2022年plc和单片机知识竞赛抢答器设计方案.docx

《2022年plc和单片机知识竞赛抢答器设计方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年plc和单片机知识竞赛抢答器设计方案.docx（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习本科毕业论文（设计）题目：学问竞赛抢答器PLC 设计目 录1 绪论 01.1 课题讨论背景 01.2 课题讨论内容 11.3 可编程掌握器概论 11.3.1 PLC的简介 21.3.2 PLC的用途 21.3.3 PLC的特点 31.3.4 PLC的分类 5 2 整体方案的选择 72.1 整体功能介绍 72.2 竞赛抢答器的掌握要求72.3 用单片机和 PLC 分别做系统的比较 8 3 硬件电路设计 113.1 掌握特点分析 113.2 PLC 机型的选择步骤与原就113.3 流程图 133.4 PLC 与七段 LED 显示器连接设计 133.4

2、.1 LED 数码管的结构及主要特性 133.4.2 PLC与七段数码管方案选择143.4.3 PLC与七段数码管直接连接阻值运算153.4.4 外部硬件接线图 15 4 软件设计 174.1 IO 安排 174.2 依据掌握要求进行梯形图设计 174.3 源程序 184.4 程序运行过程分析说明194.4 程序的下载、安装和调试 21 5 总结 22致谢错误！未定义书签；参考文献 231 绪论1.1 课题讨论背景目前国内外市场上已有很多类型的学问竞赛抢答器，其大致采纳模拟电路、数字电路、单片机或者PLC 芯片、运算机掌握系统等四类产品；对于采纳模拟电路或者数字电路的产品，其技术相当成熟；但是

3、随着功能的增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，显示方式简洁或者没有，无法精确判定抢按按钮的行为，也不便于参数调剂及其功能的升级换代；对于运算机掌握系统来说，其程序简洁，反应灵敏，便于参数调剂及其功能的升级换代，但鉴于其必需协作运算机有用，可操作性差，没有得到广泛的应用；而对于科技飞速进展的今日，PLC、单片机应用的不断深化，带动了传统掌握检测技术的不断更新，并鉴于其本身具有的优点，以 PLC、单片机为核心的部件成为主流 1 ；传统的一般抢答器主要存在一下缺点：在一次抢答过程中，当显现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效；

4、当有多个违规抢答时，优先编码电路只能选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个；对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定，各路抢答信号的“竞争”才能也被固定，因而本质上也有优先权；一般抢答器存在不公正性； 当有多个违规抢答时，一般抢答器只能“抓住”其中一个违规者；因而显现了“漏洞”；现在大多抢答器都是以 PLC、单片机为掌握核心的智能抢答器，它对采样获得的各种抢答信号进行分析；但仅有抢答功能的抢答器已经不 能满意当今社会的需要；该设计不但有抢答功能，而且仍有一个计分系 统，能分别对四个选手进行计分，并能够对分数进行加、减；带计分功 能的智能抢答器将会取代一般的智能抢答器，更

5、好的服务于社会；1.2 课题讨论内容系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据掌握系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计；硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求；软件设计部分，第一在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定具体的工作方案；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最终是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求；在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否胜利的关键；硬件电路是采纳结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化2；硬件电路的设计最重要的选择可编程的PLC

6、，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能；硬件电路设计仍包括输入输出接口设计，画出具体电路图，标出芯片的型号、器件参数值，依据电路图在仿真机上进行调试，发觉设计不当准时修改，最终达到设计目的；软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采纳三菱 FX 可掌握编程；此编程工具更有牢靠、可拓展、可爱护性；并且PLC 的操作采纳触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能依据提示顺当操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快把握3；另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障缘由和排除方法；甚至可以显示故障

7、在机器上的位置，修理人员可以依据提示很快排除故障；1.3 可编程掌握器概论可编程掌握器（ PLC）是一种新型的通用自动化掌握装置，它将传统的继电器掌握技术、运算机技术和通讯技术融为一体，具有掌握功能强，牢靠性高，使用敏捷便利，易于扩展等优点而应用越来越广泛；可编程掌握器 Programmable Logic Controller即 PLC；现已广泛应用于工业掌握的各个领域；他以微处理为核心，用编写的程序不仅可以进行规律掌握，仍可以定时，计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来掌握机械设备或生产过程；美国电气制造商协会经过4 年调查， 与 1980 年将其正式命名为可编程掌握器（ P

