八路抢答器PLC系统设计抢答部分.docx
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八路抢答器PLC系统设计抢答部分
1绪论
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，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。
可编程控制器（ProgrammableLogicController）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或生产过程。
美国电气制造商协会经过4年调查，与1980年将其正式命名为可编程控制器（ProgrammableController），简写为PC。
后来由于PC这个名称常常被用来称呼个人电脑（PersonalComputer），为了区别，现在也把可编程控制器称为PLC。
事实上,PLC就是以嵌入式CPU为核心,配以输入,输出等模块,可以方便的用于工业控制领域的装置。
PLC与机器人,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。
2整体方案的选择
2.1设备概况
实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。
目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。
现在的抢答器具有倒计时、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）、屏幕显示、按键发光等多种功能。
但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单（有的甚至没有显示电路），无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。
本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。
2.2竞赛抢答器的控制要求
1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。
2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3）抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
3硬件电路设计
3.1控制特点分析
知识竞赛抢答器通过PLC进行按控制要求编程，其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心（PLC），PLC将根据信号作出相应的响应。
知识竞赛抢答器有10个输入信号（即10个按钮），13个输出信号（即8个台灯信号、一个音响信号、三个数码管输出信号）。
由上可知PLC共有10个输入点，13个输出点。
系统控制结构框
图3-1系统系统控制图
3.2PLC机型的选择步骤与原则
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。
选择时主要考虑以下几点：
（一）合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
（二）安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I／O式以及多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低；远程I／O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I／O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。
（三）相应的功能要求
一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。
但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
（四）响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。
如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I／O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
（五）系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。
对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。
（六）机型尽量统一
一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。
主要考虑到以下三方面问题：
１）机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。
２）机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
３）机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。
综上所述，基于以上思想，选用日本三菱公司FX-80MR系列的PLC作为控制主机。
3.3流程图
当裁判按下开始按钮时，8个参赛队处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目，PLC先判断抢答是否成功，若成功，则进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题，若在规定时间内，则答题结束；若超时，则提示主持人；如果抢答没有成功，则判断是否抢答犯规，若法规，某法规台灯亮，总台灯亮；主持人按下复位，整个答题结束。
N
图3-2系统流程图
4软件设计
4.1I/O分配
表4-1知识竞赛抢答器输入输出口分配表
输入：
X000SB1
1号选手抢答按钮
X004SB6
5号选手抢答按钮
X001SB2
2号选手抢答按钮
X005SB7
6号选手抢答按钮
X002SB3
3号选手抢答按钮
X006SB8
7号选手抢答按钮
X003SB4
4号选手抢答按钮
X007SB9
8号选手抢答按钮
X010SB5
