课程设计任务书 三路抢答器的PLC控制

1佛山科学技术学院课程设计任务书电气工程及其自动化专业13年级2班付琴芳一、设计题目三路抢答器的PLC控制二、主要内容该抢答器作为智力竞赛的评判装置，根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其答题正确、错误及违规，在主持人的操作下，对答题者所显示的分数值进行加分、减分或违规扣分。三、具体要求1.主持人提出问题并按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。2.主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。3.主持人提出问题并按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。4.主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。5.抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。6.答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。答题过程中灯光、音响的安排及注意事项见课程设计指导书。在上述具体的要求下，完成硬件电路的制作和接线，PLC控制程序的设计及联机调试，直至满足要求。四、进度安排21.理解课程设计内容及设计要求，查阅资料（第一周的星期一）。2.PLC外围硬件电路的制作和接线，构思设计方案（第一周的星期二至星期三）。3.PLC控制程序设计、程序调试及系统的总体调试，撰写课程设计报告（第一周的星期四至第二周星期四）。4.课程设计答辩、批改设计报告，登载成绩（第二周星期五）。五、完成后应上交的材料PLC外围硬件连接电路、程序清单及课程设计总结报告。六、总评成绩指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日3目录1.前言………………………………………………………………42.设计任务和要求…………………………………………………52.1任务描述………………………………………………………52.2设计任务及要求……………………………………………….63.硬软件设计方案选择……………………………………………..73.1硬件I/O地址分配....................................83.2方案选择………………………………………………………93.3控制系统的硬件组成……………………………………….134抢答器软件系统设计…………………………………………..144.1软件流程图的设计………………………………………….144.2PLC控制程序的设计………………………………………..164.2.1主持人开始复位初始化…………………………………164.2.2抢答前计时………………………………………………174.2.3抢答总台绿灯亮…………………………………………174.2.4违规抢答红灯亮…………………………………………184.2.5总台音响…………………………………………………194.2.6抢答标志…………………………………………………194.2.7加减分程序………………………………………………204.2.8各位选手的分数显示…………………………………..224.2.9复位………………………………………………………234.3抢答总程序………………………………………………….245调试中的遇到的问题……………………………………………246设计体会………………………………………………………..257参考文献………………………………………………………..2641前言目前国内外市场上已有很多类型的知识竞赛抢答器，其大致采用模拟电路、数字电路、单片机或者PLC芯片、计算机控制系统等四类产品。对于采用模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟。但是随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简单或者没有。而对于科技飞速发展的今天，PLC、单片机应用的不断深入，带动了传统控制检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以PLC、单片机为核心的部件成为主流。传统的普通抢答器主要存在一下缺点：⑴在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。⑵当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。⑶当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个违规者。因而出现了“漏洞”。可编程控制器是以计算机为核心的通用自动控制装置，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。现已广泛应用于工业控制的各个领域，它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、记数和算术运算等，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。PLC的学习比一般编程学习困难在于，要完成一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合适的PLC型号，然后进行资源配置，设计控5制系统。2设计任务和要求2.1任务描述：该抢答器作为智力竞赛的品判装置，根据应答者抢答情况自动设定答题时间，并根据答题情况用灯光、声音显示其答题正确、错误及违规，在主持人的操作下，对答题者所显示的分数值进行加分、减分或违规扣分。三路智力抢答器有三个抢答按钮SB1~SB3，在允许抢答的情况下最先按下按钮有效，在此以后按下的按钮无效，伴有灯光、声音指示，并开始计时（答题时间），计时时间到（答题给定的时间），声音提示停止答题。如果抢答者答题正确或错误，主持人或操作员按下加分键或减分键，将对显示分数值加分或减分。该控制器组成框图如图2-16控制器组成框图图2-12.2设计任务和要求1.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，若10s内无人抢答，则有声音提示，说明该题无人抢答，自动作废。