PLC型九位知识竞赛抢答器课程设计(惠州学院2017)

《电气与PLC控制》技术课程论文 题目： 九位知识竞赛抢答器设计

姓 名 学 号 专业班级 指导教师 提交日期 2017年6月13日

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惠州学院 HUIZHOU UNIVERSITY 目 录

一、设计背景及内容 ............................................................. 3 二、控制要求 ................................................................... 3 三、设计方案 ................................................................... 5 3.1、PLC选型及系统结构 ......................................................... 5 3.2、I/O口及元件分配 ........................................................... 7 3.3、 PLC外部接线图 ............................................................ 7 3.4、流程图 .................................................................... 8 3.5、梯形图 .................................................................... 8 3.6、指令表 ................................................................... 12 四、工作原理 ................................................... 错误!未定义书签。 4.1、判别环节 ................................................................. 13 4.2、 题目的放弃判别 .......................................................... 13 4.3、 提前抢答选手的判别 ...................................................... 13 4.4、 选手编号显示环节 ........................................................ 13 4.5、 超时环节 ................................................................ 14 五、线路连接与系统调试 ........................................................ 14 1、线路连接 ................................................................... 14 2、系统调试 ................................................................... 14 六、总结 ....................................................... 错误!未定义书签。 七、参考文献 .................................................................. 14 一、设计背景及内容 1.1 设计背景 随着我国经济和文化实业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等，因此出现了抢答器。最初的抢答器是由优先权编码器构成的逻辑电路，其运算速度慢，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更加困难。因此，一种能够体现竞赛的公开、公平、公正性的知识竞赛抢答器成为一种需求。 本设计将以PLC为核心设计了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构，其将以其控制方便，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，从而使得竞赛不断完善其公平、公正性。

1.2研究内容 本课程设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。 硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化[2]。硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据调试情况，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。

二、抢答器控制要求 ⑴ 知识竞赛抢答器能使9个队同时参加抢答。 ⑵ 设裁判队为裁判台，参赛对为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并且设有裁判台开始按钮SB0和裁判台复位按钮SB5；参赛台设有参赛台抢答按钮以及参赛台灯。 1-4号参赛台分别对应按钮SB1-SB4及参赛台灯EL1-EL4。 ⑶ 知识竞赛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”并按下裁判台的开始按钮SB0后15S内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器发出“违规”信号。15S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，则抢答器发出“抢答”信号，数码管开始计时，并由数码管显示出抢到题的参考队号，抢到题的队必须在30S内答完题，如30S内未答完，则作超时处理。 ⑷ 灯光与音响信号的意义如下：（见图2-1 结构流程图） ① 音响叫（响1S）+某台灯亮，由某参赛队正常抢答。 ② 音响叫（响1S）+某台灯亮+总台灯亮，某参赛队违规。 ③ 音响叫（响1S）+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。 ⑸ 在某个题结束后，裁判员按下台上的复位按钮SB5，抢答器恢复原来的状态，为下一轮抢答作好准备。 ⑹ 各输出端口统一采用直流24V电源。 竞赛抢答器能使9个队同时参加抢答； 设一裁判台，裁判台上设有音响和指示灯LED0，并设有裁判“开始”按钮SB0和复位按钮SB10； 参赛设有抢答按钮及指示灯，1-9号赛台分别对应按钮SB1-SB9及指示灯LED1-LED9； 比赛规则： ①各队抢答必须在裁判员说出“开始”，并按下裁判台“开始”按钮SB0后15秒内抢答，15秒到时如无人抢答，则抢答器给出时间到信号，该题无效。 ②在有人抢答的情况下，则抢答器发出抢答信号，数码管将显示第几号台抢答。抢到题的人必须在30秒内答完题，如在30秒内没有答完，则做超时处理。 ③如裁判台未按“开始”按钮，此时如有人按下抢答按钮，则给出违规信号。 灯光与音响的意义如下： 音响叫（响1秒）+某台灯亮，由该队正常抢答。 音响叫（响1秒）+某台灯亮+裁判台灯亮，该队违规。 音响叫（响1秒）+裁判台灯亮，表示无人抢答或答题超时。 正常答完结束后，裁判员按下“复位”按钮后，抢答器恢复原状，为下一轮抢答做好准备。 各输出端口统一采用直流24伏电源。 三、设计方案 3.1 PLC选型及系统结构 知识竞赛抢答器通过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。知识竞赛抢答器有11个输入信号（即11个按钮），18个输出信号（即9个台灯信号、1个音响信号、1个开始信号、7个输出信号控制数码管）。由上可知PLC共有11个输入点，18个输出点, 为此选用日本三菱公司FX2N-48MR的PLC作为控制主机，该主机有24个输入点，有24个输出点，输出采用继电器空接点输出，方便接线，容量大，满足本课程设计要求。系统结构框图如下图3-1所示：

3.2 I/O口及元件分配 表3-1 知识竞赛抢答器输入输出口分配表 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 SB0 X0 开始工作指示灯 LED0 Y0 1号赛台抢答器按钮 SB1 X1 1号参赛台灯 LED1 Y1

PLC SB0 SB10 SB1 ~ SB9

显示器 参赛队号码

1号台灯 ~ 9号台灯

蜂鸣器

图3-1 系统控制结构框图 表3-2 PLC内部辅助继电器及定时器分配表

3.3 LED数码管及PLC外部接线图 abcdefg

12543

109876

gfbaedDPc+

-

-+● DPО

ООООООО

+a

DPgfedcbО

ООООООО

a

DPgfedcb

(a)(c)(b) 图3-2 LED数码管的外形及内部结构

2号赛台抢答器按钮 SB2 X2 2号参赛台灯 LED2 Y2 3号赛台抢答器按钮 SB3 X3 3号参赛台灯 LED3 Y3 4号赛台抢答器按钮 SB4 X4 4号参赛台灯 LED4 Y4 5号赛台抢答器按钮 SB5 X5 5号参赛台灯 LED5 Y5 6号赛台抢答器按钮 SB6 X6 6号参赛台灯 LED6 Y6 7号赛台抢答器按钮 SB7 X7 7号参赛台灯 LED7 Y7

8号赛台抢答器按钮 SB8 X10 8号参赛台灯 LED8 Y10 9号赛台抢答器按钮 SB9 X11 9号参赛台灯 LED9 Y11 裁判台复位按钮 SB10 X12 音 响 B Y12 数码管1 LE1 Y20-Y26

内部辅助继电器 作用 定时器 作用 M0 抢答允许 T0 抢答限时15S M1 抢答闭锁 T1 答题限时30S M2 答题时限 T2 音响时限1s M3 启动音响