智力搶答器PLC設(shè)計(jì)

《機(jī)電傳動(dòng)控制》課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：智力搶答器的PLC控制專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師提交日期2015年12月目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論3第2章智力搶答器的設(shè)計(jì)方案42.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析42.1.1設(shè)計(jì)的目的42.1.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容42.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案5第3章智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)原理63.1智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)框圖63.2智力搶答器PLC控制的控制原理6第4章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)74.1電源的選擇74.2PLC選型和配置74.2.1PLC的機(jī)型和容量74.2.2I/O模塊74.3PLC的I/O點(diǎn)的分配及I/O接線圖84.3.1PLC的I/O點(diǎn)的分配84.2.2PLC的I/O端子與輸入/輸出設(shè)備的連接圖10第5章PLC程序設(shè)計(jì)115.1控制程序流程分析以及順序功能圖115.2脈沖信號(hào)示意圖125.3控制程序梯形圖和相應(yīng)的程序指令表13第六章系統(tǒng)調(diào)試16參考文獻(xiàn)19設(shè)計(jì)心得緒論搶答器是由優(yōu)先權(quán)編碼器構(gòu)成的邏輯電路，其運(yùn)算速度慢，線路復(fù)雜，可靠性不高，功能也比擬簡單，特別是當(dāng)搶答路數(shù)很多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來就更加困難。而本設(shè)計(jì)將以PLC為核心設(shè)計(jì)了順序功能圖，程序指令表以及控制程序梯形圖的分配方案，在保存原始搶答器的根本功能的同時(shí)又增加了一系列實(shí)用的功能并簡化了搶答器的電路結(jié)構(gòu)，使得只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案，從而使得競賽不斷完善其公平，公正性。通過這次課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生掌握一定的理論根底知識(shí)，同時(shí)具備一定的實(shí)踐設(shè)計(jì)技能，并且能夠利用PLC控制技術(shù)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及編程。第2章智力搶答器的設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)分析2.1.1設(shè)計(jì)的目的通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握PLC在機(jī)電設(shè)備控制中的現(xiàn)狀、技術(shù)應(yīng)用和開展趨勢；了解并掌握三菱FX2N系列PLC硬件組成，控制程序的根本編寫過程，掌握GXDeveloper編程環(huán)境的使用及調(diào)試，能夠根據(jù)機(jī)電設(shè)備的功能要求獨(dú)立完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。2.1.2設(shè)計(jì)的內(nèi)容本設(shè)計(jì)將以PLC為核心設(shè)計(jì)了順序功能圖，程序指令表以及控制程序梯形圖的分配方案，在保存原始搶答器的根本功能的同時(shí)又增加了一系列實(shí)用的功能并簡化了搶答器的電路結(jié)構(gòu)，使得只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案，從而使得競賽不斷完善其公平，公正性。