三路抢答器PLC控制课程设计.docx
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三路抢答器PLC控制课程设计
1前言
目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。
对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。
但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有。
而对于科技飞速发展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。
传统的普通抢答器主要存在一下缺点：
1在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。
2当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。
对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。
普通抢答器存在不公平性。
3当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个违规者。
因而出现了“漏洞”。
可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。
现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。
PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。
2设计任务和要求
2.1任务描述：
该抢答器作为智力竞赛的品判装置，根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其答题正确、错误及违规，在主持人的操作下，对答题者所显示的分数值进行加分、减分或违规扣分。
三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，在允许抢答的情况下最先按下按钮有效，在此以后按下的按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。
如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。
该控制器组成框图如图2-1-1所示。
图2-1-1
2.2设计任务和要求
1.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。
2.主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。
3.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。
4.主持人按下计时按钮，开始计时。
答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。
5.抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。
6.答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。
答题过程中灯光、音响的安排机注意事项如下：
抢答有效：
抢答者灯亮、控制台绿灯亮机声响。
10s无人应答：
声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。
违规：
违规者灯亮，控制台红灯（hl5）亮机声响。
答题过程：
抢答者灯亮，控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。
答题时间到：
抢答者灯亮，控制台绿灯亮机声响。
按加分按钮加10分，按减分按钮减10分，按违规按钮减5分，最高分90分（违规情况下最高分为95分），最低分0分。
声响时间为1s。
3硬软件设计方案选择
根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。
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，一般的PLC配置都可运行。
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自动操作。
安全、可靠、省时、省力、价格便宜。
3.1硬件I/O地址分配
表1三路智力抢答器输入输出口分配表
输入信号
输出信号
输入设备/符号
PLC输入点
输出设备/符号
PLC输出点
主持人复位/停止开关SB0
X0
1号台指示灯HL1
Y12
第1号抢答按钮（SB1）
X1
2号台指示灯HL2
Y13
第2号抢答按钮（SB2）
X2
3号台指示灯HL3
Y14
第3号抢答按钮（SB3）
X3
控制台绿灯HL4
Y15
主持人按抢答开始按钮（SB4）
X4
控制台违规指示灯HL5（红灯）
Y16
主持人加分按钮（SB5）
X5
蜂鸣器
Y17
主持人减分按钮（SB6）
X6
显示电路板
Y0~Y11
计时按钮（SB7）
X7
违规按钮（SB8）
X10
3.2方案选择
（1）I/O接口分别为9个输入继电器X,17个输出继电器Y.和20%的裕量，所以选择三菱PLC的FX2N-48MR系列。
（2）抢答器开始部分控制程序可用基本指令编程，也可采用步进指令来完成。
图3-2-1显示电路
（3）抢答者的得分情况通过数码显示，显示电路如下图3-2-1，显示电路板自制，开采用传送、比较、移位和BCD等应用指令与基本指令组合编程来完成。
图3-2-1
（4）显示线路简介
本显示电路主要有CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成，将CD4511的A、B、C、D断输入BCD码、锁存和驱动，一十进制数在七段显示数码管中显示。
CD4511为一锁存/译码/驱动三合一译码器，其管脚如图3-2所示
主要端子介绍如下：
a）锁存部分有死未存储电路LE：
锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出，随A~D变化。
LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。
b）消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。
c）输出驱动部分是具有较大电流输出的NPN双极型晶体管，当推动LED数字显示器件时，一定要加限流电阻，限流电阻约为200Ω，由等测试输入端LT，可测试数码管的显示七段。
当LT=“1”时，显示数8，几个段均亮。
d）当输入的BCD大雨1001时，七段显示输出全为“0”，数码管熄火。
CD4511真值表如表2：
表2CD4511的真值表
输 入
输 出
LE
BI
LI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
2
0
0
1
3
0
1
1
4
0
1
1
5
1
1
1
6
0
0
0
7
1
1
1
8
0
1
1
9
0
0
0
熄灭
0
0
0
熄灭
0
0
0
熄灭
0
0
0
熄灭
0
0
0
熄灭
0
0
熄灭
1
1
1
X
X
X
X
锁 存
熄灭
（5）显示原理简介
本显示电路采用静态方式显示，按照时间段分别把十位、个位送到各自的CD4511译码器中，CD4511的锁存器保持所送的数据，通过其输出端驱动各自的数码管，使所送的数据在数码管中显示。
PLC的输出步骤要求如下：
1）将所送的数据转换成BCD码。
2）先将所送的十位数值加到显示十位数的CD4511的A、B、C、D端，同时是该CD4511的LE端为低电平，显示个位数的CD4511的LE端为高电平。
3）在没有送个位数之前，再使显示十位数的CD4511的LE端为高电平，锁存送入的数据。
4）将所送的个位数值加到显示个位数的CD4511的A、B、C、D端，同时是该CD4511的LE端为低电平，显示个位数的CD4511的LE端为高电平。
5）再使显示十位数的CD4511的LE端为高电平，锁存送入的数据。
至此一个显示周期完成。
3.3控制系统的硬件组成
在抢答器的工作过程中，主控单元的主要控制对象首先是输入信号，控制系统就是判别这个事件有没有发生，不同的情况给出不同的结果，让大家都很快明白。
其硬件组成结构图如图3-3-1所示:
3.4硬件系统接线图
根据题目要求和I/O地址分配，结合FX3U-32MR的PLC外部系统输入接线图如图3-4-1所示。
（注：
输出如显示电路图3-2-1）
图3-4-1
4抢答器软件系统设计
4.1软件流程图的设计
根据设计任务以及硬件设计的要求，现软件主流程图的设计如图4-1-1所示，选手显示分数刷新程序流程图如图4-1-2所示。
图4-1-1软件主流程图（注：
Dn为选手总分值）
4.2PLC控制程序的设计
4.2.1主持人开始复位初始化
电源接通后，继电器M50—M80区间初始化。
其中，X0为复位按钮，T1为10s无人抢答绿灯亮2s后自动复位定时器，如图4-2-1。
图4-2-1
4.2.2三组抢答者抢答程序
M1为抢答辅助继电器，M10作抢答封锁用，T0作用为抢答时间继电器（详见下面程序），应答时间10s到，抢答无效。
有选手按下抢答开关，M10常开得点，形成自锁，常闭失电，其他选手抢答无效，如下图4-2-2所示。
（续下图）
图4.2.2
4.2.3计时时间程序
如下图4-2-3所示，T0为10s限时定时器，10s到，T0接通，停止抢答，选手按下抢答按钮无效；按下计时开关SB7，X007得电，M2自锁，50s后T3得电，T4和T5相继得电失电0.5s构成1s周期的振荡电路，振荡10s后1min时间到。
（声光空见总台声光控制）
图4-2-3
4.2.4抢答总台灯光
有人抢答，M10得电自锁，总台绿灯Y15亮，应答计时50s后，T3得电，T3常闭断开，0.5s后T5得电，0.5s后T5失电，T4、T5组合的1s震荡周期，使灯闪烁10s后，随T2的得电断开。
如下图4-2-4所示。
图4-2-4
4.2.5违规抢答灯光
在主持人没有按下抢答按钮情况下抢答，M10得电，总台红灯亮，反之，主持人按下抢答按钮，M1常闭失电，抢答辅助继电器M10不影响Y16的亮灭，如下图4-2-5所示。
图4-2-5
4.2.6总台音响
从上到下分别是：
开始、抢答、抢答过时、违规、应答时间到声响1s。
T6与自锁Y17控制声响时间。
如下图4-2-6.
图4-
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