加減分顯示程序3.2.6 搶答器總程序 X4X6分別為三組選手的搶答信號， 同時我們用中間繼電器M1,M2,M3,M10,M51,M52進行自鎖和互鎖功能，以保證每個選手公平搶答。主持人控制臺有X1按鈕用以搶答開始，X0按鈕為復位按鈕。在按下啟動按鈕SB1時復位所有數據寄存器（累加計分的數據寄存器除外D1D4）然后三組搶答者開始搶答，搶答的同時產生一個切斷信號M10（目地后者搶答無效）搶答后開始計時答題時間60秒。答完以后主持人開始加減分（在搶答的基礎之上產生一個選通信號）沒有搶答的組加不了或見不了分數。在加減分的同時需要對D1D4進行判斷（可以用CMP指令或LD=）

20、.如果超過99或低于0都以0處理。由各功能塊程序及任務要求編寫程序如附錄A所示。4 安裝與調試將各個輸入輸出端子和實際控制系統中的按鈕、所需控制設備正確連接，完成硬件的安裝。知識競賽搶答器的程序是由三菱PLC編程軟件GX-DEVELOPER編制完成，正常工作時程序存放在存儲卡中，若要修改程序，先將PLC設定在STOP狀態下，運行三菱PLC編程軟件GX-DEVELOPER編程軟件，打開知識競賽搶答器的程序，即可在線調試，也可用編程器進行調試。 （1）按下搶答開始按鈕SB1.先在10秒內搶答，看答題開始計時60秒后是否有燈光和聲音信號。 （2）按下搶答開始按鈕SB1.10秒內無人搶答是否有燈光和聲

21、音信號。 （3）在正確的搶答情況下加減分是否有正確顯示。 （4）所有的信號顯示都要根據I/O分配。看是否正確。參考文獻1 工業可編程控制器的現狀與發展趨勢J.航天技術與民品，1999.2 廖常初.PLC的編程方法與工程應用M.重慶:重慶大學出版社，2001. 3 陳遠齡.機床電氣自動控制M.重慶:重慶大學出版社，2004.4 鐘肇新等.可編程控制器原理及應用M.廣州:華南理工大學出版社，2008.5 高 勤.可編程控制器原理及應用(三菱機型)M .北京:電子工業出版社，2006.6 三菱FX PLC使用手冊.三菱公司.7 賀哲榮、流行PLC實用程序及設計M.西安:西安電子科技大學出版社，2006.8 王紅.可編程控制器使用教程M.北京:電子工業出版社，2002.9 王永華.現代電氣控制及PLC應用技術M.北京:航空航天大學出版社，2003.致 謝 經過這兩個星期的努力，在羅老師和同學們的幫助下做完了任務設計的工作，通過這次的