電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)基于plc控制的知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于PLC控制的知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　現(xiàn)如今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在許多諸如股票交易、智

3、力競(jìng)賽等公開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)合，都需要有準(zhǔn)確而公正的裁決，而搶答器的出現(xiàn)，恰恰解決了這些問(wèn)題。早期的搶答器由模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路構(gòu)成，其線路復(fù)雜，反應(yīng)緩慢，可靠性不高，功能也比較簡(jiǎn)單。近年來(lái)隨著單片機(jī)、PLC技術(shù)的飛速進(jìn)步，帶動(dòng)了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展?，F(xiàn)在的市場(chǎng)上，搶答器的大部分份額是被單片機(jī)和PLC所占據(jù)，這是由單片機(jī)和PLC良好的性能決定的，但是與單片機(jī)相比，PLC具有更大的優(yōu)勢(shì)，比如可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，并

4、且最近幾年隨著微處理器價(jià)格的降低，PLC的使用越來(lái)越廣泛，基于PLC控制的搶答器可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，比起單片機(jī)維護(hù)更方便，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可以更好的實(shí)現(xiàn)功能的更新?lián)Q代，因此對(duì)基于PLC控制的搶答器設(shè)計(jì)的研究是非常必要的。</p><p>　　本文以日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N-64MR型PLC 作為核心控制器進(jìn)行八路搶答器的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖和輸入輸出端子的分配方案，它保留了傳統(tǒng)搶答器的原始功

5、能又增加了一系列的實(shí)用功能，大大簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。同時(shí)本設(shè)計(jì)根據(jù)知識(shí)競(jìng)賽搶答器的控制要求和特點(diǎn)，確定PLC的輸入輸出分配，并進(jìn)行模擬調(diào)試。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC；知識(shí)競(jìng)賽搶答器；七段數(shù)碼器；程序設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Nowadays, with the development

6、 of our country economy and technology, in many public occasions, such as stock trading and various mental competition etc, all need to have accurate and fair verdicts. The emergence of the responder just solves the prob

7、lems. The early responder is designed by analogue circuit, digital circuit or analogue and digital mixed-circuit. The responder has complex lines, slow response, poor reliability and simple function. In recent years, wit

8、h the rapid development of the</p><p>　　This article is based on the FX2N series PLC of Mitsubishi Corporation as to the core controller to design the responder. Meanwhile, it design system structure, progra

9、m instructions, ladder and the allocation of the input and output terminals. It also simplifies the circuit greatly, retain the traditional responder’s original function and increase a range of practical functions. At th

10、e same time, the design according to the control requirements and features of the knowledge competition responder</p><p>　　Key words: PLC; The knowledge competition responder; 7 digital device; Programming.&

11、lt;/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景1</p><p>　　1.2 課題研究?jī)?nèi)容1</p><p>　　第2章 PLC概述2</p><p>　　

12、2.1 PLC的簡(jiǎn)介2</p><p>　　2.2 PLC的用途2</p><p>　　2.3 PLC的特點(diǎn)3</p><p>　　2.4 PLC的分類5</p><p>　　2.5 PLC的發(fā)展5</p><p>　　第3章 整體方案的選擇7</p><p>　　3.1

13、系統(tǒng)整體功能介紹7</p><p>　　3.2 競(jìng)賽搶答器的控制要求7</p><p>　　3.3 控制方案選擇8</p><p>　　第4章 硬件電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.1 硬件電路分析9</p><p>　　4.2 PLC機(jī)型的選擇9</p><p>　　4.3 PL

14、C外圍七段LED顯示器設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.3.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)原理10</p><p>　　4.3.2 LED數(shù)碼管的主要特性10</p><p>　　4.3.3 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇11</p><p>　　4.3.4 外部硬件接線圖11</p><p>　　第5章 軟件設(shè)計(jì)1

15、3</p><p>　　5.1 I/O分配13</p><p>　　5.2 根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)梯形圖13</p><p>　　5.3 程序運(yùn)行過(guò)程分析17</p><p>　　第6章 八路搶答器用三菱FX2N-64MR-001的模擬調(diào)試19</p><p>　　6.1 三菱FX2N系列PLC簡(jiǎn)介19</p

16、><p>　　6.2 八路搶答器模擬結(jié)果調(diào)試19</p><p><b>　　結(jié)論20</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　附錄 指令表22</b><

17、;/p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　如今，可以實(shí)現(xiàn)搶答器功能的方法有很多，比如早期的數(shù)字電路、模擬電路或數(shù)?；旌想娐返鹊?。而近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，單片機(jī)、PLC技術(shù)的應(yīng)用不斷走向深入，也帶動(dòng)著傳統(tǒng)的檢測(cè)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步。</p><p>　　回

18、顧搶答器的發(fā)展歷程，不難看出，一個(gè)小小的搶答器，就折射出了整個(gè)控制檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。最早期的模擬電路搶答器，以及后來(lái)的數(shù)字電路搶答器和數(shù)?；旌想娐窊尨鹌鳎@類早期的傳統(tǒng)搶答器的電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高，也容易發(fā)生故障，維修起來(lái)也相當(dāng)麻煩，顯示方式也過(guò)于簡(jiǎn)單，無(wú)法準(zhǔn)確判斷搶答按鈕的動(dòng)作，最重要的是，數(shù)?；旌想娐窊尨鹌鞑槐阌趨?shù)的調(diào)節(jié)及功能的更新?lián)Q代。</p><p>　　20世紀(jì)七八十年代，單片機(jī)、PLC的出現(xiàn)為控

19、制檢測(cè)技術(shù)打開(kāi)了智能化的大門，搶答器若由單片機(jī)或PLC來(lái)設(shè)計(jì)，許多繁瑣的系統(tǒng)便可以大大簡(jiǎn)化，并且還有電路更簡(jiǎn)單，功能更齊全的良好效果。當(dāng)今社會(huì)，僅僅有搶答功能的搶答器已經(jīng)不足以滿足人們的要求，還要有自動(dòng)檢測(cè)犯規(guī)功能、報(bào)警功能、計(jì)分功能等等，若使用傳統(tǒng)的數(shù)?；旌想娐穪?lái)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，使用起來(lái)非常不方便。因此，對(duì)具有智能功能的單片機(jī)或PLC設(shè)計(jì)的搶答器的研究就非常有必要的。本課題設(shè)計(jì)的搶答器具有齊全靈敏的搶答功能，使用起來(lái)非常的方便。&

20、lt;/p><p>　　1.2 課題研究?jī)?nèi)容</p><p>　　與許多課題相同，本課題的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是包括兩大部分：硬件和軟件，而根據(jù)控制檢測(cè)的原理和性能，將軟件和硬件分開(kāi)設(shè)計(jì)。硬件主要包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，

