江南大学plc课程设计报告——抢答器(共19页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上江南大学物联网工程学院课程设计报告课程名称： 电气控制与PLC应用 设计题目： 抢答器设计 班 级： 自动化0904 姓 名： 学 号： 指导教师： 评 分： 2012年6月28日摘要:本文针对基于西门子300系列PLC的8路抢答器控制系统设计进行研究，以期实现基本的抢答互锁、超时报警以及部分基本的显示功能。其中显示功能依赖于数据传输指令，我们特地进行了预习，经实验证明方案可行，充分锻炼了我们的学习能力。为了体现PLC的编程特色，本课程设计报告的主要内容集中在程序的编写思路与细节分析环节。为了使结构紧凑，对程序分析时若有若干类似环节，在特殊说明后不再反复赘述，此外使用了变量定义以增强可读性。关键词：PLC 抢答器一、设计目的与要求1.1设计目的实用抢答器这一产品是各种竞赛活动中不可缺少的设备，无论是学校、工厂、军队还是益智性电视节目，都会举办各种各样的智力竞赛，都会用到抢答器。目前市场上已有的各种各样的智力竞赛抢答器绝大多数是早期设计的，只具有抢答锁定功能的一个电路，即模拟电路、数字电路或者模拟电路与数字电路相结合的产品，这部分抢答器已相当成熟。现在的抢答器具有倒计时、定时、自动（或手动）复位、报警（即声响提示，有的以音乐的方式来体现）、屏幕显示、按键发光等多种功能。但功能越多的电路相对来说就越复杂，且成本偏高，故障高，显示方式简单（有的甚至没有显示电路），无法判断提前抢按按钮的行为，不便于电路升级换代。本设计要求就是利用PLC作为核心部件进行逻辑控制及信号的产生，用PLC本身的优势使竞赛真正达到公正、公平、公开。1.2基本要求1、抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0S7表示2、设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3、抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出铃声进行提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动“开始”按键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6、如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00.二、仪器设备及硬件线路2.1开发环境PLC：西门子300系列PLC操作系统：WinXP开发平台：STEP7开发语言：LAD2.2外围器件开关板：8*3拨动开关扬声器*3：报警用扬声器(*1)、提示用扬声器(*2)LED*8：显示抢答组亮灯数码管*3：显示抢答组别(*1)、剩余时间(*2)其他器材：螺丝刀、导线等2.3硬件线路连接抢答桌SS7S6S5S4S3S2S1S0三、设计思路与原理 经对设计要求分析，对本次设计有以下几点：1、 参赛选手控制的开关应该选用跳沿有效，且上升沿和下降沿并联有效。2、 数码管显示功能，相对复杂，需要显示抢答者的组别，还有显示计时器的剩余时间，剩余时间的显示又相对更复杂。3、 在进行设计之前我们确定了各功能的实现方式:1) 时间限制：定时器2) 跳沿信号保持：中间继电器自锁3) 抢答互锁：引入使能端作为信号有效的先决条件4) 各个蜂鸣器：定时器5) 组别的数码管显示：从接LED的Q读取状态，作为MOVE模块使能端6) 获取剩余时间：从30s定时器的BCD输出获取7) 显示剩余时间：将读取的BCD位逻辑作为MOVE模块使能端3.1设计电路分析 3.2 MOVE原理 MOVE模块是数据传送指令，当使能端Eable有效时，PLC将IN入口参数自动赋值给OUT端口，OUT端口用字节选址，IN端口可以用字节选址，也可以使用立即数，在本课程设计中，MOVE起到根据需求，将数码管赋值给预先设置好的输出口（直接接数码管的各段）3.3数码管显示原理数码管是常用的显示器件，有共阴极和共阳极两种接法，本课程设计中采用共阴极接法，0到9的数字十六进制段码依次如下：3f ,06 , 5b , 4f , 66 , 6d , 7d , 07 , 7f , 6f 。