PLC控制系统三路抢答器

2013 级课程设计（论文）说明书三路智力抢答器的PLC设计院、部：电气信息与工程学院学生：唐慧学号：1330140126指导教师：罗雪莲职称教授专业：电气工程及其自动化班级：电气1301班完成时间：2016年06月工学院电气控制技术课程设计课题任务书学院：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化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。

智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。

抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。

但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。

所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。

三路抢答器的PLC设计正好为此提供的一个很好的平台，此设计中设计了抢答违规、抢答时间到、抢答成功，以及对选手答题得分的加减并通过LED显示出来。

三路抢答器设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制智力抢答器进行控制。

在三路抢答器的PLC设计中编写梯形图程序并分析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。

结果表明电容测量仪样机的功能和指标达到了设计要求。

关键词：可编程控制器；三路抢答器；计分。

1 设计背景及任务 (1)1.1 三路抢答器应用背景和概述 (1)1.2 设计任务和要求 (1)1.3 工作任务 (2)2 抢答器硬件系统设计 (3)2.1 控制系统选取 (3)2.2 控制系统的硬件组成 (3)2.3 硬件I/O地址分配 (4)2.4 硬件系统接线图 (5)3 抢答器软件系统设计 (6)3.1 整体设计 (6)3.2 PLC控制程序 (6)3.2.1 主持人开始复位初始化 (6)3.2.2 三组抢答者抢答程序 (7)3.2.3 加减分初始化 (8)3.2.4 加减分显示程序 (9)3.2.5 抢答器总程序 (9)3.2.6 总程序指令表 (11)4 安装与调试 (12)参考文献 (13)致 (14)附录总程序 (15)1 设计背景及任务1.1 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。

三路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。

三路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。

1.2 设计任务和要求三路智力抢答器应达到以下要求。

⑴按下启动按钮（开始抢答）后，若10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。

⑵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。

⑶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。

⑷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所示。

图1 工作流程图1.3 工作任务⑴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。

⑵根据控制要求，编制抢答器PLC控制应用程序。

⑶编写设计说明书，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。

2 抢答器硬件系统设计2.1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：⑴可靠性高；⑵体积小；⑶通用性好；⑷使用方便。

硬件系统分别选择1个额定电压为24V的蜂鸣器，6个额定电压为2V的发光二极管。

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FX2N-80MR系列。

FX2N-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。

2.2 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2所示。

图2 硬件系统2.3硬件I/O地址分配根据任务要求及所选FX2N-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地址分配如表1、表2所示。

表1 三路智力抢答器输入口分配表输入设备/符号PLC输入点主持人按抢答开始按钮SB0 X0第一号抢答按钮SB1 X1第2号抢答按钮SB2 X2第3号抢答按钮SB3 X3停止/复位开关SA X4主持人加分按钮SB5 X5主持人减分按钮SB6X6表2 三路智力抢答器输出口分配表输出设备/符号PLC输出点PLC控制器电源接通指示HL1 Y01号指示灯LED2 Y12号指示灯LED3 Y23号指示灯LED4 Y3开始抢答灯LED5 Y4答题时间到指示灯LED6 Y5声音提示HA Y61号十位分数值显示SMG1 Y10-Y162号十位分数值显示SMG2Y20-Y263号十位分数值显示SMG3Y30-Y36个位分数显示SMG4-SMG6 Y40-Y462.4硬件系统接线图为了硬件电路接线方便，SB0抢答的开始按钮，对应输入点为X0输出点为Y0。

SB1、SB2、SB3分别对应三个参赛对号，输入点分别X1、X2、X3，输出点分别为Y1、Y2、Y4。

SA为抢答的复位开关，对应输入点为X4。

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3所示。

图3外部硬件接线3 抢答器软件系统设计3.1 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。

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。

3.2PLC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。

3.2.1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4所示。

图4 初始化复位3.2.2 三组抢答者抢答程序同时Y1(或Y2,Y3)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5所示。

图5 抢答程序3.2.3 计时时间程序当10秒无人抢答则取消答题信号（用T5实现）。

程序如图6所示。

图6 无人抢答程序利用中间继电器M10和Y1和Y2和Y3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7所示。

图7 答题计时程序3.2.4 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8所示。

图8 加减分初始化3.2.5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9所示。

图9 加减分显示程序续图9 加减分显示程序3.2.6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。