1、 . 文理學院課程設計報告課程名稱： 專業綜合課程設計 專業班級： 自動化10102班 學號15號 學生： 單正濤 指導教師： 王麗娟 完成時間： 2013年 6 月 15 日 報告成績：評閱意見： 評閱教師 日期 2013.6.20 文理學院制摘 要本文介紹了利用三菱FX2N系列PLC對知識競賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實現搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數字電路或模數混合電路。近年來隨著科技的飛速發展，單片機、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。本文采用日本三菱公司生產的FX2N-32MR型PLC 作為核心控制器進行四路搶答器系統的設計，并

2、且設計出了系統結構圖、程序指令、梯形圖以與輸入輸出端子的分配方案。同時根據知識競賽搶答器的控制要求和特點,確定PLC 的輸入輸出分配,并進行現場調試。關鍵詞: PLC 知識競賽搶答器 PLC程序設計 目 錄緒論11.1 PLC的認識11.2 PLC的應用和特點1一、設計題目3二、設計目的與要求32.1 設計目的32.2 設計要求3三、設計作用3四、所用儀器設備與仿真軟件44.1 PLC儀器的選型44.2 仿真軟件GX Developer8.0概要與特點5五、系統設計方案論證75.1 基本要求75.2 設計任務與工作原理85.3 方案論證8六、系統硬件設計96.1 PLC工作原理96.2 外部接

3、線圖12七、系統軟件設計137.1 I/O口的分配137.2 系統支路的設計157.2.1 應答開始控制157.2.2搶答控制157.2.3 答題時限控制：167.2.4 違例：17八、系統仿真與調試188.1 系統的仿真188.2 工作過程分析19九、心得體會20十、參考文獻20附錄2131 / 34緒 論1.1 PLC的認識PLC是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序的控制器。PLC即可編程控制器（Programmable logic Controller，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。它能夠存儲和執行指令,進行邏輯運算,順序控制,

4、定時,計數和算術等操作,并通過數字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械和生產過程。在電視上我們會經?？吹揭恍┲橇尨鸬墓澞?，如果要是讓搶答者用舉手等方法，主持人很容易誤判，會造成搶答的不公平，比賽中為了準確、公正、直觀的判力競賽的電路裝置,該裝置由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號在顯示器上輸出;用控制電路和主斷出第一個搶答者，所設計的搶答器通常由數碼顯示、燈光、音響等多種手段指示第一搶答者。為了使這種不公平不發生，只能靠電子產品的高準確性來保障搶答的公平性。八路數字搶答器是一個可供八個參賽組進行智持人開關啟動報警電路,以上兩部分組成主體電路。通過定時

5、電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能,構成擴展電路。通過這次設計，掌握PIC單片機的原理，了解簡單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調整與測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設計與裝配、調試，提高自己的動手能力，鞏固已學的理論知識，建立單片機理論和實踐的結合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關系與相互影響，從而能正確設計、計算定時計數的各個單元電路。初步掌握多功能搶答器的調整與測試方法。提高動手能力和排除故障的能力。 PLC本身的模塊化結構以與遠程I/O模塊功能的不斷完善，使得PLC易于實現多級控制（分布控制、分散控制），通過不同級別的網絡將P

6、LC與PLC、PLC與遠程I/O模塊、PLC與人機界面以與PLC與PC機連接起來，形成管控一體化的網絡結構。1.2 PLC的應用和特點PLC出現后就受到普遍的重視,其應用發展也十分的迅速,原因在于現有的各種控制方式相比,它有一系列受用戶歡迎的特點,主要是: 1.可靠性高,抗干擾能力強 在惡劣的工業環境下工業生產對控制設備的可靠性提出很到目前為止尚無任何一種工業控制系統的可靠性能達到和超過PLC。保證PC工作的可靠性高、抗干擾能力強的主要措施是:(1) 采用循環掃描、集中采樣,集中輸出的工作方式。高的要求。PLC是專為工業控制而設計,由于采取了一系列措施,使PLC控制系統的平均無故障間隔時間一般