8、rogrammable Controller），简写为 PC；后来由于 PC 这个名称经常被用来称呼个人电脑（ Personal Computer），为了区分，现在也把可编程掌握器称为PLC45 ；1.3.1 PLC的简介国际电工委员会（ IEC）于 1987 年对 PLC 定义如下 4 ；PLC 是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有储备器，可以编制程序的掌握器；它能够储备和执行指令， 进行规律运算、次序掌握、定时、计数和算术等操作，并通过数字式和 模拟式的输入输出，掌握各种类型的机械和生产过程；PLC 及其有关的外围设备，都应按易于与工业掌握系统形式一体，易于拓展

9、其功能的原 就设计；事实上， PLC 就是以嵌入式 CPU 为核心，配以输入，输出等模块， 可以便利的用于工业掌握领域的装置； PLC 与机器人，运算机帮忙设计与制造一起作为现代工业的三大支柱；1.3.2 PLC的用途PLC 的初期由于其价格高于继电器掌握装置，使其应用受到限制；但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降，使PLC 的成本下降，同时又由于 PLC 的功能大大增强，使 PLC 的应用越来越广泛，广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业；PLC 的应用通常可分为五种类型；次序掌握 这是 PLC 应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器次

10、序掌握； PLC 可应用于单机掌握、多机群控、生产自动线掌握等；如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯掌握等；运动掌握 PLC 制造商目前已供应了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置掌握模版；在多数情形下，PLC 把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置；闭环过程掌握 PLC 能掌握大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等； PID（ Proportional Intergral Derivative）模块的供应使 PLC 具有闭环掌握功能，即一个具有 PID 掌握才能的 PLC 可用于过程掌握；当过程掌握中某一个变量

11、显现偏差时， PID 掌握算法会运算出正确的输出， 把变量保持在设定值上；数据处理 在机械加工中，显现了把支持次序掌握的PLC 和运算机数值掌握（ CNC）设备紧密结合的趋向；闻名的日本FANUC 公司推出的Systen10、11、12 系列，已将 CNC 掌握功能作为 PLC 的一部分；为了实现 PLC 和 CNC 设备之间内部数据自由传递，该公司采纳了窗口软件；通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC 送至 CNC 设备使用；美国 GE 公司的 CNC 设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC；估计今后几年 CNC 系统将变成以 PLC 为主体的掌握和治理系统；通信和联网为了适应国外近几

12、年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（ FMS）及集散掌握系统（ DCS）等进展的需要，必需进展 PLC 之间， PLC 和上级运算机之间的通信功能；作为实时掌握系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而且要考虑显现停电故障时的对策；1.3.3 PLC的特点 抗干扰才能强，牢靠性高继电接触器掌握系统虽具有较好的抗干扰才能，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老 化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的 牢靠性；传统的继电器掌握系统中使用了大量的中间继电器、时间继电 器；由于触点接触不良，简洁显现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，

13、仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可削减 互继电器掌握系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为削减；而 PLC 采纳微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子储备器件来完成，大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，牢靠性大大提高；微机虽然具有很强的功能，但抗干扰才能差，工业现场的电磁波干扰，电源波动，机械振动，温度和湿度的变化，都可能使一般通用微机 不能正常工作；而 PLC 在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产掌握体会，主要模块均采纳了大规模集成电路，I/O 系统设计有完善的通道爱护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、抗震等都有精确的考虑；在硬件上采

14、纳隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰才能，目前个生产厂家生产的 PLC，平均无故障时间都大大超过了IEC 规定的 10 万小时，有的甚至达到了几十万小时； 掌握系统结构简洁、通用性强、应用敏捷PLC 产品均成系列化生产，品种齐全，外围模块品种也多，可有各种组件敏捷组合成各种大小和不同要求的掌握系统；在 PLC 构成的掌握系统中，只需在 PLC 的端子上接入相应的输入、输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量而有纷杂的硬件接线线路；当掌握要求转变，需要变更掌握系统功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，修改接线量很 小；同一个 PLC 装置有、用于不同的掌握对象，只是输入、输出组件和

