基于plc控制的八路知識搶答器畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　題目: 知識競賽搶答器設(shè)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(nèi)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(shè)計要求6</p><p>　　第 4 章 硬件設(shè)計7</p><p><b&g

4、t;　　4.1 控制器7</b></p><p>　　4.2 數(shù)碼管設(shè)計7</p><p>　　4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)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(diào)試13</p>&

6、lt;p><b>　　總 結(jié)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(shè)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(chǎn)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(shè)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(shè)計總結(jié)實際比賽的經(jīng)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(shè)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(shè)計具有良好的穩(wěn)定性和廣泛的應(yīng)用性，保證了競賽的公正、公平、公開。</p><p>　　關(guān)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(shè)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(chǎn)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(jīng)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(shè)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(shè)計具有良好的穩(wěn)定性和廣泛的應(yīng)用性，保證了競賽的公正、公平、公開。本設(shè)計總結(jié)實際比賽的經(jīng)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(nèi)容</p><p&

11、gt;　　系統(tǒng)設(shè)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(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計。硬件設(shè)計部分包括硬件設(shè)備的選擇、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對硬件進行調(diào)試、測試，以達到設(shè)計要求。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設(shè)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(shè)計等；最后是對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。</p>&

12、lt;p>　　硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法保證設(shè)計電路的標準化、模塊化。硬件電路的設(shè)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(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)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(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當及時修改，最終達到設(shè)計目的。軟件設(shè)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(chǎn)過程中，具有大量的開關(guān)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(guān)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(shè)備公司

14、（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)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(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)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(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)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(shè)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(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，而且在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。</p><p>　　現(xiàn)今，PLC已經(jīng)具有通用性強、使用方便、適應(yīng)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(shù)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(lǐng)域的裝置。PLC與機器人，計算機幫助設(shè)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(shè)計電路這種形式在 80年代國內(nèi)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(yīng)用已逐步被PLC所代替。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)況單片機產(chǎn)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(shè)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(shè)計線路，而且對應(yīng)的程序都要重新設(shè)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(nèi)單片機系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)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(chǎn)廠家專門設(shè)計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)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(jīng)驗而特別設(shè)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(diào)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(yīng)的模塊和修正對應(yīng)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(shè)計不合理引起，由于它提供完善的調(diào)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(shè)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(shè)計中。</p><p>　　第 3 章 搶答器功能設(shè)計要求</p><p>　　本設(shè)計總結(jié)實際比賽的經(jīng)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(shè)

22、計總分正常答題、無人搶答以及犯規(guī)操作三方面的設(shè)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(guān)SB1時，蜂鳴器響、紅燈亮，在10s內(nèi)搶答。若10s內(nèi)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(guān)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(guān)SB1，蜂鳴器發(fā)出聲音和紅光，若十秒內(nèi)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(guān)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(guān)后10s內(nèi)無人搶答，則黃燈亮；若此時選手再按開關(guān)則犯規(guī)，蜂鳴器起動。</p><p>　　第 4 章 硬件設(shè)計</p>

25、<p><b>　　4.1 控制器</b></p><p>　　本設(shè)計的控制器采用日本三菱公司生產(chǎn)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(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)</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(jié)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(jié)構(gòu)</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(shè)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(guān)SB1，蜂鳴器發(fā)出聲音和紅光，在十秒內(nèi)搶答，該設(shè)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(guān)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(shè)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(jié)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(guān)，其對應(yīng)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(shè)計要求嚴格的對各種犯規(guī)情況進行了精細的設(shè)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(shè)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(diào)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(shè)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(diào)試，也可用編程器進行調(diào)試。</p><p>　　程序調(diào)試基本成功，基本功能已實現(xiàn)。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　大學生涯馬上就將結(jié)束，面對這次畢業(yè)設(shè)計，我從一開始的無從下手，到現(xiàn)在的畢業(yè)設(shè)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(shè)計中來，我還存在很多的問題。讓我明白我們的知識面不應(yīng)該只是停留在書本上。在設(shè)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(shè)計方面，最開始的梯形圖設(shè)計過程中不斷的報錯，設(shè)計的程序達不到預期的效果。設(shè)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(shè)計，從選題到實現(xiàn)，幾乎都是自己獨立完成的。設(shè)計過程中從總體設(shè)計到硬件、軟件設(shè)計，整個過程中，從需求分析到設(shè)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(shè)計中來，盡量保證整個系統(tǒng)的開發(fā)進度和質(zhì)量，順利完成這次的畢業(yè)設(shè)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(nèi)容他都給予了我精心的指導和嚴格的教誨，無論從學術(shù)水平還是學術(shù)造詣上都使我受益匪淺，不僅使我學到了許多社會經(jīng)驗，更重要的是讓我開拓了眼界。</p><p>　　在這次畢業(yè)論文設(shè)計中，我第一次親身嘗試到了作為一個缺乏社會實踐經(jīng)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(jié)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(chǔ)上掌握更多的新型技術(shù)，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(shè)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(zhì)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(shè)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(shè)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(shù)[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(shè)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(yīng)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(yīng)用技術(shù)[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(shè)計[M]，北京：清華大學出版社，2009.</p><p>　　[11] 俞國亮，PLC原理與應(yīng)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(shù)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(yīng)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