7、能達到45萬h,遠遠超過傳統繼電器控制和計算機控制系統。可以說,(2) 硬件設計采用模塊式結構并采取屏蔽、濾波、隔離、聯鎖等一系列抗干擾技術,同時增加輸出聯鎖、環境檢測與故障診斷等提高可靠性電路。(3) 軟件設計中設置實時監控、自診斷、信息保護與恢復等程序與硬件電路配合實現各種故障的診斷、處理、報警顯示與保護功能。因此PLC優于微機控制的首要特點是它能適應惡劣的工業環境。2.編程簡單、易于掌握這是PC優于微機的另一個特點。梯形圖編程方式是PC最常用的編程語言。它與繼電器控制原理圖類似，具有直觀、清晰、修改方便、易掌握等優點。3組合靈活使用方便 由于它采用標準化得到通用模塊結構，能靈活方便地組合

8、成各種不同規模、不同功能的控制系統。4功能強，通用性好現代PLC具備很強的信息處理功能和輸出控制能力，它既可以對開關量進行控制又可以對模擬量進行控制。5開發周期短，功率高，維護方便PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計周期大大縮短，同時維護也變得容易起來。6體積小，重量輕，工耗低。隨著電子技術的發展和應用領域日益擴大，PLC技術與其產品仍在繼續發展，其結構不斷改進，功能日益增強，性價比越來越高。一、設計題目基于PLC的八路搶答器的設計二、設計目的與要求2.1 設計目的搶答器是一種應用非常廣泛的設備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發言權的

9、選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發光管等組成，能通過發光管的指示辯認出選手?，F在大多數搶答器均使用單片機和數字集成電路，并增加了許多新功能，如選手顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。從而使競賽真正達到公正、公平、公開。2.2 設計要求1）搶答器可同時供8名選手或者8個代表對比賽，每組使用一個按鈕，8個按鈕分別用1-8號表示。2）設置系統復位和搶答開始開關，該開關由主持人控制。3）搶答器具有定時搶答功能。4）參賽選手在設定的時間進行搶答，搶答有效，顯示器顯示選手的編號和限答的時間倒計時，并保持到主持人將系統復位。5）可以通過按鍵操作修改答題限制時間和搶答限制時間。6）如果搶

10、答時間以到，無人搶答，本次搶答無效，系統復位。三、設計作用知識競賽搶答器，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，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。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、學校與企事業單位, 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。四、所用儀器設備與仿真軟件4.1 PLC儀器的選型隨著PLC控制的普與與應用，PLC產品的種類和數量越來越多，而

11、且功能也日趨完善。近年來，從美國、日本、德國引進的PLC產品與國廠家組裝或自行開發的產品已有幾十個系列，上百種型號。目前在國應用較多地PLC產品主要包括：美國AB、GE、MODICON公司，德國西門子公司，日本OMRON、三菱公司等的PLC產品。因此PLC的品種繁多，其結構形式、性能、容量、指令系統、編程方法、價格等各有自己的特點，適用場合也各有側重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統的技術經濟指標起著重要的作用。一般選擇機型要以滿足系統功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可從以下幾個方面來考慮。1）對輸入 / 輸出點的選擇要先弄清楚控制系統的

12、I/O 總點數，再按實際所需總點數的 15 20 留出備用量（為系統的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數。 PLC 的輸出點可分為共點式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級，但這種 PLC 平均每點的價格較高。如果輸出信號之間不需要隔離，則應選擇前兩種輸出方式的 PLC 。對存儲容量的選擇對用戶存儲容量只能作粗略的估算。在僅對開關量進行控制的系統中，可以用輸入總點數乘 10 字 / 點輸出總點數乘 5 字 / 點來估算；計數器 / 定時器按（ 3 5 ）字 / 個估算；有運算處理時按（ 5 10 ）字 / 量估算；在有模擬量輸入 / 輸出的系

