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