基于PLC控制的四路抢答器的设计

摘要
本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制的四路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控制的四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、报警、计时及输出显示功能等。

考虑到只是PLC控制的四路智力抢答器则输出端口需要7个，输入端口需要7个，由于PLC具有可靠性高、体积小、通用性、使用方便等优点,具有方便灵活，维护使用方便等特点。

关键词：智力控制，四路抢答器， PLC
目录
摘要--------------------------------------------------------------- I 目录--------------------------------------------------------------- 2
一、PLC智能抢答器的工作原理--------------------------------------- 3
二 PLC的概述-------------------------------------------------- 4
三、整体功能的介绍------------------------------------------------- 5
四、硬件电路设计--------------------------------------------------- 6
4.1程序中所使用的FX系列PLC的编程元件介绍--------------------- 6
4.11三菱FX系列PLC通用定时器 ---------------------------------------------------------6
4.12三菱FX系列PLC有关用到的取指令与输出指令的介绍(LD OUT); -6
4.13三菱FX系列PLC触点串联指令(ANI)与并联指令（OR）; --------------6
4.14三菱FX系列PLC输入继电器(X)与输出继电器（Y）; -------------------7
4.15显示灯的说明 -------------------------------------------------------------------------------9
4.16报警器的的说明-------------------------------------------------------------------------- 10
五、设计要求 -------------------------------------------------------------------------------------------- 11
5.1根据要求绘制的流程图 -------------------------------------- 12
5.2外部硬件接线图-------------------------------------------- 13
5.3 I/O分配-------------------------------------------------- 14
5.4根据控制要求进行梯形图绘制 -------------------------------- 15
5.5程序运行过程的分析 ----------------------------------- 16
六、致谢------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17
七、参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 19
一、PLC智能抢答器的工作原理
我所设计的PLC智能抢答器是适合四个人抢答的四路抢答器，现在以四路抢答器为例。

给竞赛主持人设置了3个控制按钮，用来控制开始、复位、答题计时，每当主持人发出开始抢答指令后，那组选手最先按下抢答器按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮，音响电路发出声响提示信号以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不在相应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。

若选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管显示其编号同时红灯亮音响电路发出声响。

当主持人按下抢答器按钮时定时器T0开始计时（设定10s）10s限制到时仍无人抢答则红灯亮音响电路发出声响，以示选手放弃该题。

在抢答成功后，主持人按下答题计时按钮，同时数码管显示答题倒计时时间改时间可根据需要调节，此设定2min，选手必须在设定时间内完成答题，否则，音响电路发出超时报警信号。

其中以上功能都通过编制的PLC程序来实现。

抢答器的应用场合效果图如图所示
二 PLC的概述
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，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。

三、整体功能的介绍
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，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。

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
四、硬件电路设计
4.1程序中所使用的FX系列PLC的编程元件介绍
4.11三菱FX系列PLC通用定时器
通用定时器的工作原理，当输入接通时，定时器T从0开始对时钟脉冲进行累积计数，当计数值与设定值相等时，定时器的常开接通。

当断开后定时器复位，计数值变为0，其常开触点断开，输出也随之OFF。

若外部电源断电，定时器也。

将复位。

4.12三菱FX系列PLC有关用到的取指令与输出指令的介绍(LD OUT);
(1)LD（取指令），一个常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。

(2)OUT(输出指令)，对线圈进行驱动的指令，也称为输出指令。

(3)END(结束指令)，程序结束指令，表示程序结束，返回起始地址。

4.13三菱FX系列PLC触点串联指令(ANI)与并联指令（OR）;
(1) ANI与反指令，一个常开触点串联连接指令，完成逻辑与非运算。

(2) OR（或指令），用于单个常闭触点的并联，实现逻辑或运算。

如图所示:
指令语句表：
LD X000
OUT Y000
LD X001
OR X003
ANI X002
OUT Y001
END
4.14三菱FX 系列PLC 输入继电器(X)与输出继电器（Y ）;
(1) 输入继电器(X)
输入继电器(X)与输入端相连，专门用来接收PLC 外部开关信号的器件。