21、選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)方法的選擇是非常關(guān)鍵的。硬件電路的設(shè)計(jì)應(yīng)選擇適合的PLC可編程控制器，以及與PLC芯片相匹配的外圍芯片，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)使用的效果。設(shè)計(jì)過(guò)程中，硬件電路包括輸入輸出端口的設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)的電路圖，所使用芯片的詳細(xì)型號(hào)、器件參數(shù)，并進(jìn)行仿真測(cè)試，及時(shí)改正錯(cuò)誤，達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。軟件設(shè)計(jì)的部分與設(shè)計(jì)所

22、在的環(huán)境和條件息息相關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件，本設(shè)計(jì)采用三菱FX2N系列可編程控制器，該系列PLC可靠性高，可擴(kuò)展性大，維護(hù)方便。PLC的人機(jī)界面上具有詳細(xì)的操作說(shuō)明，降低了對(duì)操作人員的要求。并且，一旦發(fā)生故障，操作界面可以馬上切換到故障提示畫面，并顯示故障原因和排除方法，使用起來(lái)十分方便。</p><p><b>　　第2章 PLC概述</b></p><p>　　PLC

23、（可編程控制器）是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來(lái)越廣泛。早期的的可編程控制器在功能上只能實(shí)現(xiàn)邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，70年代后期，隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路及微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，許多廠家開(kāi)始采用微處理器作為可編程控制器的中央處理單元，使它不僅具有邏輯控制功能，而且具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳送與處理功能和對(duì)模擬量的控

24、制功能，故1980年美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)NEMA（National Electrical Manufactures Association）將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)稱PC。此簡(jiǎn)稱已經(jīng)在工業(yè)界使用多年，但由于近年來(lái)個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）也簡(jiǎn)稱為PC，為避免二者混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程控制器的縮寫。</p><p>　　2.

25、1 PLC的簡(jiǎn)介</p><p>　　1980年，可編程控制器問(wèn)世后不久，美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)NEMA對(duì)其下過(guò)如下定義：“PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程的記憶體以存儲(chǔ)指令，用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)用來(lái)執(zhí)行PC的功能，亦被視為PC，但不包括鼓式或機(jī)械式順序控制器?！?lt;/p><p>　

26、　1982年11月，國(guó)際電工委員會(huì)IEC（International Electrical Committee）頒布了可編程控制器草案第一草稿，1985年1月又發(fā)表了第二稿，1987年2月頒布了第三稿。該草案中對(duì)可編程控制器的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，

27、控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)?！?lt;/p><p>　　定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制器直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。</p><p>　　上述定義也表明可編程控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能都類似于計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的

28、工業(yè)計(jì)算機(jī)。</p><p>　　2.2 PLC的用途</p><p>　　隨著PLC性價(jià)比的不斷提高，微處理器芯片及有關(guān)元器件價(jià)格大幅度降低，PLC的成本也有所下降，PLC的功能大大增強(qiáng)，因而PLC的應(yīng)用日益廣泛。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保等各行各業(yè)，其應(yīng)用范圍大致可歸納為以下5種：</p>

29、<p>　　① 開(kāi)關(guān)量的邏輯控制</p><p>　　這是PLC的最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。它取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制可用于單機(jī)控制，也可用于多機(jī)控制，亦可用于自動(dòng)生產(chǎn)線的控制等。</p><p><b>　?、?運(yùn)動(dòng)控制</b></p><p>　　PLC可用于直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控

30、制。早期直接用開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)械，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)模塊。目前，制造廠商已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，即把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，模塊移動(dòng)一軸或多軸到目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。運(yùn)動(dòng)的程序可用PLC的語(yǔ)言完成，通過(guò)編程器輸入。</p><p><b>　?、?閉環(huán)過(guò)程控制</b><

31、;/p><p>　　PLC通過(guò)模擬量的I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量的A/D（模/數(shù)）、D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID控制。</p><p><b>　?、?數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等）、數(shù)據(jù)傳輸、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的

32、采集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理一般用在大中型控制系統(tǒng)中，它具有CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)字控制）功能，把支持順序控制的PLC與數(shù)字控制設(shè)備緊密結(jié)合起來(lái)。</p><p><b>　?、?通信連網(wǎng) </b></p><p>　　現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制。多臺(tái)PLC可彼此間連網(wǎng)、通信、外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)PLC的信號(hào)處理

33、單元之間實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。PLC的通信包括PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)之間和它的智能設(shè)備之間的通信。PLC和計(jì)算機(jī)之間具有RS232接口，用雙絞線、同軸電纜將它們連成網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)信息的交換。還可以構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布控制系統(tǒng)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分散控制，然后利用網(wǎng)絡(luò)連接構(gòu)成集中管理信息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬

34、件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。通常所說(shuō)的SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。</p><p>　　然而，實(shí)際上并不是所有的PLC都具有上述全部功能，有的小型PLC只具有上述部分功能，其價(jià)格也比較便宜。</p><p>　　2.3 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　PLC是屬于存儲(chǔ)程序控制的一種裝置，其控制功能是

35、通過(guò)存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，若是對(duì)控制功能作修改，在很大程度上只須改變軟件指令即可，使得硬件軟件化。因此它在工業(yè)控制中的地位越來(lái)越高，占有極其重要的地位，最重要的原因是它具有一些獨(dú)特的特點(diǎn)。</p><p>　　⑴ 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　PLC是專門為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了多層次抗干擾、精選元器件的措施。它可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作

36、，運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性較高。PLC是以集成電路為基本單元的電子設(shè)備，內(nèi)部處理不依賴于觸電、元器件的壽命長(zhǎng)，平均無(wú)故障工作時(shí)間高。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)一般對(duì)控制設(shè)備可靠性要求很高，要求它有很強(qiáng)的抗干擾能力，能再惡劣環(huán)境下可靠地工作。平均故障時(shí)間長(zhǎng)、故障修復(fù)時(shí)間短，這是PLC控制優(yōu)于微型計(jì)算機(jī)控制的一大特點(diǎn)，一般PLC平均整機(jī)無(wú)故障時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)幾萬(wàn)~幾十萬(wàn)小時(shí)。</p><p>　　為

37、了提高工作可靠性及其抗干擾能力，各PLC的生產(chǎn)廠家在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使PLC具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。PLC在其硬件、軟件上采取的主要措施有：</p><p><b>　?、?硬件措施</b></p><p>　?、?屏蔽：對(duì)電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁

38、性能良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。</p><p>　?、?濾波：對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采取多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊間的相互影響。其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10~20ms。</p><p>　?、垭娫凑{(diào)整與保護(hù)：采取性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。對(duì)微處理器所需的+5V電源采取多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過(guò)電壓、欠電壓的影響。</p>

39、;<p>　?、?隔離：在微處理器與I/O電路之間采用光隔離措施，有效地隔離I/O間電的聯(lián)系，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外部電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離，減少故障和誤動(dòng)作。</p><p>　?、莶扇∧K化結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)，一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，就能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作，同時(shí)也有助于加快查找故障原因。</p><p><b>　?、?軟件措

