PLC控制三路抢答器

摘要
近年来随着科技的飞速发展， 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，可编程控制器由于其优良的控制性能，极高的可靠性，在各行各业中的应用日益广泛普及。

本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制智力抢答器进行控制。

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控制的三路智力抢答器的工作原理，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、计时及计分输出显示功能等。

关键词：智力控制，三路抢答器， PLC，计分。

设计任务书
(1)三路抢答器应用背景和概述
抢答器广泛用于电视台、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。

本文介绍一种抢答器，能使三个人同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，三个参赛台.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。

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。

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。

此任务的抢答器可根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据情况用灯光和声音现实其回答正确和错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数进行加分和减分。

三路智力抢答器有三个抢答按钮最先按下按钮有效，在此之后按下按钮无效，伴有灯光和声音指示，并开始计时答题时间。

计时时间到声音提示停止答题。

如果抢答者答题正确和错误主持人按下加分键或减分键，将对所显示的分数进行加分和减分。

(2)设计任务和要求
三路智力抢答器应达到以下要求。

（1）按下启动按钮（开始抢答）后，若10内无人抢答，则抢答器自动撤销抢答信号（有声音提示），说明该题无人抢答自动作废。

（2）按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮有效，其余信号（后按下）无效。

有效信号用灯光和声音表示。

(3) 若有人抢答即按下任意一个抢答按钮，从按下按钮开始计时，在答题时间（约1 min）完毕时。

有灯光和声音信号提示答题时间已到。

(4) 三路抢答器应有灯显示和分数显示对答题正确或错误者，在操作人员控制下可对其加10分或减10分。

加分最大可达到99分，减分最少分值0分。

三路智力抢答器工作流程图如图1
图1工作流程图
工作任务
1) 根据控制要求，进行抢答器PLC控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。

2) 根据控制要求，编制抢答器PLC控制应用程序。

3) 编写设计说明书，内容包括：
①设计过程和有关说明。

②基于PLC的抢答器电气控制系统电路图。

③PLC控制程序。

④电器元器件的选择和有关计算。

⑤电气设备明细表。

⑥参考资料、参考书及参考手册。

⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

第1章抢答器硬件系统设计
1.1控制系统选取
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，从应用角度看可编程控制器具有如下特点：
1、可靠性高
2、体积小
3、通用性好
4、使用方便
硬件系统分别选择4个额定电压为24V的电铃，8个额定电压为24V灯泡。

6个七段数码显示管（七段数码显示管用7位的信号驱动。

在实际应用中可以用三菱PLC 指令SEGD.只需要用一个数据寄存器D）。

I/O接口分别为7个输入继电器X,35个输出继电器Y.和20%的裕量所以选择三菱PLC的FX3U—80MR系列
FX3U-80MR系列的PLC在各种行业的检测及控制的自动化都得到广泛的应用。

三菱FX2N-80MR具有40个输入辅助继电器X和40个输出辅继电器。

PLC的工作方式为周期扫描。

一个扫描周期大约为0.08us.可见其PLC的可靠性。

同时在使用方面用软件GX—developer.输入程序变换看是否有错误。

如果有错误继续修改。

没有通过计算机写入PLC运行调试。

使用很方便。

1.2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，让大家都很快的明。

其硬件组成结构图如图1.1所示:
1.3硬件I/O地址分配
根据任务要求及所选FX3U-80MR(考虑20%接口裕量)和其他硬件（电铃，灯，七段数码显示管）PLC的I/O地址分配如图1.2（见下页）
表1 三路智力抢答器输入输出口分配表
图1.2 I/O地址分配
1.4 硬件系统接线图
1.4.1 外部硬件接线图
根据题目要求和I/O地址分配，结合FX3U-80MR的PLC外部系统接线图如图1.3(如下页所示)
图1.3 外部接线图
硬件接线分析
为了硬件电路接线方便，SB1抢答的开始按钮，对应输入点为X1输出点为Y0。

SB1、SB2、SB3分别对应三个参赛对号，输入点分别X4、X5、X6，输出点分别为Y2、Y3、Y4。

SB0为抢答的复位按钮，对应输入点为X0。

数码管1显示输出点为Y10-Y16。

数码管2显示输出点为Y20-Y26。

数码管3显示输出点为Y30-Y36。

PLC 与数码管采用串电阻直接连接方式。

其外部硬件接线图如图1.3
1.4.2 外部控制电路（电源和急停开关）
根据急停原理在PLC上连接一对常闭触点具体如图1.3所示。

急停控制电路如下如图1.4所示。

图1.4 急停电路
第2章抢答器软件系统设计
2.1整体设计
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时间。

