1、學號：2014012304 控制技術課程設計報告題目： 搶答器PLC控制系統設計 學院(系)： 機械與電子工程學院專業年級： 機電143學生姓名： 黃穎石指導教師： 劉利 王轉衛完成日期： 2017年7月10日目錄1、設計目的及要求11.1 設計的目的11.2 課程設計的任務要求12、設計方案12.1整體功能介紹12.2基本原理框圖22.3整體流程設計22.4系統所用元器件42.5 PLC的選型42.6 外部接線設計53、程序設計64、系統調試及分析94.1搶答舉例94.2程序的組態仿真105、設計心得體會12參考文獻13附錄：141、設計目的及要求1.1 設計的目的（1）結合實際搶答器的工作

2、情況，設計搶答器信號控制原理設計，掌握復雜情況下搶答器定時及減數功能的實現。（2）進一步熟悉控制系統設計中元器件選型，及組態環境下控制系統仿真與調試，掌握控制系統原理設計、硬件系統設計、軟件系統設計、創新設計。（3）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。1.2 課程設計的任務要求（1） 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽分別用8個按鈕S0S7表示。（2） 設置一個系統清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。（3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發出報警聲響提示。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號

3、一直保持到主持人將系統清除為止。 （4） 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲音，聲響持續的時間0.5秒左右。（5） 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。（6） 如果定時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。2、設計方案2.1整體功能介紹競賽搶答器，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，它的應用場合也隨之增加；技術含量大大

4、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用于電視臺、商業機構、學校及企事業單位，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余生活。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。2.2基本原理框圖本系統利用PLC作為系統的核心控制部件，配合報警燈，數碼管，定時器等原件的基本原理框圖如圖1所示。圖1 基本原理框圖2.3整體流程設計 主持人先按下搶答開始按鈕，顯示器開始顯示倒計時（假設設定為50秒）同時揚聲器發出聲響（用報警指示燈1亮代替揚聲器）提示開始搶答。在搶答的有效時間內，若有選手按下了搶答按

5、鈕，則此選手的編號將被鎖存并在LED數碼管上顯示出來，同時揚聲器發出報警聲響提示（用報警燈2亮代替揚聲器）。選手搶答實行優先鎖存，其余選手搶答無效，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。如果參賽選手在指定的時間內沒有進行搶答，即顯示上的倒計時為0時，本次搶答無效，系統報警（用報警燈3亮來代替報警）并禁止搶答。設計流程如下圖2所示。圖2 系統整體流程圖表1 本系統所用的元器件2.4系統所用元器件元器件名稱數量報警燈3按鈕開關10定時繼電器4七段數碼管3導線若干七段數碼管采用如圖3所示的方式工作。圖3 七段數碼管圖形其中顯示器b、c亮顯示數字1；A、B、D、E、G亮顯示數字2；A、B、

6、C、D、G亮顯示數字3；B、C、F、G亮顯示數字4；A、B、D、F、G亮顯示數字5；A、C、D、E、F、G亮顯示數字6；A、C亮顯示數字7；A、B、C、D、E、F、G亮顯示數字8。競賽搶答器有10個輸入信號（即10個按鈕），10個輸出信號（即7個燈管信號、3個指示燈數碼管輸出信號）。由上可知PLC共有：10個輸入點，10個輸出點。2.5 PLC的選型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，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

7、路等構成的微機控制裝置，具有順序、周期性工作的特征。經過分析，根據系統的控制要求，對搶答器的輸入輸出端口的數量進行分析，從而確定與三菱PLC有關的輸入/輸出設備，并確定PLC的I/O點數，以及價格、可靠性等的考慮，最終選擇FX2N-48MR。2.6 外部接線設計表2 PLC的I/O口地址分配 PLC的I/O地址分配輸入端口搶答按鈕1X0搶答按鈕2X1搶答按鈕3X2搶答按鈕4X3搶答按鈕5X4搶答按鈕6X5搶答按鈕7X6搶答按鈕8X7復位按鈕X10開始搶答按鈕X11輸出端口數碼管顯示A Y0數碼管顯示B Y1數碼管顯示CY2數碼管顯示DY3數碼管顯示EY4數碼管顯示F

8、0;Y5數碼管顯示G Y6報警燈1Y7報警燈2Y10報警燈3Y11搶答器通過PLC進行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心（PLC），PLC將根據信號作出相應的響應。硬件接線圖如圖4所示。圖4 PLC外部接線圖3、程序設計部分梯形圖設計及分析：如圖5所示，為搶答器啟動、開始計時的程序。圖5 啟動程序當X011閉合時定時計時器開始計時，M10用來對其自鎖。M9在選手搶答時斷開定時繼電器，使得定時顯示保持不變。M0用來控制倒計時，并使得倒計時和其他時間設置一致。如圖6所示，為搶答器每一秒的定時程序。圖6 定時1秒程序如圖7所示，為每過1

9、秒減時1秒的程序，并在開始時報警燈1閃爍。圖7 減時的程序設計如圖8所示，為當定時時間到，無人搶答，則報警燈2閃爍，并且切斷子程序。子程序為8個人搶答，顯示搶答人的編號，并自鎖，不得再有其他人搶答。圖8 搶答調用顯示程序如圖9所示，為復位的程序，按下X10所以的程序復位，并且主程序結束。圖9 復位程序如圖10所示，為按下X0，即1號選手搶答時其他選手不能搶答的程序。圖10 搶答程序如圖11所示，為任何一個選手按下搶答按鈕，則報警燈3亮，并且由M9來確定是是否停止倒計時。圖11 搶答報警程序如圖12所示，為當2號搶答時的一個程序。圖12 搶答程序如圖13所示為有人搶答時，報警燈3亮，并且定時報警

