六路搶答器設(shè)計

1、1摘 要有許多比賽活動中為了準(zhǔn)確、公正、直觀的判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過燈光，聲音等手段指示出第一搶答者。電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，開始搶答，如有參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮顯示出搶答者的組別。此時，電路應(yīng)具備自鎖功能，使其他組的搶答開關(guān)不起作用。本設(shè)計基于三菱 FX1N-40-MR-001PLC 為核心,設(shè)計了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加一系列的實用功能并簡化其電路結(jié)構(gòu)，其將以其控制方便，靈活，只要改變輸入 PLC 的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案，

2、從而使得競賽水平不斷提高,比賽更加公平、公正。2目錄摘 要.11 緒論.31.1 課題研究背景.31.2 課程設(shè)計研究內(nèi)容 .42 整體方案選擇.52.1 整體功能介紹.52.2 競賽搶答器控制要求.53 硬件電路設(shè)計.63.1 控制特點分析及 PLC 選型.63.2 外部接線圖 .64 程序設(shè)計.74.1 PLC I/O 地址分配.84.2 梯形圖設(shè)計與分析 .94.3 指令表 .10結(jié)論.13參考文獻.1431 緒論緒論可編程控制器是以計算機為核心的通用自動控制裝置，它的功能強、可靠性極強、編程簡單、使用方便、體積小?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏

3、輯控制、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PLC 的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知道如何針對實際應(yīng)用的需要選擇合適的 PLC 型號，然后進行資源配置，設(shè)計控制系統(tǒng)。該設(shè)計為六路搶答器的 PLC 控制，主要介紹了六路搶答器的工作原理，控制系統(tǒng)的 PLC 的選型和資源的配置，控制系統(tǒng)程序設(shè)計與調(diào)試，控制系統(tǒng) PLC 程序。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并

4、能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 1.1 課題研究背景目前國內(nèi)外市場上已有很多類型的知識競賽搶答器，其大致采用模擬電路、數(shù)字電路、單片機或者 PLC 芯片、計算機控制系統(tǒng)等四類產(chǎn)品。對于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù)相當(dāng)成熟。但是隨著功能的增多，電路也越復(fù)雜，并且成本偏高，故障率高，顯示方式簡單或者沒有，無法準(zhǔn)確判斷搶答按鈕的行為，也不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級換代。對于計算機控制系統(tǒng)來說，其程序簡單，反應(yīng)靈敏，便于參數(shù)調(diào)節(jié)及其功能的升級換代，但鑒于其必須配合計

5、算機實用，可操作性差，沒有得到廣泛的應(yīng)用。而對于科技飛速發(fā)展的今天，PLC、單片機應(yīng)用的不斷深入，帶動了傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)的不斷更新，并鑒于其本身具有的優(yōu)點，以PLC、單片機為核心的部件成為主流?？删幊炭刂破魇且杂嬎銠C為核心的通用自動控制裝置，它的功能強、可靠性極強、編程簡單、使用方便、體積小。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的4各個領(lǐng)域，它以微處理器為核心，用編寫的程序進行邏輯控制、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。PLC 的學(xué)習(xí)比一般編程學(xué)習(xí)困難在于，要完成一個控制系統(tǒng)不僅需要掌握一定的編程技術(shù)，更為重要的是要知道如何針對實際應(yīng)用的需要選擇合適的 PLC

6、 型號，然后進行資源配置，設(shè)計控制系統(tǒng)。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC） ，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計算機技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PLC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱 PLC,PLC 自 1969 年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。PLC 它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序

7、，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點： 在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時，只能處理違規(guī)搶答信號，而對沒有違規(guī)的有效信號不能進行處理，因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。 當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，優(yōu)先編碼電路只能選擇其中一個，或利用搶答電路電子元件的“競爭”選擇其中一個。對于后者由于搶答電路制作完畢后電子元件被固定，各路搶答信號的“競爭”能力也被固定，因而本質(zhì)上也有優(yōu)先權(quán)。普通搶答器存在不公平性。 當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器只能“抓住”其中一個違規(guī)者。因而出現(xiàn)了“漏洞” ?，F(xiàn)在大多

8、搶答器都是以 PLC、單片機為控制核心的智能搶答器，它對采樣獲得的各種搶答信號進行分析。能準(zhǔn)確快速的反應(yīng)，鎖定第一個搶答的選手。能促進比賽的公平，公正，更好的服務(wù)于社會。1.2 課程設(shè)計研究內(nèi)容系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)5計，擬定詳細(xì)的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。在系

