基于plc控制的八路知識搶答器畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設計）</b></p><p>　　題目: 知識競賽搶答器設計</p><p>　　姓名 **** 學號 ********</p><p>　　指導教師（簽名） </p><p>　　2013年 月 日</p><p><b>

2、　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄1</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　第 1 章 緒論3</p><p>　　1.1 課題研究背景3</p><p>　　1.2 課題研究內容3<

3、/p><p>　　第 2 章 可編程控制器概述4</p><p>　　2.1 PLC的簡介4</p><p>　　2.2 用單片機和PLC分別做系統(tǒng)的比較5</p><p>　　第 3 章 搶答器功能設計要求6</p><p>　　第 4 章 硬件設計7</p><p><b&g

4、t;　　4.1 控制器7</b></p><p>　　4.2 數(shù)碼管設計7</p><p>　　4.3 系統(tǒng)結構8</p><p>　　4.4 I/O分配8</p><p>　　4.5 硬件控制接線圖9</p><p>　　第 5 章 軟件設計10</p><p>　　

5、5.1 搶答器開始程序10</p><p>　　5.2 選手選擇搶答程序10</p><p>　　5.3 搶答器部分控制程序12</p><p>　　5.4 數(shù)碼管顯示程序13</p><p>　　5.5 搶答器控制梯形圖13</p><p>　　5.6 程序的下載、安裝和調試13</p>&

6、lt;p><b>　　總 結14</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p><b>　　附錄17</b></p><p><b>　　摘 要<

7、;/b></p><p>　　學校、工廠、軍隊、電視臺等越來越多的單位里在開展活動時注重知識的競賽，搶答器成了不可少的工具。目前市場上存在多種類型的搶答器，很多都是早期設計的，主要是采用模擬電路、數(shù)字電路或者模數(shù)混合電路的產品。隨著市場對功能需求的增加，以單片機、CPLD、FPGA、PLC 等為核心的搶答器開始投入研究和進入市場。以往基于PLC 設計的搶答器功能比較簡單，對選手犯規(guī)的可能性研究不深入，也沒有

8、考慮答題時間的限制。本設計總結實際比賽的經驗，對選手犯規(guī)的可能性進行了全面的考慮，并增加答題倒計時功能。本設計以PLC 為控制核心，利用PLC 輸入信號電壓為24V，克服了以往搶答器信號衰減的缺點；并通過信號比較實驗證明該設計具有良好的穩(wěn)定性和廣泛的應用性，保證了競賽的公正、公平、公開。</p><p>　　關鍵詞：PLC；八路知識競賽搶答器；數(shù)碼倒計時顯示；I/O分配</p><p>&

9、lt;b>　　第 1 章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　目前市場上存在多種類型的搶答器，很多都是早期設計的，主要是采用模擬電路、數(shù)字電路或者模數(shù)混合電路的產品。隨著市場對功能需求的增加，以單片機、CPLD、FPGA、PLC 等為核心的搶答器開始投入研究和進入市場。通過比較幾種搶答器，發(fā)現(xiàn)由于單片機、CPLD 器件工作電壓為5

10、V，信號經過長距離的傳輸衰減比較嚴重，導致不能準確判斷選手號碼的缺點。本設計以PLC 為控制核心，利用PLC 輸入信號電壓為24V，克服了以往搶答器信號衰減的缺點；并通過信號比較實驗證明該設計具有良好的穩(wěn)定性和廣泛的應用性，保證了競賽的公正、公平、公開。本設計總結實際比賽的經驗，對選手犯規(guī)的可能性進行了全面的考慮，并增加答題倒計時功能。</p><p>　　1.2 課題研究內容</p><p&

11、gt;　　系統(tǒng)設計主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術性能，將硬件和軟件分開設計。硬件設計部分包括硬件設備的選擇、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調試、測試，以達到設計要求。軟件設計部分，首先在總體設計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設計等；最后是對軟件進行調試、測試，達到所需功能要求。</p>&

12、lt;p>　　硬件電路是采用結構化系統(tǒng)設計方法，該方法保證設計電路的標準化、模塊化。硬件電路的設計最重要的選擇可編程的PLC，并確定與之配套的外圍芯片。硬件電路設計還包括輸入輸出接口設計，畫出詳細電路圖，標出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調試，發(fā)現(xiàn)設計不當及時修改，最終達到設計目的。軟件設計方面本系統(tǒng)由于是采用三菱FX可控制編程。此編程工具更有可靠、可拓展、可維護性。</p><p>　　

