八人抢答器PLC控制系统设计

目录摘要 (1)目录 (1)绪论 (2)第一章 PLC控制八人抢答器概述 (3)第二章八人抢答器系统功能介绍与流程 (4)2.1八人抢答器系统的功能与设计要求 (4)2.2八人抢答器工作流程 (4)第三章八人抢答器硬件电路设计与连接 (6)3.1PLC机型选择步骤与原则 (6)3.2七段显示数码管 (7)3.3其他指示信号电气设备 (7)3.4I/O口分配与硬件连接电路 (8)3.5八人抢答器所用元器件型号 (10)第四章软件编程设计 (10)4.1程序的编写与调试 (10)4.2软件编程注意的问题 (20)第五章结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)附录摘要可编程序控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一门新兴技术，是实现工业生产、科学研究以及其他各个领域自动化技术的重要手段之一，应用十分广泛，是现代工业控制的三大支柱之一。

近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制日新月益。

它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM 将成为工业生产的三大支柱。

PLC控制系统设计8人抢答器是将PLC用于对抢答器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的抢答器进行精确控制，特别是对多人抢答的控制可方便的实现。

通过设计一个八人抢答器，利用七段显示数码管显示选手编号、倒计时使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们掌握PLC 在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。

关键词：PLC；八人抢答器；七段显示数码管绪论本说明书将以PLC为核心的设计流程图、系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出IO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。

第一章plc控制八人抢答器概述本课程设计书介绍了一种以PLC控制的八人抢答器，根据实际需求编制程序从而实现所需的功能。

总体核心设计选用三菱FX2N系列PLC控制器,抢答操作简单方便，应用广泛，功能齐全，可靠性高。

抢答器，顾名思义就是用于比赛时，与对手比反应时间，思维运转快慢的新型电器。

随着社会科学技术的不断发展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升。

目前, 形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构及学校, 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。

八人抢答器工作原理如下，我所设计的PLC智能抢答器是适合八组选手或个人抢答的抢答器。

为主持人设置2个按钮，用来控制何时开始抢答以及系统的复位，主持人发出开始抢答信号并按下启动按钮后（此时用绿灯闪烁指示可以抢答），选手可抢答，实行优先抢答原则，几号选手最先按下就有回答权利，数码管就显示该组的编号，电铃发出声响指示抢答成功，并对其后的抢答信号封锁而不在响应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统开始下一轮抢答。

选手在主持人未按下启动按钮时选手提前抢答了，则视为违规抢答，违规时数码管显示其编号，电铃也发出声响，同时违规指示灯黄灯亮。

当主持人按下抢答开始按钮时定时器开始计时（设定10 秒）若10秒限制到时仍无人抢答则音响电路发出声响，指示灯红灯亮以表示选手放弃该题。

在抢答成功后，系统自动倒计时，同时数码管显示答题倒计时时间，该时间可根据需要调节，此设定为30 秒，剩余时间为10秒时，指示灯闪烁提示选手抓紧时间答题，选手必须在设定时间内完成答题，否则，蜂鸣器发出超时报警信号。

其中以上功能都通过编制的PLC 程序来控制3个数码管以及一个蜂鸣器来实现。

本抢答器系统虽是针对八路参赛选手设计的，但通过原理分析可知，它也完全适用于少于八路选手的抢答场合。

当然，如果对外围电路及程序稍加修改，就很容易使之扩展成更多支路的抢答器。

第二章八人抢答器系统功能介绍与流程2.1八人抢答器系统的功能与设计要求(1)抢答器可同时供8组选手参加比赛；(2)具有违规提示功能：只有在主持人发出开始抢答指令后，选手才能开始抢答；(3)具有抢答限时及答题限时功能：在无人抢答及答题超时时都设置了提示信号；(4)具有数码显示功能：能显示抢答选手的编号及答题倒计时时间。

2.2 八人抢答器工作流程此设计分为正常答题、无人抢答、违规操作以及选手答题超时四方面的设计要求，由主持人控制台控制八路抢答选手的各项操作。

(1)每当主持人发出开始抢答指令后，哪组选手最先按下抢答按钮，则数码管就显示该组的编号，同时绿色指示灯亮、电铃提示信号(设持续3s)，以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才开始下一轮抢答。

(2)违规抢答：选手在未开始抢答时提前抢答了，则视为违规，违规时数码管 1显示其编号，同时黄灯亮、电铃发出声响。

(3)抢答限时：当主持人按下开始抢答按钮后，定时器 T0开始计时 (设定时 10s)，若10s时限到时仍无人抢答，则黄灯亮、电铃发出声响，以示选手放弃该题。

(4)答题限时：在抢答成功后，答题计时开始，使数码管 2、3上显示答题倒计时时间 (该时间可根据需要调节，此处设定为 30s)，数码管 2显示时间十位，数码管 3显示时间个位，选手必须在设定的时间内完成答题，否则，蜂鸣器以1hz的频率发出答题超时报警信号。

