抢答器控制

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1、智力抢答器控制系统的设计摘 要：利用西门子公司生产的S7-200型PLC，设计了五路智力抢答器控制系统。给出 了控制梯形图、程序指令、外部接线图。关键词：PLC；抢答器；梯形图；程序市场上有许许多多种抢答器，但功能却各不相同，电路也形形色色，而所选元件也各不 相同。这里设计了一款用PLC控制的抢答器，该抢答器集抢答、声音警示、数字显示和计 时于一身，借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，选用的是西门子公司生产的S7-200 系列PLC设计制作了五路抢答器，该设计编程简单，容易理解掌握，且工作稳定可靠。总 体电路简单，易于制作。一、工艺过程及控制要求这样一个智力抢答器系统，主持人有一个开关控制五

2、个抢答组，当主持人说出题目后， 任一组抢先按下按钮，则通过七段数码管显示该最先按下按钮组的编号 使蜂鸣器发出响声， 同时锁住抢答器，使其它四组抢答组抢答无效。只有主持人再次按下按钮之后，五组数码管 所显示的编号被复位，蜂鸣器停止发出响声，抢答者方可重新开始抢答。二、控制系统的I/O点及地址分配根据系统控制要求分析，可知输入点有6个，分别为五个抢答组的抢答按钮和主持人按 钮 而输出点，因为在智力抢答器控制系统中要利用七段数码管显示最先按下按钮组的编号， 所以要七个输出，分别接数码显示管的a，b，c，d，e，f，g七段，再加上要一个蜂鸣器发 出响声，因而总共有8个输出。具体输入，输出信号及代码，地

3、址编号如表1，表2所示：表1输入信号及代码、地址编号名称代码地址编码抢答组1抢答按钮SB1I0.0抢答组2抢答按钮SB2I0.1抢答组3抢答按钮SB3I0.2抢答组4抢答按钮SB4I0.3抢答组5抢答按钮SB5I0.4主持人按钮SB6I0.5表2输出信号及代码、地址编号名称代码地址编码蜂鸣器发声控制器SQ1Q0.0七段数码管a段HL1Q0.1七段数码管b段HL2Q0.2七段数码管c段HL3Q0.3七段数码管d段HL4Q0.4七段数码管e段HL5Q0.5七段数码管f段HL6Q0.6七段数码管g段HL7Q0.7三、可编程控制器的选型该系统我们用到的是西门子S7-200系列，该系列在集散自动化系统中

4、充分发挥其强大 功能使用围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制 随着科技的不断进步， PLC的种类日益繁多，功能也逐渐增强。S7-200系列PLC有4个不同的基本型号。(1) CPU 221本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和 数据存储空间。4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485 通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。非常适合于小点数控制的微型控制器。(2) CPU 222本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块，最大扩展至 78路数字量I/O点

5、或10路模拟量I/O点。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口， 具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。是具有扩展能力的、适应性更广泛 的全功能控制器。(3) CPU 224本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩 展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立 的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/ 编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议

6、和自由方式通讯能力T/O端子可很容易地整体 拆卸。是具有较强控制能力的控制器。(4) CPU 226本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩 展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立 的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/ 编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力T/O端子可很容易地整体 拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运 行速度和功能更强的部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控

7、制系统。现在西门子公司新推出一种增强型的CPU226XM，它在用户程序存储容量上扩大到8K字， 其它性能指标和CPU226相同。而对于智力抢答器系统，分析可知，系统共有输入点6个，输出点8个，从功能的实现 来看，根据比较上述各种CPU分析可知，输入输出点数较的CPU221，CPU222不足以满足要 求，而用CPU224和CPU226都可以完成任务。但是用太的输入/输出点数的CPU实现小点数 的控制系统就很不划算了，就如，如果选用CPU226PLC，则价格较高，造成硬件资源的浪费。所以，综合分析，该智力抢答器控制系统我采用西门子S7-200 CPU224 (14输入/10输 出)，这样的配置合理

8、又经济，即使输入/输出点数与所需要的输入/输出点数不是完全相等， 多出了几个点数，但可以随时增加其它的控制功能。四、输出接口电路智力抢答器系统的I/O接口电路图如图1所示：牝|P3.图1智力抢答器I/O接口电路图五、主电路原理图因为本系统不需要用到电机，本可以不需主回路电路，考虑到虽然CPU224上自带的24V 直流电源使用可能会不稳定，但PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一 个良好的、可靠得电源系统是无常工作的，所以决定CPU224所需用电源由外电源提供，由 三相电整流得到，具体电路图如图2所示：24VDC图2主电路原理图六、系统程序设计此设计中控制要求中“任一组按下抢答按