設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：競賽開始時(shí)，主持人按下啟動(dòng)/停止開關(guān)SA，指示燈HL1亮；當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕SB0后，如果在10s內(nèi)無人搶答，賽場音響HA發(fā)出持續(xù)1.5s的聲音，指示燈HL2亮，表示搶答器自動(dòng)撤銷此次搶答信號(hào)；當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕SB0后，如果在10s內(nèi)有人搶答(按下?lián)尨鸢粹oSB3、SB4、SB5)，那么最先按下?lián)尨鸢粹o的信號(hào)有效，相應(yīng)的搶答桌上的搶答燈〔HL3，HL4，HL5〕亮，賽場的音響發(fā)出短促音(0.2sON,0.2sOff0.2sON)；當(dāng)主持人確認(rèn)搶答有效后，按下答題計(jì)時(shí)按鈕(SB6),搶答桌上的搶答燈滅，計(jì)時(shí)開始，計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)(1min)，賽場的音響發(fā)出持續(xù)3s的長音，搶答桌上搶答燈再次亮；如果搶答者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)正確答復(fù)下列問題，主持人或助手按下加分按鈕，為搶答者加分，同時(shí)搶答桌上的指示燈快速閃爍3s(閃爍頻率為0.3sON，0.3sOFF)；如果搶答者不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)正確答復(fù)下列問題，主持人或助手按下減分按鈕，為搶答者減分。圖2.12.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案智力搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手反響時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。與傳統(tǒng)搶答器不同，在PLC的控制下可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)搶答器的很多缺乏。PLC是由工業(yè)微型計(jì)算機(jī)、輸入，輸出設(shè)備，是保護(hù)及抗干擾隔離電路等構(gòu)成的微機(jī)控制裝置，具有順序、周期性工作的特征，從應(yīng)用角度看PLC具有如下特點(diǎn)：可靠性高、體積小、通用性好、使用方便。第3章智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)原理3.1智力搶答器的PLC控制系統(tǒng)框圖PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下列圖3.1所示：·圖3.1PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2智力搶答器PLC控制的控制原理從上述的任務(wù)分析中可以看出來，本課程設(shè)計(jì)主要要解決的問題有以下幾點(diǎn)：在主持人按下?lián)尨鸢粹o后，10s內(nèi)的搶答情況。10s內(nèi)是否有人搶答是搶答是否繼續(xù)的關(guān)鍵。無人搶答那么撤銷搶答信號(hào)，否那么就繼續(xù)下面的環(huán)節(jié)，因此需要在這個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置一個(gè)撤銷搶答信號(hào)的輸出與繼續(xù)搶答信號(hào)的輸出的互鎖，即其中一個(gè)輸出得電，另一個(gè)就立即斷開電路。有人搶答那么最先按下?lián)尨鸢粹o的信號(hào)有效，所以我們?cè)谶@個(gè)環(huán)節(jié)也需要設(shè)置三個(gè)搶答信號(hào)之間的互鎖；賽場音響發(fā)出的短促音以及搶答桌上的指示燈的閃爍。對(duì)于這兩個(gè)要求，我們是通過設(shè)置一個(gè)脈沖信號(hào)來完成的，脈沖上升沿時(shí)，相應(yīng)環(huán)節(jié)的音響發(fā)出聲音及指示燈亮；反之，音響不響、指示燈滅；整個(gè)電路的保護(hù)，過載及短路保護(hù)。第4章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)4.1電源的選擇電源模塊的選擇僅對(duì)于模塊式結(jié)構(gòu)的PLC而言，整體式的PLC不用考慮電源的選擇。對(duì)電源模塊的選擇主要考慮電源輸出額定電流和電源輸入電壓。4.2PLC選型和配置4.2.1PLC的機(jī)型和容量本設(shè)計(jì)中PLC的型號(hào)我們選擇的是課本上有介紹的日本三菱公司FX2N系列的FX2n-80MR系列的產(chǎn)品。