安全、可靠、省时、省力、价格便宜。

控制软件应用GX-developer编程软件，采用梯形图语言编写,工作系统自动控制流程框图如图4.1.所示。

根据系统控制要求，进行针对性设计，要充分保证系统的安全，保证整个系统的运行安全可靠。

自动条件下，必须复位后在满足自动条件下才能进行自动运行程序，当中充分应用各个过程的互锁来保证系统的安全。

2.2 PLC控制程序
为了编程结构的简单、明了在主程序中引用了中间继电器，X4—X6分别为三组选手的抢答信号，同时我们用中间继电器M1,M2,M3,M10,M51,M52进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。

主持人控制台有X1按钮用以抢答开始，X1按钮为复位按钮。

程序流程图如图1所示
2.2.1 主持人开始复位初始化
在主持人按抢答开始按钮X1时,复位D0和M52.同时有抢答开始声音信号Y1，在PLC 开始运行时复位D1—D4。

（程序图如图2.1所示）
图2.1 初始化复位
2.2.2 三组抢答者抢答程序`
在抢答者按下抢答的同时即X4(或X5,X6)为ON时产生一个互锁信号M10(锁定其他选手抢答)。

同时Y2(或Y3,Y4)有1秒钟ON信号，为了以后程序选择置位M1(或M2,M3)程序如图2.2
图2.2抢答程序（续页如下）
2.2.3 计时时间程序
根据任务要求当10秒内无人抢答则取消答题信号（用T4实现）。

程序如图2.2
续1 抢答程序
图2.2 无人抢答程序
利用中间继电器M10和Y2和Y3和Y4开始计时。

如果已抢答则计时答题时间60秒，计满60秒不准答题。

程序如图2.3
2.2.4 加减分初始化 初始时需要解码D0作为加减分选通信号，同时有抢答者的信号（M1,M2,M3）参与加减分的选择。

程序如图2.4所示
图2.3 答题计时程序
图2.4 加减分初始化
2.2.5 加减分显示程序
如果答题正确加10分，错误减10分。

如果加分超过99分或减分低于0分则置零处理。

同时考虑到个位一直为零则用同一种输出接口连接数码管。

直接加减十位。

程序如图2.5
图2.5 加减分显示（续页如下）
续1 加减分显示
2.2.6 抢答器总程序
X4—X6分别为三组选手的抢答信号，同时我们用中间继电器M1,M2,M3,M10,M51,M52进行自锁和互锁功能，以保证每个选手公平抢答。

主持人控制台有X1按钮用以抢答开始，X0按钮为复位按钮。

在按下启动按钮SB1时复位所有数据寄存器（累加计分的数据寄存器除外D1—D4）然后三组抢答者开始抢答，抢答的同时产生一个切断信号M10（目地后者抢答无效）抢答后开始计时答题时间60秒。

答完以后主持人开始加减分（在抢答的基础之上产生一个选通信号）没有抢答的组加不了或见不了分数。

在加减分的同时需要对D1—D4进行判断（可以用CMP指令或LD=）.如果超过99或低于0都以0处理
由各功能块程序及任务要求编写程序如图2.6所示（续下页）
图2.6 总程序（下有续图）
续1总程序
续2 总程序
续3 总程序
N1 续4 总程序
2.2.7 总程序指令表
根据程序编写以下指令表如图2.7所示
续5 总程序
图2.7 指令表
N1
续1 指令表
第3章 控制柜台设计
根据任务要求，硬件布置及主持人操作方便设计如图3.1所示柜台
Y0(HL1) Y5(HL2)
SB3 SB2 SB1 图3.1柜台设计
Y2
Y3 Y4 Y6(HL3)
第4章安装与调试
将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。

知识竞赛抢答器的程序是由三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编制完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编程软件，打开知识竞赛抢答器的程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试[9]。

（1）按下抢答开始按钮SB1.先在10秒内抢答，看答题开始计时60秒后是否有灯光和声音信号。

（2）按下抢答开始按钮SB1.10秒内无人抢答是否有灯光和声音信号。

（3）在正确的抢答情况下加减分是否有正确显示。

（4）所有的信号显示都要根据I/O分配。

看是否正确。

结束语
经过这两个星期的努力，在老师和同学的帮助下做完了任务设计的工作，通过这次的毕业设计，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。

在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。

整个设计通过了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，书本上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，该设计也有不足之处，缺少了答题计分等功能。

我将会在以后的学习中继续学习。

感谢我的指导教师李志明老师，你从一开始的任务书方向的选定，到最后的整篇任务书的完成，都非常耐心的对我进行指导。

给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改任务书。

我要感谢在我两个星期的学习中，无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，教给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此，我还要感谢寝室的兄弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这两个星期的生活。

还有身边的你们，我至亲至爱的朋友们，我们一起走过了这段青春年华！
谢谢！
参考文献
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[4] 钟肇新等.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社，2008.
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[6] 三菱FX PLC使用手册.三菱公司.
[7] 贺哲荣、流行PLC实用程序及设计[M].西安:西安电子科技大学出版社，2006.
[8] 王红.可编程控制器使用教程[M].北京:电子工业出版社，2002.
[9] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:航空航天大学出版社，2003.。