40、施</b></p><p>　　PLC具有良好的自診斷能力，一旦電源斷開(kāi)或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。</p><p>　?、?故障檢測(cè)：軟件定期檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、強(qiáng)干擾信號(hào)等，以便及時(shí)處理。</p><p>　?、?信息保護(hù)與恢復(fù)：當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞PLC內(nèi)部信息，一旦故障條件消失，就可恢復(fù)

41、正常，繼續(xù)原來(lái)的工作。</p><p>　?、?設(shè)置了警戒時(shí)鐘（WDT）：如果程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)了WDT規(guī)定時(shí)間，那么預(yù)示了程序進(jìn)入了死循環(huán)，立即報(bào)警。</p><p>　?、?加強(qiáng)了對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)：一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警并停止執(zhí)行。</p><p>　?、?對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后背：停電后利用后背電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)因此而丟失。</p>

42、<p>　?、?控制程序可變，具有很好的柔性</p><p>　　由于PLC自身硬件特點(diǎn)，用戶在進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，不需要自己設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只需要根據(jù)控制要求進(jìn)行模塊的配置，用戶所作的工作只是設(shè)計(jì)滿足控制對(duì)象的控制要求的應(yīng)用程序。</p><p>　?、?編程簡(jiǎn)單使用方便</p><p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制電路的梯形圖設(shè)計(jì)

43、形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般技術(shù)人員所理解和掌握，這是PLC控制優(yōu)于微型計(jì)算機(jī)控制的另一特點(diǎn)。</p><p><b>　?、?功能完善</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)字量和模擬量I/O模塊，具有邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄、顯示、檢測(cè)等功能，使設(shè)備控制水平大大提高。&l

44、t;/p><p><b>　?、?擴(kuò)充方便靈活</b></p><p>　　PLC產(chǎn)品具有各種擴(kuò)展單元，可方便地適應(yīng)不同工業(yè)控制需要的I/O節(jié)點(diǎn)數(shù)及I/O方式的系統(tǒng)。</p><p>　　⑹ 減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量</p><p>　　由于PLC采用了軟件來(lái)取代繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、

45、計(jì)數(shù)器等器件，它采用軟件編程來(lái)達(dá)到完成控制工程的工藝要求，而不是用硬件接線，使得PLC控制系統(tǒng)的安裝接線工作量比繼電器控制系統(tǒng)少得多，這樣減少了設(shè)計(jì)和施工的工作量，且軟件調(diào)試可以模擬進(jìn)行，方便省時(shí)。</p><p>　?、?體積小、重量輕，是機(jī)電一體化的特有產(chǎn)品</p><p>　　PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，它是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊密、堅(jiān)固，體積小，重量

46、輕，功耗低。</p><p>　　2.4 PLC的分類</p><p>　　由于PLC的品種、型號(hào)、規(guī)格、功能各不相同，要按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)它們進(jìn)行分類十分困難。通常，按I/O點(diǎn)數(shù)可劃分為大型、中型和小型三類；按功能強(qiáng)弱又可分為低檔機(jī)、中檔機(jī)和高檔機(jī)三類；按結(jié)構(gòu)又分為整體式和模塊式。</p><p>　?、?按I/O點(diǎn)數(shù)分類</p><p>&

47、lt;b>　　① 小型PLC</b></p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)，單CPU，8位或16位處理器，用戶存儲(chǔ)器量在4KB一下，如西門子公司的S7-200PLC，三菱公司的F1、F2和FX0系列PLC都屬于小型機(jī)。</p><p><b>　　⑵ 中型PLC</b></p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)在256~2048點(diǎn)

48、之間，雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量為2~8KB，主要采用模塊組合式，如西門子公司的S7-300PLC、三菱公司的A1S系列PLC都屬于中型機(jī)。</p><p><b>　?、?大型PLC</b></p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)大于2048點(diǎn)，多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)容量為8~16KB，它是為要求連續(xù)控制的大型工廠或大型機(jī)器設(shè)計(jì)的。</p>&

49、lt;p><b>　?、?按結(jié)構(gòu)分類</b></p><p>　　① 整體式。整體式又稱單元式或箱體式。整體式PLC是將CPU、存儲(chǔ)器、I/O單元、電源、通信端口、I/O擴(kuò)展口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)形成一個(gè)整體，通常把它稱為主機(jī)或基本單元。輸入輸出接線端子及電源進(jìn)線分別在機(jī)箱的兩側(cè)，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示輸入和輸出狀態(tài)。</p><p>　?、?模塊式。模塊式結(jié)構(gòu)

50、又稱搭積木式。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是把PLC每個(gè)部分都制成獨(dú)立的模塊，把這些模塊按照控制系統(tǒng)要求選取后，插在帶有總線的基板上，就構(gòu)成了一個(gè)獨(dú)立的PLC。</p><p>　　其中，如果把單元式和模塊式相結(jié)合，就構(gòu)成了疊裝式，疊裝式PLC具有單元式和模塊式PLC兩者的優(yōu)點(diǎn)，有很大的發(fā)展?jié)摿Α?lt;/p><p><b>　?、?按功能分類</b></p><

51、;p>　?、?低檔機(jī) 主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　?、?中檔機(jī) 有較強(qiáng)的模擬量處理、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、PID（比例、積分、微分）控制、遠(yuǎn)程I/O及連網(wǎng)通信等功能。</p><p>　?、?高檔機(jī) 增設(shè)有特殊功能運(yùn)算和制表、表格傳送等功能；具有更強(qiáng)的通信連網(wǎng)能力，可用于大規(guī)模過(guò)程控制。</p><p>　　2.

52、5 PLC的發(fā)展</p><p>　　PLC的應(yīng)用是以微處理器為核心的，它是綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置，具有可靠性高、體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活通用、維護(hù)方便等一系列有點(diǎn)，因而在制造、冶金、能源、交通、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的支柱之一。</p><p>　　PLC從誕生到現(xiàn)在，按照CPU的發(fā)展來(lái)劃分經(jīng)歷了4次換

53、代，如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 PLC的發(fā)展歷程表</p><p>　　目前，對(duì)于世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家，PLC已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)別，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。PLC控制技術(shù)是當(dāng)今世界潮流，是工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造）之一。</p><p>　　現(xiàn)代PLC的發(fā)展有兩個(gè)主要趨勢(shì)：其一是向體

54、積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的微小型發(fā)展，即現(xiàn)今開(kāi)始發(fā)展的嵌入式PLC控制方式；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展。</p><p>　　第3章 整體方案的選擇</p><p>　　3.1 系統(tǒng)整體功能介紹</p><p>　　搶答器是指在競(jìng)賽、文體娛樂(lè)等搶答活動(dòng)中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷搶答者的機(jī)器。如今隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展

