基于plc的8人抢答器设计

学号：**********
控制技术课程设计报告
题目：抢答器PLC控制系统设计
学院(系)：机械与电子工程学院
专业年级：机电143
学生姓名：***
指导教师：刘利王转卫
完成日期：2017年7月10日
目录
1、设计目的及要求 (1)
1.1 设计的目的 (1)
1.2 课程设计的任务要求 (1)
2、设计方案 (1)
2.1整体功能介绍 (1)
2.2基本原理框图 (2)
2.3整体流程设计 (2)
2.4系统所用元器件 (4)
2.5 PLC的选型 (4)
2.6 外部接线设计 (5)
3、程序设计 (6)
4、系统调试及分析 (9)
4.1抢答举例 (9)
4.2程序的组态仿真 (10)
5、设计心得体会 (12)
参考文献 (13)
附录： (14)
1、设计目的及要求
1.1 设计的目的
（1）结合实际抢答器的工作情况，设计抢答器信号控制原理设计，掌握复杂情况下抢答器定时及减数功能的实现。

（2）进一步熟悉控制系统设计中元器件选型，及组态环境下控制系统仿真与调试，掌握控制系统原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计。

（3）提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。

1.2 课程设计的任务要求
（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛分别用8个按钮S0~S7表示。

（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

（3）抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

（4）抢答器具有定时抢答功能，，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。

当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声音，声响持续的时间0.5秒左右。

（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

（6）如果定时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

2、设计方案
2.1整体功能介绍
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，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基本原理框图
本系统利用PLC作为系统的核心控制部件，配合报警灯，数码管，定时器等原件的基本原理框图如图1所示。

显示器显示所剩时间
SB1~SB10PLC
报警灯L1~L3
数码管显示
抢答选手号码
图1 基本原理框图
2.3整体流程设计
主持人先按下抢答开始按钮，显示器开始显示倒计时（假设设定为50秒）同时扬声器发出声响（用报警指示灯1亮代替扬声器）提示开始抢答。

在抢答的有效时间内，若有选手按下了抢答按钮，则此选手的编号将被锁存并在LED数码管上显示出来，同时扬声器发出报警声响提示（用报警灯2亮代替扬声器）。

选手抢答实行优先锁存，其余选手抢答无效，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

如果参赛选手在指定的时间内没有进行抢答，即显示上的倒计时为0时，本次抢答无效，系统报警（用报警灯3亮来代替报警）并禁止抢答。

设计流程如下图2所示。

图2 系统整体流程图
2.4系统所用元器件
元器件名称 数量 报警灯 3 按钮开关 10 定时继电器 4 七段数码管 3 导线
若干
七段数码管采用如图3所示的方式工作。

其中显示器b 、c 亮显示数字1；A 、B 、D 、E 、G 亮显示数字2；A 、B 、C 、D 、G 亮显示数字3；B 、C 、F 、G 亮显示数字4；A 、B 、D 、F 、G 亮显示数字5；A 、C 、D 、E 、F 、G 亮显示数字6；A 、C 亮显示数字7；A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 亮显示数字8。

竞赛抢答器有10个输入信号（即10个按钮），10个输出信号（即7个灯管信号、3个指示灯数码管输出信号）。

由上可知PLC 共有：10个输入点，10个输出点。

2.5 PLC 的选型
抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。

为此，我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。

可编程控制器（PLC ）是由工业微型计算机、输入,输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征。

A B C D
E F G 表1 本系统所用的元器件
图3 七段数码管图形
经过分析，根据系统的控制要求，对抢答器的输入输出端口的数量进行分析，从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，并确定PLC的I/O点数，以及价格、可靠性等的考虑，最终选择FX2N-48MR。

2.6 外部接线设计
PLC的I/O地址分配
输入端口抢答按钮1X0抢答按钮2X1抢答按钮3X2抢答按钮4X3抢答按钮5X4抢答按钮6X5抢答按钮7X6抢答按钮8X7复位按钮X10开始抢答按钮X11
输出端口
数码管显示A Y0
数码管显示B Y1
数码管显示C Y2
数码管显示D Y3
数码管显示E Y4
数码管显示F Y5
数码管显示G Y6
报警灯1Y7
报警灯2Y10
报警灯3Y11
抢答器通过PLC进行按控制要求编程，其主要的输入就是通过裁判员和参
赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心（PLC），PLC将根据信号作出相应的响应。

硬件接线图如图4所示。

表2 PLC的I/O口地址分配
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10
Y11
COM
X0 X1X2X3X4X5X6X7X10
X11COM
C1
SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9SB10
A B C D E F G L1
L2L3
3、程序设计
部分梯形图设计及分析：
如图5所示，为抢答器启动、开始计时的程序。

当X011闭合时定时计时器开始计时，M10用来对其自锁。

M9在选手抢答时断开定时继电器，使得定时显示保持不变。

M0用来控制倒计时，并使得倒计时和其他时间设置一致。

图4 PLC 外部接线图
图5 启动程序
如图6所示，为抢答器每一秒的定时程序。

图6 定时1秒程序
如图7所示，为每过1秒减时1秒的程序，并在开始时报警灯1闪烁。

图7 减时的程序设计
如图8所示，为当定时时间到，无人抢答，则报警灯2闪烁，并且切断子程序。

子程序为8个人抢答，显示抢答人的编号，并自锁，不得再有其他人抢答。

图8 抢答调用显示程序
如图9所示，为复位的程序，按下X10所以的程序复位，并且主程序结束。

图9 复位程序
如图10所示，为按下X0，即1号选手抢答时其他选手不能抢答的程序。

如图11所示，为任何一个选手按下抢答按钮，则报警灯3亮，并且由M9
来确定是是否停止倒计时。

如图12所示，为当2号抢答时的一个程序。

如图13
所示为有人抢答时，报警灯3亮，并且定时报警灯亮的时间。

图10 抢答程序
图11 抢答报警程序
图12 抢答程序
4、系统调试及分析
4.1抢答调试分析
如图14~16所示，分别为定时器减数的测试，组态时间显示，组态抢答选手序号的显示。

