三路智力抢答器PLC控制.docx
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三路智力抢答器PLC控制
课程设计(论文)
题目名称智力抢答器的PLC控制
课程名称PLC原理及应用
学生姓名冯雪
学号1141202053
系、专业电气工程系、11自动化
指导教师刘丽
2013年12月06日
邵阳学院课程设计(论文)任务书
年级专业
11自动化
学生姓名
冯雪
学号
1141202053
题目名称
智力抢答器的PLC控制
设计时间
2013年11月25日-2013年12月6日
课程名称
PLC原理及应用
课程编号
121200107
设计地点
数字控制与PLC实验室(306)
一、课程设计(论文)目的
PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一,主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。
课程设计的目的和任务:
全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用,使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤,熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程,通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。
二、已知技术参数和条件
在每个强大桌上有抢答按钮,只有最先按下的抢答按钮有效,伴有声光指示。
在规定的时间内答题正确时加分,否则减分。
为简单起见,在赛场安排三个抢答桌。
控制任务和要求:
1、竞赛开始时,主持人接通启动/停止开关(SA),指示灯(HL1)亮。
2、当主持人按下开始抢答按钮(SB0)后,如果在10秒内无人抢答,赛场的音响发出持续1.5秒的声音,指示灯(HL2)亮,表示抢答器自动撤销此次抢答信号。
3、当主持人按下开始抢答按钮(SB0)后,如果在10秒内有人抢答(按下按钮SB3、SB4、SB5)则最先按下抢答按钮的信号有效,相应抢答桌上的抢答灯(HL3、HL4、HL5)亮,赛场的音响发出短促音(0.2秒ON,0.2秒OFF,0.2秒ON)。
4、当主持人确认抢答有效后,按下答题计时按钮(SB6),抢答桌上的抢答灯灭,计时开始,计时时间到时(假设为1分钟),赛场的音响发出持续的长音,抢答桌上的抢答灯再次亮。
5、如果抢答者在规定的时间内正确回答问题,主持人或助手按下加分按钮,为抢答者加分,(分数自定),同时抢答桌上的指示灯快速闪烁3秒,(闪烁频率为0.3秒ON,0.3秒OFF)。
6、如果抢答者在规定的时间内不能正确回答问题,主持人或助手按下减分按钮,为抢答者减分(分数自定)。
三、任务和要求
1、设计系统的PLC外部接线图
2、系统的操作面板
3、设计好顺序功能图
4、系统的T形图
5、按照要求书写课程设计报告
注:
1.此表由指导教师填写,经系、教研室审批,指导教师、学生签字后生效;
2.此表1式3份,学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件(包括实验室、主要仪器设备等)
实验室有EL型PLC实验系统4套;
FX2N系列实验装置8台,以及相关的软件;
FX2N系列、S7系列产品说明书;
FX2N系列实验装置实验指导书。
五、进度安排
2013年11月25日-26日:
收集和课程设计有关的资料,熟悉课题任务何要求
2013年11月27日-28日:
总体方案设计
2013年11月29日-30日:
外部接线图
2013年12月1日-2日:
T形图设计
2013年12月3日-4日:
系统调试改进
2013年12月5日:
整理书写设计说明书
2013年12月6日:
答辩
六、教研室审批意见
教研室主任(签字):
年月日
七、主管教学主任意见
主管主任(签字):
年月日
八、备注
指导教师(签字):
学生(签字):
邵阳学院课程设计(论文)评阅表
学生姓名冯雪学号1141202053
系电气工程系专业班级11自动化
题目名称智力抢答器的PLC控制课程名称PLC原理及应用
一、学生自我总结
经过差不多两个星期的奋战,我的抢答器终于完成了。
这次课程设计给了我们一个很好的提高动手能力的机会。
通过这次课程设计,加深了对书本知识的认识,同时很好的锻炼了我理论与实践相结合的能力。
在这次课程设计中,我学会了电路设计的基本流程和方法,对今后的学习设计会有很大的帮助。
学生签名:
年月日
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
论文
答辩
综合成绩
权重
30
40
30
单项成绩
指导教师评语:
指导教师(签名):
年月日
注:
1、本表是学生课程设计(论文)成绩评定的依据,装订在设计说明书(或论文)的“任务书”页后面;
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
摘要
本文利用三菱FX2N系列PLC对知识竞赛抢答器的控制,阐述了控制方案。
实现抢答器功能的方式有多种,可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。
近年来随着科技的飞速发展,单片机、PLC的应用不断地走向深入,同时带动传统的控制检测技术的不断更新。
本文采用日本三菱公司生产的FX2N-48MR型PLC作为核心控制器进行三路抢答器系统的设计,并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。
同时根据知识竞赛抢答器的控制要求和特点,确定PLC的输入输出分配,并进行现场调试。
三路抢答器的PLC设计正好为此提供的一个很好的平台,此设计中设计了抢答违规、抢答时间到、抢答成功,以及对选手答题得分的加减并通过LED显示出来。
关键词:
PLC;知识竞赛抢答器;七段数码器;I/O分配
目录
中文摘要..................................................Ⅰ
1设计内容及要求...........................................1
1.1工作简述............................................1
1.2设计要求............................................2
2I/O口的分配.............................................5
3PLC控制原理图的设计.....................................6
4PLC及相关器材的选择......................................7
4.1PLC的选型..........................................7
4.2其它器件的选择......................................7
5程序的设计...............................................8
5.1违规抢答程序........................................8
5.2抢答超时............................................8
5.3正常抢答............................................9
5.4加分及减分程序.....................................10
5.5数码显示...........................................10
6程序的调试(双线圈输出问题)...........................11
7程序仿真图如下..........................................11
7.1违规抢答仿真图.....................................11
7.2无人抢答仿真图.....................................12
7.3抢答成功并加分.....................................12
8联机调试及操作说明......................................14
总结与体会................................................14
参考文献..................................................15
附录一PLC控制总程序(梯形图)..........................16
1设计内容及要求
1.1工作简述
智能竞赛抢答器通过PLC进行控制要求编程,其主要的输入就是通过主持人和参赛选手的按钮,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响应。