55、，搶答器的應(yīng)用場(chǎng)合隨之增加，人們對(duì)搶答器的可靠性、靈敏性等功能的要求越來(lái)越高。形式多樣、功能齊全的搶答器在商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校以及企業(yè)單位得到廣泛運(yùn)用，它大大增加了競(jìng)賽過(guò)程的趣味性、刺激性，豐富了人們的業(yè)余生活。而知識(shí)競(jìng)賽搶答器若由PLC來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有極大的優(yōu)勢(shì)，PLC的控制方便、應(yīng)用靈活，當(dāng)需要改變競(jìng)賽搶答器的功能時(shí)，只需改變輸入PLC的程序即可，使用起來(lái)非常便捷方便。</p><p>　　3.2 競(jìng)賽搶答器的控

56、制要求</p><p>　　① 可供8個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答。</p><p>　　② 設(shè)裁判隊(duì)為裁判臺(tái)，參賽隊(duì)為參賽臺(tái)。裁判臺(tái)設(shè)有音響和裁判臺(tái)燈，參賽臺(tái)設(shè)有參賽臺(tái)燈。</p><p>　?、?出題后，各隊(duì)必須在裁判員說(shuō)出“開(kāi)始”并按下開(kāi)始搶答按鈕后才能進(jìn)行搶答。搶答必須在15S以內(nèi)完成，否則15S時(shí)間到，無(wú)隊(duì)進(jìn)行搶答，該題作廢。</p><p>

57、　?、?如有隊(duì)提前搶答，搶答器不起作用。</p><p>　?、?在正常搶答的情況下，搶答器發(fā)出搶答信號(hào)，數(shù)碼管顯示搶到題目的參賽隊(duì)號(hào)，數(shù)碼管開(kāi)始計(jì)時(shí)，其他隊(duì)被封鎖。</p><p>　?、?搶到題的隊(duì)伍必須在30S內(nèi)答完題，否則做超時(shí)處理，搶答未完成。</p><p>　　圖3.1 結(jié)構(gòu)流程圖</p><p>　?、?如音響叫（0.5S）

58、+某臺(tái)燈亮，表示某隊(duì)正常搶到題目。</p><p>　?、?如音響叫（0.5S）+裁判臺(tái)燈亮，表示無(wú)隊(duì)搶答或時(shí)間到。</p><p>　?、?答題結(jié)束后，裁判員按下裁判臺(tái)上的復(fù)位按鈕，搶答器恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，為下一輪搶答做好準(zhǔn)備。（結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示）</p><p>　　3.3 控制方案選擇</p><p>　　現(xiàn)在的搶答器市場(chǎng)中，大部

59、分的搶答器是由單片機(jī)系統(tǒng)和PLC來(lái)設(shè)計(jì)的。單片機(jī)系統(tǒng)是采用市場(chǎng)上的單片機(jī)CPU及其外圍芯片，根據(jù)不同要求設(shè)計(jì)成電路板，最終成為一臺(tái)簡(jiǎn)易的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但由于受到其本身可靠性及其他方面的影響，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)上的應(yīng)用已漸漸被PLC所代替。</p><p>　　與傳統(tǒng)的搶答器相比，由單片機(jī)設(shè)計(jì)的競(jìng)賽搶答器具有電路簡(jiǎn)單，成本低，運(yùn)行可靠等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若把傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)當(dāng)做一個(gè)僵死的電子系統(tǒng)，那么智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)

60、則是一個(gè)具有“生命”的電子系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)設(shè)計(jì)的搶答器，通過(guò)串口通信動(dòng)態(tài)傳輸數(shù)據(jù)，使搶答系統(tǒng)具有了更完善的功能。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)給予了搶答系統(tǒng)“身軀”，而單片機(jī)的應(yīng)用程序則賦予了其新的“生命”。但單片機(jī)系統(tǒng)也有許多需要改進(jìn)的缺點(diǎn)：（1）單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)電路相比較為簡(jiǎn)單，但在許多場(chǎng)合仍是比較復(fù)雜，該系統(tǒng)中需要包含擴(kuò)展電路和配置電路部分，所以該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)工作量相對(duì)較大，影響系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)間。（2）系統(tǒng)的抗干擾能力相對(duì)較差，在

61、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，雖然注意了芯片、器件的選擇，去耦濾波，電路板的布線，通道隔離及屏蔽，但由于工作條件的不穩(wěn)定性，很難保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。（3）系統(tǒng)需要自己設(shè)計(jì)電源，而且不能保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。（4）維護(hù)維修相對(duì)比較麻煩，維修時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)功能升級(jí)更換非常麻煩。</p><p>　　而PLC在設(shè)計(jì)最初，就是注重于工業(yè)運(yùn)用，對(duì)于抗干擾、設(shè)備接口、聯(lián)網(wǎng)、模塊化都有完善的技術(shù)支撐，使用簡(jiǎn)單。由于PLC產(chǎn)生最初，價(jià)格較貴，應(yīng)

62、用的不夠廣泛，但是進(jìn)入80年代中后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，并且為了進(jìn)一步提高PLC的處理速度，各制造商還紛紛研制了專用邏輯處理芯片，使得PLC的應(yīng)用范圍越來(lái)越大。與單片機(jī)系統(tǒng)相比，PLC更加靈活簡(jiǎn)便，可靠性、抗干擾能力較強(qiáng)，并且PLC的操作和語(yǔ)言相當(dāng)簡(jiǎn)單，容易掌握。相比之下，PLC在技術(shù)層面更占優(yōu)勢(shì)。雖然PLC的價(jià)格稍貴，但是隨著微處理器價(jià)格的不斷降低和PLC的廣泛應(yīng)用，這點(diǎn)劣勢(shì)也在漸漸消除

63、。</p><p>　　因此，結(jié)合上面的分析，決定采用PLC來(lái)設(shè)計(jì)競(jìng)賽搶答器。</p><p>　　第4章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 硬件電路分析</p><p>　　PLC根據(jù)搶答器的要求進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，通過(guò)裁判員和參賽選手所對(duì)應(yīng)的按鈕作為輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC進(jìn)行信號(hào)處理，控制外圍信號(hào)的輸出，外部結(jié)構(gòu)通過(guò)蜂鳴器、臺(tái)燈和數(shù)碼顯

64、示管顯示輸出信號(hào)。八路知識(shí)競(jìng)賽搶答器有10個(gè)輸入信號(hào)（裁判臺(tái)按鈕1個(gè)、參賽臺(tái)選手按鈕8個(gè)、復(fù)位按鈕1個(gè)），13個(gè)輸出信號(hào)（裁判臺(tái)燈1個(gè)、參賽選手臺(tái)燈8個(gè)、蜂鳴器1個(gè)、數(shù)碼顯示管3個(gè)），因此，PLC有10個(gè)輸入點(diǎn)，31個(gè)輸出點(diǎn)（每個(gè)數(shù)碼顯示管需要7個(gè)輸出點(diǎn)）。結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。（系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示）</p><p>　　圖4.1 控制結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　4.2

65、PLC機(jī)型的選擇</p><p>　　現(xiàn)在的市場(chǎng)上，越 來(lái)越多的PLC可供人們選擇。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、價(jià)格也各不相同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比，所以，PLC機(jī)型的選擇也需要從以下方面來(lái)考慮。</p><p>　?、?PLC的I/O點(diǎn)數(shù)估算</p><