9、钮，则锁住抢答器”可以通过来自锁来实现， 而要求中“一组按下抢答按钮后，其它抢答无效”则可以通过串联一个继电器常闭触点使其 断开来实现。另外，最关键的问题就是要利用五位抢答组的输出来控制七段共阴极数码管的 输出了。发光二极管是一种将电能转变成光能的半导体器件，流过电流，发光二极管就会发光。 七段共阴极L ED排列成的数码显示器 每一笔划为一发光二极管这7个发光段分别称为a、 b、c、d、e、f和g，当输入端为高电平时，相应的笔划段亮，输入端为低电平时，相应的 笔划段熄灭，笔划段亮-即可显示数字09 了，就如图3所示。图3七段数码管显示示意图具体的实现可利用辅助继电器（M）来实现它，即将辅助继电

10、器的输出组成来实现七段 输出，如表3所示：数码管A段B段C段D段E段F段G段Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7显示1M0.00110000显示2M0.11101101显示3M0.21111001显示4M0.30110011显示5M0.41011011表3具体程序梯形图及语句表如下：梯形图：A网绍a叛四管l：段显示逻辑如.网编P数而马管t段显示谴椎门nn网络1口数偈管e段显元谬辑如MMO.1Qu.5T IC 0网洛11 裁珍管f段显示逻辑即.W网绍12敷玛管e段显示逻QO. 7网缗1 3蜂鸣器控制逻辑Q0- 0on. 7MCL 0yu. uc MU. 1H FMO. 9d

11、kMO. 31 I-MO.dH P语句表如下：LD I0.0O M0.0A I0.5AN M0.1AN M0.2AN M0.4=M 0.0LD I0.1O M0.1A I0.5AN M0.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3AN M0.4=M 0.1LD I0.2O M0.2A I0.5AN M0.0AN M0.1AN M0.3AN M0.4=M 0.2LD I0.3O M0.3A I0.5AN M0.0AN M0.1AN M0.2AN M0.3=M 0.4LD M0.1O M0.2O M0.4=Q0.1LD M0.0O M0.1O M0.2O M0.3=Q0.2LD M0.0O M0

12、.2O M0.3O M0.4=Q0.3LD M0.1O M0.2O M0.4=Q0.4LD M0.1=Q0.5LD M0.1O M0.2O M0.3O M0.4=Q0.7LD M0.0O MO.1O M0.2O M0.3M0.4=Q0.0过程简单叙述：当抢答开始之后，如果抢答组1按下抢答按钮SB1，则I0.0的常开触点闭合，则 M0.0被接通，对应七段数码管的b 段1。亮，即显示数字1。而且，M0.0接通，则Q0.0 被接通，蜂鸣器响。同时，I0.0的常开触点闭合，则M0.1,M02,M0.3,M0.4全部不被接通， 所以其它组按钮不可能发出有效信号了。然后，当主持人按下按钮SB6后，I0.5

13、的常闭触 点被断开，M0.0,M0.1,M0.2,M0.3,M0.4均不再接通，数码管各段都不再亮，Q0. 0也不接通， 蜂鸣器也停止发声了。如果其它抢答组按下抢答按钮，过程类似就不再一一叙述了。七、设计心得体会PLC作为一门控制技术在我国已有近二十年的应用，并已从工业控制逐渐向其他行业扩 展，相信随着其本身性能的不断提高，其应用领域将不断拓宽，了解及掌握这一控制技术， 是非常重要的。这次可编程控制控制系统的设计是一个分析问题，处理问题，解决问题的过程。首先根 据工艺过程分析控制要求，知道需要完成哪些过程，有什么样的具体要求，然后确定了输入， 输出点数，再通过I/O点选择PLC，设计I/O连接

14、图，再进行程序设计，整个过程需要对本 门课融会贯通，熟练掌握。而自己在平时的学习上，对这门课的学习不系统，一部分就是一 部分，没有学通，而通过做课程设计，既锻炼了我综合运用我们专业知识去分析和解决实际 问题的能力，又使我对这门课程知识的掌握加深了，也感受到了这门课的应用价值，使我发 现自动化的作用之大，应用之广，加深了对本专业的热爱。总之通过这次对智力抢答器的设计，使我受益匪浅。另外：对于这个智力抢答器，个人觉得可以有适当的扩展，如果对外围电路稍加修改， 就可以变成多路多人抢答器，如六路或十路等，改为多路多人抢答器，可以在梯形图中再加 入一路或五路分支即可。另外，如果去掉程序中的互锁和抢答限时功能，可以将抢答器改成 呼叫器，也可以用在医院的病房、工厂的车间等多种地方。八、参考文献（1）现代电气及可编程控制技术 航空航天大学（2）可编程控制器应用与实验 华中科技大学主编：王永华主编：瞿大中主编：阎石等（3）数字电子技术 清华大学