本系统有五个输入信号(五个按钮)。
有四个输出信号(四个指示灯和音响)。
由上可知PLC共有:
五个输入,四个输出点。
该系统控制结构图如图1-1所示。
图1-1系统控制结构框图
1.2设计要求
在每个强大桌上有抢答按钮,只有最先按下的抢答按钮有效,伴有声光指示。
在规定的时间内答题正确时加分,否则减分。
为简单起见,在赛场安排三个抢答桌。
控制任务和要求:
(1)竞赛开始时,主持人接通启动/停止开关(SA),指示灯(HL1)亮。
(2)当主持人按下开始抢答按钮(SB0)后,如果在10秒内无人抢答,赛场的音响发出持续1.5秒的声音,指示灯(HL2)亮,表示抢答器自动撤销此次抢答信号。
(3)当主持人按下开始抢答按钮(SB1)后,如果在10秒内有人抢答(按下按钮SB3、SB4、SB5)则最先按下抢答按钮的信号有效,相应抢答桌上的抢答灯(HL3、HL4、HL5)亮,赛场的音响发出短促音(0.2秒ON,0.2秒OFF,0.2秒ON)。
(4)当主持人确认抢答有效后,按下答题计时按钮(SB6),抢答桌上的抢答灯灭,计时开始,计时时间到时(假设为1分钟),赛场的音响发出持续的长音,抢答桌上的抢答灯再次亮。
(5)如果抢答者在规定的时间内正确回答问题,主持人或助手按下加分按钮,为抢答者加分,(分数自定),同时抢答桌上的指示灯快速闪烁3秒,(闪烁频率为0.3秒ON,0.3秒OFF)。
(6)如果抢答者在规定的时间内不能正确回答问题,主持人或助手按下减分按钮,为抢答者减分(分数自定)。
工作流程如图1-2所示:
图1-2工作流程图
2I/O口的分配
根据控制要求,对其进行分析,由于一般参赛者对抢答开始只是听声音,因此对于抢答开始信号只要接声音就可以。
根据设计要求5可知只对比赛分值10分10分的加,因此个位位一直为零,所以可以把个位输出的外设接在同一个输出段。
如表2-1所示。
表2-1I/O分配表
输入信号
输出信号
输入设备/符号
输入
输出设备/符号
输出
主持人复位按钮SA
X0
PLC控制器电源接通指示HL1
Y0
主持人按抢答开始按钮SB0
X1
抢答控制声音(HA)
Y1
主持人加分按钮(SB2)
X5
1号灯光和声音
Y2
主持人减分按钮(SB1)
X4
2号灯光和声音
Y3
第1号抢答按钮(SB3)
X6
3号灯光和声音
Y4
第2号抢答按钮(SB4)
X2
抢答时间到以及答题
时间已到指示灯HL2
Y5
第3号抢答按钮(SB5)
X3
1号分数值显示个位
十位
Y10-Y13
Y14-Y17
2号分数值显示个位
十位
Y10-Y13
Y20-Y23
3号分数值显示个位
十位
Y10-Y13
Y24-Y27
3PLC控制原理图的设计
图3-1PLC控制原理图的外部接线图
4PLC及相应器材的选型
4.1PLC的选型
由前面I/O口的分配可以估算PLC的点数有7个输入点22个输出点。
根据选择PLC的基本要求,对其数量,型号,额定参数,I/O点数综合评估。
要留有一定的裕量(但也不能留太多,因为从经济考量来讲I/O越少越经济)以便将来可以适时的改进或扩展器用途,所以本次选用FX2n—48MR。
4.2其他器材的选择
本设计负载均使用24V电源驱动,所以选择4个24v蜂鸣器,6个24V数码管(8421BCD),5个24V指示灯,为了保护电路及器件,在电路中计入了保护装置,选用了4个熔断器。
如表4-1所示。
表4-1元器件的清单
序号
名称
型号
数量
1
可编程控制器
FX2n—48MR
1
2
按钮SB0~SB5
7
3
蜂鸣器(HA)
FMQ-27(DC24V)
4
4
指示灯
/24V
5
5
数码管
8421/24v
6
6
导线
若干
7
熔断器
4
8
直流电源
24V
1
5程序的设计
5.1违规抢答程序
根据设计要求,在主持人还没有按下SB0(X1)按钮时,M0处于常闭,有人提前抢答(X4)则会使其对应的中间继电器置位(如M1),M1的置位使M8013秒脉冲线路导通,使M10发出秒脉冲,在导通对应的Y2,从而使Y2不停地闪烁,直到复位才停止。
同时M1的置位会使MC处于断开状态不能进入正常抢答通道,只有主持人按下复位按钮X0(SA)将对应的中间继电器置位,然后在按下启动按钮才有效。
其梯形图如图5-1所示。
图5-1违规抢答梯形图
5.2抢答超时
在主持人按下启动按钮后,M0被置位,若10秒内没人抢答,即M4~M6不动作,这计时器10秒后动作,复位M0,使程序退出正常抢答程序段,同时Y5接通3秒,伴有轰鸣声,之后抢答选手再抢答就无效,只有主持人从新按下启动按钮后选手才可以再抢答。
其梯形图如图5-2所示。
图5-2抢答超时梯形图
5.3正常抢答