13、統中，可以按每輸入 / （或輸出）一路模擬量約需（ 80 100 ）字左右的存儲容量來估算；有通信處理時按每個接口 200 字以上的數量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 100 留有裕量。對缺乏經驗的設計者，選擇容量時留有裕量要大些。2)對 I/O 響應時間的選擇。PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2 3 個掃描周期）等。對開關量控制的系統,PLC 和 I/O 響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統、特別是閉環系統就要考慮這個問題。3)根據輸出負載的特點選型。不同的負載對PLC的

14、輸出方式有相應的要求。例如，頻繁通斷的感性負載，應選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的 PLC 有許多優點，如導通壓降小，有隔離作用，價格相對較便宜，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，其負載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級圍大等。所以動作不頻繁的交、直流負載可以選擇繼電器輸出型的 PLC 。 4）對在線和離線編程的選擇。 離線編程是指主機和編程器共用一個 CPU ，通過編程器的方式選擇開關來選擇 PLC 的編程、監控和運行工作狀態。編程狀態時， CPU 只為編程器服務，而不對現場進行控制。在線編程是指主機和編程器各有一個 CPU ，主機的 CPU 完成對現

15、場的控制，在每一個掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發給主機，在下一個掃描周期主機將按新的程序對現場進行控制。計算機輔助編程既能實現離線編程，也能實現在線編程。在線編程需購置計算機，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應根據需要決定。 據是否聯網通信選型 若 PLC 控制的系統需要聯入工廠自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯網功能，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC 、上位計算機與 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。 5）對 PLC 結構形式的選擇。在一樣功能和一樣 I/O 點數據的情況下，整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方

16、便（換模塊），容易判斷故障等優點，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。 FX2N作為主要控制元件：20世紀90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎上推出了FX2N系列產品，該機型在運算速度，指令數量與通訊能力方面有了較大的進步，是一種小型化、高速度、高性能、各方面都相當于FX系列中最高檔次的超小型的PLC；平均無故障時間可高達30萬小時，具有硬件故障的自我檢測功能，出現故障時可與時發出報警信息。PLC發展到今天，已經具有配套齊全，功能完善，適用性強的優點，可以用于各種規模的工業控制場合。本系統的主控制器采用 日本三菱公司生產的 FX2N一32MR型 PLC，該型 PLC功能較強大，提供16個

17、輸人點和 l6個輸出點，繼電器輸出方式，均采用 8進制編號。PLC編程可采用手持式編程器或編程軟件 FXGPWINC，PLC可編程程序控制器與軟件提供了完整的編程環境，可進行離線編程、在線連接和調試。三菱 PLC的編程指令簡單易懂且程序設計靈活，可采用梯形圖或者指令語言進行軟件設計。4.2 仿真軟件GX Developer8.0概要與特點 GX Developer8.0編程軟件是FX系統PLC專用的編程軟件，其編程界面和幫助文檔均已漢化，占用空間小，安裝好后僅占用約90MB的空間，功能較強，在Windows98/2000/XP系統下均可運行。 GX Developer主要是指能執行以下功能的軟

18、件包： 1. 程序的創建 2. 對可編程控制器CPU進行寫入、讀出 3. 監視(例如：軟元件批量監視) 監視有梯形圖監視、軟元件批量監視、軟元件登錄監視功能。 4. 調試 將所創建的順控程序寫入到可編程控制器CPU中，對順控程序能否正常動作進行測試。此外，通過使用新開發的GX Simulator,可以在單臺個人計算機中進行調試。5. PLC診斷 由于顯示了當前的出錯狀態以與故障記錄等，因此可以在短時間完成除錯。此外，通過系統監視(僅為QCPU(Q模式)可以獲取關于特殊功能的詳細信息，因此在出錯時可以在更短的時間完成除錯。 GX Developer具有以下特點: 1. 軟件的通用性。GX Dev

