PLC声光智能抢答器设计.docx
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PLC声光智能抢答器设计
目录
摘要1
前言2
1PLC声光智能抢答器的概述3
1.1PLC声光智能抢答器简介3
1.2PLC声光智能抢答器工作原理3
2系统硬件设计4
2.1控制系统选取4
2.2控制系统的硬件组成4
2.3系统控制要求4
2.4系统硬件连接图5
3系统软件设计6
3.1软件选择6
3.2PLC声光智能抢答控制程序梯形图6
3.3控制系统I/O分配表9
4模拟运行与调试过程9
4.1程序模拟运行11
4.2程序的现场调试11
结论14
参考文献15
致谢16
PLC声光智能抢答器设计
摘要：
本论文通过对PLC应用技术的分析，设计了声光智能抢答器。
这次设计是选用SIMATICS7-200系列的CPU226和数字量扩展模块EM222作为设计的PLC，并利用PLC对六路声光抢答器进行控制。
其中详细的叙述了声光智能抢答器的硬件和软件的设计，并采用手动控制这种方式，让其具有方便灵活，维护使用方便等特点。
关键词：
智能抢答，声光显示，PLC，自动控制
前言
抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前使用的抢答器有点电路比较复杂不利于制作，可靠性低，实现起来困难。
随着电子技术的发展，应用系统像小型化，快速化，大容量，重轻量的方向发展。
PLC智能抢答器以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低、发展前景广阔、功能强大等优点，在国内市场占有绝对优势的市场份额并逐年成上升趋势。
而且PLC具有通用性强，使用性强，适用面广，可靠性高，抗干扰能力强，编程简单等特点，且以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和网络通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置，是将计算机技术应用于工业控制领域的新产品。
抢答器广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。
抢答器在竞赛中能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。
通过抢答器的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者。
如果对外部电路稍加修改，或者在系统程序中加入分支，可以把六路抢答器改为更多路的抢答器。
如果去除系统中的互锁和限时功能，可以把抢答器改为呼叫器，能够用在医院病房、宾馆客房、写字楼办公室、工厂生产车间等多种地方。
1PLC声光智能抢答器的概述
1.1PLC声光智能抢答器简介
知识竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。
随着社会科技技术的不断发展，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。
目前,形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位,它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性,在一定程度上丰富了人们的业余生活。
用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制方便，灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可改变竞赛抢答器的抢答方案。
1.2PLC声光智能抢答器的工作原理
我所设计的PLC智能抢答器是适合六人抢答的六路抢答器，现在以六路抢答器为例。
给竞赛主持人设置了3个控制按钮，用来控制开始、复位、停止，每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号（持续三秒）以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。
若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。
当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时（设定30秒）若30秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响，以示选手放弃该题。
在抢答成功后，主持人按下答题计时按钮，同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节，此设定为50秒，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。
其中以上功能都通过编制的PLC程序来控3个数码管和3个指示灯以及2个喇叭来实现。
模型图如图1综合示意图。
图1综合示意图
2系统硬件设计
2.1控制系统选取
PLC智能抢答器使用时涉及到抢答人员的公平、公正以及操作是否方便等问题，而且使用的环境可能是室内，所以对设备的安全性和可靠性要求很高，所以我选用S7-200系列的PLC。
因为S7-200系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。
由于其具有极高的性价比，在以下几方面都有优越的表现：
极高的可靠性、程序易于掌握，实时特性功能、编程语言指令丰富，操作简便，有丰富的扩展功能。
PLC声光智能抢答器的各种检测信号均为数字量，中小型抢答器系统用西门子S7-200系列就完全可以满足电气控制系统方面的要求。
2.2系统硬件的组成
PLC智能抢答器硬件主要有抢答台、PLC、连接线路、数码管等组成。
在抢答过程中主控单元的主要控制对象首先是显示组号和倒计时的数码管，控制系统就是使它们在不同的时间内显示不同的组号和时间；其次是PLC声光智能抢答器内的各种辅助装置，如：
指示灯及其各种安全设施等。
一般PLC声光智能抢答器选用按钮操作，界面清楚，易于操作。
其硬件组成结构图如图2实物模拟图
图2实物模拟图
2.3系统控制要求
1、抢答器可同时供6组以下选手参加比赛.
2、给竞赛主持人设置了3个控制按钮，用来控制开始、复位、停止.