为了检验减数显示是否正确，通过仿真来检验程序是否正确，仿真时暂时用二进制来显示数值的变化，之后用组态软件演示再用十进制数来表示如上图14。

仿真用Y20~Y23表示二进制个位数，用Y24~Y27 表示二进制十位数，如上图15所示。

开始时打算用两组相同的时间，一组用来控制和表示十位的数值
图13 计时时间到报警程序
图14仿真输出
图15 组态输出显示
图16 数码管显示编号
变化，一组用来控制和表示个位的数值变化，但是在仿真的过程中，发现个位数和十位数的定时时间相差越来越大，往往个位还没有减到零，十位就开始变化。

主要原因是因为两组定时时间虽然相同，但是程序在执行的过程中由于命令的不同执行时间发生了变化。

最后采用一组数据，然后分别放置在Y20~Y23和Y24~Y27才解决了这个问题。

组态软件仿真时，不用转换为二进制直接显示出数值的倒计时如图16。

抢答按钮设计时，在开始时忽略了开始按钮的自锁功能，经过对抢答器功能的分析和理解，认为抢答按钮不是开关类型的，必须要进行自锁。

在最后结束程序时，应该对所有的程序进行复位。

仿真时用Y0~Y6灯的亮灭表示所抢答选手的编号如图14所示。

最终组态显示的如图16所示。

4.2程序的组态仿真
由于试验箱没有数值的显示，为了表示出抢答选手的编号和显示倒计时的时间，选用组态仿真来模拟组抢答的过程。

如图17所示，当按下抢答按钮时，报警器1报警，为了使得报警显示更加明显，报警器由指示灯的闪烁来表示，并且由于是闪烁0.5秒不够明显，所以用5秒闪烁来表示。

图17 抢答开始显示
当选手按下抢答的按钮，则报警器2闪烁，并且在数码管上显示所抢答选手的编号，并且抢答的倒计时不在变化，如图18所示。

当定时时间到，并且在抢答的时间内没有选手抢答，则报警灯3闪烁，倒计时显示的时间显示为0，如图19所示。

图18 选手抢答显示
图19 抢答时间到
5、设计心得体会
通过这两个星期的PLC的课程设计，感觉自己的收获很多。

经过多次的调试，不断的修改程序，调整设计思路，不断的仿真去查找自己的问题，最终成功的仿真和用组态软件实现了所以的功能。

在此次课程设计的过程中遇到了各种各样的问题。

刚开始，对于设计思路不是很清楚，用一个下午去设计顺序控制图。

但是，抢答器不适合用顺序控制，因为抢答器是所以同步进行抢答的，没有优先顺序，顺序控制需要并行很多的控制条件。

而在设计的过程中，每位选手的抢答是同步的，并且不是相互独立的，只要有一位选手按下了按钮，那么其他选手又不能进行抢答，所以如果程序的控制是单独对每一位选手进行设计不但会显得程序太过复杂，而且由于选手的抢答之间是有相互干扰的，这样设计很难实现任务的完成。

在请教过老师后，最终决定使用经验法并且使用起保停电路，并且使用子程序的调用。

子程序为8路抢答的程序，这样显得程序比较清楚，而且使得主程序可以直接控制各位选手抢答电路，简化了电路。

在之后的设计中又遇到无法复位，定时器显示的时间混乱等问题。

之前通过参考网上的设计思路去设计减时显示的程序，但最终发现，用两个地址和两组数据来分别记录十位和个位数值是很不准确的，很容易使得两组数据由于程序的不同使得计在计时时间内发生变化。

这次的课程设计从硬件接线、设备运行模式到软件编程和程序调试都有不同的问题出现。

我们利用现有的资源，向老师请教，向同学询问，包括上网查询资料等，这些大大帮助了我们，但是还是走了很多弯路。

我发现，即使平时的理论知识有了比较充分的准备，但是在实际接触到后却发现还是有很多的困难。

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，尤其是在进行组态仿真的时候费力很大的功夫，不过通过自己的不断学习与复习，最终完成的持此课程设计。

我认为这次的课程设计，使我在各方面都有了很大的提高。

之前，很少使用计算机进行软件的学习和使用，这次通过学习，在一定的程度上使我对软件的学习有一定程度的提高。

还有在知识方面，有了更深入的理解，对一些之前没有注意到的，或者不知道的程序功能有了更深入的学习和实践操作，比如DEC、MOV、ZRST等指令。

总之，这次PLC实训真的给我很多的收获，给我弥补了很多我欠缺的知识以及巩固了之前所学的知识点等等。

在今后的学习过程中，要更加努力的学习自己的专业知识，多多与同学和老师交流，我相信在以后的工作里面有所作为。

参考文献
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[4]王玉中.电气控制及PLC应用技术[M].河南：河南科学技术出版社，2006.
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[7] 江秀汉.可编程序控制原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1998.
[8]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].北京：人民邮电出版社，2004.
附录：。