数码管 2、数码管 3显示部分00。

本设计总结了实际比赛的经验，并对选手犯规的可能性进行了全面的分析，并增加了数码管显示答题倒计时功能。

具体工作的流程及过程中可能出现的情况见下图：第三章八人抢答器硬件电路设计与连接3.1 PLC机型选择步骤与原则ＰＬＣ机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。

本设计的控制器采用日本三菱公司生产的PLC ，选用FX2N-64MR 。

本次设计的输入端子共有10个，输出端子共使用25个，选用三菱FX2N-64MR 输入输出留有一定裕量，并能够根据实际需要扩展输入输出端子，增加抢答器应用范围。

PLC 编程采用编程软件GX-Developer ，编程语言简单好学，易于理解。

3.2 七段显示数码管七段显示数码管B0B3B6B5B4B1B2电阻七段显示数码管采用分段显示。

采用共阴（阳）极连接方法，分段与FX2N-64MR 输出端口连接，当输出端子为高（低）电平时，对应的数码管段亮，当输出端子为低（高）电平时，对应的数码管段不亮。

本次课程设计采用共阴极连接方法。

输出端子与数码管端子相连时需要连接电阻器（根据PLC 输出电压以及数码管驱动电流选择阻值，使电流不超出数码管允许电流即可），已知数码管采用直流24V 电源驱动，数码管压降为3.3V ，流过数码管最大电流为2mA ，依据公式R=(U-U1)/I,可得电阻为1.1K Ω。

3.3其他指示信号电气设备按钮开关手动开关为瞬动型（即按下得电，松开失电），用于主持人发出指令信号，选手发出抢答信号。

本次课程设计共采用了10个手动开关作为PLC 控制器的输入，为主持人分配了启动按钮、复位按钮，为八组选手分别分配了一个抢答按钮。

指示灯电铃上图中所示为指示电气设备，指示灯分为红黄绿三种，分别指示不同情况下选手抢答以及犯规的情况，电铃发出报警声，以便做到准确提示主持人，使其做到灵活反应。

3.4 I/O口分配与硬件连接电路八人抢答器硬件连接电路上图为硬件连接电路图。

3.5八人抢答器所用元器件型号第四章软件编程设计4 .1 程序的编写与调试（一）主持人发出抢答指令，按下SB1（X000），计时器T0开始倒计时（设定为10s，可以根据实际需求修改），绿灯闪烁（共闪烁十次），提示选手们可以抢答。

倒计时时间到，选手们按钮被封锁，此时不能抢答。

电铃响两秒，红灯亮，提示主持人无人抢答，此题作废。

（二）选手在主持人按下启动按钮、计时时间内抢答成功，实行优先抢答原则，抢答成功的选手按钮通过中间继电器自锁，其他选手按钮被封锁，此时不能抢答。

选手抢答成功后，七段数码管显示选手号码，计时器T5开始倒计时（此处设定为30秒），给选手的答题设定一个时限，并且在数码管上显示倒计时时间。

当剩余时间为十秒时，红灯闪烁，蜂鸣器发出滴滴声响。

若选手未在规定的时间内答出题目，电铃发出连续两秒的声响，红灯提示主持人选手未答出题目，使主持人继续进行活动。

（三）选手违规抢答 选手若在主持人未发出抢答指令前进行抢答，则视为犯规。

此时黄灯亮提示主持人选手犯规，数码管1显示选手号码，使主持人明了哪组选手犯规。

主持人复位后，黄灯灭，继续下一轮抢答。

（四）选手抢答成功或犯规后，数码管1显示选手号码，由于数码管1采用分段控制方式，没有用译码指令，略显繁琐，但调试时可以一目了然的看出显示是否正确。

但选手抢答成功后，其编号对应的数码管段便导通发光保证了比赛的公平公正，并且加快了比赛的进程。

程序如下：（五）数码管2、3显示30s倒计时数码管2显示的为个位数字（0-9-8-…-0），当有选手抢答成功后，马上有输出中间继电器M12得电。

由定时器T7到T16之间的逻辑互锁关系实现，举例说明，显示0过1秒后，T7动作切断M12，闭合M13显示9，同时T8计时1秒，时间到后，切断M13，闭合M14，显示8，同时计时1秒，依次循环。

直到定时器T16，上文已提到，T16触点动作使得T7断电，从而其他定时器也断电，相当于复位功能，实现循环显示。

数码管显示采用译码指令，程序简单。

数码管3显示30s 倒计时十位数字（3-2-1-0），当有选手抢答成功后，马上输出中间继电器M22，（M22控制数码管3显示3）。

同时定时器T7、T17计时1秒，1秒后T17常闭触点动作，使得M22断电。

程序中T18为定时数码管3显示2的定时器（10秒后得电动作，由显示2转为1，实现3-2-1-0显示），T19为定时数码管3显示0的定时器（30秒后得电动作，使M9一直得电保持显示0），当剩余时间为十秒时，电铃滴滴响，红灯闪烁，以提示选手尽快答题，否则视为放弃。

T18、T19计时器设定为9.2秒是因为PLC可编程序控制器采用循环扫描，有一定的延迟性。