3、每当主持人发出开始抢答指令后，哪组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号（持续三秒）以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。
4、违规抢答：
若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。
5、抢答限时：
当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时（设定30秒）若30秒限制到时仍无人抢答则黄灯亮音响电路发出声响，以示选手放弃该题。
6、答题限时：
在抢答成功后，主持人按下答题计时按钮，同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节，此设定为50秒，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。
2.4系统硬件连接图
系统要求和所需要的硬件，系统数字量输入点总计10个点，输出点总计30个点。
综合考虑到系统的性价比和系统的可扩展性，输入、输出点留出一定的富裕量，因此PLC选择SIEMENS的S7-200系列的CPU226继电器输出型和数字量扩展模块EM222。
输入、输出端子电气接线图如下图3件系统连接图
图3统硬件连接图
3系统软件设计
3.1软件选择
根据PLC声光智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。
所以选用SIMATICS7-200进行软件设计。
通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口。
该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。
在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时时间。
安全、可靠、省时、省力、价格便宜。
3.2PLC声光智能抢答器控制程序梯形图
PLC声光智能抢答器的控制的程序梯形图如图所示。
本程序简洁易懂、便于修改、使用性强、条理性强，具体如下图4梯形图
图4梯形图
3.3系统控制I/O分配表
1、PLC声光智能抢答器PLC控制系统的输入端口如表5所示
表5输入信号对照表
信号名称
外部元件
内部地址
信号名称
外部元件
内部地址
开始按钮
SB1
I0.0
5组按钮
SB6
I0.5
1组按钮
SB2
I0.1
6组按钮
SB7
I0.6
2组按钮
SB3
I0.2
停止按钮
SB8
I1.0
3组按钮
SB4
I0.3
复位按钮
SB9
I1.1
4组按钮
SB5
I0.4
倒计时开关
SB10
I1.3
2、PLC声光智能抢答器PLC控制系统的输出端口如表6输出信号对照表
表6输出信号对照表
信号名称
内部地址
信号名称
内部地址
1号数码管A
Q0.0
2号数码管H
Q2.7
1号数码管B
Q0.1
3号数码管A
Q3.0
1号数码管C
Q0.2
3号数码管B
Q3.1
1号数码管D
Q0.3
3号数码管C
Q3.2
1号数码管E
Q0.4
3号数码管D
Q3.3
1号数码管F
Q0.5
3号数码管E
Q3.4
1号数码管G
Q0.6
3号数码管F
Q3.5
1号数码管H
Q0.7
3号数码管G
Q3.6
2号数码管A
Q2.0
3号数码管H
Q3.7
2号数码管B
Q2.1
报警器
Q1.1
2号数码管C
Q2.2
喇叭1
Q1.2
2号数码管D
Q2.3
黄灯
Q1.3
2号数码管E
Q2.4
红灯
Q1.4
2号数码管F
Q2.5
喇叭2
Q1.5
2号数码管G
Q2.6
绿灯
Q1.6
4模拟运行与调试过程
4.1程序的模拟运行
将设计好的程序写入PLC后，首先要做的就是仔细检查程序，并改正写入时出现的错误。
用户程序一般先在实验室模拟调试，在调试时应充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。
发现问题后应及时修改梯形图和PLC中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。
如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。
在设计和模拟调试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。
4.2程序的现场调试
完成上述的工作后，就可以进行现场的调试工作立刻,首先将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中有可能将会显示出系统中原先可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。
如果调试达不到指标要求，则可以对相应硬件和软件部分设计作适当调整，通常只需要略微修改程序就可能出现实际效果。
全部调试通过后，再经过一段时间的实验，系统才可以投入到实际运用当中。
在调试过程中出现的问题：
1、在计算机上编程通过后，程序无法下载，经过认真检查后，发现内存没有初始化，对内存进行清理后，下载程序进行调试。
2、在刚开始调试检验的时候发现程序一直无法通过，最后发现我在编写程序时误把程序中的数字0改成英文o
3、在载入程序后，发现数码管不亮，经过认真检测后，发现数码管和电源之间未连成回路，连接后数码管正常显示。
4、编译成功后，在模拟实验调试时，按下启动按钮I1.0运行后发现抢答器显示灯不能正常发光，有时会出现同时亮的现象，经过认真检测后发现是程序中没有添加中间继电器自锁功能所致，程序经修改后回复正常。
下面为未修改前程序如图7自锁错误电路后程序如图8自锁正确电路。
图7自锁错误电路
图8自锁正确电路。
5、下面这个错误是这样的，在运行时发现倒计时程序运行时，做倒计时显示的数码管在倒计时结后总停在49而不是00，经过认真检测后，发现是将计算器放在倒计时程序之后而PLC微机是从上到下扫描所造成的，将两程序位置调换后恢复正常。
6、另外一个错误是在运行时，第一轮抢答时倒计时运行良好，复位后再度抢答时倒计时出现混乱，经过认真检测后，发现是倒计时程序缺少复位按钮所致，添加后程序运行正常。
下面为未修改前程序如图9按钮错误电路修改后程序如图10按钮正确电路。
图9按钮错误电路
图10按钮正确电路。
由于受实验设备条件的限制，本次设计只在实验室进行了模拟实验调试，没有把整个设计技术运用到实际当中。
结论
通过学习PLC的设计,更加了解可编程控制器的构造及应用延伸。
并以PLC电气控制为基础，通过对声光抢答器的功能进行分析，制定出了具体的设计方案和设计步骤。
文中分析了声光抢答器的基本功能，运行环境以及工作过程，介绍了硬件软件的知识，重点放在PLC的编程指令在控制声光抢答器复杂运作中的实际运用。
在整体设计过程中按照“提出问题，分析问题，解决问题”的主导思想，对整个系统的设计工作做出了细致的阐述。
通过论文设计，使我对PLC控制系统的知识有了更深层次的认识，同时，在论文设计中通过查阅文献，搜集资料，综合分析等方面的训练，使我综合运用了个方面知识，分析解决实际问题的能力也得到了很大提高。
在具体设计中，通过老师和同学的帮主和自己的不断探索，掌握了不少工程设计方法，同时也培养了自己的工程设计思想，为以后的实际工作打下了一定的基础。
参考文献
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致谢
这次毕业设计得到了很多人的帮助，其中孔庆玲老生意关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我首先想到的就是向她寻求帮助。
另外，他严谨的作风使我的论文即使在谨小细微处也给予了纠正，让我的论文无论是结构还是内容变得更加公整、紧凑，感谢孔老师对我的悉心指导。
感谢校方给予我这样一次机会，能够独立地完成这样一个设计，作为检验这些年来学习的成果,在这个过程当中，学校给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。
再一次对我的母校表示感谢。
感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。
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