-19-課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程：電氣控制與PLC課程設(shè)計(jì)題目：智力搶答器PLC控制的實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：智能制造202班

目錄一緒論 -3-二智力搶答器的設(shè)計(jì)方法 -3-2.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析 -3-2.1.1設(shè)計(jì)的目的 -3-2.1.2智力搶答器控制要求 -3-2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 -4-2.3課程設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容 -4-三系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) -4-3.1PLC選型和配置 -4-3.2智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)框圖 -5-3.3PLC的I/O點(diǎn)的分配及電路接線圖 -6-3.3.1PLC的I/O點(diǎn)的分配 -6-3.3.2PLC的電路原理圖 -7-四PLC程序設(shè)計(jì) -7-4.1控制流程圖 -7-4.2梯形圖設(shè)計(jì)與分析 -8-4.2.1主程序 -9-4.2.2SFC選擇性分支程序 -10-4.3仿真測(cè)試 -17-五．系統(tǒng)調(diào)試及心得體會(huì) -17-5.1系統(tǒng)調(diào)試 -17-5.2設(shè)計(jì)心得 -18-一緒論目前各種形式的智力競(jìng)賽廣泛存在于我們的生活中，搶答器作為智力競(jìng)賽常見(jiàn)的評(píng)判裝置之一得到了廣泛的應(yīng)用。搶答器是由優(yōu)先權(quán)編碼器構(gòu)成的邏輯電路，其運(yùn)算速度慢，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比較簡(jiǎn)單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)就更加困難。而本設(shè)計(jì)將以PLC為核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加一系列的實(shí)用功能并簡(jiǎn)化其電路結(jié)構(gòu)，其將以其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案，從而使得競(jìng)賽不斷完善其公平、公正性。可編程控制器是以計(jì)算機(jī)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它的功能強(qiáng)、可靠性極強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便、體積小。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫(xiě)的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。二智力搶答器的設(shè)計(jì)方法2.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析2.1.1設(shè)計(jì)的目的通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握PLC在機(jī)電設(shè)備控制中的現(xiàn)狀、技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)；了解并掌握三菱FX3U系列PLC硬件組成，控制程序的基本編寫(xiě)過(guò)程，掌握GXworks2編程環(huán)境的使用及調(diào)試，能夠根據(jù)機(jī)電設(shè)備的功能要求獨(dú)立完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。2.1.2智力搶答器控制要求（1）競(jìng)賽開(kāi)始時(shí)，主持人出題。（2）當(dāng)主持人按下開(kāi)始搶答按鈕X0后，搶答燈Y0亮，T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果在10s內(nèi)無(wú)人搶答，搶答燈閃爍，賽場(chǎng)兩邊氛圍燈長(zhǎng)亮，由主持人復(fù)位X10撤銷(xiāo)此次搶答信號(hào)。（3）當(dāng)主持人按下開(kāi)始搶答按鈕X0后，搶答燈Y0亮，T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果在10s內(nèi)有人搶答（按下?lián)尨鸢粹oX2、X3、X4、X5、X6或X7），則最先按下按鈕的信號(hào)有效，相應(yīng)的搶答桌上的搶答燈（Y1、Y2或Y3）亮，賽場(chǎng)兩邊氛圍燈循環(huán)閃爍2次。（4）當(dāng)主持人確認(rèn)搶答有效后，按下答題計(jì)時(shí)按鈕（X1），搶答桌上的搶答燈滅，計(jì)時(shí)開(kāi)始，計(jì)時(shí)時(shí)間到（假設(shè)為30s）或主持人再次按下答題計(jì)時(shí)按鈕，賽場(chǎng)兩邊氛圍燈同時(shí)閃爍2次，且搶答桌上搶答燈再次亮，表示答題結(jié)束。（5）如果搶答者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正確回答問(wèn)題，主持人或助手按下加分按鈕X11，為搶答者加分，設(shè)初始分?jǐn)?shù)為3。（6）如果搶答者在規(guī)定的時(shí)間不能正確回答問(wèn)題，主持人或助手按下減分按鈕X12，為搶答者減分，設(shè)初始分?jǐn)?shù)為3。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案智力搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用場(chǎng)合也隨之增加；技術(shù)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(yīng)用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位，它為各種競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進(jìn)行知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。