基于PLC控制的四路抢答器设计

课题名称基于PLC控制的四路抢答器设计
目录
摘要 (1)
关键词 (1)
第一章可编程控制器PLC的概况 (1)
1.1 PLC的定义 (1)
1.2 PLC的特点 (1)
1.3 PLC的硬件和软件 (1)
第二章控制系统的任务要求及设计思路 (3)
2.1整体功能介绍 (3)
2.2任务要求 (3)
2.3控制 (3)
第三章四路抢答器控制系统的硬件选择及控制 (4)
3.1可编程控制器PLC的选型 (4)
3.2触摸屏 (5)
3.3外部接线图 (6)
3.4I/O分配表 (6)
3.5触摸屏显示 (7)
3.7梯形图设计 (8)
总结 (11)
参考文献 (11)
致谢 (12)
基于PLC控制的四路抢答器设计
【摘要】：随着我国经济和文化实业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。

最初的抢答器是由优先权编码器构成的逻辑电路，其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更加困难。

因此，一种能够体现竞赛的公开、公平、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。

本设计将以PLC为核心设计了系统结构图、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。

【关键词】：PLC 四路抢答器信号灯
第一章可编程控制器PLC的概况
1.1 PLC的定义
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

1.2 PLC的特点
可编程控制器之所以能够高速发展，除了顺应工业自动化的客观需要外，还由于其具有很多适合工业控制的独特优点，能较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，其主要特点如下：
1．可靠性高，抗干扰能力强
2．编程简单，操作简单
3．系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便
4．体积小,能耗低
1.3 PLC的硬件和软件(黑体,不加粗,四号)
1.3.1 PLC的硬件构成
从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。

固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

CPU的构成：CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。

内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

I/O模块：PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。

I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。

I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

开关量是指只有开和关（1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。

电源模块：PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。

同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。

电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。

1.3.2 PLC的软件构成
（1）系统软件
系统软件包含三个部分：①系统管理程序；②用户指令解释程序；③标准程序模块及其调用程序。

（2）用户程序
用户程序即是应用程序，使PLC的使用者针对具体控制要求编制的程序。

根据不同的控制要求编制不同的程序，这相当于改变PLC的用途，相当于继电器控制设备的硬接线线路，也正是所谓“可编程”一词的基本含义。

第二章控制系统的任务要求及设计思路
2.1 抢答器功能介绍
知识竞赛抢答器，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，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加方便可靠。

目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单位，它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性，在一定程度上丰富了人们的业余生活。

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。

2.2 任务要求
①设计一四路抢答器，采取PLC控制的方式。

②要求有定时装置，时间到自动发出信号。

③若有人抢答则报警。

2.3 控制要求
⑴四路抢答器即能使4位参赛队员同时参加抢答。

⑵设主持人为裁判台，参赛队员为参赛台。

主持人有裁判灯，并且设有裁判台开始按钮SB1和复位按钮SB2；参赛台设有参赛队员抢答按钮以及参赛台灯。

1-4号参赛台分别对应按钮SB3-SB6及参赛台信号灯EL1-EL4。

⑶知识竞赛抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队员抢答必须在主持人说出“开始”并按下裁判台的开始按钮SB1后15S内抢答。

（若有选手在主持人未按下开始按钮就开始抢答则报警）15S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，抢到题的队必须在30S内答完题，如30S 内未答完，则作超时违规处理，扬声器发出超时信号，答题结束。

⑷信号灯、扬声器信号的意义如下：
①主持人开始灯亮，过15秒，扬声器响，无人抢答。

②主持人开始灯亮，由某参赛队正常抢答，答题时间开始，队员答出，主持人按复位开关，准备下一轮。

③主持人开始灯亮，某台灯亮，由某参赛队正常抢答，抢答时间过，没答出，扬声器响，答题结束，主持人按复位开关，准备下一轮。

⑸在某个题结束后，主持人按下台上的复位按钮SB2，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答作好准备。

⑹若主持人未按下开始按钮时有参赛选手按则表示抢答，系统报警。

第三章抢答器控制系统的硬件选择
3.1可编程控制器PLC的选型
本设计中采用西门子公司的S7-200型PLC,其优越的性能表现为极高的可靠性极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。

