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沈阳航空航天大学
课程设计
（论文）
题目四人抢答控制器的PLC实现
班级94070201
学号2009040702019
学生姓名朴海涛
指导教师王昱
四人抢答控制器的PLC实现
朴海涛沈阳航空航天大学自动化学院
摘要：
本次课程设计是利用PLC（ProgrammableLogicController）对四路抢答器进行控制。
首先，选择这个题目之后，我对本次设计进行了全面的思考，使自己对本次设计有一个大致的总体思路，然后仔细分析PLC控制的四路抢答器的工作原理，以及它的一些工作过程，分析后得出它主要需要完成主持人的控制、选手的抢答、报警、计时及输出、任意一组抢先按下按键后，显示该组对应的指示号码并使蜂鸣器（或灯亮）3s，同时需锁住抢答器，使其他组按键无效，按复位开关可重新进行抢答。
【关键词】：
PLC四路抢答器信号灯
0.前言
随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。
而实用的抢答器这一种产品又是各个竞赛类活动或者各种竞技类节目等场合所必不可少的一种辅助设备，随着社会经济的发展，各类选秀、比赛、智力竞赛等越来越多，在需求量增加的前提下，对于抢答器这一辅助设备的功能要求也越来越多。
目前市场上的大多数的所谓智能抢答器多是早期设计型号，功能不全，大多只是带有抢答锁定的单一功能。
而目前最近采用的一批抢答器型号，技术上也是越来越成熟，一般采用模拟电路或者数字电路控制，或者是模数结合的控制形式。
目前比较先进的抢答器一般都具有倒计时、定时、自动（手动）复位、报警（有以音乐、蜂鸣声、钟表滴答声等等来体现）、屏幕显示、按键发光等多种复合功能。
而我们都知道越是功能繁杂，工艺要求越是高，成本高，损坏检修难度也相对比较困难。
基于市场上抢答器的这一情况，要想改变这样的一个现状，必须化繁为简，节约成本，提高准确率，而以PLC作为其核心部件来进行逻辑控制及信号的产生，用PLC这一手段来达到最快最准最简单的目的。
1.可编程控制器PLC的概况
1.1PLC的定义
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
1.2PLC的特点
可编程控制器之所以能够高速发展，除了顺应工业自动化的客观需要外，还由于其具有很多适合工业控制的独特优点，能较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，其主要特点如下：
1．可靠性高，抗干扰能力强
2．编程简单，操作简单
3．系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便
4．体积小,能耗低
1.3PLC的硬件与软件
1.3.1PLC的硬件构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
CPU的构成：
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
I/O模块：
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
开关量是指只有开和关（1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。
模拟量：
按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
电源模块：
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源输入类型有：
交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。
1.3.2PLC的软件构成
（1）系统软件
系统软件包含三个部分：
系统管理程序；用户指令解释程序；标准程序模块及其调用程序。
（2）用户程序
用户程序即是应用程序，使PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。
根据不同的控制要求编制不同的程序，这相当于改变PLC的用途，相当于继电器控制设备的硬接线线路，也正是所谓“可编程”一词的基本含义。
2.控制系统的任务要求及设计思路
2.1抢答器功能的介绍
抢答器，多数用于比赛，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，它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。
2.2任务要求
①设计四路抢答器，采取PLC控制的方式。
②使用组态王软件完成上位机监控画面的开发
③要求有定时及数码显现装置，抢答时间和答题时间到自动发出信号。
④若有人违规抢答则报警。
2.3控制要求
⑴四路抢答器即能使4位参赛队员同时参加抢答。
⑵设主持人为裁判台，参赛队员为参赛台。
主持人有裁判灯，并且设有裁判台开始按钮SB1和复位按钮SB2；参赛台设有参赛队员抢答按钮、参赛台灯以及数码显示管，1-4号参赛台分别对应按钮SB3-SB6及参赛台信号灯EL1-EL4，当其中一位选手抢答成功，对应的信号灯亮并显示号码。
⑶知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则：
出题后，各队员抢答必须在主持人说出“开始”并按下裁判台的开始按钮SB1后15S内抢答。
