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1、PLC控制应用实训报告题目：智力竟赛抢答器专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 11111111111 指导教师： xxxxx 学 期： 2012-2013 学年 第二学期 日 期： 1摘 要现代社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的，他是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已成为当代工业自动化的主要支柱之一。可编程序控制器（PLC）具有编程方法简单易学、功能强、硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强、无触点配线、可靠

2、性高、抗干扰能力强、体积小等特点，因此其应用非常广泛，它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。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，同时带动传统控制检测日新月益更新。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，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设

3、置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。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。关键词：PLC ；自动化；抢答器2目 录摘 要 .1目 录 .2引言 .31 概述 .31.1 智力竞赛抢答器的简要介绍 .31.2 抢答器的控 制要求 .31.3 抢答器的控制特点分析 .42 硬件电路设计 .52.1 PLC 机型的选择步骤与原则 52.2 LED 显示器的设计 62.3 PLC 与七段数码管直接连接阻值计算 62.4 IO 分配表 72.5 外部硬

4、件接线图 .83 程序设计 .93.1 梯形图设计 .93.2 程序语句表 .143.3 程序运行过程分析说明 .185 总结 .20谢 词 .21参考文献 .223引言现代社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器正是顺应这一要求出现的，他是以微处理器为基础的新型工业控制装置，已成为当代工业自动化的主要支柱之一。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，同时带动传统控制检测日新月益更新。1 概述1.1 智力竞赛抢答器的简要介绍抢答器是为智

5、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，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。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

6、时参加竞赛抢答。（2）设主持人为裁判台，参赛队为参赛台。裁判台设有音响和裁判灯，并设有开始复位按钮 SB0 和加分 SB5；参赛台设有按钮和灯。1-4 号参赛台分别对应按钮SB1-SB4 及灯 EL1-EL4。（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”并按下开始复位按钮 SB0 后 15s 内抢答，并由数码管显示时间。如提前抢答，抢答器将发出“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，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

7、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（4）灯光与音响信号的意义如下：音响叫+某台灯亮，由某参赛队正常抢答。音响叫+某台灯亮+裁判台灯亮，某参赛队违规。音响叫+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时。（5）在某个题目结束后，裁判员按下裁判台上的开始复位按钮 SB0，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 SB0,SB5 SB1 SB2 SB3 SB4指示灯 BL0 BL1 BL2 BL3 BL4音响 有 无 无 无 无显示器 3 个 无 无 无 无初始状态

8、复位图 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，某台灯闪亮。正常抢答状态：开始信号发出 15s 内，某台灯亮。无人应答状态：开始信号发出10s 后。1.3 抢答器的控制特点分析智力抢答器通过 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。SB0SB5SB1SB4指示灯音响显示器PLC5图 1-2 系统控制结构框图62 硬件电路设计2.1 PLC 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、

9、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，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： 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、

10、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。 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。 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

11、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。 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

12、理功能的7PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。 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。 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：机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。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。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 FX2N-48MR 的 PLC 作为控制主机。2.2 LED 显示器的设计

13、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09 的，如图 2-1 所示，要显示数字 09 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。abcdefg1 2 5431 09876g f bae d D Pc+-+ D P+aD PgfedcbaD Pgfedcb( a ) ( c )( b )图 2-1 常见 LED 数码管的外形及内部结构2.3 PLC 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 510 mA 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

14、在 LED 两端上的电压，V1 为 LED 数码管每笔划压降（约为 2V） 。8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=1K。本次设计共用到了三个数码管，所以须要 21 个 1K 的R，以及 10 个 EL 灯和一个音响。2.4 IO 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 作为开始复位按钮，4 个参赛队分别用与之对应号 SB1、SB2、SB3、SB4 设置按钮。SB5 为加分按钮。输出与输入对应，用 Y22 输出信号驱动比赛开始信号（绿）灯 EL0，用 Y14、Y1

15、5、Y16、Y17 输出信号驱动对应的信号灯 EL1、EL2、EL3、EL4。Y21 输出信号驱动音响。Y10-Y13输出信号驱动数码管 1 显示各个参赛队的队号。Y0-Y3 输出信号驱动数码管 2，显示抢答时间的个位，Y4-Y7 输出信号驱动数码管 3，显示抢答时间的十位。2.5 外部硬件接线图PLC 与数码管采用串电阻通过译码器间接接连接方式。其外部硬件接线图如图3-13 所示。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复位按钮 SB0 SB0 X0 裁判台灯 EL0 Y221 号赛台抢答器按钮 SB1 X1 1 号参赛台灯 EL1 Y142 号赛台抢答器按