选手正常抢答成功,以X4举例,X4抢答成功,则置位M4,M4启动定时器T0、T2。
T0作为答题时间定时,答题时间到则驱动Y53秒,T2作为显示那一组抢答成功的信号提示3秒并伴有蜂鸣声,M4将作为选通工具,为后面选手的加分、减分提供选通条件。
其梯形图如图5-3所示。
图5-3正常抢答梯形图
5.4加分及减分程序
在选手回答后,主持人就选手回答正确与否,进行加减分,按下X2/X3数据寄存器加一/减一,同时还设计了加分超范围的反馈,若寄存器的数据大于9或小于0则清零。
其梯形图如图5-4所示。
图5-4加分及减分梯形图
5.5数码显示
本设计采用8421BCD码进行译码显示,其梯形图如图5-5所示。
图5-58421BCD码译码梯形图
6程序的调试(双线圈输出问题)
程序的仿真过程中发现了问题,在程序初次调试时,当有选手违规抢答时,对应选手的指示灯并不闪烁,而选手正常抢答成功,指示灯会亮三秒(正常显示),同过检查程序,发现我在2处都使用了同一个输出点,即双线圈输出,其实我开始就注意到这个问题,但我开始以为他们并不具备同时导通的条件,所以在调试时仍用双线圈输出,调试后马上发现这一严重问题,并用中间继电器替代,后通过替代的中间继电器来驱动同一负载。
再次调试时发现问题解决了可以正常工作,由此我加深了对双线圈输出情况的慎用。
对此作出一个结论:
双线圈一般要慎用,不到万不得以的情况不考虑。
7程序仿真图如下图
7.1违规抢答仿真图
在还没按下启动按钮前,由图可知当X4按下后置位M1促使M10发出秒脉冲,使Y2闪烁。
其梯形图如图7-1所示。
图7-1违规抢答仿真图
7.2无人抢答仿真图
当十秒内无人抢答后,T1将置位M0(启动按钮置位的继电器)其梯形图如图7-2所示。
图7-2无人抢答仿真图
7.3强大成功并加分
当选手抢答成功将使其他选手抢答无效,当X5抢答成功,置位M5。
同时启动定时器T0和T1,T0为答题记时1分钟,T2为抢答成功者指示灯亮3秒。
其梯形图如图7-3所示。
当选手回答正确,主持人对其进行加分
图7-3抢答成功并加分仿真图
8联机调试及操作说明
将各个输入输出端子和实际控制系统中的按钮、所需控制设备正确连接,完成硬件的安装。
知识竞赛抢答器的程序是由三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编制完成,正常工作时程序存放在存储卡中,若要修改程序,先将PLC设定在STOP状态下,运行三菱PLC编程软件GX-DEVELOPER编程软件,打开抢答器的程序,即可在线调试,也可用编程器进行调试。
(1)在没按下抢答按钮SB0(X1),有选手违规抢答则对应违规选手的指示灯一直闪烁伴有轰鸣声,直到主持人按下复位按钮SA(x0),选手指示灯才熄灭。
(2)按下抢答开始按钮SB0(X1).先在10秒内抢答,看答题开始计时60秒后是否有灯光和声音信号。
(3)按下抢答开始按钮SB0(X1),10秒内无人抢答是否有灯光和声音信号。
(4)在正确的抢答情况下加减分是否有正确显示。
(5)所有的信号显示都要根据I/O分配。
看是否正确。
总结与体会
这次的课程设计制作与调试课题并不是很难,在现实生活中的运用是相当普遍的,但并不意味着不用心就可以把它完成好的。
我们这一组其实完成得还是相当顺利的。
通过这次课题设计,使我的动手能力和经验都有了一定的提高,在数字逻辑电路技术的理论知识上也有了一定的了解。
在这个过程中,通过发现问题,解决问题,收获了不少经验。
同时感谢刘丽老师在课程设计前给我们提供相关的技术资料,使我们在做课程设计之前提前明白了自己应该重视的地方。
参考文献
[1] 工业可编程控制器的现状与发展趋势 [J].航天技术与民品,1999.
[2] 廖常初.PLC的编程方法与工程应用 [M].重庆:
重庆大学出版社,2001.
[3] 陈远龄.机床电气自动控制 [M].重庆:
重庆大学出版社,2004.
[4] 钟肇新等.可编程控制器原理及应用 [M].广州:
华南理工大学出版社,2008.
[5] 高 勤.可编程控制器原理及应用(三菱机型) [M] .北京:
电子工业出版社,2006.
[6] 贺哲荣、流行PLC实用程序及设计 [M].西安:
西安电子科技大学出版社,2006.
[7] 王 红.可编程控制器使用教程 [M].北京:
电子工业出版社,2002.
[8]王永华.现代电气控制及PLC应用技术 [M].北京:
航空航天大学出版社,2003.
附录
附录一PLC控制总程序(梯形图)
图一PLC控制总程序梯形图
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