13、第 2 章 可編程控制器概述</p><p>　　2.1 PLC的簡介</p><p>　　在工業(yè)生產過程中，具有大量的開關量順序控制，要求按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集等。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司公開招標，提出研制能夠取代繼電器的控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設備公司

14、（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。</p><p>　　PLC的定義有許多種。

15、國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　上世紀80年代至90年代中期

16、，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，而且在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。</p><p>　　現(xiàn)今，PLC已經具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。在可預見的將來，PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的主導地位，是其

17、他控制技術無法取代的。</p><p>　　事實上，PLC就是以嵌入式CPU為核心，配以輸入，輸出等模塊，可以方便的用于工業(yè)控制領域的裝置。PLC與機器人，計算機幫助設計與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。</p><p>　　2.2 用單片機和PLC分別做系統(tǒng)的比較</p><p>　　單片機系統(tǒng)設計電路這種形式在 80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面

18、的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現(xiàn)場的應用已逐步被PLC所代替。根據(jù)國內現(xiàn)況單片機產品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數(shù)偏離設計要求都會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；單片機的可擴展性不高，增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計；單片機系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件；現(xiàn)在國內單片機系統(tǒng)的操作均采用自設計的鍵盤，人機對話不夠友善。對于單片機來說，PLC卻有著這些方面的優(yōu)勢。</p><p&

19、gt;　　進口PLC采用的CPU都是生產廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產廠家購買的，經過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調速的干擾下仍能正常工作。PLC的可靠性高。PLC要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而PLC的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。PLC本身有很強的自診斷功能，一旦系

20、統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據(jù)

21、提示很快排除故障。 </p><p>　　在可靠性、可擴展性、可維護性以及操作界面等各個方面都比單片機更有優(yōu)勢。雖然PLC較單片機來說，價格上控制器相比略貴，但PLC可靠性好，操作簡單，更適合用于本設計中。</p><p>　　第 3 章 搶答器功能設計要求</p><p>　　本設計總結實際比賽的經驗，對選手犯規(guī)的可能性進行了全面的考慮，并增加答題倒計時功能。此設

22、計總分正常答題、無人搶答以及犯規(guī)操作三方面的設計要求，由總控制臺控制八路搶答選手的各項操作。具體說明如下：</p><p><b>　　1、正常答題</b></p><p>　　當控制臺按下開始開關SB1時，蜂鳴器響、紅燈亮，在10s內搶答。若10s內搶答成功，顯示搶答選手號碼，并有綠燈顯示搶答成功。答題開始，總臺按下倒計時開關SB2，答題時間到，紅燈亮。進入下一題，

23、控制臺按下復位按鈕SB0，按SB1 開始搶答，如此循環(huán)。</p><p><b>　　2、無人搶答</b></p><p>　　控制臺按下開始開關SB1，蜂鳴器發(fā)出聲音和紅光，若十秒內無人搶答，蜂鳴器響、黃燈亮，表示無人搶答。</p><p><b>　　3、犯規(guī)操作</b></p><p>　　犯

24、規(guī)一：若控制臺未按下開關時，有選手搶答，選手搶答則犯規(guī)，紅燈亮。</p><p>　　犯規(guī)二：搶答成功后，系統(tǒng)在10 秒后自動復位，若有選手按下?lián)尨鸢粹o，紅燈亮，顯示選手號碼，蜂鳴器起動。</p><p>　　犯規(guī)三：若控制臺按下開關后10s內無人搶答，則黃燈亮；若此時選手再按開關則犯規(guī)，蜂鳴器起動。</p><p>　　第 4 章 硬件設計</p>

25、<p><b>　　4.1 控制器</b></p><p>　　本設計的控制器采用日本三菱公司生產PLC，選用FX2N-32MR（見圖4-1），F(xiàn)X2N系列是三菱PLCFX家族中先進的系列。有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊，靈活性和控制能力強，可擴展到256點。三菱PLC編程叫采用編程軟件GX-Developer，簡單易懂。</p><p>

26、　　圖4-1 三菱FX2N系列PLC的外形圖</p><p><b>　　4.2 數(shù)碼管設計</b></p><p>　　LED數(shù)碼顯示控制原理如圖4-2所示，每一個數(shù)碼顯示單元由八組發(fā)光二極管組成，分別用圖中A-H表示，要顯示某一數(shù)字只要將相應組二極管點亮即可。例如要顯示數(shù)字“1”，只要將B、C兩組發(fā)光二極管點亮即可。由于本系統(tǒng)只要顯示數(shù)字而無需顯示小數(shù)點所以只要

