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1、1摘 要可编程序控制器（PLC ）是一种新型的通用的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。PLC 的应用领域已经拓宽到了各个领域，在日常生活中，智能抢答器广泛的应用于各种竞争和抢答场合。越来越多的抢答器投入市场，可是大部分的抢答器主要采用的是单片机系统；而单片机系统由于稳定性不高，所以我们设想是否可以利用 PLC 进行抢答器的设计，所以我们小组针对此课程设计进行了软硬件的设计，基于此，我们采用了三菱公司的 FX-24MR 型 PLC 设计了一款基于 PLC 的 6 路智能抢答器供学生进行各种知
2、识竞赛使用。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了一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以控制方便，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。关键字：PLC; 智能抢答器； FX-24MR 型；梯形图2目 录1. 方案论证71.1 总体论述71.2 方案论证72.硬件设计82.1 智能抢答器82.2 数字显示器102.3 蜂鸣器102.4 外部接线图 122.5 系统操作面板 133.软件设计 143.1 I/O 地址分配 143.2 系统
3、梯形图 153.3 指令表 184.心得体会 19参考文献 20附录2131.方案论证1.1 总体论述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，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动控制的 PLC 的应用系统中，PLC 往往是作为一个核心部件来使用，仅 PLC 方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。PLC 已经成了我国电气控制的标准设备，在各行各业得到了非常广泛的应用。了解PLC 的工作原理，具备设计、调试和维护 PLC 控制系统的能力，已经成为现代工业对电气技术人员和工科学生的基本要求。我国有不少厂家研制和生产过
4、PLC，近年来国产PLC 有了很大的发展，但是目前我国使用的 PLC 主要还是国外品牌的产品。在全世界上百个 PLC 制造厂中，有几家举足轻重的公司。它们是德国的西门子（Siemens）公司，美国 Rockwell 自动化公司所属的 A-B(Allen & Bradly)公司，GE-Fanuc 公司，法国的施耐德(Schneider)公司，日本的三菱公司和欧姆龙公司。1.2 方案论证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，将硬件个软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设
5、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，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试。达到所需功能要求。4系统控制结构框图如 1-1 所示。SDSB1_SB6SRPLC指示灯数码管蜂鸣器显示器 参赛队号码图 1-1 系统控制结构框图2 硬件设计2.1 智能抢答器设计一个 8 段数码管（简称 LED）显示 6 队的智力竞赛抢答器。抢答器的外形结构如图 2-1 所示；总台设有总台开关及定时复位按钮及指示灯，分台按钮及分台指示灯，蜂鸣器（简称喇叭）。5图 2-1 抢答器的外形结构（1）、系统上电后，主持人在总台单击开始按
6、钮后允许各队抢答即抢答有效。启动指示灯亮、蜂鸣器响 2 秒。（2）、 在抢答过程中 1-6 队任何一对先按下各自的抢答按钮（SB1-SB6）后该队的指示灯亮（L1-L6），同时 LED 数码管显示当前队号，及蜂鸣器响起 2 秒并连锁其他选手，继续抢答无效。（3）、在有队抢答的情况下抢答器发出抢答信号定时器开始计时，抢答各队必须在 60 秒内完成抢答及答题，如果在 60 秒内未完成则作超时处理。（4）、60 秒主持人对个抢答状态进行确认后单击开始按钮清楚显示数码系统又继续允许各队开始抢答，直至又一个抢答先按下各自的抢答按钮。（5）、灯光亮与音响信号的意义：1.音响响 2 秒+启动指示灯亮 开始抢
7、答2.音响响 2 秒+某队指示灯亮 由某队正常答题注：各输出端口统一采用直流 24V 电源抢答器的控制特点分析：智能竞赛抢答器通过 PLC 进行控制，按要求进行编程，其主要输入就是通过裁判员和参数选手的按钮，然后将其信号传递给信息分析中心 PLC,PLC 将根据信号作出相应的回应。6竞赛抢答器有 8 个输入信号（即 8 个输入按钮 SB1-SB6 SD SR）15 个输出信号（即 Y0-Y6 七段显示码，Y10-Y15 六队显示，Y16 蜂鸣器，Y17 启动指示灯）。由上述可知，PLC 共有 8 个输入点，15 个输出点。2.2 数字显示器八段译码管显示器如图所示a bcdfg图 2-2 八段