66、p>　　I/O點(diǎn)數(shù)是衡量PLC規(guī)模大小的重要指標(biāo)。根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，選擇相應(yīng)規(guī)模的PLC并留有10%~15%的I/O裕量。估算出被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)后，就可選擇點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC。如果是為了單機(jī)自動(dòng)化或機(jī)電一體化產(chǎn)品，可選用小型機(jī)，如果控制系統(tǒng)較大，輸入輸出點(diǎn)數(shù)較多，被控制設(shè)備分散，就可選用大、中型PLC。</p><p><b>　?、?內(nèi)存估計(jì)</b><

67、/p><p>　　用戶程序所需內(nèi)存容量要受下面幾個(gè)因素影響：內(nèi)存利用率；開(kāi)關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)；模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)；用戶的變成水平。</p><p><b>　?、?響應(yīng)時(shí)間</b></p><p>　　對(duì)過(guò)程控制，掃描周期和響應(yīng)時(shí)間必須認(rèn)真考慮。PLC順序掃描的工作方式使它不能可靠地接收持續(xù)時(shí)間小于掃描周期的輸入信號(hào)。</p><

68、p>　　系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間是指輸入信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻與由此而使輸出信號(hào)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)刻的時(shí)間間隔。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間=輸入濾波時(shí)間+輸出濾波時(shí)間+掃描周期。</p><p>　?、?功能、結(jié)構(gòu)要合理</p><p>　　單機(jī)控制往往是用一臺(tái)PLC控制一臺(tái)設(shè)備，或者一臺(tái)PLC控制幾臺(tái)小設(shè)備，單機(jī)控制沒(méi)有PLC間的通信問(wèn)題，但是功能要求全面，選擇箱體式結(jié)構(gòu)的PLC為好。若被控對(duì)象是開(kāi)關(guān)量和模擬量共有，就要

69、選擇有相應(yīng)功能的PLC。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC構(gòu)成系統(tǒng)靈活，易于擴(kuò)充，但造價(jià)高，適于大型復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。</p><p><b>　?、?結(jié)構(gòu)形式的考慮</b></p><p>　　PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU防在一塊大印刷電路板上，節(jié)省了插接環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格也比模塊化的便宜，所以小型PLC控制系統(tǒng)多

70、采用整體式結(jié)構(gòu)。模塊式PLC的功能擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式方便靈活。維修時(shí)更換模塊，判斷與處理故障方便。因此，對(duì)于較復(fù)雜的要求較高的系統(tǒng)，一般選用模塊式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　經(jīng)查閱三菱PLC資料、考慮本設(shè)計(jì)需求并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件，由于本設(shè)計(jì)需要10個(gè)輸入點(diǎn)，31個(gè)輸出點(diǎn)，故選擇三菱FX2N-64MR-001的PLC作為控制主機(jī)。</p><p>　　4.

71、3 PLC外圍七段LED顯示器設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 LED數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　LED就是light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡(jiǎn)稱LED。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。LED數(shù)碼管即是將條形發(fā)光二極管按照共陰極或共陽(yáng)極的方法連接，可以實(shí)現(xiàn)

72、0~9的顯示。LED與熒光數(shù)碼管等相比，有體積小、功耗低、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)、亮度高、單色性好、發(fā)光響應(yīng)的時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于家用電器、數(shù)字化儀表等裝置的數(shù)字顯示器件。</p><p>　　常見(jiàn)的LED數(shù)碼顯示管的結(jié)構(gòu)如圖4.2所示，a~g為對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，DP為小數(shù)點(diǎn)，需要顯示數(shù)字的時(shí)候，使其某幾個(gè)點(diǎn)亮即可。</p><p>　　圖4.2 LED數(shù)碼顯示管結(jié)構(gòu)圖</p&g

73、t;<p>　　4.3.2 LED數(shù)碼管的主要特性</p><p>　　LED數(shù)碼管的工作電壓1.5~5V，一般為1.5~2.5V，工作電流5~10mA，高亮度管可在低電壓和小電流（1mA左右）條件下工作；并且單色性好，亮度高、高頻特性優(yōu)良，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，一般小于0.1μs，工作溫度為-30~+80℃，使用壽命很長(zhǎng)，可達(dá)5M小時(shí)以上；LED數(shù)碼管每筆畫工作電流在5~10mA之間，若電流過(guò)大會(huì)損壞

74、數(shù)碼管，因此在使用時(shí)候必須加限流電阻。</p><p>　　4.3.3 PLC與七段數(shù)碼管方案選擇</p><p>　　在許多工業(yè)控制中，由于PLC具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于控制對(duì)象的下位機(jī)。但對(duì)于一般的中小型的專用設(shè)備，若采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)使得成本大大提高，同時(shí)也不便于在操作現(xiàn)場(chǎng)直接讀取或數(shù)據(jù)輸入。而在顯示數(shù)據(jù)較少時(shí)，采用PLC控制LED直接進(jìn)行數(shù)據(jù)

75、顯示，可以節(jié)約成本，并使得數(shù)據(jù)顯示直觀。當(dāng)需要顯示較多數(shù)據(jù)的時(shí)候，使用PLC的話會(huì)需要較多的輸出點(diǎn)數(shù)，并且增大了PLC梯形圖編制的難度和復(fù)雜程度，顯示速度也會(huì)大大降低。因此在PLC通過(guò)模塊外界顯示電路，一般要求占用輸出點(diǎn)數(shù)少、外接電路簡(jiǎn)單、輸出顯示速度盡可能快。</p><p>　　結(jié)合本設(shè)計(jì)，由于輸入輸出點(diǎn)并不是很多，采用PLC控制LED直接進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，可以大大降低設(shè)計(jì)成本，并且梯形圖和外接電路都簡(jiǎn)單直接。&

76、lt;/p><p>　　4.3.4 外部硬件接線圖</p><p>　　為了硬件電路接線方便，SB0作為搶答的開(kāi)始按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為X0，輸出點(diǎn)為Y0。SB1、SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8分別對(duì)應(yīng)八個(gè)參賽隊(duì)號(hào)，輸入點(diǎn)分別X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10，輸出點(diǎn)分別為Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8。SB9作為搶答的復(fù)位按鈕，對(duì)應(yīng)輸入點(diǎn)為X

77、11。音響輸出點(diǎn)為Y17。裁判臺(tái)燈輸出點(diǎn)為Y27.數(shù)碼管1顯示輸出點(diǎn)為Y10-Y16。數(shù)碼管2顯示輸出點(diǎn)為Y20-Y26。數(shù)碼管3顯示輸出點(diǎn)為Y30-Y36。</p><p>　　在使用Altium Designer 6.X軟件畫電路圖時(shí)，由于臺(tái)燈使用較多且EL顯示形態(tài)過(guò)大，一張圖紙不足以畫出全圖，因此用發(fā)光二極管代替臺(tái)燈。（外部硬件接線圖如圖4.3所示）由于本設(shè)計(jì)的時(shí)間有限，并且本人能力不足，并未做出實(shí)物。&l