2.主持人提出问题在未按下启动按钮（开始抢答）之前抢答，则违规，抢答器报出违规信号，并作减分处理。3.主持人提出问题按下启动按钮（开始抢答）后，第一个按下按钮的信号有效，后按下的按钮信号无效。4.主持人按下计时按钮，开始计时。答题时间为1min，答题过程中有灯光提示时间，时间到并有声音指示。5.抢答器有数码显示器显示各答题者的分数，由主持人控制，答对者加10分，答错者减10分，违规者扣5分，减分计算中若出现负分作0分处理。76.答题完毕按下复位按钮，恢复抢答器原始状态，为下一轮抢答做好准备。答题过程中灯光、音响的安排机注意事项如下：抢答有效：抢答者灯亮、控制台绿灯亮机声响。10s无人应答：声响、控制台绿灯（HL4）点亮2s。违规：违规者灯亮，控制台红灯（hl5）亮机声响。答题过程：抢答者灯亮，控制台绿灯亮，50s后控制台绿灯闪烁。答题时间到：抢答者灯亮，控制台绿灯亮机声响。按加分按钮加10分，按减分按钮减10分，按违规按钮减5分，最高分90分（违规情况下最高分为95分），最低分0分。声响时间为1s。3硬软件设计方案选择根据PLC智能抢答器的控制要求，应用程序采用一体化结构。通过PLC控制程序来实现整体的运行，系统仅需要少量的按钮和接口，一般的PLC配置都可运行。该系统本着简单易懂、可靠性强、适应性强等方面进行设计。在抢答时只需按动按钮即可数码管在系统程序的控制下自动显示组号以及倒计时自动操作。安全、可靠、省时、省力、价格便宜。83.1硬件I/O地址分配如下表1输入信号输出信号输入设备/符号PLC输入点输出设备/符号PLC输出点主持人复位/停止开关SB0X01号台指示灯HL1Y12第1号抢答按钮（SB1）X12号台指示灯HL2Y13第2号抢答按钮(SB2)X23号台指示灯HL3Y14第3号抢答按钮(SB3)X3控制台绿灯HL4Y15主持人按抢答开始按钮(SB4)X4控制台违规指示灯HL5（红灯）Y16主持人加分按钮(SB5)X5蜂鸣器Y17主持人减分按钮（SB6）X6显示电路板Y0~Y11计时按钮(SB7)X7违规按钮(SB8)X10表19硬件I/O接线图如下图3.1-2硬件I/O接线图3.1-23.2方案提示（1）抢答器抢答部分控制程序可用基本指令编程，也可用步进指令完成。(2)指示灯和音响输出，可用PLC的输出指令直接接通。(3)抢答者的得分情况通过数码显示，显示电路如下图，显示电路板10自制，开采用传送、比较、移位和BCD等应用指令与基本指令组合编程来完成。如下图3-2-1电路板图3-2-1（4）显示线路简介本显示电路主要有CD4511译码器、LED数码管、电阻和直流电源四部分组成，将CD4511的A、B、C、D断输入BCD码、锁存和驱动，一十进制数在七段显示数码管中显示。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:14-Apr-2007SheetofFile:F:\??\PLC??????\LCD????(???).ddbDrawnBy:B1C2LE5D6A7e9d10c11b12a13g14f15LT3BI4IC1CD4511abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED1R1300R2R3R4R5R6R7B1C2LE5D6A7e9d10c11b12a13g14f15LT3BI4IC2CD4511abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED2s1300s2s3s4s5s6s7B1C2LE5D6A7e9d10c11b12a13g14f15LT3BI4IC3CD4511abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED3y1300y2y3y4y5y6y7B1C2LE5D6A7e9d10c11b12a13g14f15LT3BI4IC4CD4511abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED4v1300v2v3v4v5v6v7B1C2LE5D6A7e9d10c11b12a13g14f15LT3BI4IC5CD4511abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED5p1300p2p3p4p5p6p7B1C2LE5D6A7e9d10c11b12a13g14f15LT3BI4IC6CD4511abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED6a1300a2a3a4a5a6a7s8y8a8RE14.7KRDRCRBRERE24.7KRE34.7KRE44.7K??????(?????)VCCVCCVCCVCCVCCVCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y15Y16VCCY12Y13Y14D1D2D3RE54.7KRE64.7KR11D4R12D3R13D2R14D1R15D5R16D6GNDY17蜂鸣器X0COMX1X2X3X4X5X6X7X10SB0SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB811CD4511为一锁存/译码/驱动三合一译码器，其管脚如图3-2所示主要端子介绍如下：a)锁存部分有死未存储电路LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出，随A~D变化。LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。b)消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。c)输出驱动部分是具有较大电流输出的NPN双极型晶体管，当推动LED数字显示器件时，一定要加限流电阻，限流电阻约为200Ω，由等测试输入端LT，可测试数码管的显示七段。当LT=“1”时，显示数8，几个段均亮。d)当输入的BCD大雨1001时，七段显示输出全为“0”，数码管熄火。CD4511真值表如表2：12输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000熄灭0110000111111000110001011000010110010110110120110011111