八人抢答器PLC控制系统设计论文doc

原创 2020-05-02 04:30  阅读

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  Word文档 电气工程学院 课 程 设 计 说 明 书 设计题目: 八人抢答器PLC控制系统设计 系 别: 电气工程及其自动化 年级专业: 学 号: 1 学生姓名: 指导教师: 电气工程学院《课程设计》任务书 课程名称: 电气控制与PLC课程设计 基层教学单位:电气工程及自动化系 指导教师: 郭忠南等 学号 学生姓名 (专业)班级 11应电班 设计题目 8人抢答器PLC控制系统设计 设 计 技 术 参 数 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。 其他要求查阅相关文献。 设 计 要 求 1) 根据控制要求,进行电气控制系统硬件电路设计,包括PLC硬件配置电路。 2) 根据控制要求,编制PLC控制程序 3) 按要求编写设计说明书并绘制A1幅面图纸一张。 参 考 资 料 1、《PLC电气控制技术》 漆汉宏主编 机械工业出版社 2008 2、图书馆各类期刊文献相关数据库 3、相关电气设计手册 4、胡育林.用PLC 程序设计的八路抢答器[J]. 大众科技,2008,1:53-54. 5、夏江涛,八路抢答器的PLC 程序设计[J].安阳工学院学报,2007,1:33-34. 周次 第一周 第二周 应 完 成 内 容 完成全部方案设计: 周一、二:查、阅相关参考资料 周二至周五:方案设计 周六、日:设计方案完善 周一、二:完成设计说明书 周三、四:绘制A1设计图纸 周五:答辩考核 指导教 师签字 基层教学单位主任签字 摘要 可编程序控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术,是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化技术的重要手段之一,应用十分广泛,是现代工业控制的三大支柱之一。 近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制日新月益。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。PLC控制系统设计8人抢答器是将PLC用于对抢答器的控制,主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前使用的抢答器进行精确控制,特别是对多人抢答的控制可方便的实现。通过设计一个八人抢答器,利用七段显示数码管显示选手编号、倒计时使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧,是我们掌握一些基本机型,掌握PLC控制技术的基本原理和应用,并学习PLC编程的多样性、灵活性,是我们掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理,为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。 关键词:PLC;八人抢答器;七段显示数码管 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘要 1 目录 2 绪论 3 第一章 plc控制八人抢答器概述 4 第二章 八人抢答器系统功能介绍与流程 4 2.1八人抢答器系统的功能与设计要求 4 2.2 八人抢答器工作流程 5 第三章 八人抢答器硬件电路设计与连接 6 3.1 PLC机型选择步骤与原则 6 3.2 七段显示数码管 7 3.3其他指示信号电气设备 7 3.4 I/O口分配与硬件连接电路 8 3.5八人抢答器所用元器件型号 10 第四章 软件编程设计 10 4 .1 程序的编写与调试 10 4.2软件编程注意的问题 20 第五章 结论 20 参考文献 21 致谢 22 附录 绪论 本说明书将以PLC为核心的设计流程图、系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出IO端子的分配方案,在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构,其将以其控制方便,灵活,只要改变输入PLC的控制程序,便可改变竞赛抢答器的抢答方案,从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。 