课程设计任务书三路抢答器的plc控制.docx
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课程设计任务书三路抢答器的plc控制
佛山科学技术学院
课程设计任务书
电气工程及其自动化专业13年级2班付琴芳
一、设计题目
三路抢答器的PLC控制
二、主要内容
该抢答器作为智力竞赛的评判装置，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、具体要求
1.主持人提出问题并按下启动按钮（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.主持人提出问题并按下启动按钮（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、音响的安排及注意事项见课程设计指导书。
在上述具体的要求下，完成硬件电路的制作和接线，PLC控制程序的设计及联机调试，直至满足要求。
四、进度安排
1.理解课程设计内容及设计要求，查阅资料（第一周的星期一）。
2.PLC外围硬件电路的制作和接线，构思设计方案（第一周的星期二至星期三）。
3.PLC控制程序设计、程序调试及系统的总体调试，撰写课程设计报告（第一周的星期四至第二周星期四）。
4.课程设计答辩、批改设计报告，登载成绩（第二周星期五）。
五、完成后应上交的材料
PLC外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。
六、总评成绩
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日
1.前言………………………………………………………………4
2.设计任务和要求…………………………………………………5
任务描述………………………………………………………5
设计任务及要求……………………………………………….6
3.硬软件设计方案选择……………………………………………..7
硬件I/O地址分配....................................8
方案选择………………………………………………………9
控制系统的硬件组成……………………………………….13
4抢答器软件系统设计…………………………………………..14
软件流程图的设计………………………………………….14
PLC控制程序的设计………………………………………..16
4.2.1主持人开始复位初始化…………………………………16
4.2.2抢答前计时………………………………………………17
4.2.3抢答总台绿灯亮…………………………………………17
4.2.4违规抢答红灯亮…………………………………………18
4.2.5总台音响…………………………………………………19
4.2.6抢答标志…………………………………………………19
4.2.7加减分程序………………………………………………20
4.2.8各位选手的分数显示…………………………………..22
4.2.9复位………………………………………………………23
抢答总程序………………………………………………….24
5调试中的遇到的问题……………………………………………24
6设计体会………………………………………………………..25
7参考文献………………………………………………………..26
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
控制器组成框图图2-1
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。
硬件I/O地址分配如下表1
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
表1
硬件I/O接线图如下图
硬件I/O接线图
方案提示
（1）抢答器抢答部分控制程序可用基本指令编程，也可用步进指令完成。
（2）指示灯和音响输出，可用PLC的输出指令直接接通。
（3）抢答者的得分情况通过数码显示，显示电路如下图，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。
如下图3-2-1
电路板图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：
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
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
9
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
熄灭
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
熄灭
1
1
1
X
X
X
X
锁 存
熄灭
表2CD4511的真值表
（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。
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，其硬件组成结构图3-3为：
硬件组成结构图3-3
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所示，选手显示分数刷新程序流程图如图4-2所示：