9、統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計方法的選用是系統(tǒng)設(shè)計能否成功的關(guān)鍵。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計最重要的選擇可編程的 PLC，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計的系統(tǒng)既經(jīng)濟又高性能。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達到設(shè)計目的。軟件設(shè)計的方法與開發(fā)環(huán)境的選取有著直接的關(guān)系，本系統(tǒng)由于是采用三菱 FX1N 系列可控制編程。此編程工具更有可靠、可拓展、可維護性。2 2 整體方案選擇整體方案選擇2.1 整體功能介紹知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比

10、反應(yīng)時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會科技技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用場合也隨之增加；技術(shù)含量大大提升；更加方便可靠。目前，形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應(yīng)用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位，它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC 進行知識競賽搶答器設(shè)計，其控制方便，靈活，只要改變輸入 PLC 的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案。2.2 競賽搶答器控制要求 競賽共設(shè) 6 個組，每個參賽組擁有常開按鈕各一個，分別設(shè)為 SB3-SB8，各一盞信號燈分別對應(yīng) L2-L7。 主持人控制臺設(shè)有開始搶答按鈕一個，復(fù)位按鈕一個，開始搶答信號燈一盞，報警用蜂鳴

11、器一個。 知識競賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：（1）參賽選手如要搶答主持人提出的問題，必須在主持人宣布“開始” ，并且按下“搶答開始”按鈕，搶答信號燈亮后，由參賽選手搶先按下自己桌上的搶答器按鈕，此時該組燈亮，并且蜂鳴器響兩秒，并鎖住搶答器，使其他組再按也無效。 （2）當(dāng)主持人按下復(fù)位按鈕響應(yīng)后，燈熄滅，參賽選手開始回答問題。6主持人可以隨時再按下?lián)尨饐影粹o進行下一輪的搶答。3 3 硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計3.1 控制特點分析及 PLC 選型智能競賽搶答器通過 PLC 進行控制，按要求進行編程；其主要輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心PLC,PLC 將根據(jù)信號作出

12、相應(yīng)的回應(yīng)。競賽搶答器有 8 個輸入信號，即 8 個輸入按鈕 SB1-SB8，其中包括六個搶答按鈕，一個開始按鈕和一個復(fù)位按鈕 ；8 個輸出信號（即 Y0-Y6七個指示燈，Y7 蜂鳴器。由上述可知，PLC 共有 8 個輸入點，8 個輸出點。該方案選擇 FX1N-40-MR-001 型 PLC。該型 PLC 有 24 個輸入點，16 個輸出點，AC 電源，DC輸入。在滿足現(xiàn)有控制要求下，還有一定的冗余，方便系統(tǒng)的擴展和改進。下圖為三菱 FX1N-40-MR-001 PLC 輸入輸出圖：圖 1 FX1N-40-MR-0013.23.2 外部接線圖外部接線圖7PLC 電源為交流 220V，SB1 表

13、示搶答開始，SB2 表示復(fù)位按鈕，SB3-SB8 分別代表六個參賽隊的常開按鈕。L1 代表搶答開始指示燈，L2-L7 代表各參賽隊的搶答指示燈，Y7 代表蜂鳴器。工作過程分析：主持人宣布搶答開始，按下開始按鈕，Y000 輸出信號，開始搶答指示燈 L1 亮，表示可以搶答當(dāng)某一參賽組按下自己的搶答按鈕后，該按鈕對應(yīng)的內(nèi)部輔助繼電器得電吸合，如 SB2 先按下，則 Y1 得電吸合，使 Y1 接通，此時 L2 指示燈亮，同時蜂鳴器響兩秒，提示搶答成功；且內(nèi)部輔助繼電器 Y1-Y6 互鎖，一個接通時，其他 5 個都斷開；當(dāng)主持人按下復(fù)位按鈕 SB2 時，所有內(nèi)部輔助繼電器失電，燈熄滅；若主持人還沒發(fā)出開

14、始搶答指令，就有參賽組開始按按鈕，提前搶答，不論哪組搶答，搶答都無效。主持人按復(fù)位后所有輔助繼電器失電，指示燈滅。PLC 控制的輸入、輸出接線圖如下： 圖 2 搶答器接線圖4 4 程序設(shè)計程序設(shè)計主程序，在主持人按下開始按鈕 X0 時就進入了各隊搶答的子程序，主持人按下 X1 按鈕時對各隊指示燈復(fù)位。在按下 X0 調(diào)用子程序時，采用Y000 自鎖；如果沒有 Y000 的自鎖，當(dāng)主持人按下 X0 后，程序指針便進入搶答子程序，當(dāng)執(zhí)行到 SRET 返回指令便使程序指針返回主程序段，執(zhí)行8CALL 指令的下一條指令，所以不能再執(zhí)行子程序了。搶答器程序只執(zhí)行了一個掃描周期，這么短的時間供隊員搶答當(dāng)然是