PLC 通过输入接口将外部输入信号的状态(接通时为“1”，断开时为“0”)读入并存储在输入映像寄存器中。

输入继电器必须由外部信号驱动，不能用程序驱动，所以在程序中不可能出现它的线圈。

由于输入继电器反映输入映像寄存器的状态，所以其触点的使用次数不限。

FX 系列PLC 的输入继电器采用X 和八进制共同组成编号，FX2N 型的PLC 输入继电器编号范围为X0～X267.
X0的常开触点X0的常闭触点
X0COM
DC 24V
外部输入X0线圈
输入端子PLC
输出继电器的等效电路图如图所示
(2) 输出继电器
输出继电器是用来将内部信号输出送给外部负载用户输出设备的器件。

输出继电器线圈是由内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再有输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。

每个输出继电器在输出单元中都对应唯一的一个常开触点，但在程序中供编程的输出继电器，不管是常开触点还是常闭触点，都是软触点，所以可以使用无数次。

FX系列PLC的输出继电器采用和八进制共同组成编号。

其中编号范围为。

与输入继电器一样，基本单元的输出继电器编号是固定的，扩展单元和扩展模块的编号也是从基本单元最靠近处开始，顺序进行编号的。

在实际使用中，输入输出继电器的数量，要视系统的具体配置情况而定。

输出继电器的等效电路图
4.15显示灯的说明
每当主持人发出开始抢答指令后，若有选手最先按下抢答按钮，则绿色指示灯亮以指示其抢答成功；若选手在未开时抢答试题时抢答了，则视为违规，同时红灯亮以示其违规抢答；当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设定10S ），10S 时限时到仍无人抢答，则红灯亮，以示选手放弃该题。

每当主持人发出开始抢答指令后，若有选手最先按下抢答按钮，则绿色指示灯亮以指示其抢答成功；当主持人按下开始按钮后，定时器T0开始计时（设2min ），若2min 时限时到仍无人抢答，则红灯亮，以示选手放弃该题。

内部常开触点X000Y000X001
Y000Y000
COM Y000外部电源
输出设备
输出端子
4.16报警器的的说明
蜂鸣器的作用是，当无人抢答或是抢答超时时起到报警作用，如图所示：
R12
VCC
GND LSI BELL
五、设计要求
（1）竞赛者若要回答主持人所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮；
（2）绿色指示灯亮后，须等主持人按下复位按钮PB5后，指示灯才熄灭；
（3）如果竞赛者在主持人打开SW1开关10 s内抢先按下按钮，电磁线圈将使彩球摇动，以示竞赛者得到一次幸运的机会；
（4）如果在主持人打开SW1开关10 s内无人抢答，则必须有声音警示，同时红色指示灯亮，以示竞赛者放弃该题；
（5）在竞赛者抢答成功后，应限定一定的时间回答问题，根据题目难易可设定时间（如2 min）
（6）当主持人打开SW2开关后记时开始，如果竞赛者在回答问题时超出设定时限，则红色指示灯亮并伴有声音提示，竞赛者停止回答问题。

5.1根据要求绘制的流程图
5.2外部硬件接线图
5.3 I/O分配
1．2选定输入、输出设备
5.4根据控制要求进行梯形图绘制
5.5程序运行过程的分析
（1）由于一组的线圈Y000使用他的自身触点（常开触点），在X000闭合后仍保持在ON状态（自锁）。

同时，将其常闭触点串入其他各回路中，在Y000接通后，他的常闭触点打开，切断其他抢答回路（互锁）；
（2）二组的线圈Y001，三组的线圈Y002和四组的线圈Y003以同样方式动作，自锁继电器在复位按钮PB5再次动作时将清零；
（3）主持人按下开关SW1使X009闭合后，10 s定时器T0启动；
（4）如果Y000，Y001，Y002和Y003在10 s定时器T0动作之前任何一个闭合，则Y006变为ON以示抢答成功，同时切断10 s计时显示输出回路，否则输出声音提示，以示竞赛者放弃该题；
（5）常开触点X009断开后，自锁继电器和定时器T0将清零；
（6）抢答成功后，主持人闭合限时开关SW2使
X010闭合后，2 min定时器T1启动，时间到Y005和Y008闭合，红灯亮并有声音提示停止回答；
（7）常开触点X010断开后，定时器T1清零，为下一轮抢答做好准备。