刷新程序流程图4-2
分值）
PLC控制程序的设计
4.2.1主持人开始复位初始化，如下图4-2-1
是初始化程序，每个选手的初始分数是0
图4-2-1
4.2.2抢答前计时
没有选手抢答，10s后复位重新开始.如下图4-2-2
图4-2-2
4.2.3抢答总台绿灯亮
有10s后无人应答，M1得电自锁，控制台绿灯亮2s，M7,M8,M9~,应答计时50s后，M9继电器后失电，后又得电，T6,T8组合的1s震荡周期，使灯闪烁10s后，~得电断开。
（M200,M12,M13）如图4-2-3
（1）所示：
图4-2-3
（1）
答题过程，控制台灯绿亮，M8为控制台绿灯亮50s（T3k500）继电器，50s后控制台绿灯闪烁（T7K100）如下图4-2-3
（2）
4-2-3
（2）
4.2.4违规抢答灯亮
在主持人没有按下抢答按钮情况下抢答，相应继电器得电，总台红灯亮，如下图4-2-4所示
图4-2-4
4.2.5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。
如下图4-2-5
图4-2-5
4.2.6抢答标志
M200为~~继电器，M3,M4,M5分别为各位选手抢答继电器，有其中一位选手按下抢答开关，相应的继电器常开得电，形成自锁，常闭失电，其他选手抢答无效。
如下图4-2-6所示：
图4-2-6
4.2.7加减分程序
1）初值的设置
接通电源，把寄存器D0/D2/D4的初值传至k1M100中间继电器，如图4-2-7
（1）所示。
图4-2-7
（1）
2）正规抢答加减分及最高最低分控制
按下加分（X5）、减分（X6），借助抢答选手的灯亮M3、M4、M5的自锁，有脉冲信号分别让对应的选手分别加减分，并且利用区间比较指令ZCP控制最高分（不得高于k95）、最低分（不得低于k0）。
如图4-2-7
（2）所示
图4-2-7
（2）
3）违规减分
有人抢答违规，按下违规减分按钮，利用区间比较指令ZCP控制分数各位数大于零，M21继电器得电继而对违规抢答的分数减5分，若个位数等于零，M22继电器得电从而十位减一，而同时将个位数置为5。
如图4-2-7（3）所示
图4-2-7（3）
4.2.8各位选手的分数显示（以显示选手一的分数显示为例）
分数显示刷新程序流程图步骤执行，如图4-2-8所示
图4-2-8
4.2.9复位
在按下正确抢答和违规抢答按钮后其相应继电器得电而常开接通，继电器M210得电，按下复位按钮，系统复位.如图4-2-9所示：
图4-2-9
抢答器总程序
根据上面的基本环节，和硬件答辩老师指出的问题，设计的三路智力抢答的总程序如附录所示。
5．调试中遇到的问题
调试终于到的问题是非常多的，举例我遇到的三个问题：
双线圈输出错误；梯形图编排不合理，使程序步数复杂化、扫描周期延长；没有进行互锁处理导致的不正常，由于我的起步是分段手写到稿子上，再重新设计总的程序，再到电脑上编辑程序，这其中就难免程序参数的输入错误，而这影响可大可小，就在20周的星期三，由于我感觉最正确的显示模块，在显示3号选手分数时候。
我把个位数指令MOVK1M400K1Y000错误写成MOVK400K1Y000，这是致命的错误，会在刷新3号选手分数时候导致个位数全部置零。
仅仅因为这个错误，我调试了一个早上和一个下午，不得不得重新检查整个程序是否有错误置零，看到最后几行，恍然大悟，终于找到问题所在。
6设计体会
回忆这两周“三路抢答器的PLC控制”的课程设计，虽然辛苦却是无比的充实，它使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC它们的理解，并对PLC产生了浓厚的兴趣，但是我也深深的知道自己的不足之处，比如说对应用指令的不熟悉，加深了我的程序复杂程度。
但在学习过程中不能想通的问题，在PLC调试过程中，终于得以解决。
可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额拓宽作用，对培养既具有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才必不可少。
在这次的课程中，我切实了解到PLC在工业控制中的作用，它能使人的控制转变成电脑的控制，大大地降低了产品的成本和提高生产效率。
从一开头脑非常朦胧，不知所措，但是在华路光老师的指导和组员和同学帮助下，我一步步进入状态，从最基本的选手抢答时候LED灯的点亮开始，到选手间的抢答封锁入门，逐渐地学会用辅助继电器来为下一步操作响应进行控制，到各部分程序的紧密相连，组合成一个相互联系制约的整体。
这其中的成就感是非常的强烈的，看到做出的产品，这两周的辛苦也忘记了，学到的东西得到了实践应用，我相信这将是我以后最宝贵的经验。
7参考文献
1.《电气控制与PLC课程设计指导书》华路光方清城编
佛山科学技术学院机电与信息工程学院自动化系
2.《PLC实验指导书》佛山科学技术学院出版
3．《电气控制与可编程序控制器技术》史国生主编化学工业出版社
致谢
感谢华路光老师的辛劳指导，感谢老师的严格要求让我学到了书本学不到的东西。
同时，感谢组员和同学的问题解答以及照顾，在这几天的实习过程中，感觉到理论上可行的不一定经得起实际的考验，在编程时应该注重实际的硬件可能会发生的种种情况。
特别的在数码管显示上调试了很长时间，最终在锁存时间上合理的给予间隔才解决。
这次我的课程设计的完成离不开你们的指导、解答以及帮助，谢谢您们！
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