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学号：2014012304控制技术课程设计报告题目：抢答器PLC控制系统设计学院(系)：机械与电子工程学院专业年级：机电143学生姓名：黄颖石指导教师：刘利王转卫完成日期：2017年7月10日目录1、设计目的及要求.................................................................................................................11.1设计的目的..................................................................................................................11.2课程设计的任务要求..................................................................................................12、设计方案.............................................................................................................................12.1整体功能介绍................................................................................................................12.2基本原理框图.................................................................................................................22.3整体流程设计.................................................................................................................22.4系统所用元器件.............................................................................................................42.5PLC的选型......................................................................................................................42.6外部接线设计................................................................................................................53、程序设计.............................................................................................................................64、系统调试及分析.................................................................................................................94.1抢答举例.........................................................................................................................94.2程序的组态仿真..........................................................................................................105、设计心得体会...................................................................................................................12参考文献.................................................................................................................................13附录：.....................................................................................................................................1411、设计目的及要求1.1设计的目的（1）结合实际抢答器的工作情况，设计抢答器信号控制原理设计，掌握复杂情况下抢答器定时及减数功能的实现。（2）进一步熟悉控制系统设计中元器件选型，及组态环境下控制系统仿真与调试，掌握控制系统原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计。（3）提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。1.2课程设计的任务要求（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。（4）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音，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。2、设计方案2.1整体功能介绍竞赛抢答器，顾名思义就是用于比赛时，跟对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。随着社会科技技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含2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应用于电视台、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。2.2基本原理框图本系统利用PLC作为系统的核心控制部件，配合报警灯，数码管，定时器等原件的基本原理框图如图1所示。SB1~SB10PLC显示器显示所剩时间报警灯L1~L3数码管显示抢答选手号码2.3整体流程设计主持人先按下抢答开始按钮，显示器开始显示倒计时（假设设定为50秒）同时扬声器发出声响（用报警指示灯1亮代替扬声器）提示开始抢答。在抢答的有效时间内，若有选手按下了抢答按钮，则此选手的编号将被锁存并在LED数码管上显示出来，同时扬声器发出报警声响提示（用报警灯2亮代替扬声器）。选手抢答实行优先锁存，其余选手抢答无效，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果参赛选手在指定的时间内没有进行抢答，即显示上的倒计时为0时，本次抢答无效，系统报警（用报警灯3亮来代替报警）并禁止抢答。设计流程如下图2所示。图1基本原理框图3开始按下抢答按钮定时器开始倒计时扬声器响0.5秒定时时间未到扬声器报警并禁止抢答有选手抢答定时停止扬声器响并显示抢答选手编号按下系统消除按钮显示器显示为00图2系统整体流程图42.4系统所用元器件元器件名称数量报警灯3按钮开关10定时继电器4七段数码管3导线若干七段数码管采用如图3所示的方式工作。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、B、D、F、G亮显示数字5；A、C、D、E、F、G亮显示数字6；A、C亮显示数字7；A、B、C、D、E、F、G亮显示数字8。竞赛抢答器有10个输入信号（即10个按钮），10个输出信号（即7个灯管信号、3个指示灯数码管输出信号）。由上可知PLC共有：10个输入点，10个输出点。2.5PLC的选型抢答器对时间间隔的要求很高，而且多在会议、答辩赛等一些正规的需要进行抢答的场合中使用，所以对设备的精准性和可靠性要求很高。为此，我们对将采用的控制系统进行了全面的分析对比。可编程控制器（PLC）是由工业微型计算机、输入,输出设备、保护及抗干扰隔离电路等构成的微机控制装置，具有顺序、周期性工作的特征。ABCDEFG表1本系统所用的元器件图3七段数码管图形5经过分析，根据系统的控制要求，对抢答器的输入输出端口的数量进行分析，从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，并确定PLC的I/O点数，以及价格、可靠性等的考虑，最终选择FX2N-48MR。2.6外部接线设计PLC的I/O地址分配输入端口抢答按钮1X0抢答按钮2X1抢答按钮3X2抢答按钮4X3抢答按钮5X4抢答按钮6X5抢答按钮7X6抢答按钮8X7复位按钮X10开始抢答按钮X11输出端口数码管显示AY0数码管显示BY1数码管显示CY2数码管显示DY3数码管显示EY4数码管显示FY5数码管显示GY6报警灯1Y7报警灯2Y10报警灯3Y11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。硬件接线图如图4所示。表2PLC的I/O口地址分配6Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11COMX0X1X2X3X4X5X6X7X10X11COMC1SB1SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9SB10ABCDEFGL1L2L33、程序设计部分梯形图设计及分析：如图5所示，为抢答器启动、开始计时的程序。当X011闭合时定时计时器开始计时，M10用来对其自锁。M9在选手抢答时断开定时继电器，使得定时显示保持不变。M0用来控制倒计时，并使得倒计时和其他时间设置一致。图4PLC外部接线图图5启动程序7如图6所示，为抢答器每一秒的定时程序。如图7所示，为每过1秒减时1秒的程序，并在开始时报警灯1闪烁。如图8所示，为当定时时间到，无人抢答，则报警灯2闪烁，并且切断子程序。子程序为8个人抢答，显示抢答人的编号，并自锁，不得再有其他人抢答。如图9所示，为复位的程序，按下X10所以的程序复位，并且主程序结束。图7减时的程序设计图8抢答调用显示程序图9复位程序图6定时1秒程序8如图10所示，为按下X0，即1号选手抢答时其他选手不能抢答的程序。如图11所示，为任何一个选手按下抢答按钮，则报警灯3亮，并且由M9来确定是是否停止倒计时。如图12所示，为当2号抢答时的一个程序。如图13所示为有人抢答时，报警灯3亮，并且定时报警灯亮的时间。图10抢答程序图11抢答报警程序图12抢答程序94、系统调试及分析4.1抢答调试分析如图14~16所示，分别为定时器减数的测试，组态时间显示，组态抢答选手序号的显示。为了检验减数显示是否正确，通过仿真来检验程序是否正确，仿真时暂时用二进制来显示数值的变化，之后用组态软件演示再用十进制数来表示如上图14。仿真用Y20~Y23表示二进制个位数，用Y24~Y27表示二