（若有选手在主持人未按下开始按钮就开始抢答则报警）15S时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。
在有队抢答的情况下，则抢答器发出“抢答”信号，抢到题的队必须在30S内答完题，如30S内未答完，则作超时违规处理，扬声器发出超时信号，答题结束。
⑷信号灯、扬声器信号的意义如下：
①主持人开始灯亮，过15秒，扬声器响，无人抢答。
②主持人开始灯亮，由某参赛队正常抢答，答题时间开始，队员答出，主持人按复位开关，准备下一轮。
③主持人开始灯亮，某台灯亮，由某参赛队正常抢答，抢答时间过，没答出，扬声器响，答题结束，主持人按复位开关，准备下一轮。
⑸在某个题结束后，主持人按下台上的复位按钮SB2，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答作好准备。
⑹若主持人未按下开始按钮时有参赛选手按则表示抢答，系统报警。
2.4控制系统流程图
流程图如图1所示
图1控制系统流程图
2.5控制系统外部接线图
外部接线图如图2所示
图2控制系统外部接线图
3.组态王软件的介绍及上位机监控画面的开发
3.1组态软件的介绍
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
3.2抢答器的组态监控画面
组态监控画面如图3所示
图3组态监控画面
4.系统的调试及结果显示
4.1当主持人开始灯亮，过15秒，无人抢答灯亮，如图4所示
图4无人抢答
4.2当主持人未按开始按钮，有人违规抢答，则系统报警灯亮，如图5所示
图5违规抢答
4.3当主持人按下开始按钮，有选手抢答成功，并在规定时间内答完题目，主持人按复位键进行下一轮答题，如图6所示
图6正常抢答
4.4当主持人按下开始按钮，有选手抢答，但是在规定的时间内未答完题目，答题结束灯亮，主持人按下复位键进行下一轮答题，如图7所示
图7未完成答题
5．I/O分配表
根据控制要求，做出四路抢答器I/O口分配表如图8所示
输入信号
输出信号
名称
输入
名称
输出
主持人启动按钮
I0.0
主持人灯
Q0.0
主持人复位按钮
I1.0
1号选手灯
Q0.1
1号选手按钮
I0.1
2号选手灯
Q0.2
2号选手按钮
I0.2
3号选手灯
Q0.3
3号选手按钮
I0.3
4号选手灯
Q0.4
4号选手按钮
I0.4
无人抢答灯
Q0.5
答题结束灯
Q0.6
报警灯
Q0.7
a
Q2.0
b
Q2.1
c
Q2.2
d
Q2.3
e
Q2.4
f
Q2.5
g
Q2.6
图8I/O口分配表图
6．系统梯形图
6.1当主持人按下开始按钮I0.0后，15秒内无人抢答，Q0.5无人抢答灯亮，则对应的梯形图程序段如图9所示
图9无人抢答程序段
6.2当主持人按下开始按钮I0.0后，有选手抢答，并在规定的时间内完成答题，主持人按下复位按钮I1.0进行下一轮答题，则对应的梯形图程序段如图10所示
图10正常抢答程序段
6.3当主持人按下开始按钮I0.0后，有选手在规定时间内抢答，但是未在规定时间内答完题目，答题结束灯灯Q0.6亮，主持人按下复位按钮I1.0进行下一轮答题，程序段如图11所示
图11未完成答题
6.4当主持人未按下开始按钮，有选手抢答，则属违规抢答，报警灯Q0.7亮，主持人按下复位恢复抢答，则对应的程序段如图12所示
图12违规抢答
6.5数码管指示灯对应的程序段如图13所示
图13数码管显示灯程序
7.参考文献[1]谢克明，夏路易.可编程控制器原理和程序设计.北京：
电子工业出版社，2006[2]鲁远栋.PLC机电控制系统应用设计技术.北京：
电子工业出版社，2006[3]邓星钟.机电传动控制（第三版）.武汉：
华中科技大学出版社，2001[4]廖常初.可编程序控制器应用技术（第三版）.重庆：
重庆大学出版社，1998[5]张万忠.可编程序控制器入门及应用实例.北京：
中国电力出版社，2005
总结
本次课设历时两周，最终在老师和同学的帮助下完成了本次课程设计的内容，由于自己知识的缺乏及能力的有限，仍没有能够实现带有扬声器功能我只是用一个指示灯来补充与完善。
但是通过这次的软件和硬件上的调试、仿真，我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。
在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，做课程设计时，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高。
在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。
但整个设计通过的软件本身理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以课程设计中我运用了组态王软件来仿真，希望可以起到一定的弥补作用。
此外有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。
但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。
在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。
而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！
同时本次课程设计也有不足之处，缺少了答题计分等功能，我将会在以后的学习中继续学习！
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