本设计中，将Q的每一位分别接到每一段的阳极，接法如下：PLC输出数码管段QX.0aQX.1bQX.2cQX.3dQX.4eQX.5fQX.6gQX.7h四、引脚分配端口功能I0.1组1开关I0.2组2开关I0.3组3开关I0.4组4开关I0.5组5开关I0.6组6开关I0.7组7开关I1.0组8开关I0.0主持人开关端口功能备注T130s定时限时用T20.5s定时开始提示用T31s定时抢答提示用Q4.0第1组抢到连接对应LED灯Q4.1第2组抢到Q4.2第3组抢到Q4.3第4组抢到Q5.0第5组抢到Q5.1第6组抢到Q5.2第7组抢到Q5.3第8组抢到Q4.4接蜂鸣器开始计时提示Q4.5接蜂鸣器超时报警Q4.7接蜂鸣器抢答成功提示QB6接数码管显示组别QB12接数码管剩余时间个位QB13接数码管剩余时间十位M1.0已有人成功抢答M1.1时间到M1.2抢答使能端实现互锁M2.0检验S0跳沿电平保持M2.1检验S1跳沿M2.2检验S2跳沿M2.3检验S3跳沿M2.4检验S4跳沿M2.5检验S5跳沿M2.6检验S6跳沿M2.7检验S7跳沿M10.0剩余时间十位,BCD_0M10.1剩余时间十位,BCD_1M11.0剩余时间个位,BCD_0M11.1剩余时间个位,BCD_1M11.2剩余时间个位,BCD_2M11.3剩余时间个位,BCD_3M2.0用于暂存S0状态PLC对跳沿检测必须存在暂存上一状态的区间M20.1M20.2用于暂存S1状态M20.3M20.4用于暂存S2状态M20.5M20.6用于暂存S3状态M20.7M21.0用于暂存S4状态M21.1M21.2用于暂存S5状态M21.3M21.4用于暂存S6状态M21.5M21.6用于暂存S7状态M21.7五、程序设计5.1程序流程图主持人闭合开关30s定时器清零0.5s到?开始提示蜂鸣器响N开始提示蜂鸣器关到时？30s计时器开始工作NY30s定时器停止工作有抢答？NYY抢答失败禁止抢答读剩余时间送数码管23读剩余时间送数码管23信号自锁抢答互锁抢答提示蜂鸣器响1s到?NY抢答提示蜂鸣器关LED输出送数码管1主持人断开开关抢答锁存复位5.2程序流程说明在每次抢答开始前，主持人断开开关，对抢答状态锁存复位，同时30s定时器停止工作，当再次闭合开关时，所有状态被重置。1、30s定时器，0.5s定时器开始工作（提供蜂鸣器输出）2、30s定时器计时完毕，答题失败，不允许再抢答3、30s到之前，有一个选手抢答，则跳沿检测信号自锁，信号保持；复位使能端，其他选手不可抢答实现互锁；根据抢答输出，点亮选手数码管；1s定时器提供抢答提示音；30s计数器停止及时，对应数码管维持原值不变。5.3程序软件设计及分析：程序段1：30s定时器程度端2到9：选手的抢答信号为跳沿有效，即将开关由0拨至1或由1拨至0，均产生有效的抢答信号，为此采用跳沿检测与置位指令的配合来实现。这种类型的程序共有8个。程序段10：在新的一轮抢答开始之前，必须将6.2中锁存的抢答信号清空，否则会造成系统的误判，使某一组在未拨动开关。为实现此功能，可以采用主持人开关的低电平有效触发对应M复位来实现。程序段11到18：抢答有效信号输出（×8）：上述中间继电器M2.0M2.7只提供对有效跳沿的抢答信号锁存，未实现互锁，为此，通过M触发Q，并在此环节实现互锁功能。程序段19：抢答输出使能端（抢答互锁）：当有一组有抢答信号的有效输出时，将使M1.2置位，使其他组不能再抢答，即优先锁存，实现原理见6.4节。M1.2信号的检测原理很简单，即在有效时间内，若有一组有效输出，则M1.2置位。程序段20到21：延时5s蜂鸣器短暂鸣响程度端22：判断是否有人抢答，当任何一组抢答有效后，应及时置位M1.0信号，使定时器停止计时。 程序段23到25：为蜂鸣器输出，蜂鸣器共三个，分别是开始计时提示，超时报警，抢答成功提示 程序段26到34：为显示抢答选手号（x8）显示程序 程序段35到48：其中35到38为计时器显示程序中的十位显示分别为1,2,3。39到48为计时器计时时间显示中的个位显示所有的使能端、MOVE模块如下表:个位显示使能端INOUT显示数字M10.1M10.03常开常开79QB112常开常闭91QB111常闭常开6QB110常闭常闭63QB11十位显示使能端INOUT显示数字M11.7M11.6M11.5M11.40常闭常闭常闭常闭63QB101常闭常闭常闭常开6QB102常闭常闭常开常闭91QB103常闭常闭常开常开79QB104常闭常开常闭常闭102QB105常闭常开常闭常开109QB106常闭常开常开常闭125QB107常闭常开常开常开7QB108常开常闭常闭常闭127QB109常开常闭常闭常开111QB10六、心得体会此次课程设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是抢答器。通过前期各方面的查资料并学习。分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。 并且很荣幸的成为第一个完成抢答器设计的小组。前后，我们经历了简单的四路抢答设计，到违规报警与违规限制的八路抢答设计，到跳沿有效的八路抢答设计，到最后的带LED显示的跳沿有效八路抢答设计，这个过程充分锻炼了我们的学习和合作能力。通过这次设计实践，我进一步加强了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。 通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。做事要学思结合。在此感谢赵老师对我们的认真指导，耐心地为我们解惑答疑！专心-专注-专业