三路智力抢答器PLC控制.docx
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三路智力抢答器PLC控制
佛山科学技术学院
课程设计任务书
专业年级班
1设计题目
三路抢答器的PLC控制
2主要内容
该抢答器作为智力竞赛的品判装置，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、声音显示其答题正确、错误及违规，在主持人的操作下，对答题者所显示的分数值进行加分、减分或违规扣分。
3具体要求
1.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。
2.主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。
3.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。
4.主持人按下计时按钮，开始计时。
答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。
5.抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。
6.答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。
答题过程中灯光、音响的安排及注意事项见课程设计指导书。
在上述具体的要求下，完成硬件电路的制作和接线，PLC控制程序的设计及联机调试，直至满足要求。
4进度安排
1.理解课程设计内容及设计要求，查阅资料（第一周的星期一）。
2.PLC外围硬件电路的制作和接线，构思设计方案（第一周的星期二至星期三）。
3.PLC控制程序设计、程序调试及系统的总体调试，撰写课程设计报告（第一周的星期四至第二周星期四）。
4.课程设计答辩、批改设计报告，登载成绩（第二周星期五）。
5完成后应上交的材料
PLC外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。
6总评成绩
指导教师签名日期年月日
系主任审核日期年月日
摘要………………………………………………………………………0
一、系统设计及要求……………………………………………………1
二、硬件设计……………………………………………………………3
2.1硬件组成框图……………………………………………….…3
2.2硬件选取………………………………………………….……4
2.2.1三菱PLC可编程控制器…………………………….……4
2.2.2控制及显示模………………………………………..……4
2.2.3八字数码管……………………………………….….……4
2.2.4CD4511简介…………………………………………...……5
2.2.5数码管显示…………………………………………..……6
三、设计…………………………………………………………..….…7
3.1I/O端口…………………………………………………..……7
3.2主流程图………………………………………………………8
3.2.0梯形图说明…………………………………………….……9
3.2.1元件说明……………………………………………………10
3.2.2初始化程序…………………………………………………11
3.2.3违规抢答程序及警报灯程序………………………………11
3.2.4启动按钮及无人应答程序…………………………………12
3.2.5有效抢答及违规时抢答者灯亮程序………………………12
3.2.6控制台绿灯点亮程序………………………………………13
3.2.7计时程序……………………………………………………13
3.2.8有效加减法程序……………………………………………14
3.2.9违规减法程序………………………………………………15
3.2.10防过违规程序及违规时单次减分、输出控制程序……..16
3.2.11输出显示程序…………………………………………..…16
3.2.12复位………………………………………………………..18
3.4调试时的出错及解决方案………………………………...…18
四、个人总结……………………………………………………….…19
参考文献………………………………………………………….……20
附录……………………………………………………………….……21
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（ProgrammableLogicController）对PLC控制智力抢答器进行控制。
首先，拿到这个题目之后，我对本次设计进行了初步的思考。
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。
该抢答器可作为智力竞赛的评判装置。
可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。
关键词：
智能控制;三路抢答器;PLC;计分
一、系统设计内容及要求
1.1抢答器功能：
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1-1所示。
图1-1
1.2抢答器设计要求