硬件系統(tǒng)分別選擇1個(gè)額定電壓為2V的電鈴音響，5個(gè)額定電壓為24V燈泡。3個(gè)七段數(shù)碼顯示管〔七段數(shù)碼顯示管用7位的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中可以用三菱PLC指令SEGD,只需要用一個(gè)數(shù)據(jù)存放器D〕。I/O接口分別為8個(gè)輸入繼電器X、12個(gè)輸出繼電器Y和20%接口裕量，所以選擇三菱FX2n-80MR系列。另外，三菱FX2N系列高速大容量的特點(diǎn)也是我們選擇它作為PLC的型號(hào)的原因之一。高速大容量：a.超高速程式處理；b.大容量存儲(chǔ)器，內(nèi)附8k步RAM〔RUN過程中可更改程序〕，最大可達(dá)16k；c.可選擇性：可使用RAM〔8k〕，EPROM〔8k〕，或帶實(shí)時(shí)時(shí)針的存儲(chǔ)器卡盒；d.多種功能：包括27種根本指令，2種步進(jìn)指令和128種應(yīng)用指令。4.2.2I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出局部I/O來完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映其輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映其輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入〔DI〕，開關(guān)量輸出〔DO〕；模擬量輸入〔AI〕，模擬量輸出〔AO〕等模塊。FX系列PLC輸入特性表如下表4.1：工程DC輸入AC輸出品種FX0，F(xiàn)XON,FX2，F(xiàn)X2CFXON,FX2C〔X10以內(nèi)〕FX2輸入信號(hào)電壓DC24V±10%AC100V-120V±10%50/60Hz輸入信號(hào)電流7mA/DC24V5mA/DC24V6.2Ma/DC110V60Hz輸入ON電流4.5mA以上3.5mA以上3.8mA以上A輸入OFF電流1.5mA以下1mA以下1.7mA以下輸入響應(yīng)時(shí)間約100ms但FX0的X0-X7，，0-15ms約30ms不可高速輸入輸入信號(hào)形式無電壓接點(diǎn)或NPN集電極開路輸出晶體管AC電壓表4.1PLC輸入特性表4.3PLC的I/O點(diǎn)的分配及I/O接線圖4.3.1PLC的I/O點(diǎn)的分配I/O點(diǎn)的輸入點(diǎn)有8個(gè)，輸出點(diǎn)有12個(gè)。PLC的I/O口端口地址分配表如下表3.1。輸入輸出現(xiàn)場信號(hào)端口地址說明現(xiàn)場信號(hào)端口地址說明1SAX000啟動(dòng)/停止按鈕信號(hào)1HAY000賽場音響發(fā)出聲音2SB0X007開始搶答按鈕信號(hào)2HL1Y001啟動(dòng)指示燈亮3SB1X001加分按鈕信號(hào)3HL2Y002無人搶答指示燈亮4SB2X002減分按鈕信號(hào)4HL3Y0033號(hào)搶答桌上的搶答燈亮5SB3X0033號(hào)桌搶答按鈕信號(hào)5HL4Y0044號(hào)搶答桌上的搶答燈亮6SB4X0044號(hào)桌搶答按鈕信號(hào)6HL5Y0055號(hào)搶答桌上的搶答燈亮7SB5X0055號(hào)桌搶答按鈕信號(hào)7Y013為3號(hào)搶答者加分8SB6X006答題計(jì)時(shí)按鈕信號(hào)8Y014為4號(hào)搶答者加分9Y015為5號(hào)搶答者加分10Y023為3號(hào)搶答者減分11Y024為4號(hào)搶答者減分12Y025為5號(hào)搶答者減分表4.2I/O端口地址的分配時(shí)間繼電器T及計(jì)數(shù)器C的使用說明〔如表4.3所示〕。時(shí)間繼電器計(jì)數(shù)器時(shí)間繼電器地址時(shí)間說明計(jì)數(shù)器地址次數(shù)說明T010s延時(shí)接通/斷開C02使T2、T3控制的脈沖信號(hào)循環(huán)2次〔0.6s〕后停止T11.5s延時(shí)斷開T20.2S控制脈沖信號(hào)周期C15使T6、T7控制的脈沖信號(hào)循環(huán)5次〔3s〕后停止T30.2s控制脈沖信號(hào)周期T41min延時(shí)接通音響和搶答燈T53s延時(shí)斷開音響T60.3s控制脈沖信號(hào)周期T70.3s控制脈沖信號(hào)周期表4.3時(shí)間繼電器及計(jì)數(shù)器的使用說明中間輔助繼電器M的使用說明〔如表4.4所示〕。