第一章 plc控制八人抢答器概述 本课程设计书介绍了一种以PLC控制的八人抢答器,根据实际需求编制程序从而实现所需的功能 。总体核心设计选用三菱FX2N系列PLC控制器,抢答操作简单方便,应用广泛,功能齐全,可靠性高。抢答器,顾名思义就是用于比赛时,与对手比反应时间,思维运转快慢的新型电器。随着社会科学技术的不断发展,它的应用场合也随之增加;技术含量大大提升。目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构及学校, 它为各种竞赛增添了刺激性、娱乐性, 在一定程度上丰富了人们的业余生活。用 PLC 进行抢答器设计,其控制方便,灵活,只要改变输入 PLC 的控制程序,便可改变竞赛抢答器的抢答方案。 八人抢答器工作原理如下,我所设计的 PLC智能抢答器是适合八组选手或个人抢答的抢答器。为主持人设置2个按钮,用来控制何时开始抢答以及系统的复位,主持人发出开始抢答信号并按下启动按钮后(此时用绿灯闪烁指示可以抢答),选手可抢答,实行优先抢答原则,几号选手最先按下就有回答权利,数码管就显示该组的编号,电铃发出声响指示抢答成功,并对其后的抢答信号封锁而不在响应,选手答题完毕后,由主持人按下复位按钮,系统开始下一轮抢答。 选手在主持人未按下启动按钮时选手提前抢答了,则视为违规抢答,违规时数码管显示其编号,电铃也发出声响,同时违规指示灯黄灯亮。当主持人按下抢答开始按钮时定时器开始计时(设定 10 秒)若 10秒限制到时仍无人抢答则音响电路发出声响,指示灯红灯亮以表示选手放弃该题。 在抢答成功后,系统自动倒计时,同时数码管显示答题倒计时时间,该时间可根据需要调节,此设定为 30 秒,剩余时间为10秒时,指示灯闪烁提示选手抓紧时间答题,选手必须在设定时间内完成答题,否则,蜂鸣器发出超时报警信号。 其中以上功能都通过编制的 PLC 程序来控制3个数码管以及一个蜂鸣器来实现。本抢答器系统虽是针对八路参赛选手设计的,但通过原理分析可知,它也完全适用于少于八路选手的抢答场合。当然,如果对外围电路及程序稍加修改,就很容易使之扩展成更多支路的抢答器。 第二章 八人抢答器系统功能介绍与流程 2.1八人抢答器系统的功能与设计要求 (1)抢答器可同时供8组选手参加比赛; (2)具有违规提示功能:只有在主持人发出开始抢答指令后,选手才能开始抢答; (3)具有抢答限时及答题限时功能:在无人抢答及答题超时时都设置了提示信号; (4)具有数码显示功能:能显示抢答选手的编号及答题倒计时时间。 2.2 八人抢答器工作流程 此设计分为正常答题、无人抢答、违规操作以及选手答题超时四方面的设计要求,由主持人控制台控制八路抢答选手的各项操作。 (1)每当主持人发出开始抢答指令后,哪组选手最先按下抢答按钮,则数码管就显示该组的编号,同时绿色指示灯亮、电铃提示信号(设持续3s),以指示抢答成功,并对其后的抢答信号不再响应,选手答题完毕后,由主持人按下复位按钮,系统才开始下一轮抢答。 (2)违规抢答:选手在未开始抢答时提前抢答了,则视为违规,违规时数码管 1显示其编号,同时黄灯亮、电铃发出声响。 (3)抢答限时:当主持人按下开始抢答按钮后,定时器 T0开始计时 (设定 时 10s),若 10s时限到时仍无人抢答,则黄灯亮、电铃发出声响,以示选手放弃该题。 (4)答题限时:在抢答成功后,答题计时开始,使数码管 2、3上显示答题倒计时时间 (该时间可根据需要调节,此处设定为 30s),数码管 2显示时间十位,数码管 3显示时间个位,选手必须在设定的时间内完成答题,否则,蜂鸣器以1hz的频率发出答题超时报警信号。数码管 2、数码管 3显示部分00。 本设计总结了实际比赛的经验,并对选手犯规的可能性进行了全面的分析,并增加了数码管显示答题倒计时功能。具体工作的流程及过程中可能出现的情况见下图: 第三章 八人抢答器硬件电路设计与连接 3.1 PLC机型选择步骤与原则 PLC机型选择的基本原则是,在功能满足要求的前提下,选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。本设计的控制器采用日本三菱公司生产的PLC,选用FX2N-64MR。本次设计的输入端子共有10个,输出端子共使用25个,选用三菱FX2N-64MR输入输出留有一定裕量,并能够根据实际需要扩展输入输出端子,增加抢答器应用范围。