15、应用软件不同而已； 编程便利，易于使用PLC 是面对用户的设备， PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC 程序的编制，采纳梯形图或面对工业掌握的简洁指令形式；梯形图与继电器原理图相类似，直 观易懂，简洁把握，不需要特地的运算机学问和语言，深受现场电气技 术人员的欢迎； 功能完善，扩展才能强PLC 中含有数量庞大的用于开关量处理的继电器类软件，可轻松地实现大规模的开关量规律掌握，这是一般的 继电器掌握所不能实现的； PLC 内部具有很多掌握功能，能便利地实现D/A 、A/D 转换及 PID 运算，实现过程掌握、数字掌握等功能；PLC 具有通信联网功能，他不仅可以掌握一台单

16、机，一条生产线，仍可以掌握一个机群，很多生产线；他不但可以进行现场掌握，仍可以用于远程掌握； PLC 掌握系统设计、安装、调试便利PLC 中相当于继电器系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件”数量庞大，硬件齐全，且为模块化积木式结构，并已商品化，故可按性能、容量（输入、输出点、内存大小）等选用组装；又由于用软件编程取代了硬接线实现掌握功能，使安装接线量大大减小，设计人员只要一台PLC 就可进行掌握系统的设计可在试验室进行模拟调试；而继电接触器系统需要在现场调试，工作量很大且繁难；PLC 掌握系统的工作状态状态、通信状态、反常状态和I/O 点的状态均有显示；工作人员通过他可查出故障缘由

17、，便于快速处理，准时排除； 结构紧凑体积小、重量轻，易于实现机电一体化；由于以上特点，使得 PLC 获得极为广泛的应用；1.3.4 PLC的分类按 I/O 点数容量分类 一般来说， PLC 处理的 I/O 点数比较多，反映掌握关系比较复杂，用户要求的程序储备器容量比较大，要求PLC 的指令及其他功能比较多，指令执行的过程比较快等；按PLC 的输入输出点数可将 PLC 分为三类；公司的 SLC500 系列等整式 PLC 等产品； 微型 PLC I/O 点数小于 64 点的 PLC 为超小型或微型 PLC； 小型 PLC I/O 点数为 256 点以下，用户程序储备容量小于8KB 的为小型 PLC

18、；它可以连接开关量和模拟量 I/O 模块以及其他各种特殊功能模块，能执行包括规律运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通信联网等功能；如西门子公司的S7-200PLC，三菱公司的 F1、F2和 FX0 系列 PLC 都属于小型机； 中型 PLC I/O 点数在 5122048 点之间的为中型 PLC；它除了具有小型机所能实现的功能外，仍具有更强大的通信联网功能、更丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度；如西门子公司的S7- 300PLC、三菱公司的 A1S 系列 PLC 都属于中型机； 大型 PLC I/O 点数为 048 点以上的为大型 PLC；它具有极强的软件和硬件功能、自诊

19、断功能、通信联网功能，它可以构成三级通信网，实现工厂生产治理自动化；另外大型 PLC 仍可以采纳三个 CPU 构成表决式系统，使机器具有更高的牢靠性；如西门子公司的 S7-400系列 PLC、三菱公司的 A3M 、A3N 系列 PLC 都属于大型机；典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7-400 系列、 OMRON 公司的CVM1 和 CS1 系列、 SB 公司的 SLC5/05 系列等产品；上述划分没有严格的界限，随着PLC 技术的飞速进展，某些小型PLC 也具备中型机和大型机的功能，这也是PLC 的进展趋势；按结构形式分类按 PLC 物理结构形式的不同，可分为整体式（也称单元

20、式）和组合式（也称模块式）两类； 整体式结构 整体式结构的 PLC 是将中心处理单元（ CPU）、存储器、输入单元、电源、通信端口、 I/O 扩展端口等组装在一个箱体内构成主机；内外仍有独立的 I/O 扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成 PLC 不同配置与主机协作使用；整体式结构的PLC 结构紧凑、体积小、成本低、安装便利；小型机常用这种结构； 组合式结构 这种结构的 PLC 是将 CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能 I/O 单元，通信单元等分别做成相应的电路板和扩展模块；组合式的特点是配置敏捷，输入接点、输出接点的数量可以自由选 择，各种功能模块可以依需要敏捷配置；

