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目录第一章概述.............................................................11.1智能抢答器的简要介绍.............................................11.2抢答器的控制要求.................................................11.3抢答器的控制特点分析.............................................2第二章硬件电路设计.....................................................22.1PLC机型的选择步骤与原则..........................................22.2LED显示器的设计..................................................42.3PLC与七段数码管直接连接阻值计算..................................42.4IO分配表.........................................................5第三章程序设计.........................................................53.1梯形图设计........................................................53.2程序运行过程分析说明..............................................8第四章组态简介.........................................................94.1组态王的简单介绍..................................................94.2关于组态的设计...................................................104.3组态王的运行结果............................................................................................................................12总结..............................................................................................................................................................13文献参考..................................................................................................................................14皖西学院2013届本科课程设计报告1第一章概述1.1智能抢答器的简要介绍抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合。在各类竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一名选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答过程中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。利用PLC来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使有两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题；而且其控制方便、灵活，只要改变输入PLC的控制程序，便可以改变竞赛抢答器的抢答的方案。1.2抢答器的控制要求（1）竞赛抢答器能使4个队同时参加竞赛抢答。（2）设裁判队为裁判台，参赛队为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并设有开始按钮SB0和复位按钮SB5；参赛台设有按钮。1-4号参赛台分别对应按钮SB1-SB4。（3）智能抢答器能适合以下比赛规则：出题后，各队抢答必须在裁判说出“开始”并按下开始按钮SB0后30s内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器将发出“违规”信号。30s时间到，如无队抢答，则抢答器给出时间已到信号，该题作废。在有队抢答的情况下，抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时显示，并由数码管显示出抢到题的参赛队号。抢到题的队必须在30s内答完题，如30s内还没答完，则作超时处理。赛场还设有时间数码显示器和显示抢到答题队号的数码显示器。（4）在某个题目结束后，裁判员按下裁判台上的复位按钮SB5，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答做好准备。表1-1各硬件与座位的对应关系座位裁判台参赛台1参赛台2参赛台3参赛台4按钮SB0SB5SB1SB2SB3SB4指示灯BL0BL1BL2BL3BL4显示器两个无无无无智能抢答器设计21.3抢答器的控制特点分析智能抢答器通过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将根据信号做出相应的回应。第二章硬件电路设计2.1PLC机型的选择步骤与原则随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，初始状态按下SB0按下SB5复位继续下一题图1-1结构流程图开始抢答违规抢答状态：开始信号发出前抢答，数码管显示参赛队员号码正常抢答状态：开始信号发出30内，开始抢答，并显示抢到的参赛队员号码无人应答状态：开始信号发出30s内，音响叫+裁判台灯亮。结束复位复位皖西学院2013届本科课程设计报告3合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。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：⑴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I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于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I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O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。⑵安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O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I/O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块。⑶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A/D和D/A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。⑷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I/O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。智能抢答器设计4⑸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。⑹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：①机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。②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。③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。综上所述，基于以上思想，选用三菱FX2的PLC作为控制主机。2.2LED显示器的设计由控制要求可知，七段数码管是由七段发光二极管（LED）组合起来显示数字0—9的，如图2-1所示，要显示数字0—9中的不同数字，就必须根据需要点亮七段数码管中不同段的LED发光。abcdefg12543109876gfbaedDPc+--+●DPОООООООО+aDPgfedcbООООООООaDPgfedcb(a)(c)(b)图2-1常见LED数码管的外形及内部结构2.3PLC与七段数码管直接连接阻值计算根据LED数码管每笔画工作电流I在5～10mA之间，若电流过大会损坏数码管，因此必须加限流电阻，其电阻可按下式计算R=（V0-V1）/I其中V0为加在LED两端上的电压，V1为LED数码管每笔划压降（约为2V）。皖西学院2013届本科课程设计报告5本次设计PLC电源采用的是直流24V，PLC的输出电压为5V，通过数码管的电流I=3mA计算可得R=1KΩ。本次设计共用到了三个数码管，所以须要21个1KΩ的R，以及5个EL灯和一个音响。2.4IO分配表表2-1智能抢答器输入输出口分配表为了硬件电路接线方便和程序清晰易读，用SB0作为开始按钮，四个参赛队分别用与之对应号SB1、SB2、SB3、SB4、设置按钮。SB5为比赛复位按钮，使下轮比赛开始。输出与输入对应，用YO输出信号驱动比赛开始信号灯EL0，同理用Y1、Y2、Y3、Y4、输出信号驱动对应的信号灯EL1、EL2、EL3、EL4。Y5输出信号驱动音响。Y0-Y6输出信号驱动数码管1显示各个参赛队的队号。第三章程序设计3.1梯形图设计输入信号输出信号名称代号输入点标号名称代号输出点标号裁判台开始按钮SB0X0裁判台灯EL0Y01号赛台抢答器按钮SB1X11号参赛台灯EL1Y12号赛台抢答器按钮SB2X22号参赛台灯EL2Y23号赛台抢答器按钮SB3X33号参赛台灯EL3Y34号赛台抢答器按钮SB4X44号参赛台灯EL4Y4裁判台复位按钮SB5X5Y5显示器1LE1Y0-Y6智能抢答器设计6图3-1智能抢答器梯形图程序（1）皖西学院2013届本科课程设计报告7图3-1智能抢答器梯形图程序（2）智能抢答器设计83.2程序运行过程分析说明⑴当裁判台按下开始按钮时，就将信号传入PLC中，同时四个参赛队处于抢答状态。然后根据哪个队最先抢到题目，然后在规定的答题时间内作答，或者答题超时。（由规定显示电路作出反应。）例如，1号参赛队抢到题目，同时抢答继电器M1通电并自锁，抢答继电器M1与其它参赛台按钮输入触点相串联的常闭触点断开，使得在有抢答按钮按下的情况下，其它按钮均无效。抢答继电器M1闭合，答题限时继电器M2闭合并自锁，使得答题限时计时器T1开始计时。①若1号参赛台答题超时，抢答继电器M1通电闭合，答题限时计时器T1计时到，其常开触点闭合。在答题超时的情况下，M1的常开触点与T1的常开触点串联驱动裁判台的灯和音响。②若1号参赛台违规抢答，抢答允许继电器M0未闭合，裁判员未按下开始按钮SB0(X0未闭合)，而抢答继电器M1闭合。在违规抢答的情况下，M0和M1是“与”的关系，即M0的常闭触点与M1的常开触点串联驱动裁判台灯和音响。③无参赛队抢答，抢答继电器M1未通电闭合(无人抢答)，抢答限时计时器T0计时到，常开触点闭合。当无人抢答时，M1的常闭触点与T0的常开触点串联驱动裁判台灯。综上所述，当1号参赛队违规抢答、无人抢答、答题超时驱动裁判台灯及正常抢答时答题驱动音响的梯