19、eloper可以創建Q系列、QnA系列、A系列(包括運動控制器(SCPU)、FX系列的數據，實現了設置操作共用化(簡稱為GPPA)。但是，A6GPP/A6PHP對應軟件包除外。在轉換為SW -GPPQ型GPP功能軟件包(以下簡稱為GPPQ)格式文件之后，可以在GPPA或GPPQ中進行編輯。此外，在選擇了FX系列的情況下，在轉換為DOS版編程軟件(以下簡稱為FXGP(DOS)、SW0PC-FXGP/WIN編程軟件(以下簡稱為FXGP(WIN)格式文件之后，可以在FXGP(DOS)或者FXGP(WIN)中進行編輯。 2. 充分利用Windows 的優勢使操作性能大幅度地提高。通過對Excel、Wo

20、rd等所創建的注釋數據等進行復制、粘貼，可以對現有的資源加以利用。 3. 程序的標準化。4. 豐富的編程語言?？梢酝ㄟ^繼電器符號語言、邏輯符號語言、MELSAP3(SFC)、MELSAP-L創建功能塊，此外，還新增了結構化文本(簡稱為ST語言)。 5. 訪問其它站時的設置簡單。通過將對象的指定圖形化，即使是在配置復雜系統的情況下，也可以簡單地進行設置以訪問其它站。 6. 可以與可編程控制器CPU以各種方式進行連接。7. 豐富的調試功能。 (1) 可以通過使用GX Simulator簡單地進行模擬調試。 (a) 不需要與可編程控制器CPU進行連接。 (b) 不需要創建用于模擬調試的順控程序。 (

21、2) 在"幫助"中的CPU出錯、特殊繼電器/特殊寄存器的說明有助于在運行過 程中發生出錯的情況下，以與在編程過程中希望了解特殊繼電器/特殊寄存器容進行參考。 (3) 創建數據過程中只要發生錯誤，將會彈出導致出錯原因的信息，參考這些信息可以減少大量創建數據的時間。 軟件部分調試的操作如下所述： 1. 新建項目文件 雙擊打開編程軟件，在編程界面，點擊"工程" "創建新工程"，然后在出現的對話框中選擇與機型相對應的PLC系列和型號，在此選擇FXCPU(FX2N)，然后按"確認"。 2. 輸入程序 把所設計的程序輸入到計算

22、機中，熟練使用快捷鍵進行程序的編寫。在這個過程中可以在"編輯"的下拉菜單中選擇"文檔生成"中的"注釋編輯"進行相關觸點的注釋說明，這樣可以加強程序的可讀性。 3. 程序的轉換 在編寫程序的過程中，點擊"變換" "變換"，可對所編寫的程序進行表面檢查。 4. 程序的下載 當程序的轉換沒有錯誤時，單擊工具欄中的"梯形圖邏輯測試啟動/停止按鈕，等待把已轉換的程序寫入PLC中。 5. PLC的監控和測試 程序寫入PLC后就可以進行監控和調試，單擊工具欄上的軟元件測試，出現一個對話框，在&quo

23、t;軟元件"一欄中寫入你想要監視的軟元件，強制ON和OFF，對這個調試過程進行監視。由于在程序寫入完后，將出現一個名稱為"LADDER LOGIC TEST TOOL"的對話框，單擊"菜單啟動"中的"繼電器存監視"，在里面可以通過時序圖對整個程序進行監視。五、系統設計方案論證5.1 基本要求1) 主持人按下開始搶答按鈕后,搶答開始并限定時間。 2) 最先按下按鈕的由七段顯示器顯示該臺臺號,同時蜂鳴器發出音響,其它 搶答按鈕無效。 3) 10S之無人回答, 蜂鳴器發出音響視搶答無效。 4) 在主持人按下開始搶答按鈕之前有人按下

24、搶答器,則屬違規,在顯示臺號 同時違規指示燈亮,其它按鈕不起作用。5) 各臺數字顯示的消除,蜂鳴器音響與違規指示燈的關斷,都要通過主持人 去按下復位按鈕。5.2 設計任務與工作原理1)搶答器同時為8組選手分別提供按鈕進行搶答，按鈕分別為 PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、 PB7。 2)設置一個復位按鈕 PB10，實現系統電路的復位，由主持人控制。 3)當主持人打開啟動開關后，在設定時間 T1，如果某組搶先按下搶答按鈕，則驅動音效電路發出聲響，某分臺指示燈亮，并且在 8段數碼管顯示器上顯示出搶答成功的組號 ，此時電路實現互鎖，其他組再按下搶答按鈕為無效。 4)如果在時間