21、大、中型PLC 常用组合式结构；2 整体方案的选择2.1 整体功能介绍学问竞赛抢答器，顾名思义就是用于竞赛时，跟对手比反应时间， 思维运转快慢的新型电器；随着社会科技技术的不断进展，它的应用场合也随之增加；技术含量大大提升；更加便利牢靠；目前，形式多样、功能完备的抢答器已广泛应用于电视台、商业机构、学校及企事业单 位，它为各种竞赛增加了刺激性、消遣性，在肯定程度上丰富了人们的业余生活；用 PLC 进行学问竞赛抢答器设计，其掌握便利，敏捷，只要转变输入 PLC 的掌握程序，便可转变竞赛抢答器的抢答方案；2.2 竞赛抢答器的掌握要求学问竞赛抢答器能使 4 个队同时参与抢答；设裁判队为裁判台，参赛对

22、为参赛台；裁判台设有音响和裁判灯，并且设有裁判台开头按钮 SB0 和裁判台复位按钮 SB5；参赛台设有参赛台抢答按钮以及参赛台灯；1-4 号参赛台分别对应按钮 SB1-SB4 及参赛台灯 EL1-EL4 ；学问竞赛抢答器能适合以下竞赛规章：出题后，各队抢答必需在裁判说出“开头”并按下裁判台的开头按钮SB0 后 15S 内抢答，并由数码管显示时间；如提前抢答，抢答器发出“违规”信号；15S 时间到，如无队抢答，就抢答器给出时间已到信号，该题作废；在有队抢答的情形下，就抢答器发出“抢答”信号，数码管开头计时，并由数码管显示出抢到题的参考队号，抢到题的队必需在30S 内答完题，如 30S内未答完，就

23、作超时处理；灯光与音响信号的意义如下：（见图2-1 结构流程图） 音响叫（响 1S）+某台灯亮，由某参赛队正常抢答；音响叫（响 1S） +某台灯亮 +总台灯亮，某参赛队违规； 音响叫（响 1S）+裁判台灯亮，无人抢答或答题超时；在某个题终止后，裁判员按下台上的复位按钮SB5，抢答器复原原先的状态，为下一轮抢答作好预备；初始状态图 2-1结构流程图各输出端口统一采纳直流 24V 电源；开头抢答复位违规抢答正常抢答无人应答状 态 ： 开 始 信 号状态：开头信状态：开头信发 出 前 抢 答 ， 音号 发 出 15s号 发 出 15s响叫（响 1S） +某内 ， 音 响 叫内 ， 音 响 叫台 灯

24、亮 + 总 台 灯（响 1S） +某（响 1S） +裁亮；台灯亮；判台灯亮；2.3 用单片机和 PLC 分别做系统的比较所谓单片机系统就是采纳目前市场上的单片机CPU 及其它外围芯片，依据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的运算机系统，并在此基础上设计程序以达到所要求的掌握功能；这种形式在80 岁月国内很流行，但由于受到本身牢靠性及其它方面的限制，目前除了外表上仍旧采纳外，在工业现场的应用已逐步被PLC 所代替；单片机的牢靠性：由于目前国内市场上的单片机芯片的品质良莠不齐，很大一部分仍是国外选择出来的次等品，加上其它外围元件（如电阻、电容等）的参数离散性也很大，批量小的产品不行能经过选择配

25、对等技术处理，因此这样的产品很难做到很好的一样性和高牢靠性，由于任一元件的参数偏离设计要求都会引起系统的不稳固；另外，单片机的全部器件均不是工业级的，抗干扰性特殊是抗电源干扰才能很弱，而国内的电源一般都很差，加上压片机的变频调速对电源的干扰很大，因 此，更可能引起单片机系统的不稳固 1112 ；单片机的可扩展性：由于单片机的线路是依据肯定的功能要求特殊设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计；这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加 11 ；单片机的可爱护性：一旦单片机系统显现故障，很难诊断出故障元件，最简洁的方法是更换整个系统，这样修理成本增加了12 ；操作：现

