抢答器PLC控制系统方案

2017 ~2018学年第一学期《抢答器PLC控制系统》课程设计报告题目：抢答器PLC控制系统专业：自动化班级：14自动化2班姓名：汪洋吴金朝弘梓楠指导教师：电气工程学院2017年10月14日一、任务书抢答器PLC控制系统设计摘要早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。

随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。

虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1．早期的PLC（60年代末—70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。

这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。

它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。

装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。

另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。

在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。

因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。

其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。

2．中期的PLC（70年代中期—80年代中后期）在70 年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。

美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。

这样，使PLC的功能大大增强。

在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。

在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。

并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用围得以扩大。

3．近期的PLC（80年代中后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。

而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。

这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。

关键字：PLC控制系统；智力竞赛抢答器目录1绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2课题研究容 (1)1.3可编程控制器概念 (2)2抢答器PLC电气控制系统总体设计过程 (2)2.1设计要求 (2)2.2系统结构 (3)2.3主控制器 (3)2.4输入输出端子分配方案 (4)3软件设计 (4)3.1程序指令 (4)3.2工作过程分析 (5)4总结 (12)一.绪论1.1 课题研究背景目前国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，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。

对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。

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：⑴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。

⑵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。

⑶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”。

现在大多抢答器都是以PLC、单片机为控制核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析。

但仅有抢答功能的抢答器已经不能满足当今社会的需要。

该设计不但有抢答功能，而且还有一个计分系统，能分别对四个选手进行计分，并能够对分数进行加、减。

带计分功能的智能抢答器将会取代一般的智能抢答器，更好的服务于社会。

1.2 课题研究容系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。

硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。

软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。

在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。

硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。

硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。

硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。

软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用三菱FX可控制编程。

此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。

并且PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。

另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。

甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。

1.3 可编程控制器概论可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，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，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。

可编程控制器(Programmable Logic Controller)即PLC。

现已广泛应用于工业控制的各个领域。

他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，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。

美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为PC。

后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。

二.抢答器PLC电气控制系统总体设计过程2.1设计要求（1）抢答器同时为8组选手分别提供按钮，按钮分别为PB0、PB1、PB2、PB3、PB4、PB5、PB6、PB7；（2）设置一个复位按钮PB10，实现系统电路的复位，由主持人控制；（3）当主持人打开启动开关SW1后，在设定时间T0，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路①发出声响，指示灯L1亮，并且在8段数码管显示器（如图1所示）上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其它组再按下抢答按钮为无效；（4）如果在时间T0，无人应答，则驱动音效电路②发出声响，指示灯L2亮，表示抢答者均放弃该题；（5）在抢答成功后，主持人打开限时开关SW2，启动定时器，在设定的时间T1回答有效，当到达设定时间T1时，驱动音效电路③，指示灯L3亮，表示答题时间到。

图2-1 八段数码管显示器2.2系统结构系统结构框图如图3-2所示图2-2 系统结构框图2.3主控制器本系统的主控制器采用日本三菱公司生产的FX2N-32MR型PLC。

该型PLC功能较强大，提供16个输入点和16个输出点，继电器输出方式，均采用8进制编号。

PLC编程可采用手持式编程器或编程软件GX-Developer7.08中文版。

三菱PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，可采用梯形图或者指令语言进行软件设计。

2.4输入输出端子分配方案三菱FX2N-32MR型PLC采用整体式结构，其控制单元提供16个输入点，16个输出点本系统需要11个输入点、13个输出点，具体分配如表所示。

表2-1 输入输出端子分配表三.软件设计3.1程序指令程序指令如表二所示。

表3-1 指令表3.2工作过程分析（1）开始抢答前，主持人首先通过复位按钮PB10（X010）实现电路复位，在提问之后，打开选择开关SW1(X011)启动定时器T0（本程序预设为10s），通过修改下图所示的K值可以预设不同时间。

图3-1（2）抢答限时，当某一小组抢先按下抢答按钮时，对应的辅助继电器接通，同时切断其他抢答回路，实现互锁。

如PBO抢先按下，则X000导通，辅助继电器MO接通，如图2-1；图3-2辅助继电器MO接通，则其常闭锄头MO断开，同时切断M1~M7抢答回路，PB1~PB7再按下将不会在起作用，如图2-3；图3-3图3-4（3）抢答成功后，辅助继电器M8接通，常开触头闭合，启动音效电路①（Y010）和指示灯L1（Y011），同时利用部编码程序段控制输出点Y000-Y006，输出驱动信号，驱动外部数码显示器显示抢答成功的组号。

图3-5数码管编码表如下图：表3-2 数码管编码表图3-6（4）如果在限定时间无人抢答，则启动音效电路（Y012）和指示灯L2（Y013），外部数码管显示器无显示。

图3-7（5）抢答成功后，主持人打开限时开关SW2（X012），启动定时器T1（本程序设为60s），修改K值可以设定不同时间，当T1计时结束，将启动音效电路（Y014）和指示灯（Y015）提示回答时间到。

图3-8四.总结经过这一个多星期的努力，在老师和同学的帮助下做完了课程设计的工作，由于自己知识的缺乏及能力的有限，仍没有能够实现像开题报告中那样带有语音识别等功能的补充与完善。

但是通过这次的课程设计，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。