78、t;/p><p>　　圖4.3 外部硬件接線圖</p><p><b>　　第5章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 I/O分配</p><p>　　表5.1 知識(shí)競(jìng)賽搶答器輸入輸出口分配表</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要有10個(gè)輸入點(diǎn)，以SB0作為裁判臺(tái)開(kāi)始按鈕，輸入點(diǎn)為X0；SB

79、1~SB8為參賽隊(duì)搶答按鈕，輸入點(diǎn)依次為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X10；SB9為裁判臺(tái)復(fù)位按鈕，輸入點(diǎn)為X11。相對(duì)應(yīng)的，設(shè)計(jì)還需要31個(gè)輸出點(diǎn)，EL0為裁判臺(tái)臺(tái)燈，由輸出點(diǎn)Y27控制；鈴聲BY由Y17控制；EL1~EL8為參賽隊(duì)臺(tái)燈，由輸出點(diǎn)Y0~Y7控制；LE1為數(shù)碼顯示管1，顯示搶答出的參賽隊(duì)隊(duì)號(hào)，由輸出點(diǎn)Y10~Y16驅(qū)動(dòng)；LE2為數(shù)碼顯示管2，顯示15S時(shí)間倒計(jì)時(shí)個(gè)位，由Y20~Y26驅(qū)動(dòng)；LE3為數(shù)碼顯示管

80、3，顯示15S時(shí)間倒計(jì)時(shí)十位，由Y30~Y36驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　5.2 根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)梯形圖</p><p>　　這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，X0為開(kāi)始按鈕，按下后允許搶答繼電器M0自鎖，當(dāng)15s計(jì)時(shí)、30s計(jì)時(shí)完成或者主持人按下復(fù)位按鈕時(shí)才能解除自鎖。</p><p>　　M0得電后，可以進(jìn)行搶答，X1、X2為隊(duì)伍1、隊(duì)伍2的搶答按鈕輸入信號(hào)，M1、M2為對(duì)應(yīng)的輔助

81、繼電器，按下X1或X2，輔助繼電器自鎖得電，其他隊(duì)伍無(wú)法進(jìn)行搶答。同理，可設(shè)計(jì)出其他6只隊(duì)伍的搶答梯形圖，由于梯形圖過(guò)于龐大，在此就不再畫出，具體詳見(jiàn)附錄1。</p><p>　　該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)15s搶答計(jì)時(shí)，M0自鎖得電后，T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，15s內(nèi)有隊(duì)伍搶答成功則計(jì)時(shí)停止。15s內(nèi)無(wú)人搶答則M0失電，整個(gè)搶答系統(tǒng)恢復(fù)常態(tài)，為下一次搶答做準(zhǔn)備。</p><p>　　本段網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)搶答鈴聲輸出控制和

82、回答問(wèn)題的30s計(jì)時(shí)，若有隊(duì)伍搶答成功，則Y17輸出0.5s，即鈴聲響0.5s同時(shí)回答問(wèn)題的30s計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)開(kāi)始，若回答問(wèn)題超時(shí)，則T3工作，鈴聲再響0.5s。</p><p>　　若15s內(nèi)無(wú)人搶答或答題時(shí)間超過(guò)30s，則Y27得電，控制裁判臺(tái)臺(tái)燈亮，提醒選手無(wú)人搶答或答題超時(shí)。</p><p>　　若有隊(duì)伍搶答成功，比如隊(duì)伍1或隊(duì)伍2，輔助繼電器M1或M2得電，控制輸出Y0或Y1，使得

83、對(duì)應(yīng)的參賽隊(duì)伍的臺(tái)燈亮，同理，其余六只隊(duì)伍的臺(tái)燈輸出信號(hào)與其類似，詳細(xì)見(jiàn)附錄1。</p><p>　　按下開(kāi)始按鈕X0則M100自鎖得電，控制后面的Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15的輸出，使數(shù)碼顯示管1顯示字符“0”。</p><p>　　Y10輸出點(diǎn)控制數(shù)碼顯示管1的a筆畫，由繼電器M2、M3、M5、M7、M8、M100進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。同理，Y11輸出點(diǎn)控制數(shù)碼顯示管1的b筆畫，

84、由繼電器M1、M2、M3、M4、M7、M8、M100驅(qū)動(dòng)；Y12輸出點(diǎn)控制數(shù)碼顯示管1的c筆畫，由繼電器M1、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M100驅(qū)動(dòng)；Y13輸出點(diǎn)控制數(shù)碼顯示管1的d筆畫，由繼電器M2、M3、M5、M6、M8、M100驅(qū)動(dòng)；Y14輸出點(diǎn)控制數(shù)碼顯示管1的e筆畫，由繼電器M2、M6、M8、M100驅(qū)動(dòng)；Y15輸出點(diǎn)控制數(shù)碼顯示管1的f筆畫，由繼電器M4、M5、M6、M8、M100驅(qū)動(dòng)；Y16輸出點(diǎn)控制數(shù)碼顯示管1

85、的g筆畫，由繼電器M2、M3、M4、M5、M6、M8驅(qū)動(dòng)。詳細(xì)梯形圖見(jiàn)附錄。</p><p>　　本段網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)1s脈沖程序。</p><p>　　搶答允許繼電器M0得電后，M9得電，而M9驅(qū)動(dòng)輸出點(diǎn)Y20、Y21、Y22、Y23、Y24、Y25，使得數(shù)碼顯示管2顯示字符“0”。</p><p>　　M25控制SFTL位左移指令，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示管2的從0~9的顯示。&l

86、t;/p><p>　　數(shù)碼顯示管2實(shí)現(xiàn)0~9顯示后，繼電器M10~M18全部復(fù)位，M9得電，使得數(shù)碼管2顯示字符“0”。同時(shí)，下面網(wǎng)絡(luò)工作，使得數(shù)碼顯示管3顯示字符“1”。</p><p>　　繼電器M22~M24在需要的狀態(tài)復(fù)位，做好為下一輪循環(huán)進(jìn)行的準(zhǔn)備。</p><p>　　為使得數(shù)碼顯示管可以顯示相應(yīng)的字符，輸出點(diǎn)需要由不同的繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。比如Y20是由繼電器

87、M9、M11、M12、M14、M17、M18驅(qū)動(dòng)，當(dāng)其中任何一個(gè)繼電器得電，則Y20輸出點(diǎn)輸出。其網(wǎng)絡(luò)梯形圖如下：</p><p>　　同理，可根據(jù)要求設(shè)計(jì)出Y21控制數(shù)碼顯示管2的b筆畫，由繼電器M9、M10、M11、M12、M13、M16、M17、M18驅(qū)動(dòng)；Y22控制數(shù)碼顯示管2的c筆畫，由繼電器M9、M10、M12、M13、M14、M15、M16、M17、M18驅(qū)動(dòng)；Y23控制數(shù)碼顯示管2的d筆畫，由繼電