26、在国内单片机系统的操作均采纳自设计的键盘，设定数据用拨码开关，显示用 LED ，整个面板显得繁锁，而且为了削减操作键， 设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作；特殊是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障，操作人员必需翻阅说明书方能发觉故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较 长；总之，这样的人机对话不够友善；特点：不行靠，价格廉价；可编程掌握器（ PLC）： 所谓 PLC 系统就是采纳目前市场上各大工业掌握厂家生产的可编程掌握器，依据要求选用不同的模块，在此基础 上设计程序以达到所设计的功能；这种形式目前在工业现场应用最为广 泛10；PLC 的牢靠性：进口 PLC

27、 采纳的 CPU 都是生产厂家特地设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格选择的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业掌握的体会而特殊设计的，抗干扰性特殊是抗电源干扰才能有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作；PLC 的可扩展性： 要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序，而 PLC 的编程相对比较简洁，这样对于开发周期会缩短；PLC 的可爱护性： PLC 本身有很强的自诊断功能，一旦系统显现故障，依据自诊断很简洁诊断出故障元件，即使非专业人员也能修理，假如故障由于程序设计不合理引起，由于它供应完善的调试工具，要找出故障也较为简洁；

28、操作： PLC 的操作采纳触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能依据提示顺当操 作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快把握；另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障缘由和排除方法；甚至可以显示故障在机器上的位置，修理人员可以依据提示很快排除故障；特点：价格与前二种掌握器相比略贵，牢靠性好，操作简洁；综合以上的分析和比较，最终打算采纳PLC；3 硬件电路设计3.1 掌握特点分析学问竞赛抢答器通过 PLC 进行按掌握要求编程，其主要的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

29、依据信号作出相应的响应；学问竞赛抢答器有六个输入信号（即六个按钮），九个输出信号（即五个台灯信号、一个音响信号、三个数码管输出信号）；由上可知PLC 共有六个输入点，九个输出SB0显示器参赛队号码计数器的个位计数器的十位SB1SB2PLC蜂鸣器SB3SB41 号台灯2 号台灯3 号台灯SB54 号台灯图 3-1系统掌握结构框图点；系统掌握结构框图如上图 3-1 所示：3.2 PLC 机型的选择步骤与原就随着 PLC 技术的进展， 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、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

30、PLC 掌握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、通信联网才能等方面加以综合考虑；PLC 机型的选择PLC 机型选择的基本原就是在满意功能要求及保证牢靠、爱护便利的前提下，力争正确的性能价格比；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廉价，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型掌握系统中；而模块式PLC 的功能扩展敏捷便利，在 I/O 点数、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，且修理

31、便利，一般于较复杂的掌握系统；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，系统的装置分布范畴很广，远程I/O 可以分散安装在现场装置邻近，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掌握，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必需要附加通讯模块；相应的功能要求一般小型 低档PLC 具有规律运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量掌握的设备都可满意；对于以开关量掌握为主，带少量模拟量掌握的系统，可选用能带A

32、/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；对于掌握较复杂，要求实现 PID 运算、闭环掌握、通信联网等功能，可视掌握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掌握和集散掌握系统等场合；响应速度要求PLC 是为工业自动化设计的通用掌握器，不同档次PLC 的响应速度一般都能满意其应用范畴内的需要；假如要跨范畴使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，就应当谨慎考虑PLC 的响应速度，可选用具有高速 I/O 处理功能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等；系统牢靠性的要求对于一般系统

33、 PLC 的牢靠性均能满意；对牢靠性要求很高的系统， 应考虑是否采纳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，便于备品备件的选购和治理；机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力气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，配上位运算机后易于形成一个多级分布式掌握系统；综上所述，基于以上思想，选用日本三菱公司FX-48MR 系列的 PLC作为掌握主机；3.3 流程图当裁判按下开头按钮时，四个参赛对处于抢答状态，假如是一号参赛队先抢到题目， PLC 先判定抢答是否胜利，如胜利