1.2.1抢答规则
1.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。
2.主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。
3.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。
4.主持人按下计时按钮，开始计时。
答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。
5.抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。
6.答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原来状态，为下一轮抢答做好准备。
7.在抢答时间（10s）内，除抢答者按下按钮外，其它按钮按下无效。
只有在答题者回答问题且按下加分或减分按钮后，再按复位按钮才能进入下一轮抢答。
8.若出现违规，只有在按下违规减分按钮后，再复位才能进入下一轮抢答。
9.若无人抢答，控制台绿灯点亮2s后，无需按下复位按钮自动进入下一轮抢答。
1.2.2控制台，抢答者灯光，声响说明
1.抢答有效:
抢答者灯亮、控制台绿灯及声响。
2.10s无人应答:
声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。
3.违规:
违规者灯亮、控制台红灯（HL5）亮及声响。
4.答题过程:
抢答者灯、控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。
5.答题时间到:
抢答者灯亮，控制台绿灯灭及声响
6.声响时间为1s。
1.2.3加减分，违规扣分说明
抢答器由数码显示器显示每个答题者的分数，由主持人控制。
1.答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分。
2.减分计算中若出现负分作0分处理。
3.按加分按钮加10分，按减分按钮减10分，按违规减分按钮减5分，最高分为90分（违规情况下最高分为95分），最低分0分。
二、硬件设计
2.1硬件组成框图
输入
灯光控制信号
主持人输入信号
抢答者输入信号
输出显示信号
声响控制信号
图.2-1
2.2硬件选取
2.2.1三菱PLC可编程控制器
在本系统中，采用的是FX2N系列的可编程控制器，它由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成。
便小型的编程设计所用。
2.2.2控制及显示模块
该模块主要由9个按钮、I/O输入输出口、6个数码显示管及6个CD4511芯片焊接在电路板上。
该模块主要由导线及PLC的输入输出触点、COM端相连接。
使得我们可以方便地在按钮板块上实现SB0（复位X0）、SB1（1号抢答X1）、SB2（2号抢答X2）、SB3（3号抢答X3）、SB4（开始X4）、SB5（加分X5）、SB6（减分X6）、SB7（计时X7）、SB8（违规X10）等按钮的功能。
2.2.3八字数码管
本显示电路主要由CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成。
显示时候只要将CD4511的A、B、C、D端输入的BCD码，通过译码、锁存和驱动，以十进制数在七段显示数码管中显示。
2.2.4CD4511简介
CD4511主要端子介绍如下：
①锁存部分有四位存储锁电路，由锁存允许端LE控制锁存，当LE＝“0”时，锁存器直通，输出端随A～D端变化；当LE＝“1”时，锁存器锁定，输出端保持不变。
②熄灭控制端BI，当BI＝“0”时，译码器输出全为“0”，即数码管熄灭。
③输出驱动部分是具有较大电流输出的NPN双极型晶体管，当推动LED数字显示器件时，一定要加限流电阻，限流电阻约200Ω,由等测试输入端LT，可测试数码管的七段。
当LE＝“0”时，显示数8，即各段均亮，则正常。
当输入的BCD码大于1001时，七段显示输出全为“0”，数码管熄灭。
CD4511管脚逻辑图如下图3-3-1所示。
2.2.5数码管显示电路
图2-3外围硬件连接图
图2-4
三、设计方案
3.1I/O端口
3.1.1硬件及PLC对应端口地址
硬件输入模块
PLC对应触点
复位按钮SB0
X0
1号抢答按钮SB1
X1
2号抢答按钮SB2
X2
3号抢答按钮SB3
X3
开始按钮SB4
X4
加分按钮SB5
X5
减分按钮SB6
X6
计时按钮SB7
X7
违规减分按钮SB8
X10
1号指示灯HL1
Y12
2号指示灯HL2
Y13
3号指示灯HL3
Y14
控制台绿灯HL4
Y15
违规指示灯HL5
Y16
蜂鸣器
Y17
显示电路板
Y0~Y11
表3-1
3.1.2I/O端子接线图
图3-1
3.2主流程图
N
图3-2
3.3梯形图说明
3.3.1元件说明
符号
作用
M0
按下启动按钮标志
M1
抢答有效标志
M2
正在进行答题标志
[M10，M160]
中间寄存器，临时存储数据
[D0,D2]
每组分数的十位数的数据寄存器
[D3,D5]
每组分数的个位数的数据寄存器
C0
控制初始化赋值的次数为1次
C1
控制答题时间最后10s的控制台绿灯闪烁次数
C2
控制提前答完时自动断开计时