15、不夠的。所以在每個掃描周期中都執(zhí)行子程序，可以達到搶答的目的。4.14.1 PLCPLC I/OI/O 地址分配地址分配三菱 FX1N-40-MR 型 PLC 具有 40 個輸入輸出點，其中輸入 24 點，輸出16 點。在該設(shè)計中，輸入占用 8 個點，輸出占用 8 個點。預(yù)留的輸入輸出有利于設(shè)計的改進和擴展。下表是 PLC I/O 地址分配：表 1 PLC I/O 地址分配輸入點分配輸出點分配輸入點代號功能說明輸出點代號功能說明X000SB1開始搶答Y000L1開始信號燈X001SB2復(fù)位Y001L2第一組指示燈X002SB3第一組搶答按鈕Y002L3第一組指示燈X003SB4第二組搶答按鈕Y

16、003L4第一組指示燈X004SB5第三組搶答按鈕Y004L5第一組指示燈X005SB6第四組搶答按鈕Y005L6第一組指示燈X006SB7第五組搶答按鈕Y006L7第一組指示燈X007SB8第六組搶答按鈕Y007蜂鳴器94.2 梯形圖設(shè)計與分析10 圖 3 梯形圖主程序：當(dāng)系統(tǒng)上電后，主持人在總臺控制臺單擊開始按鈕 X0，允許各隊人員開始搶答，即各隊搶答有效。啟動指示燈亮。定時器 T0 開始工作，定時器按鈕與復(fù)位按鈕并聯(lián)，即定時器起復(fù)位作用。調(diào)用子程序CALL 指令調(diào)用子程序 P0。FEND 主程序結(jié)束。在子程序中，在任何一隊搶答成功在規(guī)定的時間內(nèi) T0=120S 內(nèi)完成搶答和答題，如果在規(guī)

17、定的時間內(nèi)為完成如上操作則視為搶答超時；即120s 后搶答器自動復(fù)位進行下一輪搶答直至又一隊搶答成功。如果在規(guī)定的時間內(nèi)完成搶答和答題完成，則主持人按下復(fù)位按鈕進行下一輪搶答；直至又一隊搶答完成。在子程序中串入輔助繼電器 M8000 運行監(jiān)視，當(dāng) PLC 執(zhí)行用戶程序時M8000 為 ON 停止時 M8000 為 OFF.進棧后執(zhí)行沒個隊的搶答程序，其余各隊的搶答按鈕 SB3-SB8 對應(yīng)的輸出寄存 X2-X7 在程序設(shè)計中為了公平、公正的原則，在每隊的搶答梯級中分別串聯(lián)了其余各隊的輸出寄存器的常閉觸點，達到在一隊搶答成功的前提下，其余各隊搶答無效。其中每隊的常開觸點都與蜂鳴器相連，即任何一隊

18、搶答完成蜂鳴器都會響。程序中在使用 SET 置位指令，使搶答完成后使其輸出指示燈保持ON；SRET 子程序返回指令，使程序返回到 CALL 指令的下一步執(zhí)行。END指整個程序結(jié)束。4.3 指令表11 表 2 指令表LD X000 LD X002LD X004OR Y000ANI Y002ANI Y001OUT Y000ANI Y003ANI Y002CALL P0ANI Y004ANI Y004LD Y000ANI Y005ANI Y005OUT T0ANI Y006ANI Y006 K1200SET Y001SET Y003LD X001LD X003LD X005OR T0ANI Y001

19、ANI Y001ZRST Y0ANI Y003ANI Y002 Y7ANI Y004ANI Y003FENDANI Y005ANI Y005LD M8000ANI Y006ANI Y006MC N0SET Y002SET Y004 M10012LD X006LD X002ENDANI Y001OR X003ANI Y002OR X004ANI Y003OR X005ANI Y004OR X006ANI Y006OR X007SET Y005OR Y007LD X007ANI T1ANI Y001OUT Y007ANI Y002LD Y007ANI Y003OUT T1ANI Y004 K20ANI Y005MCR N0SET Y006SRET13結(jié)論經(jīng)過這星期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下做完了這次的課程設(shè)計工作.完成了任務(wù)書的要求，設(shè)計出了具有聲音和燈光的搶答器，并完成了A2 電氣原理圖的繪制。但是通過這次的課程設(shè)計，我能運用已學(xué)的知識解決我在設(shè)計中遇