25、T1，無人應答，則驅動音效電路發出聲響，總臺燈指示燈亮，表示搶答者均放棄該題。 5)在搶答成功后，啟動計時器 ，在設定的時間T2回答有效，當到達設定時間T2時，驅動音效電路，總臺燈指示燈亮，表示答題時間到。 5.3 方案論證無論是在學校、工廠、軍隊還是電視節目中，都可能會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有很多類型的競賽搶答器，但其中絕大多數是早期設計的，采用模擬電路、數字電路或者模數混合電路的產品。這搶答器已相當成熟，但是隨著功能增多，電路也越復雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數調節與功能的升級換代。數字與模擬電路組成

26、的搶答器由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。單片機、CPLD組成的搶答器也有一定的缺陷，不夠精確。近年來隨著科技的飛速發展，單片機、CPLD、PLC的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新。本設計就是利用 PLC作為核心部件進行邏輯控制與信號的產生，PLC的性能優勢必定會使得競賽真正達到公正、公平、公開。 5.4 系統結構框圖本次設計采用的方法是用PLC做主體控制系統來控制。由音

27、效電路、指示燈電路、數碼管顯示電路組成。系統結構框圖如圖5.1所示 開始按鈕SW1SW2復位按鈕控制按鈕與開關總臺PLC控制器音效電路指示燈電路數碼管顯示電路PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7圖5.1 系統結構框圖六、系統硬件設計6.1 PLC工作原理PLC采用循環掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執行程序，直到遇到結束符后又返回第一條，如此周而復始不斷循環。PLC的掃描過程分為部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執行、程序輸出幾個階段。全過程掃描一次所需的時間稱為掃描周期。當PLC處于停狀態時，只進行部處理和通信操作服務等容。在PLC處于運

28、行狀態時，從部處理、通信操作、程序輸入、程序執行、程序輸出，一直循環掃描工作。 循環掃描過程如圖6.1所示：內部處理通信操作輸入處理程序執行輸出處理停止 圖6.1 循環掃描流程圖工作過程：主要分為部處理、通信操作、輸入處理、程序執行、輸出處理幾個階段。（1）部處理階段：在此階段，PLC檢查CPU模塊的硬件是否正常，復位監視定時器，以與完成一些其它部工作。（2）通信服務階段：在此階段，PLC與一些智能模塊通信、響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示容等，當PLC處于停狀態時，只進行容處理和通信操作等容。1輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態，并將讀入的信息存入

29、存中所對應的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執行階段。在程序執行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發生變化，其映象寄存器的容也不會發生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 2程序執行 根據PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執行程序。遇到程序跳轉指令，根據跳轉條件是否滿足來決定程序的跳轉地址。從用戶程序涉與到輸入輸出狀態時，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應輸入端子狀態，從輸出映象寄存器讀出對應映象寄存器，根據用戶程序進行邏輯運算，存入有關器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的容，會隨著程序執行

30、過程而變化。 3輸出處理 程序執行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態，在輸出處理階段轉存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅動外部負載。 4.PLC的工作狀態 PLC 有兩種工作狀態，即運行(RUN)狀態與停止(STOP)狀態。運行狀態是執行應用程序的狀態。停止狀態一般用于程序的編制與修改。在這兩個不同的工作狀態中，掃描過程所要完成的任務是不盡一樣的。在運行狀態，PLC 通過反復執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使PLC 的輸出與時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執行一次，而是不斷地重復執行，直至PLC

