基于PLC的知识竞赛抢答器设计

基于PLC的知识竞赛抢答器设计

电气自动化092 唐忠忠

摘要：

基于PLC（可编程控制器）的知识设计竞赛抢答器的控制系统。此类系统，随着可编程逻辑器件在工程实践中广泛的应用，也为数字式抢答器的设计提供了方便的器件。不仅如此，抢答器在文体娱乐活动和竞赛中具有广泛的应用，其具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、数码显示等多种功能。抢答器一般分为电子抢答器和电脑抢答器.本系统设计简单，程序简洁易懂，基本能满足学生各种知识竞赛的需求，具有较高的实用价值。

关键词：PLC控制抢答器数码显示

一·引言

目前市场上已有很多类型的竞赛抢答器，但其中绝大多数是早期设计的，采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路的产品。这些抢答器已相当成熟，但是随着功能增多，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功能的升级换代。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC 的应用正在不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。可编程控制器是以微机技术为基础发展起来的新一代控制装置，是实现自动化控制的理想工具之一，它有着传统继电接触控制无法比拟的优点，因而在控制领域中得到了广泛应用，若采用可编程控制器制作抢答器，则比用逻辑电路和继电器制作的抢答器具有更多的优点，其结构简单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，定时准确，可方便地设置定时时间，编程容易，功能扩展方便，修改灵活。本设计就是利用 PLC 作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，PLC的性能优势必会使得竞赛真正达到公正、公平、公开。

二·抢答器控制系统设计

（一）抢答器控制要求

该抢答器的主要控制要求和功能如下。

1·竞赛抢答器能使 4 个队同时抢答。

2·设裁判台与参赛台。裁判台设有音响和裁判台灯，并设开始按钮和复位按钮；参赛台设有参赛台按钮及参赛台灯。

3·知识抢答器至少应满足以下比赛规则。

（1）出题后，各队抢答必须在裁判员说出“开始”并按下裁判台开始按钮后 15 秒内抢答，并由数码管显示时间。若抢答，抢答器

将发出“违规”信号。

（2） 15 秒时间到，如无对抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。

(3）在有对抢答的情况下，抢答器发出“抢答”信号数码管开始计时显示，并由数码管显示抢到题的参赛队号。

（4）抢到题的队必须在 30 秒内答完题，如 30 秒内未答完，做超时处理。

4·赛场设时间数码显示器和显示抢到答题对号的数码显示器。

5·灯光与音响信号的意义如下：

（1）音响叫（设定响 1 秒）＋某台灯亮，由某对正常抢答；

（2）音响叫（设定响 1 秒）＋某台灯亮＋总台灯亮，某对违规；

（3）音响叫（设定响 1 秒）＋裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。

6·某个题目结束后，裁判员按下复位按钮，抢答器恢复到原来的状态，为下一轮抢答做好准备。

7·各输出口统一用 24V 电源。

（二）系统设计

1·本软件设计部分主要是 PLC 梯形图的设计，本设计分为两个部分：一是开始抢答、无人抢答、抢答犯规等控制程序；二是数码管显示控制程序。

（1）抢答控制梯形图

主持人提出问题后，按下开始开关 SB1，蜂鸣器发出声音和红光，在十秒内抢答，该设计可以在抢到 5 后实现自动复位。图 1 为抢答开始程

序图，图 2 为 10 秒内选择抢答控制程序，图 3 为无人抢答、犯规等部

分控制图。

下图为图2：选手抢答控制程序

（2）数码显示控制

抢答成功后，常开触头闭合，启动音效电路（Y010）和绿灯（Y011），同时利用内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，部分程序如图 4 所示。

下图为图4：数码显示部分程序

（三）系统硬件设计

知识竞赛抢答器有六个输入信号（即六个按钮），二十一个输出信号（即五个台灯信号、一个音响信号、三个数码管的驱动输出信号）。如图5

（图5 系统基本结构图）

由上可知 PLC 共有六个输入点，二十一个输出点。基于以上输入、输出点的

要求，选用日本三菱公司 FX－48MR－001系列的 PLC 作为控制主机。它是输

入点数24 点、输出点数24 点继电器输出型小型PLC，多出的输入、输出点

用于抢答器参赛队数增加时系统进行扩充。

（1）本次设计，由于输入输出点并不是很多，采用 PLC 控制 LED 直接进行数据显示方案，可以大大降低设计成本。

（2）外部硬件接线图

为了硬件电路接线方便， SB0作为抢答的开始按钮，对应输入点为 X0，输出点为 Y0。SB1、 SB2、 SB3、 SB4 分别对应四个参赛队抢答按钮，输入点分别X1、 X2、X3、 X4，输出点 Y1、 Y2、 Y3、 Y4 为对应队抢到灯光指示。 SB5 作为抢答的复位按钮，对应输入点为 X5。音响输出点为 Y5。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 Y30－Y36。 PLC 与数码管采用串电阻直接连接方式。

其硬件接线图如图6 所示。

（图6系统硬件接线图）

三·系统模拟调试

根据所设计的四路抢答器梯形图，采用型号为 FX－48MR－001 的 PLC。把PLC 方式开关置于运行“SHOP”，通过数据线把程序写到 PLC 中；再把 PLC 方式开关置于运行“RUN”档，进行调试：

（1）主持人未按下开始按钮 SB0，有人违规抢答，报警器 YH 报警并显示其组号；

（2）主持人按下开始按钮 SB0，电源抢答指示灯 EL0亮，无人抢答， 15s 后抢答无效；

（3）按下各个抢答按钮，看显示器显示数字是否正常；

（4）检查各数码显示器显示是否正常，各指示灯指示是否正常。