三路抢答器PLC课程设计任务书

PLC课程设计

说明书

可倒计时按钮式三路抢答器

学生姓名：

学号：14070 学院：计算机与控制工程学院

专业：电气工程及其自动化

指导教师：

2016年 12 月

目录

1 绪论。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 1.1.1 系统基本要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 1.1.

2 附带功能。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1

1.2 课题主要过程。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1

2 系统设计内容及要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 2.1 PLC基本原理及采用。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 2.2 系统控制要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 2.3.1系统工作原理及运行过程。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2

2.3.2 附带功能工作原理及运行过程。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2

3 整体设计及仿真过程。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 3.1 变量及程序说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 3.1.1输入输出量说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

4 3.1.2六段数码管说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 3.2按键拓展补充程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 3.3 外部接线图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 3.4 梯形图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

5 3.4.1倒计时计时部分。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 3.4.2 基本要求抢答部分。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 3.5编译仿真过程。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7 3.6实验动画演示。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 3.6.1抢答器主界面。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 3.6.2外界按钮拓展接线图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 3.6.3实验按钮拓展时演示。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11 3.6.4通知抢答区演示（即倒计时）。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12

3.6.5抢答及复位演示。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13

4 课程设计总结感想。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13 附录A（梯形图）。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 附录B（四路及以上拓展思路）。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16

1 绪论

市面上的的知识竞赛抢答器，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，无法准确判断抢按按钮的行为，也不便于参数调节及其功能的升级换代。对于计算机控制系统来说，其程序简单，反应灵敏，便于参数调节及其功能的升级换代，但鉴于其必须配合计算机实用，可操作性差，没有得到广泛的应用。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，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PLC型号，然后进行资源配置，设计控制系统。本次课程设计采用PLC作为实验工具进行抢答器的通知抢答和抢答功能的实现。

1.1.1 系统基本要求

一个三路抢答器，任意一组抢先按下后，显示器能及时显示该组的编号并且指示灯开始闪烁，同时锁住抢答器，使其他组按下无效，抢答器复位后才可重新抢答。

1.1.2 附带功能

在课题要求之外还附带设计了抢答通知区和实体按键的拓展（请见下页工作原理及运行过程）

1.2 课题主要过程

1设计功能基本框图，设定变量字符。

2 编写梯形图及变量进行调试运行。

3 通过仿真运行确保各变量正常运行。

4 将变量导入进显示器界面关联界面按键或图形表示。

5 给字符变量设定地址，进行I/O点分配（实体按键拓展用）

6 画出PLC的外部接线图，并接线（实体按键拓展用）

7 对程序进行编译、下载、运行

2 系统设计内容及要求

2.1 PLC的原理及采用

PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

本次课程设计所选的是施耐德公司所生产的M218系列的TM218LDAE24DRHN。

2.2 系统控制要求

设计三路抢答器控制系统，其控制要求如下：一个三路抢答器，任意一组抢先按下后，显示器能及时显示该组的编号并且指示灯开始闪烁，同时锁住抢答器，使其他组按下无效，抢答器复位后才可重新抢答。

2.3.1 系统工作原理及运行过程

基本功能：抢答器的核心设计为抢答模块，抢答模块的主要功能是自锁，即主持人将开关置“开始”状态，宣布开始抢答后，一旦有一个选手首先按下抢答按钮，其他两位选手将无法抢答，同时显示器能及时显示该组的编号并且指示灯开始闪烁，同时锁住抢答器，使其他组按下无效，直到主持人按下再次开始复位按钮，三位选手才可再次抢答。

2.3.2 附带功能工作原理及运行过程

（1）抢答通知区功能：添加开始按钮，当按下开始按钮时，开始倒数时间3秒红灯黄灯绿灯依次点亮后直至出现开始抢答字样闪烁，在此期间各选手无法进行抢答，即抢答按键无效，当出现开始抢答字样闪烁时即为通知抢答，

选手即可开始抢答执行上述基本功能。

（2）抢答实体按键的拓展：利用电机转盘下方实体按键和指示灯进行实体部分的拓展，绿色代表一号选手，黄色代表二号选手，红色代表三号选手，当一号选手按下绿色按键时，绿色指示灯点亮会提示选手按键已按下，同理黄色指示灯提示二号选手按键成功。