31、 停機或切換到停止(STOP)工作模式。在部處理階段，PLC 檢查CPU 模塊部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以與完成一些其他部工作。在通信服務階段，PLC 與其他帶微處理器的智能裝置通信以更新編程器的顯示容。當PLC 處于停止模式時，只執行以上兩種的操作。PLC 處于運行(RUN)模式時，還要完成另外三個階段的操作。5.掃描周期和響應時間PLC 在運行狀態時，執行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為0.5ms100ms。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素：CPU 執行指令的速度，執行每條指令占用的時間；程序中指令條數的多少。指令執行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和CP

32、U 執行速度有很大關系，一般說來，一個掃描過程中，輸入采樣和輸出刷新所占時間較少，執行指令的時間占了絕大部分。PLC的響應時間是指從PLC外部輸入信號發生變化的時刻起至由它控制的有關外部輸出信號發生變化的時刻之間的間隔，也叫做滯后時間(通常滯后時間為幾十毫秒)。它由輸入電路的時間常數、輸出電路的時間常數、用戶語句的安排和指令的使用、PLC 的循環掃描方式以與PLC 對I/O 的刷新方式等部分組成。這種現象稱為I/O 延遲響應或滯后現象。由于PLC 的這種周期循環掃描工作方式，決定了響應時間的長短與收到輸入信號的時刻有關。響應時間可以分為最短響應時間和最長響應時間。（1）最短響應時間如果在一個掃

33、描周期剛結束之前收到一個輸入信號，在下一個掃描周期之前進入輸入采樣階段，這個輸入信號就被采樣，使輸入更新，這時響應時間最短。（2）最長響應時間如果收到一個輸入信號經輸入延遲后，剛好錯過I/O 刷新的時間，在該掃描周期這個輸入信號無效，要到下一個掃描周期輸入采樣階段才被讀入，使輸入更新，這時響應時間最長。由于PLC 采用循環掃描的工作方式，即對信息串行處理方式，必定導致輸入、輸出延遲響應，產生滯后現象。對于一般工業控制要求，這種滯后現象是允許的。但是對那些要求響應時間小于掃描周期的控制系統則不能滿足，這時可以使用智能輸I/O單元(如快速響應I/O模塊)或專門的指令(如立即I/O指令)，通過與掃描

34、周期脫離的方式來解決。6.2 外部接線圖本次設計的外部接線圖如圖6. 2所示。x000x001x002xx003x004x005x006x007x011x010comººººººººººººººººººººa b cdefg音效電路y20y21y22y23y24y25y26y10y0y7y11com2com1 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 SW1 SW2 DCL1

35、ACDCFX2N-32MR圖6.2 外部接線圖七、系統軟件設計7.1 I/O口的分配本次設計的系統I/O口的分配表如表7.1所示。其他機器件所代表的意義如表7.2所示。表7.1 I/O口的分配輸入口所接器件輸出口所接器件X10SW1Y0L0X11SW2Y1L1X0PB0Y2L2X1PB1Y3L3X2PB2Y4L4X3PB3Y5L5X4PB4Y6L6X5PB5Y7L7X6PB6Y20數碼管a段X7PB7Y21數碼管b段Y22數碼管c段Y23數碼管d段Y24數碼管e段Y25數碼管f段Y26數碼管g段Y10L8Y11蜂鳴器表7.2 其他機器件所代表的意義M0公共控制觸點繼電器M1應答時間輔助繼電器M

36、2搶答輔助繼電器M3答題時間輔助繼電器M4音響啟動信號繼電器T1應答時間10ST2答題時間30ST3音響時限1S數碼管顯示控制 數碼管采用共陽的，其顯示規律如表7.3所示。表7.3 數碼管顯示真值表abcdefgh0111111001011000002110110103111100104011001105101101106101111107111000008111111119111101107.2 系統支路的設計7.2.1應答開始控制應答開始是當主持人按下開始按鈕（X011）之后才能夠搶答。在主持人按下開始按鈕的同時定時器（T1）開始計時，程序梯形圖如圖7.4所示。圖7.4 應答開始控制程序梯