16、钮 SB2 X2 2 号参赛台灯 EL2 Y153 号赛台抢答器按钮 SB3 X3 3 号参赛台灯 EL3 Y164 号赛台抢答器按钮 SB4 X4 4 号参赛台灯 EL4 Y17裁判台加分按钮 SB5 X5 音 响 B Y21显示器 1 LE1 Y0-Y3显示器 2 LE2 Y4-Y7显示器 3 LE3 Y10Y139图 2-2 外部硬件接线图103 程序设计3.1 梯形图设计12131415163.2 程序语句表181920213.3 程序运行过程分析说明 当裁判台按下 SB0 时，就将信号传入 PLC 中，同时 4 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

17、作答，或者答题超时。 （由规定显示电路和音响作出反应。 ）例如，1 号参赛队抢到题目，同时抢答继电器 M21 通电并自锁，抢答继电器 M21 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 M21 闭合，答题限时继电器 M25 闭合并，使得答题限时计时器 T 3 开始计时。 1 号参赛台答题超时，答题限时计时器 T3 计时到，其常开触点闭合。在答题超时的情况下，T1 的常开触点串联驱动裁判台的红灯和音响。 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，在违规抢答的情况下，M11M14，与抢答者对应的中间继

18、电器闭合使得对应抢答台的登闪烁。 无参赛队抢答，抢答限时计时器 T2 计时到，常开触点闭合。当无人抢答时，T2 的常开触点串联各个抢答台灯。 抢答参赛队号显示，选用输出继电器 Y10Y13 传送数据给译码器再由译码器驱动数码管 1 的七段发光管，即当有人抢答时即可显示抢到题的队号。 当 1 号参赛台抢到题，则 1 号参赛台灯驱动输出继电器 Y14 闭合，Y14 的常开触点闭合，数码管 1 即显示“1”的字符。 当 2 号参赛台抢到题，则 2 号参赛台灯驱动输出继电器 Y15 闭合，数码管1 即显示“2”的字符。 当 3 号参赛台抢到题，则 3 号参赛台灯驱动输出继电器 Y16 闭合，数码管1

19、即显示“3”的字符。 当 4 号参赛台抢到题，则 4 号参赛台灯驱动输出继电器 Y17 闭合，数码管1 即显示“4”的字符。 计时显示程序。计时显示程序由输出继电器 Y0-Y3，Y4-Y7 驱动数码管 2 和数码管 3 完成。其中输出继电器 Y0-Y3 驱动数码管 2，担任秒个位的显示；Y4-Y7 驱动数码管 3，担任秒十位的显示。在抢答允许继电器 M0 闭合后，有人正确抢答，继电器 M25 闭合，数码管 2,3 显示倒计时间。 按再次下开始复位按钮 SB0，M1 闭合，各输出继电器辅助继电器全部释放，为下一次抢答作准备。15 总结经过这近两个星期的努力，在老师和同学的帮助下做完了实训设计的工

20、作，由于自己知识的缺乏及能力的有限，实训设计中仍存在一些小毛病。但是通过这次的实训设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。在做设计时，我复习了很多有关 PLC 知识，这使得我的专业知识得到了巩固。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。通过这次设计我也发现自己的很多不足之处，在设计过程中我发现自己考虑问题有些不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工

21、作和学习中得到改善。而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！同时，该设计也有不足之处，由于自己能力有限，在 PLC 的 I/O 口扩展方面知识的欠缺，使得这次设计缺少了答题计分等功能。我将会在以后更加努力的学习来补充自己的不足。1谢 词本文是在郭中玲老师的悉心指导下完成的，在完成设计和实训的过程中，从课题的选取、资料的搜集、方案的改进以及论文的指导，郭中玲老师都给予了我最大的帮助。无论是从理论知识还是在实践部分他都尽心尽力、精心讲授，耐心指导，郭中玲老师务实严谨、精益求精的治学态度和一丝不苟的工作作风，给了我很大启示，为我以后的工作和学习树立榜样。在此，我要向我的指导老师郭中玲老师表示崇高的敬意和最深诚的谢意！设计和论文的顺利完成同样也离不开同学们的帮助，他们在我遇到困难和问题时，不仅在技术上给予我很大的帮助，耐心的教导我，帮助我，而且还在精神上给予我鼓舞和支持，使得每次我在遇到困难时都能最终一一解决，从而成功的完成了毕业设计。在整个过程中都给了我很大的帮助，真心的感谢他们，希望你们能在今后的工作中开心、顺利！