凯发游戏娱乐官网基于PLC控制的八人抢答器

原创 2020-06-02 07:12  阅读

  #基于PLC控制的八人抢答器_其它课程_初中教育_教育专区。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: 09 级使用电子技术 学 号: 6 学生姓名: 指导教师:

  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: 09 级使用电子技术 学 号: 6 学生姓名: 指导教师: 郭忠南等 电气工程学院《课程设计》任务书 课程名称: 电气控制和 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 6 学生姓名 (专业)班级 09 应电 4 班 设计题目 8 人抢答器 PLC 控制系统设计 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。 设 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。 计 技 3)抢答器具有锁存和显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在 术 参 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, 数 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。 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 设 计 路。 要 求 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 周次 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 第一周 第二周 应 完成全部方案设计: 完 周一、二:完成设计说明书 成 周一、二:查、阅相关参考资料 内 周三、四:绘制 A1 设计图纸 容 周二至周五:方案设计 周五:答辩考核 周六、日:设计方案完善 指导教 基层教学单 师签字 位主任签字 说明:1、此表一式三份,系、学生各一份,报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院 教务科 摘要 随着我国经济和文化实业的发展,在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决,诸 如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。最初的抢答器是由优先权编 码器构成的逻辑电路,其运算速度慢,线路复杂,可靠性不高,功能也比较简单,特别 是当抢答路数很多时,实现起来就更加困难。因此,一种能够体现竞赛的公开、公平、 公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。 本设计将以 PLC 为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的 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。 关键词:PLC;竞赛抢答器;七段译码器 I 目录 摘要 ····································································································I 目录 ···································································································II 第一章 绪论 ·························································································1 第二章 概述 ·························································································2 2.1 PLC 的简单介绍······································································2 2.2 PLC 八人抢答器······································································2 第三章 抢答器的功能和工作流程······························································4 第四章 抢答器的硬件设计·······································································6 4.1 PLC 控制器············································································6 4.2 显示数码管 ············································································6 4.3 系统其它硬件 ·········································································6 4.4 I/O 口分配和硬件连接电路························································7 第五章 软件的设计 ··············································································10 5.1 抢答开始部分程序 ··································································10 5.2 选手按钮部分程序 ··································································10 5.3 选手违规提前抢答程序 ····························································10 5.4 选手抢答成功后音响及计时程序················································11 5.5 数码管 1 显示选手编号部分程序················································11 5.6 数码管 3 显示 0 条件程序·························································12 