六、致谢
致谢
几个月的毕业设计即将结束，在整个毕业设计过程中，我在李老师的带领下，基本完成了本学期毕业设计的任务，通过设计我学到了很多新的知识，学到了很多书本上没有的东西，同时，对以前所学的专业知识，有了进一步的加深和巩固。

在设计前，通过李老师的悉心指导，我制定了设计计划，借阅相关资料，做好设计准备。

在设计过程中，我遇到了许多专业上的问题，这些问题都在老师的直接指导下，得以解决，使我们的设计能够顺利地进行，并最终得以完成。

总结几个月来的设计，体会如下：
首先，团队精神，毕业设计也不例外。

这就需要我们充分的利用好各自的优势，充分的协作，针对设计中出现的问题，站在不同的思考点分析问题，然后加以讨论，汇结大家的意见，最终达成一致，发挥了团结协作的精神。

其次，对待任何工作，都要全力以赴，不能畏首畏尾。

通过这次毕业设计，我深有体会。

然更重要的是，在责任心的驱使下，如何采用何种方法更省时省力，解决问题的方案很多，永远坚信“方向总比努力重要”，首先分析课题任务本身，就拿毕业设计来说，课题有了，关键是往哪个方向着手。

怎样去查找相关资料等等，寻找突破口充分的解决好问题。

再次，遇到不懂的问题，及时请教老师。

抓紧设计的宝贵时间，需要调整和改变的地方及时做出改动，而不能墨守成规，做人也是同样的道理。

第四，时刻保持上进的头脑，不断接受新事物，挑战新的问题。

“活到老，学到老”，我们的思想也应不断的修正提高。

对于以上之几点体会，进一步的总结和提高需要有更多的社会实践基础，我相信在不久的将踏入社会之际，只要我们努力学习，勇于实践，勤学好问，我就会把以前模糊的问题弄明白。

我也相信，凭着我自强不息，勇于拼搏的精神，定能很快适应类似设计的需要，适应这个多变的社会。

在此，我要感谢在整个设计过程中，给与我及大帮助的老师们，无论是在论文内容的选择、资料的收集，还是在具体的设计过程中，老师都给与了我们细心的教导和无微不至的关怀，尤其在论文的整理过程中，曾老师提出了大量宝贵的意见和建议，使我们的设计得以更加完善，老师严谨的治学态度，真诚的处世哲学，也将是我们一生学习的财富，在此，请允许我向尊敬的老师，致以最真诚的谢意！
其次，我还要向工业职业技术学院的各位领导和老师，在三年的时间里对我的教诲和帮助表示感谢！
最后，想在百忙之中抽身来评阅我的论文的各位老师致以最衷心的感谢！由于时间仓促，水平有限，论文中难免有不完善之处，真诚地希望各位老师对我的论文提出宝贵意见！
谢谢！
七、参考文献
参考文献
[1]陈远龄.《机床电气自动控制》. 重庆：重庆大学出版社.2004
[2]廖常初.《PLC 的编程方法与工程应用》.重庆：重庆大学出版社.2001
[3]贺哲荣.《流行PLC 实用程序及设计》.西安：西安电子科技大学出版社.2006
[4]邱公伟.《可编程控制器网络通信及应用》.北京：清华大学出版社.1992
[5]郑成.《现代可编程序控制器原理及应用》.北京：科学出版社.1999
[6]江秀汉.《可编程序控制原理及应用》.西安：西安电子科技大学出版社.1998
[7]王红.《可编程控制器使用教程》.北京：电子工业出版社.2002
[8]王振民.《PLC原理及应用》.大庆石油学院.14-61
[9]谢克明.《可编程控制器原理与程序设计》.北京：电子工业出版
社.2005.1-20
[10]刘常.《用低压电器与可编程序控制器》.西安：西安电子科技大学出版社.2005
[11]王永华.《现代电气控制及PLC应用技术》.北京：北京航空航天大学
出版社.2003
[12]殷洪义.《可编程控制器选择设计与维护》.北京：机械工业出版社.2002。