88、器M9、M11、M12、M14、M15驅(qū)動(dòng)；Y24控制數(shù)碼顯示管2的e筆畫，由繼電器M9、M11、M15、M17驅(qū)動(dòng)；Y25控制數(shù)碼顯示管2的f筆畫，由繼電器M9、M13、M14、M15、M17、M18驅(qū)動(dòng)；Y26控制數(shù)碼顯示管2的g筆畫，由繼電器M11、M12、M13、M14、M15、M17、M18驅(qū)動(dòng)。同時(shí)也可以得出數(shù)碼顯示管3各筆畫輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)繼電器。其具體的梯形圖如附錄所示。</p><p>　　5.3

89、 程序運(yùn)行過(guò)程分析</p><p>　?、?當(dāng)裁判按下開(kāi)始X0按鈕，信號(hào)傳入PLC中，中間繼電器M0得電，8只參賽隊(duì)伍處于搶答狀態(tài)。然后根據(jù)哪個(gè)隊(duì)最先搶到題目，然后在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)作答，或答題超時(shí)，均可以由臺(tái)燈、音響和顯示電路作出反應(yīng)。比如1號(hào)參賽隊(duì)最先按下?lián)尨鸢粹o，搶答成功，繼電器M1得電自鎖，M1的常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，其他隊(duì)伍再進(jìn)行按搶答按鈕時(shí)均無(wú)效，而答題的30s計(jì)時(shí)由計(jì)時(shí)器T1控制。</p><

90、;p>　　① 若1號(hào)隊(duì)伍搶答超時(shí)，30s計(jì)時(shí)器T1得電，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Y27得電，輸出信號(hào)，裁判臺(tái)燈亮；同時(shí)，0.5s計(jì)時(shí)器T3計(jì)時(shí)，鈴聲信號(hào)Y17輸出信號(hào)，鈴聲響0.5s后，T3得電，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，Y17失電，鈴聲不再響。</p><p>　?、?若1號(hào)隊(duì)伍違規(guī)搶答，在裁判員未按開(kāi)始按鈕前搶答，由于中間繼電器M0未得電，搶答器不會(huì)作出任何反應(yīng)。</p><p>　?、?/p>

91、 若無(wú)人搶答，15s時(shí)間到，計(jì)時(shí)器T0得電，Y27輸出裁判臺(tái)燈信號(hào)，Y17輸出鈴聲信號(hào)，T2計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)0.5s后Y17停止輸出，實(shí)現(xiàn)無(wú)人搶答時(shí)裁判臺(tái)燈亮+音響叫（0.5s）的狀態(tài)。</p><p>　?、?搶答參賽隊(duì)伍號(hào)碼顯示，采用Y10~Y16控制數(shù)碼顯示管1顯示，當(dāng)有人搶答時(shí)即可顯示出搶答的隊(duì)伍號(hào)碼，初始狀態(tài)時(shí)，裁判按下開(kāi)始按鈕后，M100得電，顯示管顯示“0”字符。</p><p>

92、　　若隊(duì)伍1搶答成功，中間繼電器M1自鎖得電，驅(qū)動(dòng)輸出點(diǎn)Y11和Y12，使數(shù)碼顯示管顯示字符“1”，表示1號(hào)參賽隊(duì)伍搶答成功。</p><p>　　若隊(duì)伍2搶答成功，中間繼電器M2自鎖得電，驅(qū)動(dòng)輸出點(diǎn)Y10、Y11、Y13、Y14、Y16，使數(shù)碼管顯示字符“2”，表示2號(hào)參賽隊(duì)伍搶答成功。</p><p>　　依次類推，隊(duì)伍3搶答成功，繼電器M3驅(qū)動(dòng)Y10、Y11、Y12、Y13、Y16，

93、數(shù)碼顯示管顯示字符“3”；隊(duì)伍4搶答成功，繼電器M4驅(qū)動(dòng)Y11、Y12、Y15、Y16，數(shù)碼顯示管顯示字符“4”；隊(duì)伍5搶答成功，繼電器M5驅(qū)動(dòng)Y10、Y12、Y13、Y15、Y16，數(shù)碼顯示管顯示字符“5”；隊(duì)伍6搶答成功，繼電器M6驅(qū)動(dòng)Y12、Y13、Y14、Y15、Y16，數(shù)碼顯示管顯示字符“6”；隊(duì)伍7搶答成功，繼電器M7驅(qū)動(dòng)Y10、Y11、Y12，數(shù)碼顯示管顯示字符“7”；隊(duì)伍8搶答成功，繼電器M8驅(qū)動(dòng)Y10、Y11、Y12、

94、Y13、Y14、Y15、Y16，數(shù)碼顯示管顯示字符“8”。</p><p>　?、?搶答計(jì)時(shí)程序。計(jì)時(shí)脈沖產(chǎn)生程序由計(jì)時(shí)器T4、T5組成。當(dāng)裁判按下開(kāi)始按鈕，搶答允許繼電器M0閉合，計(jì)時(shí)器T4開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)0.5s，T4的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，計(jì)時(shí)器T5工作；經(jīng)過(guò)0.5s，T5的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，T4復(fù)位，T5產(chǎn)生一個(gè)由“OFF”到“ON”的上升沿脈沖信號(hào)，接通秒個(gè)位移繼電器M30。經(jīng)過(guò)一個(gè)掃描周期后，T5再產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈

95、沖信號(hào)，秒個(gè)位移繼電器M30再次工作，依次下去。</p><p>　?、?計(jì)時(shí)顯示程序。計(jì)時(shí)顯示程序由輸出繼電器Y20~Y26驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管2、輸出繼電器Y30~Y36驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管3來(lái)完成。其中數(shù)碼顯示管2擔(dān)任秒個(gè)位的顯示，數(shù)碼顯示管3擔(dān)任十位的顯示。</p><p>　　允許搶答繼電器M0閉合后，繼電器M9、M21閉合，輸出繼電器Y20、Y21、Y22、Y23、Y24、Y25、Y30、

96、Y31、Y32、Y33、Y34、Y35閉合，使得數(shù)碼顯示管2和數(shù)碼顯示管3顯示字符“0”，同時(shí)秒計(jì)時(shí)程序開(kāi)始工作。經(jīng)過(guò)1s后，M25閉合，SFTL指令工作，左移一位，將M9中的“ON”狀態(tài)轉(zhuǎn)移至M10中，M10閉合，輸出繼電器Y21、Y22工作，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管2顯示字符“1”，同理，隨著秒脈沖計(jì)時(shí)程序的工作，每經(jīng)過(guò)一秒，M25便閉合一次，位左移指令SFTL左移一位，使得數(shù)碼顯示管2顯示字符“2、3、4…、9”。</p>&