5.7 数码管 3 显示 9-1 条件程序······················································13 5.8 数码管啊 2 显示 3、2、1、0 条件程序········································14 5.9 数码管 2、3 显示倒计时时间程序 ··············································15 第六章 总结 ·······················································································17 参考文献 ····························································································18 附录 ··································································································19 (一).程序块一 ···········································································19 (二).程序块二 ···········································································20 (三).程序块三 ···········································································21 (四).程序块四 ···········································································22 (五) 程序块五 ···········································································23 II 第一章 绪论 随着我国经济和文化事业的发展,在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决,诸 如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成 的,线路复杂,可靠性不高,功能也比较简单,特别是当抢答路数很多时,实现起来就 更为困难。因此我们设计了以 PLC 为核心的新型智能的抢答器,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。 随着市场对功能需求的增加,以单片机、凯发游戏娱乐官网CPLD、PLC 等为核心的抢答器开始投入研 究和进入市场。通过比较几种抢答器,发现由于单片机、CPLD 器件工作电压为5V,信号 经过长距离的传输衰减比较严重,导致不能准确判断选手号码的缺点。本设计以PLC 为 控制核心,利用PLC 输入信号电压为24V,克服了以往抢答器信号衰减的缺点;并通过信 号比较实验证明该设计具有良好的稳定性和广泛的使用性,保证了竞赛的公正、公平、 公开。本设计总结实际比赛的经验,对选手犯规的可能性进行了全面的考虑,并增加答 题倒计时功能。 系统设计主要包括硬件和软件两大部分,依据控制系统的工作原理和技术性能,将 硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括硬件设备的选择、合理选择元器件、绘制线路 图,以达到设计要求。硬件电路的设计最重要的选择可编程的 PLC,并确定和之配套的外 围芯片。硬件电路设计还包括输入输出端口设计,画出详细电路图,标出元件的型号和 功能作用,发现设计不当及时修改,最终达到设计目的。 软件设计部分,首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计,拟定详细 的工作计划;然后进行具体设计,包括各模块的流程图,选择合适的编程语言和工具等; 最后是对软件进行调试、测试,达到所需功能要求。软件设计方面本系统由于是采用三 菱 FX2n 系列可控制编程。此编程工具更有可靠、可拓展、可维护性。 通过这次设计,掌握 PIC 控制器的原理,了解简单多功能抢答器组成原理,初步掌 握多功能抢答器的调整及测试方法,提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课程 设计和装配、调试,提高自己的动手能力,巩固已学的理论知识,建立 PLC 理论和实践 的结合,了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响,从而能正确设计、计算 定时等的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。 1 第二章 概述 2.1 PLC 的简单介绍 在工业生产过程中,具有大量的开关量顺序控制,要求按照逻辑条件进行顺序动作, 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集等。传统上,这些 功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM(通用汽车)公司公开招标, 提出研制能够取代继电器的控制装置的要求,第二年,美国数字设备公司(DEC)研制 出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段使用于电气控制,这 就是第一代可编程序控制器,称 Programmable Controller(PC)。个人计算机(简称 PC) 发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller(PLC),现在,仍常常将 PLC 简称 PC。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会(IEC)对 PLC 的定义是:可编程控制器是 一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下使用而设计。它采用可编程序的存贮 器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字量、模拟量的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制 器及其有关设备,都应按易于和工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设 计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期,是 PLC 发展最快的时期,年增长率一直保持为 30-40%。