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1、1目录1 绪论22 整体方案的选择22.1 设备概况.22.2 竞赛抢答器的控制要求.23 硬件电路设计33.1 控制特点分析3图 3-1 系统系统控制图.43.2 PLC 机型的选择步骤与原则43.3 流程图54 软件设计74.1 I/O 分配74.2 根据控制要求进行梯形图设计104.3 指令表224.4 程序调试245 总结26参考文献2721 绪论可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，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，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。可编程控制器(Programmable Logic Cont
2、roller)即 PLC。现已广泛应用于工业控制的各个领域。他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行逻辑控制，还可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。美国电气制造商协会经过 4 年调查，与 1980 年将其正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），简写为 PC。后来由于 PC 这个名称常常被用来称呼个人电脑（Personal Computer），为了区别，现在也把可编程控制器称为 PLC。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 与机器人,计算机
3、帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。2 整体方案的选择2.1 设备概况实用抢答器的这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，以模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单(有的甚至没有显示电路)
4、，无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。本设计要求就是利用 PLC 作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用 PLC 本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。 2.2 竞赛抢答器的控制要求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。34）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如
5、 30 秒）。当主持人启动“开始“键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间 0.5 秒左右。5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00。3 硬件电路设计3.1 控制特点分析知识竞赛抢答器通过 PLC 进行按控制要求编程，其主要的输入就是通过裁判员和参赛选手的按钮，然后将信号传递给信息分析中心（PLC），PLC 将根据信号作出相应的响应。知识竞赛抢答器有 10 个输入信号（即 10 个按钮），13 个
6、输出信号（即 8 个台灯信号、一个音响信号、三个数码管输出信号）。由上可知 PLC 共有 10 个输入点，13 个输出点。系统控制结构框图 3-1 系统系统控制图43.2 PLC 机型的选择步骤与原则PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型的选择PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：(一) 合理的结构型式PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式 PLC 的每一个 IO 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于
7、系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC 的功能扩展灵活方便,在 IO 点数、输入点数与输出点数的比例、IO 模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。(二) 安装方式的选择PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 IO 式以及多台 PLC 联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程 IO 硬件，系统反应快、成本低；远程 IO 式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 IO 可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程 IO 电源；多台 PLC 联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必须要附加通讯模
8、块。(三)相应的功能要求一般小型(低档)PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带 AD 和 DA 转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档 PLC。对于控制较复杂，要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC 价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。(四)响应速度要求PLC 是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次 PLC 的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用 PLC，或者某些功
9、能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑 PLC 的响应速度，可选用具有高速 IO 处理功能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。5(五)系统可靠性的要求对于一般系统 PLC 的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。(六)机型尽量统一一个企业，应尽量做到 PLC 的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。综上
10、所述，基于以上思想，选用日本三菱公司 FX-80MR 系列的 PLC 作为控制主机。3.3 流程图当裁判按下开始按钮时，8 个参赛队处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目，PLC 先判断抢答是否成功，若成功，则进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题，若在规定时间内，则答题结束；若超时，则提示主持人；如果抢答没有成功，则判断是否抢答犯规，若法规，某法规台灯亮，总台灯亮；主持人按下复位，整个答题结束。6图 3-2 系统流程图开始按下启动按钮蜂鸣器 0.5 秒显示选手号码和时间选手 2YN倒计时结束YN选手 3选手 4选手 6选手 5选手 7选手 8选手 1按下复位按钮结束NY抢答无效计时清 0
11、规定时间内YN74 软件设计4.1 I/O 分配表 4-1 知识竞赛抢答器输入输出口分配表输入：X000 SB11 号选手抢答按钮X004 SB65 号选手抢答按钮X001 SB22 号选手抢答按钮X005 SB76 号选手抢答按钮X002 SB33 号选手抢答按钮X006 SB87 号选手抢答按钮X003 SB44 号选手抢答按钮X007 SB98 号选手抢答按钮X010 SB5抢答开始X011 SB10复位输出：Y000 HL11 号选手指示灯Y010 B1蜂鸣器Y001 HL22 号选手指示灯Y20-Y27 数码管选手号码Y002 HL33 号选手指示灯Y30-Y37 数码管倒计时十位Y
12、003 HL44 号选手指示灯Y40-Y47 数码管倒计时个位Y004 HL55 号选手指示灯Y005 HL66 号选手指示灯Y006 HL77 号选手指示灯Y007 HL88 号选手指示灯为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用 SB9 作为裁判台的开始按钮，四个参赛队分别用与之对应号 SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8 设置按钮。SB9 为比赛复位按钮，使下轮比赛开始。输出与输入对应，同理用 Y0-Y7 输出信号驱动对应的信号灯 HL1-HL8。Y10 输出信号驱动音响 B1。根据上面 IO 分配表来看，一共 10 个输入信号，10 个按钮。输出信号有 8 个指示
13、灯，和一个蜂鸣器信号，以及 3 个数码管信号，总计输出信号 31 个。根据以上设计分配，我们决定选取三菱 PLC 的 FX2N-80MR-001 来完成这次设计。8表 4-2 BOM 表名字 数量技术参数按钮10LA42P-10/G 常开自复位按钮，寿命 1W 次指示灯 8型号 AD17-24，工作电压：24V，电流 10MA。蜂鸣器 1型号 HMD40，工作电压：24V，电流 20MA。数码管3型号 LY-SMG-24，工作电压：24V，电流 50MA。9图 4-1 PLC 接线图104.2 根据控制要求进行梯形图设计111213141516171819举例演示选手举例演示选手 1 1 抢答
14、成功过程：抢答成功过程：M8002 指令为初始脉冲。k0 赋初始值给 D0 为“0”。当按下 SB1 时，x10 闭合，m11 自锁。然后系统开始计时，倒计时 30 秒开始，系统检测按钮信号，我们以选手 1 号抢答成功为例，分析程序走向：选择按钮按下 系统 M0 辅助继电器得电并保持。然后驱动选手号指示灯亮，表示 1 号抢答成功。然后锁住信号。20任何选手抢答后，M10 就有信号。就锁住系统，其他按钮再按就无效了，就停止计时了。21等待裁判按下复位按钮。按下复位，所有状态都回到初始状态，等待新的开始信号。224.3 指令表LD 8002 OR X001 MOV K0 D1 MOV K0 D0
15、RST T0 ZRST M0 M11 LD X10 OR M11 ANI X011 ANI T0 OUT M11 LD X000 OR M0 ANI T0 AND M11 OUT M0 LD X001 OR M1 ANI T1 AND M11 OUT M1 LD X002 OR M2 ANI T2 AND M11 OUT M2 LD X003 OR M3 ANI T3 AND M11 OUT M3 LD X004 OR M4 ANI T4 AND M11 OUT M4 LD X005 OR M5 ANI T5 AND M11 OUT M5 LD X006 OR M6 ANI T6AND M11 OUT M6 LD X007 OR M7 ANI T7 AND M11 OUT M7 LD M0 ANI M1 ANI M2 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI M6 ANI M7 OUT Y000 LD M1 ANI M0 ANI M2 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI M6 ANI M7 OUT Y001 LD M2 ANI M1 ANI M0 ANI M3 ANI M4 ANI M5 ANI M6 ANI M7 OUT Y002 LD M3 ANI M1 ANI M2 ANI M0 ANI M4 ANI M5 ANI M6 ANI M7 OUT Y00
