2009级课程设计说明书
三路智力抢答器的PLC控制
系 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： XX XX 指导教师： XX XX 职称 教授 专 业： 自动化 班 级： 090X班 完成时间： 2012年11月
摘 要
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。
本次设计是利用PLC（Programmable Logic Controller）对PLC控制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控制的三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、计时及计分输出显示功能等。
关键词：智力控制;三路抢答器;PLC;计分
目 录
1系统设计内容及要求 ............................................ - 1 -
1.1概述..................................................... - 1 - 1.2设计要求................................................. - 1 - 1.3 设计任务 ............................................... - 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 ......................................... - 4 - 2.5 硬件接线分析 ........................................... - 4 - 3 抢答器软件系统设计........................................... - 6 -
3.1 整体设计 ............................................... - 6 - 3.2 PLC控制程序流程图...................................... - 6 - 3.3 抢答器程序设计 ......................................... - 7 - 4安装与调试 ................................................... - 11 - 5结 论 ....................................................... - 12 - 参考文献....................................................... - 13 - 附录........................................................... - 14 -
1系统设计内容及要求
1.1概述
该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其回答正确或错误，在工作人员操作下对答题者所显示的分数加分或减分。
三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，最先按下按钮有效，在此以后按下的按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器组成框图如图1所示。
SB1SB2SB31HA23HL1HL2SA复位停止-PLC控制器SB0开始+加/减主持人 图1 三路智力抢答器组成框图
1.2设计要求
1．按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则抢答器自动撤消抢答信号（有声音提示），说明该题无人抢答，自动作废。
2．按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，其余信号（后按下的）无效，有效信号用灯光和声音指示。
3．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1min）完毕时，有灯光和声音信号提示答题时间到。
4．三路抢答器应有灯显示和分数值显示，对答题正确或错误者，在操作人员的控制下，可对其加10分或减10分。加分可达最大分值是99分，减分可达最少分值是00分。工作流程如图2所示。
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开始出题N重新出题有抢答Y判断第一抢答者显示正确或错误答题加分减分 图2 三路抢答器工作流程示意图
1.3 设计任务
1．根据题意，设计该PLC控制系统。 2．PLC选择及I/O及其它PLC元器件分配。
3．选择电器元件，编制元件目录。找钱、汽水及咖啡指示灯为6.3V指示灯。 4．绘制梯形图。
5．用计算机绘制主电路图、PLC控制电路图、电器元件布置图。 6．编写设计说明书及设计小结。
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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：
1、可靠性高2、体积小3、通用性好4、使用方便
硬件系统分别选择4个额定电压为24V的蜂鸣器，8个LED。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，让大家都很快明白。其硬件组成结构图如图3所示:
FX2n-80MR数字量输入数字量输出10S60S主持人输入信号抢答输入信号声音输出信号指示灯输出信号组别显示输出信号和输出信号 图3 硬件组成图
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2.3 硬件I/O地址分配
根据任务要求及所选FX3U-80MR(考虑20%接口裕量)和其他硬件（蜂鸣器，
灯，七段数码显示管）PLC的I/O地址分配如表1。
表1 三路智力抢答器输入输出口分配表
输入信号 输入设备/符号 PLC输入点 主持人复位/停止开关SB0 主持人按抢答开始按钮SB1 主持人加分按钮(SB2) 主持人减分按钮(SB3) 第1号抢答按钮(SB4) 第2号抢答按钮(SB5) X0 X1 X2 X3 X4 X5 PLC控制器电源接通指示HL1 抢答信号灯、控制声音（HA） 1号灯光和声音 2号灯光和声音 3号灯光和声音 抢答时间到指示灯HL2 答题时间已到HL3 第3号抢答按钮(SB6) X6 1号分数值显示 2号分数值显示 3号分数值显示 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y10-Y16、Y40-Y46 Y20-Y26、Y40-Y46 Y30-Y36、Y40-Y46 输出信号 输出设备/符号 PLC输出点 2.4 硬件系统接线图
根据题目要求和I/O地址分配，选用六个共阴极的数码管，结合FX3U-80MR的PLC外部系统接线图见图4所示。
2.5 硬件接线分析
为了硬件电路接线方便，SB1抢答的开始按钮，对应输入点为X1输出点为Y0。SB1、SB2、SB3分别对应三个参赛对号，输入点分别X4、X5、X6，输出点分别为Y2、Y3、Y4。SB0为抢答的复位按钮，对应输入点为X0。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。
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图4外部接线图
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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,工作系统自动控制流程框图如图5所示。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。
3.2 PLC控制程序流程图
开始开始指示灯亮，抢答开始倒计时结束，超有选手抢按抢答成功选手灯亮，蜂鸣器响，开始指示灯灭，答题开始计时1M开始指示灯灭答题超时，选手灯灭铃响答题完毕根据选手表现，主持人实行加减分 图5 程序设计流程图
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3.3 抢答器程序设计
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，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
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。如图6所示。
图6初始化复位
在抢答者按下抢答的同时即X4(或X5,X6)为ON时产生一个互锁信号M10(锁定其他选手抢答)。同时Y2(或Y3,Y4)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7所示。
图7抢答程序
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续图7抢答程序
根据任务要求当10秒内无人抢答则取消答题信号（用T4实现）。程序如图8所示。
图8 无人抢答程序
利用中间继电器M10和Y2和Y3和Y4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9所示。
图9 答题计时程序
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10所示。
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图10 加减分初始化程序
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11。
图11加减分程序
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续图11加减分程序
由各功能块程序及任务要求编写程序见附录所示。
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4安装与调试
将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装。知识竞赛抢答器的程序是由三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编制完成，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，运行三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编程软件，打开知识竞赛抢答器的程序，即可在线调试，也可用编程器进行调试。
（1）按下抢答开始按钮SB1.先在10秒内抢答，看答题开始计时60秒后是否有灯光和声音信号。
（2）按下抢答开始按钮SB1.10秒内无人抢答是否有灯光和声音信号。 （3）在正确的抢答情况下加减分是否有正确显示。 （4）所有的信号显示都要根据I/O分配。看是否正确。
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5结 论
通过此次课程设计，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。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得到了巩固。整个设计通过了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，书本上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。
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参考文献
[1] 史国生主编.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版，2010.5
[2] 钟肇新等.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社，2008. [3] 三菱FX PLC使用手册.三菱公司.
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附录
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