中間繼電器地址替代的輸入/輸出信號(hào)現(xiàn)場信號(hào)端口地址M1SB0X007M2HAY000M3M4M5HL3Y003M10M6HL4Y004M11M7HL5Y005M12M13SB6X006M14T0表4.4中間輔助繼電器的使用說明4.2.2PLC的I/O端子與輸入/輸出設(shè)備的連接圖I/O外接線圖如下列圖4.1。圖4.1I/O外接線圖第5章PLC程序設(shè)計(jì)5.1控制程序流程分析以及順序功能圖根據(jù)任務(wù)分析，可畫出流程圖和順序功能圖分別如下列圖5.1和5.2。圖5.1流程分析圖圖5.2順序功能圖5.2脈沖信號(hào)示意圖控制賽場音響發(fā)出短促音〔0.2sON,0.2sOFF,0.2sON〕和搶答桌上的指示燈快速閃爍3s〔頻率為0.3sON,0.3sOFF〕的脈沖信號(hào)如下列圖5.3和5.4所示。圖5.3音響短促音脈沖信號(hào)時(shí)序圖圖5.4搶答燈閃爍脈沖信號(hào)時(shí)序圖5.3控制程序梯形圖和相應(yīng)的程序指令表經(jīng)過軟件GX-Words的模擬調(diào)試后，最終確認(rèn)的梯形圖如下列圖5.5〔由FXGPWIN3.3中文免安裝版畫出〕。圖5.5梯形圖通過FXGPWIN3.3，可將梯形圖轉(zhuǎn)換為下述指令表〔如圖5.6所示〕：圖5.6指令表第六章系統(tǒng)調(diào)試用GX-Words軟件來調(diào)試梯形圖時(shí)，音響短促音〔0.2sON,0.2sOFF,0.2sON〕以及指示燈閃爍3s時(shí)候頻率〔0.3ON,0.3OFF〕過短，調(diào)試現(xiàn)象不明顯，因此我們?cè)谡{(diào)試時(shí)把它們的時(shí)間調(diào)大十倍，以便更加清晰、直接的觀察到調(diào)試的結(jié)果。另外，在讓音響發(fā)出短促音及指示燈閃爍這個(gè)環(huán)節(jié)是利用脈沖信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。但是在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，脈沖在結(jié)束一個(gè)周期后會(huì)自動(dòng)開始下一個(gè)周期，一直循環(huán)不停。所以，在經(jīng)過屢次的討論和修改后，決定在脈沖前分別加上計(jì)數(shù)器C0和C1來控制它的循環(huán)次數(shù)，防止無限周期循環(huán)。a.按下啟動(dòng)/停止按開關(guān)SA〔即X0〕，指示燈HL1亮〔輸出為Y1〕；b.主持人按下開始搶答按鈕SB0，假設(shè)3號(hào)搶答者在10s內(nèi)按下?lián)尨鸢粹oSB3〔輸入為X3〕，那么中間輔助繼電器M5得電，搶答燈HL3亮〔相應(yīng)的輸出為Y3，Y3的常閉觸點(diǎn)斷開，常開觸點(diǎn)閉合，Y3自鎖〕；Y2/Y4/Y4線圈不得電，相應(yīng)的搶答燈不亮。同時(shí)輔助繼電器M1得電，常開觸點(diǎn)閉合，使搶答按鈕信號(hào)能夠自鎖。調(diào)試圖如下列圖6.1。圖6.1假設(shè)10s內(nèi)3號(hào)桌搶答者按下?lián)尨鸢粹o，那么Y3常開觸點(diǎn)閉合，計(jì)數(shù)器C0開始計(jì)數(shù)〔計(jì)數(shù)2次〕，時(shí)間繼電器T2、T3一起控制周期為0.6s的脈沖信號(hào)；中間輔助繼電器M3得電，賽場音響HA〔輸出為Y0〕發(fā)出由脈沖信號(hào)控制的短促音〔0.2sON,0.2sOFF,0.2sON〕。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)2次，自動(dòng)斷開回路，音響不再發(fā)出聲音。調(diào)試圖如下列圖6.2?！裁}沖信號(hào)圖如第五章圖5.3?！硤D6.2主持人按下答題計(jì)時(shí)按鈕SB6〔輸入信號(hào)為X6〕，時(shí)間繼電器T4開始計(jì)時(shí)1min,計(jì)時(shí)時(shí)間到，輔助繼電器M4得電，賽場音響HA發(fā)出聲音〔相應(yīng)的輸出為Y0〕，同時(shí)T5開始計(jì)時(shí)3s，3s過后，T5常閉觸點(diǎn)斷開，M4失電，音響停止發(fā)出聲音。調(diào)試圖如下列圖6.3.圖6.3假設(shè)3號(hào)搶答者在1min內(nèi)正確答復(fù)下列問題，那么主持人按下加分按鈕SB1〔輸入為X1〕給3號(hào)搶答者加分〔輸出為Y13〕；計(jì)數(shù)器C1開始計(jì)數(shù)〔計(jì)數(shù)5次〕，T6、T7配合控制搶答桌上的搶答燈閃爍的周期為0.6s的脈沖信號(hào)〔閃爍頻率為0.3ON,0.3OFF，閃爍3s〕；每當(dāng)輔助繼電器M10得電，3