27、將PLC輸出端Y0-Y7接到數(shù)碼管A-G即可完成數(shù)碼顯示。</p><p>　　圖4-2 LED數(shù)碼顯示原理圖</p><p><b>　　4.3 系統(tǒng)結構</b></p><p>　　對于搶答部分，當X0-X7六個輸入按鈕中的某一個按下之后，此處采用輔助繼電器M來記錄搶答結果。由于搶答是按鈕為了信號長期有效，還需要將其自鎖，又由于任何時刻，

28、只有一組搶答有效，所以各輔助繼電器又要進行互鎖。對于數(shù)碼顯示部分，三菱PLC提供了7段譯碼指令SEGD使得PLC處理數(shù)碼顯示變?yōu)闃O為方便。</p><p>　　圖4-3 搶答器系統(tǒng)結構</p><p><b>　　4.4 I/O分配</b></p><p>　　PLC的I/O分配如下：</p><p>　　4.5 硬件

29、控制接線圖</p><p>　　圖4-4 搶答器硬件控制連線圖</p><p>　　第 5 章 軟件設計</p><p>　　5.1 搶答器開始程序</p><p>　　主持人提出問題后，按下開始開關SB1，蜂鳴器發(fā)出聲音和紅光，在十秒內搶答，該設計可以在搶到5s后實現(xiàn)自動復位。圖5-1 為搶答開始程序圖。當主控臺按下開始開關X011，選

30、手開始搶答，定時器T0開始計時。同時輔助繼電器M11線圈得電，M11常開觸點閉合并自鎖。10s后，定時器T0時間到，T0常開觸點閉合，常閉觸點斷開。繼電器M11失電斷開，繼電器M10因T0常開觸點接通等電，M10常開觸點閉合并自鎖。當5s后T12定時時間到，M10失電斷開。從而達到5s后實現(xiàn)自動復位。</p><p>　　圖5-1 為搶答開始程序圖</p><p>　　5.2 選手選擇搶答

31、程序</p><p>　　選手選擇搶答程序本設計采用了自鎖與互鎖原理。X0-X7六個輸入按鈕中的某一個按下之后，此處采用輔助繼電器M來記錄搶答結果。由于搶答是按鈕為了信號長期有效，還需要將其自鎖，又由于任何時刻，只有一組搶答有效，所以各輔助繼電器又要進行互鎖。例如當選手1按下?lián)尨痖_關，其對應輔助繼電器M0線圈得電，使M0常開觸點閉合，常閉觸點斷開。M0常開觸點與X0并聯(lián)，閉合并自鎖。同時M0的常閉觸點與其他選手的

32、支路串聯(lián)，斷開，其他選手搶答無效，實現(xiàn)了搶答功能的互鎖。選手選擇搶答程序圖如圖5-2。</p><p>　　圖5-2 選手選擇搶答程序圖</p><p>　　5.3 搶答器部分控制程序</p><p>　　圖5-3為無人搶答、犯規(guī)等部分的具體實現(xiàn)程序，這段程序根據(jù)設計要求嚴格的對各種犯規(guī)情況進行了精細的設計，保證了比賽的公平及公正。</p><

33、p>　　圖5-3 搶答器部分控制程序</p><p>　　5.4 數(shù)碼管顯示程序</p><p>　　三菱PLC提供了7段譯碼指令SEGD使得PLC處理數(shù)碼顯示變?yōu)闃O為方便，圖5-4即為數(shù)碼管的顯示程序。</p><p>　　圖5-4 數(shù)碼管的顯示程序</p><p>　　5.5 搶答器控制梯形圖</p><p&

34、gt;　　綜合上述搶答器開始程序、選手選擇搶答程序、搶答器控制程序、數(shù)碼管顯示程序，編輯完整的搶答器程序，完成搶答器的整體設計。搶答器完整梯形圖見附錄。</p><p>　　5.6 程序的下載、安裝和調試</p><p>　　將各個輸入輸出端子和實際控制系統(tǒng)中的按鈕、所需控制設備正確連接，完成硬件的安裝。知識競賽搶答器的程序是由三菱PLC編程軟GX-DEVELOPER7編制完成，正常工作時