2.3課程設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開(kāi)設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計(jì)能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇可編程的PLC，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫(huà)出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)的方法與開(kāi)發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用三菱FX可控制編程。此編程工具更有可靠、可拓展、可維護(hù)性。三系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1PLC選型和配置為滿足本設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)控制要求，設(shè)計(jì)中PLC的型號(hào)采用三菱公司的FX3U-64MT/ESS。FX3U-64MT/ESS輸入規(guī)格如下所述。(1)輸入形式：漏型/源型；輸入點(diǎn)數(shù)：32；輸入信號(hào)形式：無(wú)電壓觸點(diǎn)輸入；(2)FX3U-64MT/ESS輸出規(guī)格：輸出種類(lèi)：晶體管/源型輸出；輸出點(diǎn)數(shù)：32；外部電源：DC5~30V最大電阻負(fù)載：0.5A/1點(diǎn)(3)電源模塊：電源電壓：AC100~240V，電源電壓允許范圍AC85~264V，額定頻率50/60Hz，允許瞬時(shí)停電時(shí)間，對(duì)l0ms以下的瞬時(shí)停電會(huì)繼續(xù)運(yùn)行。沖擊電流最大30A5ms以下/AC100V最大65A5ms以下/AC200V，消耗功率45W，DC24V供給電源600mA以下DC5V內(nèi)置電源500mA以下。3.2智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)框圖PLC控制系統(tǒng)包括CPU、輸入輸出部件、電源模塊一級(jí)存儲(chǔ)部件等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.3PLC的I/O點(diǎn)的分配及電路接線圖3.3.1PLC的I/O點(diǎn)的分配本設(shè)計(jì)共有13路開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，完整的輸入通道分配如表1所示表1輸入通道分配表輸入注釋X000開(kāi)始搶答X001開(kāi)始/停止計(jì)時(shí)X002一組1號(hào)X003一組2號(hào)X004二組1號(hào)X005二組2號(hào)X006三組1號(hào)X007三組2號(hào)X010復(fù)位X011加分X012減分本設(shè)計(jì)共有36路開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)，完整的輸出通道分配如表2所示表2輸出通道分配表輸出注釋Y000搶答燈Y001一組燈Y002二組燈Y003三組燈Y010~Y017氛圍燈1~氛圍燈8Y020~Y0261組數(shù)碼管a~gY030~Y0362組數(shù)碼管a~gY040~Y0463組數(shù)碼管a~g

3.3.2PLC的電路原理圖FX3U-64MT/ESS外部接線圖如圖2所示圖2PLC外部接線圖四PLC程序設(shè)計(jì)4.1控制流程圖根據(jù)控制要求，繪制搶答器的工作流程圖，如圖3所示。圖3PLC程序流程圖4.2梯形圖設(shè)計(jì)與分析根據(jù)控制要求和控制流程圖設(shè)計(jì)程序。4.2.1主程序程序開(kāi)始主持人按下開(kāi)始搶答進(jìn)入SFC分支復(fù)位模塊數(shù)碼管初始化顯示初始分?jǐn)?shù)3，此處僅展示第一組，其他組類(lèi)同4.2.2SFC選擇性分支程序此處僅展示第一組搶答成功和無(wú)人搶答部分程序，其他組類(lèi)同步號(hào)S0，搶答開(kāi)始，搶答時(shí)間定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)無(wú)人搶答T0接通進(jìn)入下一步，步號(hào)S13搶答燈閃爍，氛圍燈長(zhǎng)亮復(fù)位進(jìn)入下一題第一組搶答按鈕首先接通進(jìn)入下一步第一組搶答燈亮，開(kāi)始答題計(jì)時(shí)后滅搶答成功后氛圍燈循環(huán)閃爍兩次答題時(shí)間到或第二次按下答題計(jì)時(shí)按鈕進(jìn)入下一步，步號(hào)S20答題結(jié)束，氛圍燈閃爍，搶答燈再次亮根據(jù)答題情況進(jìn)行加分減分，并顯示在數(shù)碼管上，此處僅展示數(shù)字零的顯示和加減分原理。復(fù)位進(jìn)入下一題4.3仿真測(cè)試使用GTDesiner3仿真軟件進(jìn)行仿真測(cè)試。五．系統(tǒng)調(diào)試及心得體會(huì)5.1系統(tǒng)調(diào)試本課程設(shè)計(jì)采用了SFC的選擇分支，使結(jié)構(gòu)更加清晰，在功能的實(shí)現(xiàn)上也更加方便，主要要解決的問(wèn)題有以下幾方面。(1)在主持人按下?lián)尨鸢粹o后，10s內(nèi)的搶答情況。10s內(nèi)是否有人搶答是搶答是否繼續(xù)的關(guān)鍵。無(wú)人搶答則撤銷(xiāo)搶答信號(hào)，否則就繼續(xù)下面的環(huán)節(jié)。有人搶答則最先按下?lián)尨鸢粹o的信號(hào)有效，所以我們?cè)谶@個(gè)環(huán)節(jié)也需要設(shè)置三個(gè)搶答信號(hào)之間的優(yōu)先級(jí)。(2)賽場(chǎng)氛圍燈以及搶答桌上的指示燈的閃爍。對(duì)于這兩個(gè)要求，我們使用了特殊繼電器、下降沿脈沖、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位指令、轉(zhuǎn)移指令等互相配合實(shí)現(xiàn)。（3）積分?jǐn)?shù)碼管主要通過(guò)自加和自減指令實(shí)現(xiàn)。改進(jìn)設(shè)想：通過(guò)更加復(fù)雜的指令簡(jiǎn)化冗長(zhǎng)且重復(fù)的程序5.2設(shè)計(jì)心得通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我們很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去解決。我們也學(xué)習(xí)到了許多PLC程序上的重要指令，和梯形圖的編寫(xiě)方法。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們也遇到了許多困難，得到了老師的幫助和指導(dǎo)，經(jīng)過(guò)這段時(shí)間，在老師、同學(xué)的幫助下，在我們的不斷努力下，這次課程設(shè)