10、燈亮的時間。圖13 計時時間到報警程序4、系統調試及分析4.1搶答調試分析如圖1416所示，分別為定時器減數的測試，組態時間顯示，組態搶答選手序號的顯示。圖16 數碼管顯示編號圖15 組態輸出顯示圖14仿真輸出 為了檢驗減數顯示是否正確，通過仿真來檢驗程序是否正確，仿真時暫時用二進制來顯示數值的變化，之后用組態軟件演示再用十進制數來表示如上圖14。仿真用Y20Y23表示二進制個位數，用Y24Y27 表示二進制十位數，如上圖15所示。開始時打算用兩組相同的時間，一組用來控制和表示十位的數值變化，一組用來控制和表示個位的數值變化，但是在仿真的過程中，發現個位數和十位數的定時時間相差越來越大，往往個

11、位還沒有減到零，十位就開始變化。主要原因是因為兩組定時時間雖然相同，但是程序在執行的過程中由于命令的不同執行時間發生了變化。最后采用一組數據，然后分別放置在Y20Y23和Y24Y27才解決了這個問題。組態軟件仿真時，不用轉換為二進制直接顯示出數值的倒計時如圖16。 搶答按鈕設計時，在開始時忽略了開始按鈕的自鎖功能，經過對搶答器功能的分析和理解，認為搶答按鈕不是開關類型的，必須要進行自鎖。在最后結束程序時，應該對所有的程序進行復位。仿真時用Y0Y6燈的亮滅表示所搶答選手的編號如圖14所示。最終組態顯示的如圖16所示。4.2程序的組態仿真由于試驗箱沒有數值的顯示，為了表示出搶答選手的編號和顯示倒計

12、時的時間，選用組態仿真來模擬組搶答的過程。如圖17所示，當按下搶答按鈕時，報警器1報警，為了使得報警顯示更加明顯，報警器由指示燈的閃爍來表示，并且由于是閃爍0.5秒不夠明顯，所以用5秒閃爍來表示。圖17 搶答開始顯示當選手按下搶答的按鈕，則報警器2閃爍，并且在數碼管上顯示所搶答選手的編號，并且搶答的倒計時不在變化，如圖18所示。 圖18 選手搶答顯示當定時時間到，并且在搶答的時間內沒有選手搶答，則報警燈3閃爍，倒計時顯示的時間顯示為0，如圖19所示。圖19 搶答時間到5、設計心得體會 通過這兩個星期的PLC的課程設計，感覺自己的收獲很多。經過多次的調試，不斷的修改程序，調整設計思路，不斷的仿真

13、去查找自己的問題，最終成功的仿真和用組態軟件實現了所以的功能。在此次課程設計的過程中遇到了各種各樣的問題。剛開始，對于設計思路不是很清楚，用一個下午去設計順序控制圖。但是，搶答器不適合用順序控制，因為搶答器是所以同步進行搶答的，沒有優先順序，順序控制需要并行很多的控制條件。而在設計的過程中，每位選手的搶答是同步的，并且不是相互獨立的，只要有一位選手按下了按鈕，那么其他選手又不能進行搶答，所以如果程序的控制是單獨對每一位選手進行設計不但會顯得程序太過復雜，而且由于選手的搶答之間是有相互干擾的，這樣設計很難實現任務的完成。在請教過老師后，最終決定使用經驗法并且使用起保停電路，并且使用子程序的調用。

14、子程序為8路搶答的程序，這樣顯得程序比較清楚，而且使得主程序可以直接控制各位選手搶答電路，簡化了電路。在之后的設計中又遇到無法復位，定時器顯示的時間混亂等問題。之前通過參考網上的設計思路去設計減時顯示的程序，但最終發現，用兩個地址和兩組數據來分別記錄十位和個位數值是很不準確的，很容易使得兩組數據由于程序的不同使得計在計時時間內發生變化。這次的課程設計從硬件接線、設備運行模式到軟件編程和程序調試都有不同的問題出現。我們利用現有的資源，向老師請教，向同學詢問，包括上網查詢資料等，這些大大幫助了我們，但是還是走了很多彎路。我發現，即使平時的理論知識有了比較充分的準備，但是在實際接觸到后卻發現還是有很

15、多的困難。在設計過程中我發現自己考慮問題很不全面，自己的專業知識掌握的很不牢固，所掌握的計算機應用軟件還不夠多，尤其是在進行組態仿真的時候費力很大的功夫，不過通過自己的不斷學習與復習，最終完成的持此課程設計。我認為這次的課程設計，使我在各方面都有了很大的提高。之前，很少使用計算機進行軟件的學習和使用，這次通過學習，在一定的程度上使我對軟件的學習有一定程度的提高。還有在知識方面，有了更深入的理解，對一些之前沒有注意到的，或者不知道的程序功能有了更深入的學習和實踐操作，比如DEC、MOV、ZRST等指令。總之，這次PLC實訓真的給我很多的收獲，給我彌補了很多我欠缺的知識以及鞏固了之前所學的知識點等等。在今后的學習過程中，要更加努力的學習自己的專業知識，多多與同學和老師交流，我相信在以后的工作里面有所作為。 參考文獻1漆漢宏.PLC電器控制技術M.北京:機械工業出版社,2012.4.2湯光華,劉捷.PLC原理及應用技術 M.北京:化學工業出版社,2011.3周淑珍、高鴻斌.P