37、形圖7.2.2搶答控制在開始搶答后，任意一組都可以開始搶答，搶答成功后對應的分臺燈就會亮，同時接通搶答輔助繼電器（M2）對其他各組進行互鎖讓其他各組的搶答無效。程序梯形圖如圖7.5所示。圖7.5 搶答控制程序梯形圖7.2.3 答題時限控制 在搶答成功后定時器（T2）開始計時，如果在設定的時間沒有完成答題，則總臺燈（Y011）、音響啟動信號繼電器（M2）接通，總臺燈亮并且驅動音響（Y010）。程序梯形圖如圖7.6所示。圖7.6 搶答時限控制程序梯形圖7.2.4 違例 在主持人按下開始按鈕（X011）之前如果有人按下搶答按鈕就會接通分臺燈、總抬燈與音響，程序梯形圖如圖7.7所示。圖7.7 搶答偽例

38、控制程序梯形圖系統整體程序梯形圖與指令表見附錄。八、系統仿真與調試8.1 系統的仿真X0010 總臺復位 X0011 總臺開始 TS1 定時器11）當有某人違例（假如是第1組）仿真圖如圖8.1所示總臺燈（Y11）、某臺燈（Y0）、音響（Y10）、數碼管顯示（Y21、Y22）為組號1圖8.1 某人違例仿真圖2）正常搶答情況（假如是第1組）仿真圖如圖8.2所示某臺燈（Y0）、音響（Y10）、數碼管顯示（Y21、Y22）為組號1圖8.2 正常搶答仿真圖3）無人應答與答題超時的情況總臺燈（Y11）、音響（Y10）仿真圖如圖8.3所示圖8.3 無人應答與答題超時仿真圖8.2 工作過程分析1)開始搶答前，

39、主持人首先通過復位按鈕SW1(X010)實現電路復位，在提問之后，打開選擇開關SW2(X0111啟動定時器 T1,本程序預設為10S。 2)在搶答限時，當某一組搶先按下搶答按鈕后，對應的輔助繼電器接通，同時切斷其它搶答回路，實現互鎖。如 PB0搶先按下，則 XO00導通，輔助繼電器 M0接通,同時切斷 M1一M7搶答回路,PB1一PB7再按下將不會起作用。3)搶答成功后，輔助繼電器 M2接通，啟動音效電路 (YOIO)和某分臺指示燈，同時利用部編碼程序段控制輸出點 YO00一YO06，輸出驅動信號，驅動外部數碼顯示器顯示搶答成功的組號。 4)如果在限時無人搶答，則啟動音效電路 (YO10)和總

40、臺指示燈 (YO11)，外部數碼顯示器也顯示。 5)搶答成功后，同時啟動定時器 T2(本程序預設為 30s)，當T2計時結束 ，將啟動音效電路和指示燈提示回答時間到。九、心得體會很快，為期兩周的專業綜合課程設計即將結束。在這不長不短的兩周時間里，我感悟到了很多。在此次課程設計中，我們體驗到了理論知識在實際中的運用，體驗到了創造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。通過此次設計既鞏固了我們的理論知識，又鍛煉了我們的動手操作能力。也讓我們認識到了把理論運用到實際過程中可能會遇到一些不同的困難，但只要認真分析、仔細思考，用科學冷靜的頭腦去研究問題，終究能發現問題的所在，取得成功。我深刻的體會到在設計過程中

41、，需要反復實踐，其過程很可能相當的繁瑣，有時花很多時間檢查程序錯誤，分析原因，那時心中就有點灰心，有時還特別想放棄，此時更需要靜下心來，更仔細的查找原因。才能解決遇到的問題。有時發現一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便培養起來了。為以后的工作積累了經驗，增加了信心。同時通過這次課程設計，使我得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。非常感這次機會。 這次課程設計過程中我受益匪淺，在摸索中實現了課題所要求的結果。培養了我的設計思維，增加了動手操作能力。更讓我體會到了實現功能的喜悅。十、參考文獻 1 史國生. 電氣控制與可編程技術. ：化學工業，2010.2 高欽和. 可編程控制器應用技術與設計實例. ：人民郵電，2004.3