PLC编程采用编程软件GX-Developer,编程语言简单好学,易于理解。 3.2 七段显示数码管 七段显示数码管采用分段显示。采用共阴(阳)极连接方法,分段与FX2N-64MR输出端口连接,当输出端子为高(低)电平时,对应的数码管段亮,当输出端子为低(高)电平时,对应的数码管段不亮。本次课程设计采用共阴极连接方法。输出端子与数码管端子相连时需要连接电阻器(根据PLC输出电压以及数码管驱动电流选择阻值,使电流不超出数码管允许电流即可),已知数码管采用直流24V电源驱动,数码管压降为3.3V,流过数码管最大电流为2mA,依据公式R=(U-U1)/I,可得电阻为1.1KΩ。 3.3其他指示信号电气设备 手动开关为瞬动型(即按下得电,松开失电),用于主持人发出指令信号,选手发出抢答信号。本次课程设计共采用了10个手动开关作为PLC控制器的输入,为主持人分配了启动按钮、复位按钮,为八组选手分别分配了一个抢答按钮。 上图中所示为指示电气设备,指示灯分为红黄绿三种,分别指示不同情况下选手抢答以及犯规的情况,电铃发出报警声,以便做到准确提示主持人,使其做到灵活反应。 3.4 I/O口分配与硬件连接电路 PLC的输入分配表如下: PLC输入端子端子 功能说明 PLC输入端子 功能说明 X000 主持人启动按钮SB1 X005 选手五按钮SB6 X001 选手一按钮SB2 X006 选手六按钮SB7 X002 选手二按钮SB3 X007 选手七按钮SB8 X003 选手三按钮SB4 X010 选手八按钮SB9 X004 选手四按钮SB5 X011 主持人启动按钮SB10 PLC的输出分配表如下: PLC输出端子 功能说明 PLC输出端子 功能说明 Y000 指示红灯 Y010 数码管1控制端子B4 Y001 指示绿灯 Y011 数码管1控制端子B5 Y002 指示黄灯 Y012 数码管1控制端子B6 Y003 蜂鸣器 Y013 数码管2控制端子B0 Y004 数码管1控制端子B0 Y014 数码管2控制端子B1 Y005 数码管1控制端子B1 Y015 数码管2控制端子B2 Y006 数码管1控制端子B2 Y016 数码管2控制端子B3 Y007 数码管1控制端子B3 Y017 数码管2控制端子B4 Y020 数码管2控制端子B5 Y030 数码管3控制端子B6 Y021 数码管2控制端子B6 COM1 接电源正极 Y022 数码管3控制端子B0 COM2 接电源正极 Y023 数码管3控制端子B1 COM3 接电源正极 Y024 数码管3控制端子B2 COM4 接电源正极 Y025 数码管3控制端子B3 COM5 接电源正极 Y026 数码管3控制端子B4 COM6 接电源正极 Y027 数码管3控制端子B5 COM7 接电源正极 上图为硬件连接电路图。 3.5八人抢答器所用元器件型号 器件类型 规格 数量 功能 指示灯 LED灯 3(红黄绿) 指示场上状态 七段数码管 KEC-40012BS 3 显示选手编号、倒计时 电铃 AH33-DL T200 1 报警 电阻 1.1KΩ 21 限流 按钮开关 KAN-L6 10 PLC输入状态 变压器 TC220/27V 1 降低电压 桥式整流器 QL50-10-32-32 1 整流 第四章 软件编程设计 4 .1 程序的编写与调试 (一)主持人发出抢答指令,按下SB1(X000),计时器T0开始倒计时(设定为10s,可以根据实际需求修改),绿灯闪烁(共闪烁十次),提示选手们可以抢答。倒计时时间到,选手们按钮被封锁,此时不能抢答。电铃响两秒,红灯亮,提示主持人无人抢答,此题作废。 (二)选手在主持人按下启动按钮、计时时间内抢答成功,实行优先抢答原则,抢答成功的选手按钮通过中间继电器自锁,其他选手按钮被封锁,此时不能抢答。选手抢答成功后,七段数码管显示选手号码,计时器T5开始倒计时(此处设定为30秒),给选手的答题设定一个时限,并且在数码管上显示倒计时时间。当剩余时间为十秒时,红灯闪烁,蜂鸣器发出滴滴声响。若选手未在规定的时间内答出题目,电铃发出连续两秒的声响,红灯提示主持人选手未答出题目,使主持人继续进行活动。 (三)选手违规抢答 选手若在主持人未发出抢答指令前进行抢答,则视为犯规。此时黄灯亮提示主持人选手犯规,数码管1显示选手号码,使主持人明了哪组选手犯规。主持人复位后,黄灯灭,继续下一轮抢答。 (四) 选手抢答成功或犯规后,数码管1显示选手号码,由于数码管1采用分段控制方式,没有用译码指令,略显繁琐,但调试时可以一目了然的看出显示是否正确。但选手抢答成功后,其编号对应的数码管段便导通发光保证了比赛的公平公正,并且加快了比赛的进程。程序如下: (五)数码管2、3显示30s倒计时 数码管2显示的为个位数字(0-9-8-…-0),当有选手抢答成功后,马上有输出中间继电器M12得电。由定时器T7到T16之间的逻辑互锁关系实现,举例说明,显示0过1秒后,T7动作切断M12,闭合M13显示9,同时T8计时1秒,时间到后,切断M13,闭合M14,显示8,同时计时1秒,依次循环。直到定时器T16,上文已提到,T16触点动作使得T7断电,从而其他定时器也断电,相当于复位功能,实现循环显示。数码管显示采用译码指令,程序简单。 数码管3显示30s倒计时十位数字(3-2-1-0),当有选手抢答成功后,马上输出中间继电器M22,(M22控制数码管3显示3)。同时定时器T7、T17计时1秒,1秒后T17常闭触点动作,使得M22断电。程序中T18为定时数码管3显示2的定时器(10秒后得电动作,由显示2转为1,实现3-2-1-0显示),T19为定时数码管3显示0的定时器(30秒后得电动作,使M9一直得电保持显示0),当剩余时间为十秒时,电铃滴滴响,红灯闪烁,以提示选手尽快答题,否则视为放弃。T18、T19计时器设定为9.2秒是因为PLC可编程序控制器采用循环扫描,有一定的延迟性。经过实际操作观察,当常数k设定为92时,可与延时抵消。 4.2软件编程注意的问题 在进行软件的编程中,要严格按照PLC控制系统的要求来 ,PLC采用串行的工作方式,同意基本梯形图控制程序中,PLC继电器双重甚至多重输出是不允许的。PLC存在输入、输出滞后现象,除与PLC可编程控制器采用循环扫描的方式,PLC的输入集中刷新,还与输入滤波时间常数、输出继电器机械之后以及程序设计不当有关,所以合理编制程序缩短响应时间是关键。 第五章 结论 本次课程设计主要是对抢答器的主体功能和附加功能通过PLC控制系统设计八人抢答器。虽然设计的为八人抢答器,也可以应用于少于八路的抢答场合,也可以根据实际需要修改程序、所用PLC型号和外围硬件电路 扩展分支,成为多路抢答器,扩大应用范围。 这次课程设计,我参照设计任务书和所查资料实现了抢答、报警、指示灯、倒计时的目的,完成了任务和要求,即利用了PLC来设计抢答器。抢答器包括抢答、灯光指示、报警、答题倒计时控制于一身,体现出了用PLC控制系统的可靠性和应用广泛性。在课程设计过程中,我从收集资料、构思设计方案、设计流程图、编写调试程序、仿真验证设计结果,硬件选择、设计硬件电路,顺利完成了设计任务。 实践出真知,我在设计过程中,遇到许多问题:软件安装出错、模块功能无法实现、程序测试有问题等等,对于其中一些问题,除了自己思考外,还请教了老师和同学,收获了很多新奇的思路方法,并通过从课本和网络上查到的资料获得了解决问题的方法,并成功解决问题,此过程进一步提高了我的独立思考能力、凯发游戏娱乐官网!设计能力、动手能力和解决问题的能力。 参考文献 漆汉宏.PLC 电气控制技术[M]. 北京:机械工业出版社,2006:150-155. 胡育林. 用PLC 程序设计的八路抢答器[J]. 大众科技,2008,1:53-54. 夏江涛.八路抢答器的PLC 程序设计[J].安阳工学院学报,2007,1:33-34. 致谢 从对课题、软件的无知,到完成并添加新的功能,以及对软件的熟练使用,感谢燕山大学为自己专业技能的提升提供了一个平台,所以我要求自己独立完成、出色完成,编写程序完成模块,最终完成了整个课题的设计要求,并结合了实际需求,添加修改了要求。课程设计考验我们对所学知识的应用能力,将课堂上老师传授给我们的知识活学活用是对我们今后的发展很重要的一项能力。在程序设计过程中,需要统筹兼顾和创新发散思维。风雨后的彩虹总是很美丽的,任何事情都需要坚持,遇到困难时不能急躁,需要我们的耐心的去面对。 在此,我非常感谢老师的悉心指导和周围同学的帮助,使我顺利的完成了此次课程设计。在设计过程中还能培养我们独立工作能力与创造力,综合运用专业及基础知识的能力,解决实际工程技术问题的能力,查阅图书资料、绘图、书写报告的能力,提升了自身的综合素质和对专业知识的应用能力,为今后找工作奠定了基础。

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