C3
控制违规减分及其输出的次数为1次
[C4,C6]
锁定违规者
C7
违规减分的输出控制
[C8,C10]
防止过违规
表3-2.元件说明
3.2.2初始化程序
当赋初值一次后，初始化程序自动断开，采用计数器C0控制
图3-3
3.2.3违规抢答程序及警报灯程序
我们认为违规行为处在主流程图的开始及判断是否按下开始按钮之间的按下抢答器行为；
C8、C9、C10是防止过违规行为。
图3-4
3.2.4启动按钮及无人应答程序
按下开始按钮X004，进入抢答环节，10s无人应答，进入声响（T1）及控制台绿灯（T2）点亮2s，并且自动复位。
图3-5
3.2.5有效抢答及违规时抢答者灯亮程序
开关T0是避免10s无人应答后，在计时器T2时间内，有人进行抢答。
Y13、Y14为互锁开关；
C4为违规时，违规者灯亮开关，C4常开开关允许多人在一轮抢答中违规。
图3-6
3.2.6控制台绿灯点亮程序
只有在有效抢答标志位M1得电，才能进入计时环节；
T6、T7为计时环节中的10s灯闪烁的控制开关；
T0无人抢答时的灯亮控制开关；
图3-7
3.2.6蜂鸣器程序
T0、T1无应答时的蜂鸣控制开关；
C1、T9为计时60s时间到的时候的蜂鸣控制开关；
图3-8
3.2.7计时程序
只有在有效抢答标志位M1得电，才能按下X7进行计时；
T6计时50s进入绿灯闪烁的计时程序，同时使绿灯灭；
T7控制10s闪烁灯亮1s，T8控制灯灭1s；
C1控制闪烁5次；
3.2.8有效加减分程序
图3-9
3.2.8有效加减法程序
首先对抢答者分数的十位数进行判断，是否被加数小于9或者被减数大于0，如果是，则进行加减法计算，如果否，则直接进入输出程序；
C2控制提前答完时，结束60s计时环节；
图3-10
图3-11
3.2.9违规减法程序
首先对违规者分数的个位数进行判断是否等于5，如果是，则直接进行个位数减5计算.如果否，再次对违规者分数的十位数进行判断是否大于0，如果是，则进行十位数减1，个位数加5运算，如果否，直接进行输出显示；
图3-12
图3-13
3.2.10防过违规程序及违规时单次减分、输出控制程序
当按下违规减分按钮之后，未复位之前，再次按下抢答器行为视为无效输入行为；
计数器C3控制违规减分程序及输出控制程序在复位前只能单次执行；
计数器C8、C9、C10是避免当有违规行为时，并且已经进行了违规减分按钮，但未复位之前，没有违规者按下抢答器为无效输入；
[RSTC7]指令为违规减分输出显示开始指令。
图3-14
3.2.11输出显示程序
当赋初始值或者一轮输出分数后，C7计1，不清零，只有在有违规情况下，按下违规减分按钮C7清零复位，从而实现控制违规减分的输出显示及输出显示次数；
T20为Y04置0、输出显示延时1ms；
T21为Y04置1延时1ms，从而避免第二个输出的数字影响前面一个数码管的显示；
……..
图3-15
图3-16
输出显示最后一个计时器T30计时后，计时器自动复位-[ZRSTT20T30]
C7控制违规减分的输出显示及输出显示次数；
3.2.12复位
图3-17
3.4调试时的出错及解决方案
1.灯、蜂鸣器没有动作，是由于PLC输出端的COM没有接VCC端口；
2按下加减按钮时，被加数或者被减数，直接被加到9或者被减到0，是由于按下加减按钮，加法指令或者减法指令被多次执行，解决方法才用加法上升沿有效或者减法上升沿有效指令；
3.当主持人按错加减法时，无法复原回原来分数，采用计时后，可以多次按下加减法按钮，并使之有效，可以多次输出；
4.当按下违规减分按钮后，未复位前，再次按下违规减分按钮时，违规减分指令不再执行，但可以输出显示指令再次执行，解决方法：
当违规减分输出已经执行一次，采用计时器C3计1，用来断开X10的通电状态.；
5.显示输出时，出现无法锁存，所有数码管显示的数字为最后一个输出的数字，是由于Y4、Y5、Y6、Y7、Y10在执行置零后没有恢复置1；
6.显示输出时，经常无端出现置零现象，在电脑上已经锁存了，无法改变数字，是由于输出显示程序太过于复杂，程序不稳定导致，继续进行程序优化、简化可以解决。
四、个人总结
通过这次设计实践。
我学会了plc的基本编程方法，对plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序及到plc中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。
能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对plc的理解得到加强，看到了实践及理论的差距。
此次设计以分组的方式进行，我们做的是三路智力抢答器的plc控制系统。
由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，拿到的时候都不知道怎么做。
但通过各方面的查资料并学习。
我们基本学会了plc设计的步聚和基本方法。
分组工作的方式给了我及同学合作的机会，提高了及人合作的意识及能力。
参考文献
[1]方清城.可编程序控制器课程设计指导书[M].佛山：
佛山科学技术学院 机电及信息工程学院，
[2]史国生.电气控制及可编程控制器技术（第二版）[M].北京：
化学工业出版社。
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