在这时期,PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力 得到大幅度提高,PLC 逐渐进入过程控制领域,而且在某些使用上取代了在过程控制领 域处于统治地位的 DCS 系统。 现今,PLC 已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、 编程简单等特点。在可预见的将来,PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地 位,是其他控制技术无法取代的。 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 和机器人,计算机帮助设计和制造一起作为现代工业的三大 支柱。 2.2 PLC 八人抢答器 本课程介绍了一种数字式抢答器,能使八个队同时参加抢答,赛场中设有 1 个主持人 台和 8 个参赛选手台。总体设计选用三菱 FX2N 系列 PLC 控制,抢答操作简单方便,在很 多的场所都可以使用,并且给人的视觉听觉效果非常好。抢答器,顾名思义就是用于比 赛时,和对手比反应时间,思维运转快慢的新型电器。随着社会科学技术的不断发展, 它的使用场合也随之增加;技术含量大大提升;更加方便可靠。目前, 形式多样、功能完 备的抢答器已广泛使用于电视台、商业机构、学校及企事业单位, 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 进行知识竞赛抢答器设计, 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 2 的抢答器。 给竞赛主持人设置 2 个控制按钮,用来控制何时开始抢答以及系统的复位,每当主 持人发出开始抢答指令并按下开始按钮后(此时用绿灯指示已可以抢答),选手方可抢答, 哪组选手最先按下抢答器按钮,则数码管就显示该组的编号,音响电路发出声响提示信 号以指示抢答成功,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。 若选手在主持人未按下开始抢答按钮时提前抢答了,则视为违规,违规时数码管显 示其编号,音响电路也发出声响,同时违规指示灯红灯亮。当主持人按下抢答开始按钮 开始抢答 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,选手必须在设定时间内完成答题,否则,音响电路发出超 时报警信号。 其中以上功能都通过编制的 PLC 程序来控制 2 个数码管以及 3 个扬声器 来实现, 3 第三章 抢答器的功能和工作流程 本设计总结实际比赛的经验,对选手犯规的可能性进行了全面的考虑,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: 主持人控制钮按下 选 选选 选 手 手手 手 一 二三 四 选 选 选选 手 手 手手 五 六 七八 否 是否抢答成功 否 是否违规提前抢 答 无人抢答报警声响 是 违规提示红灯亮 是 答题是否超时 否 是 计时到报警声响 主持人复位 八人抢答器控制流程示意图 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。具体说明如下: 1、正常答题: 当主持人按下开始按钮 SB0 时,抢答指示灯绿灯亮,并有 0 号扬声器发出声音(声 长为 2 秒)显示抢答成功,同时系统自动计时,2 号、3 号数码管倒计时显示剩余答题时 4 间,若选手在规定时间内回答完毕。则答题成功,主持人按复位按钮 SB9,进入下一题。 按 SB0 继续开始抢答,如此循环。 2、违规操作: 若主持人未按下开关时,有选手抢答,抢答选手则犯规,红灯亮。此时,主持人宣 布违规选手编号,予以相应处罚,主持人按复位按钮 SB9,进入下一题。 3、选手答题超时: 选手抢答成功后,需要在规定时间内完成作答,本次限定时间为 30 秒(此时间可根 据需要改动)。若选手在规定时间内完成,则属于正常答题。限定时间到后,1 号扬声器 报警声响,而选手仍未答完题目,则选手失去继续答题机会。此时,由主持人按复位按 钮 SB9,进入下一题作答。 5 第四章 抢答器的硬件设计和连接 4.1 PLC 控制器 本设计的控制器采用日本三菱公司生产的 PLC,选用 FX2N-64MR。FX2N 系列是 三菱 PLCFX 家族中先进的系列。有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功 能 模 块 , 灵 活 性 和 控 制 能 力 强 , 可 扩 展 到 256 点 。 三菱 PLC 编程采用编程软件 GX-Developer,简单易懂,好用好学,十分方便。 4.2 显示数码管 图为此数码管采用 7 段发光二极管组成,由 plc 控制其 A,B,C,D,E,F,G 的组合亮灭, 来达到数字的倒计时输出。 4.3 系统其它硬件 本系统还用到了电阻器(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)、手动按钮(瞬时型)、指示灯以及音响设备,这些设备 均可采用日常生活常见常用的电器,无特殊可言。示意图如下所示。 6 手动开关 指示灯 扬声器 蜂鸣器 以上即为系统中相关的几种简单电器。 4.4 I/O 口分配和硬件连接电路 PLC 的 I/O 分配表(一)如下: PLC 输入端子 功能说明 X001 选手一按钮 SB1 X002 选手二按钮 SB2 X003 选手三按钮 SB3 X004 选手四按钮 SB4 X005 选手五按钮 SB5 X006 选手六按钮 SB6 X007 选手七按钮 SB7 X011 选手八按钮 SB8 X000 主持人开始按钮 SB0 X010 主持人复位按钮 SB9 PLC 输出端子 功能说明 PLC 输出端子 Y00,Y10 Y01,Y11 Y02,Y12 Y03,Y13 Y04,Y14 Y05,Y15 Y06,Y16 Y07,Y17 Y40 Y41 Y42 PLC 输出端子 功能说明 绿灯,红灯 绿灯,红灯 绿灯,红灯 绿灯,红灯 绿灯,红灯 绿灯,红灯 绿灯,红灯 绿灯 红灯 蜂鸣器 0 蜂鸣器 1 功能说明 PLC 的 I/O 分配表(二)如下: 7 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24 Y25 Y26 COM1、2 数码管 1 控制端子 A 数码管 1 控制端子 B 数码管 1 控制端子 C 数码管 1 控制端子 D 数码管 1 控制端子 E 数码管 1 控制端子 F 数码管 1 控制端子 G 接电源正极 Y30 Y31 Y32 Y33 Y34 Y35 Y36 COM3、4 数码管 2 控制端子 A 数码管 2 控制端子 B 数码管 2 控制端子 C 数码管 2 控制端子 D 数码管 2 控制端子 E 数码管 2 控制端子 F 数码管 2 控制端子 G 接电源正极 8 24+ DC 24V COM SB0 X000 SB9 X010 SB1 X001 SB2 X002 SB3 X003 SB4 X004 SB5 X005 SB6 X006 SB7 X007 SB8 X011 FX2N-64M N AC 24V L Y007 Y012 Y010 Y013 Y011 COM1 AC100~24V DC24V + - DC 绿灯 违规红灯 0答成 1超时 2无抢答 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 COM2 Y014 Y015 Y016 Y017 Y020 Y021 Y022 Y023 COM3 Y024 Y025 Y026 Y027 Y030 Y031 Y032 Y033 COM4 电阻器 B0 B0 B1 B5 B2 B3 B1 B6 B4 B4 B2 B5 B3 B6 B0 B1 B2 B5 B0 B1 B3 B6 B4 B5 B4 B2 B6 B3 第八位输出0 B0 B1 B2 B5 B0 B1 B3 B6 B4 B5 B4 B2 B6 B3 以上即为八人抢答器 PLC 控制系统输入输出及主线 第五章 软件的设计 5.1 抢答开始部分程序 主持人按下 X000(即 SB0 按钮),输出 Y007,绿灯亮,抢答开始。