8、译码管显示器其中显示器 b、c 亮显示数字 1；a 、b、d、e、g 亮显示数字2；a、b、c、d、g 亮显示数字 3；b、c、f、 g 亮显示数字 4；a 、c、d、f 、g亮显示数字 5；a、c 、d 、e、f、g 亮显示数字 6。2.3 蜂鸣器结构及功能蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器
9、、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V 直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出 1.52.5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣片由febc7锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 2电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。图 2-3
10、 蜂鸣器电路82.4 系统外部接线图图 2-4 外部接线图分析：SD 代表“抢答开始”按钮对应输入寄存器 X0，SB1-SB6 代表 6 组的常开按钮，分别对应 X1-X6，输出寄存器 Y0-Y6 分别对应显示器 a-g，Y10-Y15 分别对应 1-6队显示，Y17 为启动指示灯，Y16 为蜂鸣器，各输出窗口统一采用直流 24V 电源。92.5 系统的操作面板SD SB2SB1 SB3SB4 SB5 SB6 SRSB1SB2SB3SB4SB5SB6图 2-5 操作面板103 软件设计3.1 I/O 地址分配输入分配 开始抢答按钮 SA X0SB1 X1SB2 X2SB3 X3SB4 X4SB
11、5 X5SB6 X6复位按钮 X1输出分配 数码管显示 a Y0数码管显示 b Y1数码管显示 c Y2数码管显示 d Y3数码管显示 e Y4数码管显示 f Y5数码管显示 g Y6倒计时显示器 Y7蜂鸣器 Y10 启动指示灯 Y11113.2 系统梯形图12图 4-1 梯形图 13程序运行过程分析：主持人宣布开始，并且按下“抢答开始”按钮 X0 后，点亮启动指示灯 Y11；在启动指示灯被点亮的前提下，按下 X1，显示管 b、c 亮，显示数字 1，即 Y12、Y1、Y2 有输出，并与 Y13、Y14、Y15、Y16、Y17 的常闭触点串联构成互锁，保证 b、c 亮时，a、d、e、f、g 不亮
12、，串联复位开关 X7 常闭触点，用于停止。X1 与输出继电器 Y12 并联，用于自保持，锁住抢答器，使其他按钮无效；同样，按下 X2，显示管a、b、d、e、g 亮，显示数字 2，即 Y13、Y0、Y1、Y3、Y4、Y6 有输出，串联Y12、Y14、Y15、Y16、Y17 的常闭触点构成互锁，保证 a、b、d、e、g 亮时，c、f 不亮；按下 X3，显示管 a、b、c、d、g 亮，显示数字 3.，即 Y14、Y0、Y1、Y2、Y3、Y6有输出，串联 Y12、Y13、Y15、Y16、Y17 的常闭触点构成互锁，保证 a、b、c、d、g亮时,e、f 不亮；按下 X4，显示管 b、c、f、g 亮，显示
13、数字 4，即Y15、Y1、Y2、Y5、Y6 有输出，串联 Y12、Y13、Y14、Y16、Y17 的常闭触点构成互锁，保证 b、c、f、g 亮时，a、d、e 不亮；按下 X5,显示管 a、c、d、f、g 亮，显示数字5，即 Y16、Y0、Y2、Y3、Y5、Y6 有输出，串联 Y12、Y13、Y14、Y15、Y17 的常闭触点构成互锁，保证 a、c、d、f、g 亮时，b、e 不亮；按下 X6，显示管a、c、d、e、f、g 亮，显示数字 6，即 Y17、Y0、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6 有输出，串联Y12、Y13、Y14、Y15、Y16 的常闭触点构成互锁，保证 a、c、d、e、f、g 亮时，b
14、 不亮。用 Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17 常开触点并联控制蜂鸣器 Y10，同时并联 T0 常开触点，表示定时时间到时，蜂鸣器发出响声。143.3 指令表表 3-1 指令表153 心得体会通过这次的课程设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。经过一个星期的努力，在老师和同学的帮助下做完了这次的 PLC 的课程设计工作。由于自己知识的缺乏及能力的有限，仍没有能够实现课题要求的效果。但是通过这次的课程设计，我能运用自己已学的知识 解决我在设计中遇到的问题使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高，在做设计的过程中我查阅了很多相关的资料，使我的专业涵养得到了提高。增强了我的动手能力，提高和巩固了 plc 方面的知识，特别是梯形图方面。整个设计通过了软件和硬件的调试和仿真。这对我以后的工作积累了经验，增强了信心。但是在完成这次设计时我也发现自己许多不足，所学到的知识远远不够，考虑问题不全面，自己的专业知识不牢靠，仿真也不会。我希望在以后的学习和工作中得以改善。而且通过这次设计，我懂得了团队合作的重要性，大家一起动手的快乐。我会在以后的学习中努力向前，迎刃而解。16参考文献:1、 廖常初 可编程序控制器应用技术