34、，就进行下一部看是否在规定的抢答时间内答题，如在规定时间内，就答题终止；如超 时，就提示主持人；假如抢答没有胜利，就判定是否抢答犯规，如法 规，某法规台灯亮，总台灯亮出指令；3.4 PLC 与七段 LED 显示器连接设计3.4.1 LED 数码管的结构及主要特性 LED 数码管的结构LED 数码管是由发光二极管构成的，亦称半导体数码管；将条状发光二极管依据共阴极（负极）或共阳极（正极）的方法连接，组成“8” 字，再把发光二极管另一电极作笔段电极，就构成了LED 数码管；如按规定使某些笔段上的发光二极管发光，就能显示从09 的一系列数字；同荧光数码管（ VFD ）、辉光数码管（ NRT）相比，它

35、具有：体积小、功耗低、耐震惊、寿命长、亮度高、单色性好、发光响应的时间短，能与 TTL 、CMOS 电路兼容等优点；现已广泛用作数字化外表、数控装置、家用电器中的数显器件；常见 LED 数码管的形状及内部结构如图 3-14 所示；图 3-14 属于共阳极结构，图 3-20 采纳共阴极结构；分别表示公共阳极和公共阴极；a g 是 7 个笔段电极， DP 为小数点；另有一种字高为 7.6 mm 的超小型 LED 数码管，管脚从左右两排引出，小数点就是独立的；图 3-2常见 LED数码管的形状及内部结构 LED 数码管的主要特性工作电压 1.5 5V，一般为 1.52.5V，工作电流 5 10mA，

36、高亮度管可在低电压和小电流（ 1mA 左右）条件下工作；单色性好，亮度高、高频特性优良，发光响应时间特别短，通常小于 0.1us；好，工作温度范畴为 -30+80，使用寿命可达 5M 小时以上； LED 数码管每笔画工作电流 I 在 5 10 mA 之间，如电流过大会损坏数码管，因此必需加限流电阻，其阻可按下式运算R=（V0-V1 ）/I其中 V0 为加在 LED 两端上的电压， V1 为 LED 数码管每笔划压降（约为 2V）；3.4.2 PLC与七段数码管方案选择PLC 可编程掌握器 具有体积小、抗干扰才能强以及运行牢靠等诸多优点； PLC 的梯形图语言清楚直观、可读性强，易于把握；在工业

37、掌握中， PLC 作为面对掌握对象的下位机，已广泛应用于工业掌握的各个领域；但对于一般的中小型的专用设备，采纳工业掌握运算机作为上位机会使成本大大提高，同时不便于在操作现场直接读取或输入数据.在显示数据较少时，采纳 PLC 掌握 LED 直接进行数据显示，可以降低成本， 使得数据显示直观；而当欲显示的数据较多时，PLC 直接进行数据显示，会使得所需 PLC 输出点数大大增加，同时由于 PLC 梯形图的局限性，会使得显示程序的编制变得特别复杂，这不仅增大了程序编制的难度，而且增加了程序的执行时间，从而大大地降低了显示速度；在应用可编程序掌握器 PLC构成的掌握系统中，除要求 PLC 完成指定的掌

38、握功能外，往往仍要求附带有输出显示，对一些参数进行动态实时显示，以利于操作者监控生产过程； PLC 通过输出模块外接显示电路，一般要求少占用输出点数、外接电路简洁、输出显示速度尽可能快；OMRON 公司推出的 CQM1 型 PLC 指令中设置了 7 段输出显示指令7SEG2，该指令有 4 位和 8 位两种方式，输出 8 位数时要占用 13 个输出点，如要求输出显示5 位数时，需选用 8 位方式，占用 13 个输出点；PLC 输出模块接 LED 数码管显示的方法已应用在一实际CQM1 型 PLC 构成的掌握系统中；PLC 驱动的显示电路协作 PLC 程序，可以实现如下的指标的数据显示7:在仅占用

39、 PLC16 点输出的情形下，显示的 LED 可多达 128 个；全部的显示单元的电路结构完全相同，可以互换；全部的显示单元与 PLC 之间的连线完全相同，硬件连线简洁；采纳静态显示方式，显示没有闪耀感；每一位 LED 数据更新显示仅需 2 个 PLC 扫描周期；在没有新数据显示时，程序进行循环显示，使显示电路的抗干扰才能增强；由上述可知，结合本次设计，由于输入输出点并不是很多，采纳PLC 掌握 LED 直接进行数据显示方案，可以大大降低设计成本；3.4.3 PLC与七段数码管直接连接阻值运算依据 LED 数码管每笔画工作电流 I 在 510 mA 之间，如电流过大会损坏数码管，因此必需加限流