Y007 自锁,绿灯 可以一直亮着,定时器 T1 开始计时,选手规定时间内抢答,否则 T1 计时到,触点动作, 蜂鸣器响(响两秒便停),同时 T1 将选手按钮封锁,禁止抢答。 5.2 选手按钮部分程序 选手按钮为 X001 –X007 和 X011(即 SB1-SB8),每个按钮对应一个中间继电器,选手 中间继电器之间使用互锁,实现优先选择,同时各中间继电器自锁,以确保按钮弹起后 仍然得电。 5.3 选手违规提前抢答程序 10 在主持人未按下开始钮时,Y007 的常闭触点闭合,此时,选手按下按钮,现象如同 抢答成功,但违规提示红灯亮,以示违规抢答。而当主持人按下开始后,Y007 常闭触点 断开,此红灯便不再因选手抢答而亮。 5.4 选手抢答成功后音响及计时程序 某选手抢答成功后,例如 1 号成功,则 M1 得电,Y010 输出声响(设定为响 2 秒), 同时开始倒计时,选手须在规定时间内答完,该系统计时设定为 30 秒,之后 T0 触点动 作。蜂鸣器 1 发出声响,同时 2、3 数码管显示时间为 00。 5.5 数码管 1 显示选手编号部分程序 由于数码管 1 采用分段控制方式,没有用译码指令,显得略繁琐,但调试时可以一目 11 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。 5.6 数码管 3 显示 0 条件程序 此段程序为数码管 3 显示 0 的程序,当有选手抢答成功后,马上输出中间继电器 12 M9,(M9 控制数码管 3 显示 0 此为后线 触点动作, 使得 M9 断电。程序中 T14 为定时数码管 3 显示 1 的定时器(10 秒后得电动作,由显示 1 转为 0,实现 0、9···1、0 循环显示),T18 为定时数码管 2 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),后面程序将会介绍。 5.7 数码管 3 显示 9-1 条件程序 数码管 3 循环显示 0 到 1 由定时器 T5 到 T14 之间的逻辑互锁关系实现,举例说明, 显示 0 过 1 秒后,T5 动作切断 M9,闭合 M10 显示 1,同时 T6 计时 1 秒,时间到后,切断 M10,闭合 M11,显示 2,同时计时 1 秒,依次循环。直到定时器 T14,上文已提到,T14 13 触点动作使得 T5 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。 5.8 数码管啊 2 显示 3、2、1、0 条件程序 此段程序和数码管 3 的显示相对应,数码管 2 先显示 3 为一秒,和管 2 第一次显示 0 对应,之后数码管 2 显示变为 2(显示 10 秒),数码管 3 从显示 9 到 0 各一秒。 第二步,数码管 2 显示 1 时间为 10 秒,数码管 3 从显示 9 到 0 各一秒。 第三步,数码管 2 一直显示 0 即可,数码管 3 从显示 9 到 1,共 9 秒,9 秒后定时器 14 T18 触点动作(上文有提到),该动作并未切断管 2 显示 0(即继电器 M22),但 T18 常闭 触点断开了定时器 T5,接通了 M9,使数码管 3 一直显示 0,直到主持人按下复位。 5.9 数码管 2、3 显示倒计时时间程序 数码管 2、3 显示程序和数码管 1 不同,主要是采用了七段译码显示指令 SEGD,简单 明了,唯一缺点是软件不能显示结果,但可以由中间继电器 M9 到 M22 的得断电看出结果。 15 注:系统的完整梯形图可参见附录。 16 第六章 总结 本抢答器系统设计虽然针对八路参赛选手设计的,但是通过原理分析可知,他完全 是用于少于八路选手的抢答场合,对程序和外围电路稍加改动或者在系统程序中加入分 支,还可以变成更多路抢答器。 这次课程设计,最终参照设计任务实现了抢答、报警、指示灯、倒计时目的,完成 了任务和要求,即利用了 PLC 来设计抢答器。该抢答器包括抢答、灯光显示、蜂鸣报警、 答题倒计时控制于一身,体现出了用 PLC 控制系统的简单可靠,表现出了很大的优越性。 在作课程设计过程中,我从收集资料、构思设计方案、编写程序、验证设计结果, 硬件选择、设计硬件电路,顺利完成设计任务。在此过程中,我遇到了不少困难,对于 其中遇到的问题,除了自己思考外,还请教了老师和同学,获得了很多好思路好想法, 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 一步提高了我的动手能力和解决问题的能力。 风雨过后的彩虹才是最美丽的,这次课设是大学后的第二次课程设计,课程设计的 这段时间是十分充实的,从对课题、要使用的软件的无知,到完成并添加新的功能,以 及对新软件的熟练使用,无疑这又是自己进步和提高的一次绝佳机会,所以我本着对自 己独立完成、出色完成、求创新、求发散思维的要求,认认真真,一步一步的完成模块, 最终完成了整个课题的设计要求,并结合了实际情况,添加修改了要求。 课设中具体遇到的问题有软件安装出错、模块功能无法实现、程序测试有问题等等, 这些问题困难的克服是找同学一起商量完成的,而对于硬件如三菱 PLC 控制器内部结构、 电源来源、工作原理则是通过辅导老师和上网查阅资料来了解的。通过这些问题的被克 服,我成功按照自己的设计思路设计出了具有多功能的八路抢答器系统的设计。我因此 对 PLC 有了进一步认识,为将来的使用和工作打下坚实基础。 17 参考文献 1. 漆汉宏.PLC 电气控制技术[M]. 北京:机械工业出版社,2006:150-155. 2. 胡育林. 用 PLC 程序设计的八路抢答器[J]. 大众科技,2008,1:53-54. 3. 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. 4. 史国生 电气控制和可编程控制器技术 [M] 北京: 化学工业出版社,2003 18 (一).程序块一 附录 19 (二).程序块二 20 (三).程序块三 21 (四).程序块四 22 (五) 程序块五 23 24

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