抢答开始
X011SB10
复位
输出：
Y000HL1
1号选手指示灯
Y010B1
蜂鸣器
Y001HL2
2号选手指示灯
Y20-Y27数码管
选手号码
Y002HL3
3号选手指示灯
Y30-Y37数码管
倒计时十位
Y003HL4
4号选手指示灯
Y40-Y47数码管
倒计时个位
Y004HL5
5号选手指示灯
Y005HL6
6号选手指示灯
Y006HL7
7号选手指示灯
Y007HL8
8号选手指示灯
为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用SB9作为裁判台的开始按钮，四个参赛队分别用与之对应号SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8设置按钮。
SB9为比赛复位按钮，使下轮比赛开始。
输出与输入对应，同理用Y0-Y7输出信号驱动对应的信号灯HL1-HL8。
Y10输出信号驱动音响B1。
根据上面IO分配表来看，一共10个输入信号，10个按钮。
输出信号有8个指示灯，和一个蜂鸣器信号，以及3个数码管信号，总计输出信号31个。
根据以上设计分配，我们决定选取三菱PLC的FX2N-80MR-001来完成这次设计。
表4-2BOM表
名字
数量
技术参数
按钮
10
LA42P-10/G常开自复位按钮，寿命1W次
指示灯
8
型号AD17-24，工作电压：
24V，电流10MA。
蜂鸣器
1
型号HMD40，工作电压：
24V，电流20MA。
数码管
3
型号LY-SMG-24，工作电压：
24V，电流50MA。
图4-1PLC接线图
4.2根据控制要求进行梯形图设计
举例演示选手1抢答成功过程：
M8002指令为初始脉冲。
k0赋初始值给D0为“0”。
当按下SB1时，x10闭合，m11自锁。
然后系统开始计时，倒计时30秒开始，系统检测按钮信号，我们以选手1号抢答成功为例，分析程序走向：
选择按钮按下系统M0辅助继电器得电并保持。
然后驱动选手号指示灯亮，表示1号抢答成功。
然后锁住信号。
任何选手抢答后，M10就有信号。
就锁住系统，其他按钮再按就无效了，就停止计时了。
等待裁判按下复位按钮。
按下复位，所有状态都回到初始状态，等待新的开始信号。
4.3指令表
LD8002
ORX001
MOVK0D1
MOVK0D0
RSTT0
ZRSTM0M11
LDX10
ORM11
ANIX011
ANIT0
OUTM11
LDX000
ORM0
ANIT0
ANDM11
OUTM0
LDX001
ORM1
ANIT1
ANDM11
OUTM1
LDX002
ORM2
ANIT2
ANDM11
OUTM2
LDX003
ORM3
ANIT3
ANDM11
OUTM3
LDX004
ORM4
ANIT4
ANDM11
OUTM4
LDX005
ORM5
ANIT5
ANDM11
OUTM5
LDX006
ORM6
ANIT6
ANDM11
OUTM6
LDX007
ORM7
ANIT7
ANDM11
OUTM7
LDM0
ANIM1
ANIM2
ANIM3
ANIM4
ANIM5
ANIM6
ANIM7
OUTY000
LDM1
ANIM0
ANIM2
ANIM3
ANIM4
ANIM5
ANIM6
ANIM7
OUTY001
LDM2
ANIM1
ANIM0
ANIM3
ANIM4
ANIM5
ANIM6
ANIM7
OUTY002
LDM3
ANIM1
ANIM2
ANIM0
ANIM4
ANIM5
ANIM6
ANIM7
OUTY003
LDM4
ANIM1
ANIM2
ANIM3
ANIM0
ANIM5
ANIM6
ANIM7
OUTY004
LDM5
ANIM1
ANIM2
ANIM3
ANIM4
ANIM0
ANIM6
ANIM7
OUTY005
LDM6
ANIM1
ANIM2
ANIM3
ANIM4
ANIM5
ANIM0
ANIM7
OUTY006
LDM7
ANIM1
ANIM2
ANIM3
ANIM4
ANIM5
ANIM6
ANIM0
OUTY007
LDM0
ORM1
ORM2
ORM3
ORM4
ORM5
ORM6
ORM7
OUTM10
LDM11
ANIM10
OUTT0K300
LDM8000
ANIM10
SUBK300T0D1
LDM11
OUTT1K5
LDM11
ANIT1
ORT0
ORX000
ORX001
ORX002
ORX003
ORX004
ORX005
ORX006
ORX007
OUTY010
LDY000
MOVK1D0
LDY1
MOVK2D0
LDY2
MOVK3D0
LDY3
MOVK4D0
LDY4
MOVK5D0
LDY5
MOVK6D0
LDY6
MOVK7D0
LDY7
MOVK8D0
LDM8000
DIVD1K10D2
MULD2K10D3
SUBD1D3D4
SEGDD0K2Y020
SEGDD2K2Y030
SEGDD4K2Y040
END
4.4程序的调试
打开三菱编程软件进入仿真模拟界面
然后按下X10，主持人启动抢答D2是倒计时
然后X0按下Y10蜂鸣器响Y0选手1灯亮。
按下X11主持人复位按钮，复位设备，等待新的抢答开始。
5总结
经过为期三周的课程设计，让我对PLC控制系统的认识进一步的加深。
本文采用的是三菱FX系列的PLC，成功的完成了对八路抢答器抢答部分控制系统设计，实现了抢答基本的功能。
本文所设计的抢答器没有现实违规抢答报警功能，这是此次设计的遗憾之处。
为使设计更加合理，今后将继续加强对PLC控制系统的学习，努力使得自己所设计的PLC控制系统达到实用性。
三周的课程设计转眼间结束了，在这次课程设计的实验中，不仅检验和加深了我们平时书本上学习的知识，也锻炼了我们的动手的能力以及自己独立思考解决问题的能力。
更重要的是，在设计思路上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
参考文献
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2版[M]．北京：
机械工业出版社，2013．
[2]冯清秀，邓星钟等．机电传动控制：
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清华大学出版社，2005．
[4]张桂香．电气控制与PLC应用[M]．北京：
化学工业出版社，2003．
[5]范国伟．三菱可编程序控制器技术与应用[M]．北京：
人民邮电出版社，2010．
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