40、电阻，其阻可按下式运算8R=（V0-V1 ）/I其中 V0 为加在 LED 两端上的电压， V1 为 LED 数码管每笔划压降（约为 2V）；本次设计 PLC 电源采纳的是直流 24V，PLC 的输出电压为 5V ，安通过数码管的电流 I=3mA 运算可得 R=1K ；本次设计共用到了三个数码管，所以必要 21 个 1K 的 R，以及 5 个 EL 灯和一个音响；3.4.4 外部硬件接线图为了硬件电路接线便利， SB0 作为抢答的开头按钮，对应输入点为X0，输出点为 Y0；SB1、SB2、SB3、SB4 分别对应四个参赛对号，输入点分别 X1、X2、X3 、X4 ，输出点分别为 Y1 、Y2、

41、Y3 、Y4 ；SB5 作为抢答的复位按钮，对应输入点为X5；音响输出点为 Y5；数码管 1 显示输出点为 Y10-Y16 ；数码管 2 显示输出点为 Y20-Y26 ；数码管 3 显示输出点为 Y30-Y36 ；PLC 与数码管采纳串电阻直接连接方式；其外部硬件接线图如图 3-15 所示；图 3-13外部硬件接线图4 软件设计4.1 IO 安排表 4-1学问竞赛抢答器输入输出口安排表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头按钮SB0X0开头工作指示灯EL0Y01 号赛台抢答器按钮SB1X11 号参赛台灯EL1Y12 号赛台抢答器按钮SB2X22 号参赛台灯EL2Y23

42、号赛台抢答器按钮SB3X33 号参赛台灯EL3Y34 号赛台抢答器按钮SB4X44 号参赛台灯EL4Y4裁判台复位按钮SB5X5音响BY5数码管 1LE1Y10-Y16数码管 2LE2Y20-Y26数码管 3LE3Y30-Y36为了硬件电路接线便利和程序清楚易读，用SB0 作为，四个参赛队分别用与之对应号 SB1、SB2、SB3、SB4 设置按钮； SB5 为竞赛复位按钮，使下轮竞赛开头；输出与输入对应，用YO 输出信号驱动竞赛开头信号灯 EL0，同理用 Y1 、Y2 、Y3、Y4 输出信号驱动对应的信号灯EL1、EL2、EL3、EL4；Y5 输出信号驱动音响； Y10-Y16 输出信号驱动数

43、码管 1 显示各个参赛队的队号； Y20-Y26 输出信号驱动数码管 2，显示抢答时间的个位， Y30-Y36 输出信号驱动数码管 3，显示抢答时间的十位；4.2 依据掌握要求进行梯形图设计图 4-1图 4-2梯形图 梯形图图 4-3梯形图图 4-4梯形图图 4-5梯形图4.3源程序LDX0ORBANIT2ORM0LDT1ANIX5ANIM1AND M1OUTY5ANIX5ORBOUTT2K10OUTM0LDM1LDY2OUTT0ANI M0ORY3LDX1ORBOUTY10ANI M1PLSM3LDY1ORY1LDM4ORY2ANI M1SFTL M9M10K10K1ORY3OUT Y1LD

44、M19ORY4LDX2ORM25OUTY11ANIM1ORM5LDY1ORY2ZRST M10M18ORY3ANIX5LDM0ORY4OUTY2ANDM1OUTY12LDX3PLSM5LDY2ANIM1LDM9ORY3ORY3ORM11OUTY13ANIX5ORM12LDY2OUTY3ORM14OUTY14LDX4ORM15LDY4ANIM1ORM16OUTY15ORY4ORM17LDY2ANIX5ORM18ORY3OUTY4OUTY20ORY4LDX1LMM9OUTY16ORX2ORM10LDM0ORX3ORM11ANIT4ORX4ORM12OUTT3 K500ORM1ORM13LDT3ANIX5ORM16OUTT4 K500OUT M1ORM17LDT4LDM1ORM18OUTM4ORM2OUTY21LDM0ANIT1LDM9ANIM10ANIX5OR