1.S7-200的特征
(1) 体积小, 尺寸: 160×80×62mm由于其紧凑的设计,S7- 200可以适合于任何机器控制环境。

(2) 易于使用: 通过STEP7- Micro/Dos软件可以非常方便地为S7- 200编程,而且该软件能够在任何一台IBM兼容个人计算机上使用,哪怕是一台286 的微机,要求MS-DOS5.0以上。

(3) 灵活多用: S7- 200的输入/输出点可以支持各个领域的设备,如: 光电传感器,驱动马达按钮开关,灯,泵,搅拌器等。

3.2触摸屏
1.触摸屏的选型
本设计选用国产步科触摸屏MT4300C，此触摸屏的优点在于：有很强的实用性、操作简单、与PLC配用方便、体积小、价格优惠。

2.触摸屏的工作原理
为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。

工作时，我们必须首先用手指或者其他物体触摸安装在显示器前端的触摸屏，然后系统根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入。

触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成：触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受到位置信号后将其送到触摸屏控制器；而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接受触摸信息，并将它装换成触点坐标，再送给CPU同时它能接收CPU发来的命令并加以执行。

3.触摸屏组态的制作
在计算机上打开步科触摸屏配用软件EV5000，选择触摸屏及PLC型号，用串口将其连接。

右击鼠标编辑组态，点中右边原件库窗口下列的PLC元件中需要用到的位状态拖入组态窗口中，然后根据PLC程序中所用到的输入/输出地址在触摸屏位状态元件属性中给位状态选择相应的地址，位状态设定、加标签、选图形等，来确定输入和显示的类型。

在选择软件中‘文字’快捷键，输入相应的文字来确定按钮及显示的功能。

简单的组态窗口设定如图3-2：
图3-1 连接窗口图
3.3外部接线图
根据任务书控制要求，得出外部接线图，如图3-3：
图3-2 外部接线图
3.4I/O分配表
根据控制要求，做出四路抢答器I/O口分配表如图3-4：
图3-4
输入信号输出信号
名称输入名称输出
主持人启动按钮I0.0 主持人灯Q0.0
主持台停止按钮I1.0 1号选手灯Q0.1
1号选手按钮I0.1 2号选手灯Q0.2
2号选手按钮I0.2 3号选手灯Q0.3
3号选手按钮I0.3 4号选手灯Q0.4
4号选手按钮I0.4 抢答时间超时灯Q0.5
扬声器信号灯Q0.6
报警灯Q0.7
3.5 触摸屏显示
3.6梯形图设计
按下I0.0，主持人灯亮。

四位参赛选手可按I0.1、I0.2、I0.3、I0.4开始抢答，当超过15S还未抢答则表示参赛选手弃权，无法再抢答，抢答后有相应的指示灯亮起。

选手有30S的答题时间，当选手的答题时间超过30秒则扬声器信号指示亮。

若参赛选手在主持人未按下抢答按钮I0.0的时候就开始抢答则报警指示灯亮起（表示选手超前抢答此题作废）。

以上错误抢答都必须在主持人按下I1.0停止按钮后继续进行。

只有在主持人按下I0.0，之后参赛选手抢答且在30S内完成答题才算完成一轮抢答。

一轮抢答结束后主持人按下停止按钮I1.0后进行下一轮抢答。

在老师和同学的帮助下做完了毕业设计的工作，由于自己知识的缺乏及能力的有限，仍没有能够实现带有扬声器功能我只是用一个指示灯来补充与完善。

但是通过这次的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，做毕业设计时，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。

但整个设计通过的软件本身理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以毕业设计中我运用了触摸屏软件来仿真，希望可以起到一定的弥补作用。

此外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。

【参考文献】
[1]汤以范.电气与可编程序控制器技术[M]，机械工业出版社2004.
[2]易传禄.可编程序控制器应用指南[M]，上海科普出版社.
[3]余雷声.电气控制与PLC应用[M]，北京. 机械工业出版社. 1996年10月第一版.
[4]徐德. 可编程序控制器（PLC）应用技术[M]，山东科学技术出版社.
[5]廖常初.PLC基础及应用[M]，机械工程出版社，2003.
历时将近一个月的时间终于将这篇毕业设计做完，在毕业设计的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。

尤其要强烈感谢我的毕业设计指导老师—茅老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行毕业设计的修改和改进。

另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。

在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！
感谢这篇毕业设计所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇毕业设计的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在毕业设计的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写毕业设计难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！。