3整体设计及仿真过程

3.1 变量及程序说明

3.1.1输入输出量说明 输入量

3.3 外部接线图

3.4 梯形图

3.4.1倒计时计时部分

123行为当触碰Start键时会触发Start结节通过T7计时第一秒到触发置位D3为1，同时Start复位为0，第二三秒同理直到置位D1之前必须保证ABC 为无效状态即第4行，第5行触发复位键使D1复位同时使ABC为0。

3.4.2 基本要求抢答部分

第6 9 12行在AB或C抢答时需保证其他输出为0，同时要保证在倒计时完成后即D1置位状态时方可输出点亮，点亮之后输入与结果并联可以锁存输出量。

显示从而实现指示灯的闪烁。

15 16 17 18行为控制数码管显示部分，通过对输出状态的判断来决定L1-4的值，并联中各个支路为之前抢答部分的抢答结果，并联即可实现各种点亮Ln情况的叠加，在交互界面中数码管每一个灯绑定不同的L可实现不同情况

下的数值显示。

3.5编译仿真过程（一号绿队选手抢答成功）

倒计时部分工作时状态

抢答部分倒计时未结束按键时状态

此时A为等待触发状态

控制闪烁部分状态

抢答部分一号抢答成功后，同时将其锁存，使其他按键失效

一号抢答成功后控制数码管部分

一号选手抢答成功后各状态

由梯形图可容易看出，在每一个变量之前加入了复位触电，当按下复位键时，致使三路选手的原锁存失效，抢答重新进行。即可重新开始倒计时继续进行下

轮抢答。

3.6实验动画演示

3.6.1抢答器主界面

3.6.2外界按钮拓展接线图

3.6.3实验按钮拓展时演示

此时按下黄色按钮时黄色指示灯提示按钮按下抢答成功，同时其他按钮按下为无效状态。

3.6.4通知抢答区演示（即倒计时）

倒计时第三秒红灯表示

倒计时第二秒黄灯表示

倒计时第一秒绿灯表示

倒计时结束快闪通知抢答

3.6.5抢答及复位演示

当率先按下2时2号选手抢答成功二号指示灯闪烁同时数码管显示2

当按下RESET键时界面恢复原始界面，待重新按下START键重新开始倒计时。4课程设计总结感想

通过此次课程设计，对PLC的基本概念及基本设计方法有了一定的了解，培养了一定的工程设计的逻辑思维，在课程设计中，发现问题，及时领悟并修正错误，虽然可能会碰到更多的问题，但经过的思考和慢慢的检查终于找出了原因所在，也使我发现之前我在这方面的知识欠缺和经验的不足。实践后才能出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再只是理论知识。

这次课程设计完成后，在设计中遇到了很多问题，例如抢答环节设计过程中会存在无法正常抢答的情况，在数码管设计中存在点亮错误的情况，最后在老师和研究生们的指导下与同学的帮助下，加上自己的独立思考后终于解决了问题。在今后

社会的发展和学习实践过程中，我一定要不懈努力，不能遇到问题就想到退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!

这次课程设计，使得我能够更好地文献检索，特别是如何利用互联网检索需要的文献资料；我的综合分析问题、发现问题和解决问题的能力得到了一定得提高；我比以前能够更加灵活得运用知识并完成简单的工程设计。我认为，在这学期的实践中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。

从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜,但是我学到了很多很多的东西，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。两个星期的课程设计让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就能解决光靠理论所不能解决的众多问题，为成为一名合格的工程技术人员打好基础。

附录A（梯形图）

5.1总体梯形图

附录B 四路及以上拓展思路

6.1四路及以上抢答器设计

本次设计的三路抢答器是基于‘Y1-Y3”的闪烁灯与“L1-4”的数码管显示方案所设计的，如果拓展路数以四路抢答器为例，闪烁灯直接以之前为模板在Y1-Y3之后添加相同的触点及计时器设置以数字位直接代替即可，一直增加到Yn，倒数计时则直接在Qn前增加D1即可；数码管则是要在每个L中并联之中的串联增加拓展路此时的状态，同时由于情况增多并联的路数也随之增加以相同原理设置即可。

参考文献

[1] 曾繁玲. 施耐德PLC、变频器入门与应用实训.中国电力出版社.2011

[2] 王阿根. 电气可编程控制原理与应用. 清华大学出版社.2010

[3] 郭纯生. 可编程序控制器编程实战与提高. 电子工业出版社.2006

[4] 谢克明夏路易. 可编程控制器. 电子工业出版社.2003