97、lt;p>　　當(dāng)“ON”狀態(tài)轉(zhuǎn)移到M18繼電器時(shí)，數(shù)碼顯示管2顯示字符“9”；經(jīng)過(guò)1s，“ON”狀態(tài)轉(zhuǎn)移至M19中時(shí)，ZRST指令工作，繼電器M10~M18全部復(fù)位，M9又閉合，數(shù)碼顯示管2又顯示字符“0”；同時(shí)繼電器M20閉合，產(chǎn)生一個(gè)秒周期掃描脈沖，將繼電器M21中的“ON”狀態(tài)左移至M22中，使得輸出繼電器Y31、Y32閉合，數(shù)碼顯示管3顯示字符“1”，個(gè)位與十位合并，可顯示字符“10”。下一個(gè)秒脈沖周期，十位的數(shù)碼顯示管3

98、保持字符“1”不變，個(gè)位數(shù)碼顯示管循環(huán)工作，顯示字符“1、2…”。</p><p>　　若15s搶答時(shí)間內(nèi)有人搶答，則30s答題計(jì)時(shí)器T1開(kāi)始工作，同時(shí)繼電器M10~M18、M22~M24全部復(fù)位，計(jì)時(shí)程序從頭開(kāi)始循環(huán)，直至裁判按下復(fù)位按鈕X11或者搶答隊(duì)伍答題超時(shí)。</p><p>　　按下復(fù)位按鈕SB9，輸入點(diǎn)X11由“OFF”到“ON”，各輸出繼電器、中間繼電器全部釋放，為下一次搶答

99、做好準(zhǔn)備。</p><p>　　第6章 八路搶答器用三菱FX2N-64MR-001的模擬調(diào)試</p><p>　　6.1 三菱FX2N系列PLC簡(jiǎn)介</p><p>　　控制規(guī)模：16~256點(diǎn)；內(nèi)置8K容量的RAM存儲(chǔ)器，最大可以擴(kuò)展到16K；CPU運(yùn)算處理速度0.08μS/基本指令；在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊；基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最

100、高20KHZ定位功能（晶體管輸出型）。</p><p>　　FX2N系列PLC是PLC中最先進(jìn)的超級(jí)微型PLC。FX2N系列PLC擁有非常高的響應(yīng)速度、高級(jí)的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)。FX2N系列PLC是從16路到256路I/O的多種應(yīng)用的選擇方案，適用在多個(gè)基本組件之間的連接、模擬控制、定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。它在基本單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行16~256點(diǎn)的靈活I(lǐng)/O組合。

101、可選用16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展，可根據(jù)電源及輸出形式自由選擇。</p><p>　　三菱FX2N-64MR-001具有64個(gè)輸入輸出點(diǎn)，由繼電器輸出，擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)為48~64點(diǎn)。圖形如圖6.1所示。該P(yáng)LC可用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有較多的輸入輸出點(diǎn)，還有更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展功能，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系

102、統(tǒng)。</p><p>　　圖6.1 FX2N-64MR-001 </p><p>　　6.2 八路搶答器模擬結(jié)果調(diào)試</p><p>　　知識(shí)競(jìng)賽搶答器的程序是由三菱PLC編程軟件GX-DEVELOPER 7.0編制完成，正常工作時(shí)程序存放在存儲(chǔ)卡中，若要修改程序，先將PLC設(shè)定在STOP狀

103、態(tài)下，運(yùn)行三菱PLC編程軟件GX-DEVELOPER 7.0編程軟件，打開(kāi)知識(shí)競(jìng)賽搶答器的程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進(jìn)行調(diào)試。</p><p>　　打開(kāi)GX-DEVELOPER 7.0軟件后，讀入程序，運(yùn)行三菱PLC。若搶答器的初始狀態(tài)，輸入輸出點(diǎn)全部熄滅，接通X0，進(jìn)入搶答狀態(tài)，15s計(jì)時(shí)開(kāi)始，可以看到，控制15s計(jì)時(shí)的輸出口Y20~Y26以及Y30~Y36按照一定規(guī)律點(diǎn)亮；若隊(duì)伍1搶答成功，即隊(duì)伍1在其

104、他隊(duì)伍未按下前搶答，則可觀察到Y(jié)27輸出0.5s，即鈴聲響0.5s，Y11、Y12輸出點(diǎn)亮，可使得數(shù)碼顯示管顯示“1”。且15s計(jì)時(shí)程序停止，重新開(kāi)始循環(huán)，計(jì)時(shí)30s，若30s內(nèi)回答成功，則X11復(fù)位。30s內(nèi)未完成回答，Y27亮，Y17亮0.5s，即裁判臺(tái)燈亮，鈴聲響0.5s。若無(wú)隊(duì)伍搶答，計(jì)時(shí)15s結(jié)束，Y17亮0.5s，Y27亮，即實(shí)現(xiàn)裁判臺(tái)燈亮，音響響0.5s的功能。在裁判沒(méi)有按下X0即接通X0之前，搶按搶答按鈕搶答器不予任何反

105、應(yīng)。</p><p>　　以上過(guò)程說(shuō)明搶答過(guò)程及設(shè)計(jì)基本符合要求。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　在當(dāng)今社會(huì)中，搶答器的運(yùn)用已經(jīng)不僅僅局限于競(jìng)賽搶答、股票交易等場(chǎng)合中，在很多娛樂(lè)場(chǎng)所，也逐漸運(yùn)用的越來(lái)越廣泛，比如最近江蘇衛(wèi)視很火的“非誠(chéng)勿擾”、“非你莫屬”，以及求職活動(dòng)“職來(lái)職往”等等。本設(shè)計(jì)的搶答器是針對(duì)八路參

106、賽選手設(shè)計(jì)的，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)靈敏的搶答，無(wú)人搶答，答題超時(shí)，違規(guī)搶答的功能，而且通過(guò)修改梯形圖的程序，外圍電路或PLC型號(hào)的改變，可以變?yōu)槎辔粨尨鹌鳎瑢?shí)現(xiàn)更多更全的功能。</p><p>　　從拿到本設(shè)計(jì)的題目至今，已經(jīng)有半個(gè)多學(xué)期，經(jīng)過(guò)這3個(gè)多月的努力，在指導(dǎo)老師的幫助下完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作，由于自己能力有限，最終的設(shè)計(jì)并未與預(yù)想的那么完美，沒(méi)有完成計(jì)分程序的設(shè)計(jì)。但是通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我能夠運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)解決遇到

107、的很多問(wèn)題，大大提高了自己的動(dòng)手能力和思考鉆研能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了能更好的完成設(shè)計(jì)，我查閱了大量的資料，并認(rèn)真的閱讀思考了與本設(shè)計(jì)有關(guān)的書籍和雜志，使我的眼界和知識(shí)面也有了一定程度的增加。在本次設(shè)計(jì)中，也用到了許多與專業(yè)相關(guān)的知識(shí)，這讓我在離校前又復(fù)習(xí)和熟悉了大學(xué)四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，相信這段經(jīng)歷會(huì)對(duì)我以后的工作和生活都是有好處的。真正的設(shè)計(jì)與理論上的東西還是有著很大出入的，所以很多問(wèn)題的研究，不僅僅只能局限于表面，還要深入了解知識(shí)