抢答器控制系统设计

可编程序控制器(PLC)是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,其拥有功能强大、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。

本文采用日本三菱公司生产的FX2N型PLC作为核心控制器进行五路抢答器系统的设计，设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，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，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。

在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用。本设计正是以PLC为核心，该系统可以实现多人抢答和违例报警的自动显示。由于PLC具有可靠性、易操作性、灵活性等优点，故传统答题相比，大大提高了效率和可靠性，有很强的实用价值。

关键词：PLC;竞赛抢答器

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1.1 设计目的 (1)

1.2 设计意义 (1)

1.3 设计内容及要求 (1)

2 PLC控制系统硬件设计 (3)

2.1 系统硬件配置及组成原理 (3)

2.2 系统输入输出点分析 (4)

2.3 PLC选型 (4)

2.4 系统硬件接线图设计 (5)

3 PLC控制系统软件设计 (6)

3.1 系统I/O地址分配 (6)

3.2 控制程序流程图设计 (6)

3.3 控制程序时序图设计 (7)

3.4 PLC控制程序设计 (8)

4 上位机组态监控系统设计 (11)

4.1 组态监控软件选择 (11)

4.2 上位监控系统组态设计 (11)

4.3 实现效果 (12)

5 系统调试及结果分析 (11)

5.1 系统仿真调试 (11)

5.2 结果分析................................... 错误!未定义书签。

6 设计总结 (11)

参考文献 (16)

附录控制程序梯形图 (17)

1 引言

1.1 设计目的

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，他的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。抢答器被广泛用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使五个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，5个参赛台。总体设计选用三菱PLC控制,抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。用PLC进行知识竞赛抢答器设计，其控制灵活方便，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。

PLC智能抢答器与单片机抢答器相比，在许多方面都显示出优越性.首先说一下单片机抢答器，所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的控制功能。这种形式在80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面的限制，目前除了仪表上仍然采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。

1.2 设计意义

本文采用日本三菱公司生产的FX2N系列PLC作为核心控制器进行五路抢答器系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据知识竞赛抢答器的控制要求和特点,确定PLC的输入输出分配,并进行现场调试。实现抢答器功能的方式有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。

1.3 设计内容及要求

主要设计内容如下：

（1）知识竞赛抢答器能使5个队同时参加抢答。

（2）设裁判队为裁判台，参赛对为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并且设有裁判台开始按钮SB0和裁判台复位按钮SB5；参赛台设有参赛台抢答按钮以及参赛台灯。1-5号参赛台分别对应按钮PO1-PO5及参赛台灯LED1-LED5。

（3）知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下裁判台的开始按钮SB0后10S内抢答，并由数码管显示时间。

如提前抢答，抢答器发出“违规”信号。10S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，数码管开始计时，并由数码管显示出抢到题的参考队号，抢到题的队必须在30S 内答完题，如30S内未答完，则作超时处理。

（4）灯光与音响信号的意义如下：

[1] 音响叫（响1S）+某台灯亮，由某参赛队正常抢答。

[2] 音响叫（响1S）+某台灯亮+总台灯亮，某参赛队违规。

[3] 音响叫（响1S）+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。

（5）在某个题结束后，裁判员按下台上的复位按钮SB5，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答作好准备。各台数字显示的消除,蜂鸣器音响及指示灯的关断,都要通过主持人去按下复位按钮。

2 PLC控制系统硬件设计

2.1 系统硬件配置及组成原理

各种PLC的组成结构基本相同，都主要由中央处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有:

（1）CPU

同一般的微机一样，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU随机型不同而不同，常用有三类：通用微处理器（如Z80、8086、80286等）、单片微处理器（如8031、8096等）和位片式微处理器(如AMD29W等)。小型PLC大多采用8位通用微处理器和单片微处理器；中型PLC大多采用16位通用微处理器或单片微处理器；大型PLC大多采用高速位片式微处理器。

目前，小型PLC为单CPU系统，而中、大型PLC则大多为双CPU系统，甚至有些PLC中多达8个CPU。对于双CPU系统，一般一个为字处理器，一般采用8位或16位处理器；另一个为位处理器，采用由各厂家设计制造的专用芯片。字处理器为主处理器，用于执行编程器接口功能，监视内部定时器，监视扫描时间，处理字节指令以及对系统总线和位处理器进行控制等。位处理器为从处理器，主要用于处理位操作指令和实现PLC编程语言向机器语言的转换。位处理器的采用,提高了PLC的速度，使PLC更好地满足实时控制要求。

（2）存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两种。系统存储器用于存放PLC 的系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统存储器和用户存储器。

（3）输入输出组件（I/0模块）

PLC的输入接口电路的作用是将按钮、行程开关或传感器等产生的信号输入CPU；PLC的输出接口电路的作用是将CPU向外输出的信号转换成可以驱动外部执行元件的信号，以便控制接触器线圈等电器的通、断电。PLC的输入输出接口电路一般采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。

输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。

（5）编程器