35、程序存放在存儲卡中，運行編程軟GX-DEVELOPER7編程軟件，打開知識競賽搶答器的程序，即可在線調試，也可用編程器進行調試。</p><p>　　程序調試基本成功，基本功能已實現(xiàn)。</p><p><b>　　總 結</b></p><p>　　大學生涯馬上就將結束，面對這次畢業(yè)設計，我從一開始的無從下手，到現(xiàn)在的畢業(yè)設計完成，整個過程讓

36、我更加熟悉了從理論到實踐的跨越。才真正體會到理論知識要完美的運用到現(xiàn)實的設計中來，我還存在很多的問題。讓我明白我們的知識面不應該只是停留在書本上。在設計過程中，我也遇到了很多的問題。主要問題出現(xiàn)在軟件設計方面，最開始的梯形圖設計過程中不斷的報錯，設計的程序達不到預期的效果。設計過程中我不斷的檢查錯誤，使程序完整化。雖然很多困難被克服了，但是系統(tǒng)中難免還有很多不足之處，希望老師和同學給予指正與建議。</p><p>

37、;　　這次的設計，從選題到實現(xiàn)，幾乎都是自己獨立完成的。設計過程中從總體設計到硬件、軟件設計，整個過程中，從需求分析到設計、編碼、測試，我都力求規(guī)范化和文檔化，努力讓自己以前學的知識運用到設計中來，盡量保證整個系統(tǒng)的開發(fā)進度和質量，順利完成這次的畢業(yè)設計，為自己的大學生涯畫上一個完美的句號。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本篇論文是

38、在cc老師的精心指導下完成的，從選題到論文內容他都給予了我精心的指導和嚴格的教誨，無論從學術水平還是學術造詣上都使我受益匪淺，不僅使我學到了許多社會經驗，更重要的是讓我開拓了眼界。</p><p>　　在這次畢業(yè)論文設計中，我第一次親身嘗試到了作為一個缺乏社會實踐經驗的學生所面臨的困難。使我學會了如何利用所學的知識，把理論結合于實踐中，進一步掌握了PLC方面的知識，也對本專業(yè)知識有了更深刻的認識。此后，我會加倍努

39、力的去研究，在熟練的基礎上掌握更多的新型技術，來提高自己的開發(fā)水平。通過這一階段的學習和研究，該設計終于完成，雖然耗費了許多精力和時間，但是它也驗證了我的知識和能力，讓我有了不斷提高自身素質的意識。</p><p>　　在這里我衷心的感謝我的指導老師xx對我的指導和啟發(fā)。沒有他的指導和幫助，我是不可能順利圓滿地完成論文的工作</p><p><b>　　參考文獻</b>

40、;</p><p>　　[1] 胡育林. 用PLC 程序設計的八路搶答器[J]. 大眾科技,2008,1:53-54.</p><p>　　[2] 夏江濤.八路搶答器的PLC 程序設計[J].安陽工學院學報,2007,1:33-34.</p><p>　　[3] 漆漢宏. PLC 電氣控制技術[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2006:150-155.</

41、p><p>　　[4] 趙丁選.光機電一體化設計使用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，工業(yè)裝備與信息工程出版中心，2003；155- 156.</p><p>　　[5] 王兆義.可編程控制器教程[M].北京：機械工業(yè)出版社,2004：17- 19.</p><p>　　[6] 廖常出.《可編程序控制器的編程方法與工程應用》重慶大學出版社2001.2</p&

42、gt;<p>　　[7] 三菱FX PLC使用手冊.三菱公司.</p><p>　　[8] 林明星. 電氣控制機可編程序控制器[M ]. 濟南:機械工業(yè)出版社. 2004.</p><p>　　[9] 龔中華,史建成,孫毅著. 三菱FX/Q系列PLC應用技術[M ].北京:人民郵電出版社, 2006.</p><p>　　[10] 吳文廷，可編程

43、控制器原理與程序設計[M]，北京：清華大學出版社，2009.</p><p>　　[11] 俞國亮，PLC原理與應用 [M], 北京：清華大學出版社，2009.</p><p>　　[12] 張麗芙，PLC自動控制綜合實驗系統(tǒng)的開發(fā)與實踐[J]， 張家口職業(yè)技術學院學報，2007. ( 4): 83-84.</p><p>　　[13]　孫振強，王暉，孫玉峰．可編程

44、控制器原理及應用教程[M]．北京：清華大學出版社，2008．</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　搶答器完整梯形圖</b></p><p><b>　　圖1 梯形圖1</b></p><p><b>　　圖2 梯形圖2</b