第1章 引言

利用CPU224型PLC設(shè)計(jì)了八路搶答器控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、外部端子接線圖、梯形圖及語句表。搶答器廣泛應(yīng)用于各種知識競賽中，傳統(tǒng)的搶答器大部分都是基于數(shù)字電路組成的，制作過程復(fù)雜，可靠性差。本文介紹一種以西門子S7-200型PLC為核心的八路搶答器系統(tǒng)，它充分利用了PLC的優(yōu)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好等特點(diǎn)。

1.1 設(shè)備概況

實(shí)用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設(shè)備，無論是學(xué)校、工廠、軍隊(duì)還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有的各種各樣的智力競賽搶答器絕大多數(shù)是早期設(shè)計(jì)的，只具有搶答鎖定功能的一個(gè)電路，以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品，這部分搶答器已相當(dāng)成熟�，F(xiàn)在的搶答器具有倒計(jì)時(shí)、定時(shí)、自動（或手動）復(fù)位、報(bào)警（即聲響提示，有的以音樂的方式來體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單(有的甚至沒有顯示電路)，無法判斷提前搶按按鈕的行為，不便于電路升級換代。本設(shè)計(jì)要求就是利用PLC作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達(dá)到公正、公平、公開。

1.2 控制要求

1）搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。 2）設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。

3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

4）搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。

5）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

6）如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。

第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 搶答器系統(tǒng)組成

搶答器控制系統(tǒng)分５部分：ＰＬＣ、搶答按鈕、音響電路和顯示部分，它利用搶答按鈕輸入各路的搶答信號，經(jīng)ＰLC處理，輸出控制信號，控制數(shù)碼管和音響提示電路工作。

圖2.1

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程

1）搶答器同時(shí)為八組選手提供了八個(gè)按鈕SB0-SB7。 2）復(fù)位按鈕SB8，開始搶答按鈕SB9。

3）搶答器鎖存與顯示功能設(shè)計(jì)：當(dāng)有選手按動按鈕時(shí)，梯形圖中M0.1實(shí)現(xiàn)自鎖，當(dāng)M0.1自鎖得電時(shí)，常閉觸電斷開，在實(shí)現(xiàn)音響電路和指示燈電路的輸出的同時(shí)完成優(yōu)先鎖存，實(shí)現(xiàn)屏蔽，并在LED數(shù)碼管上顯示。通過自鎖優(yōu)先搶答選手的編號一直保持直到到主持人按下復(fù)位按鈕SB8自鎖解除。

4）復(fù)位按鈕SB8接PLC的I1.1，貫穿于整個(gè)梯形圖，具有最高優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)中斷，中斷后數(shù)碼管顯示30。

5）倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)：本系統(tǒng)搶答計(jì)時(shí)30s，數(shù)碼管２、數(shù)碼管３顯示部分的設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示方式。整個(gè)過程為30s，當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令（即按下I1.0按鈕）后，倒計(jì)時(shí)顯示。

 

搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6）數(shù)碼管顯示的設(shè)計(jì)：參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，由于常閉開關(guān)T38斷開，步進(jìn)梯形圖停止到正在運(yùn)行的一步，保持輸出，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。七段數(shù)碼管顯示器編碼表（表4.1）及示意圖（圖4.2）如下：

圖2.2

 

 

表2.2

2.3 工作過程設(shè)計(jì)

1）每當(dāng)主持人發(fā)出開始搶答指令（即按下I0.0按鈕）同時(shí)音響電路發(fā)出音響提示信號（設(shè)持續(xù)0.5s），哪組選手最先按下?lián)尨鸢粹o，則數(shù)碼管１就顯示該組的編號，，以指示搶答成功，并對其后的搶答信號不再響應(yīng)，選手答題完畢后，由主持人按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)才能開始下一輪搶答。

2）無法提前搶答。

3）搶答限時(shí)：當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，定時(shí)器Ｔ38開始計(jì)時(shí)（設(shè)定時(shí)30ｓ，若30ｓ時(shí)限到時(shí)仍無人搶答，發(fā)出聲響，以示選手放棄該題。

工作流程圖（圖2.3）如下：

 

圖2.3 plc搶答器程序設(shè)計(jì)流程圖

2.4 硬件接線圖及ＩＯ端子分配表

本系統(tǒng)采用西門子公司生產(chǎn)的CPU224型PLC以及2個(gè)CM222。該型的PLC功能較強(qiáng)大，提供14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn)，每個(gè)CM222擴(kuò)展8個(gè)輸出點(diǎn)。西門子PLC的編程指令簡單易懂且程序設(shè)計(jì)靈活，可采用梯形圖或者指令語言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。I O端子分配表與硬件連接圖如表2.4、圖2.4所示：

表2.4

 

圖2.4 八路選手搶答器IO端口分配圖

66

2.5調(diào)試運(yùn)行

經(jīng)過調(diào)試（如圖2.5），按下開關(guān)SB8計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，選手開始搶答，在此期間按下選手按鈕計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，同時(shí)數(shù)碼管1鎖存選手號碼，數(shù)碼管2與數(shù)碼管3共同顯示所剩時(shí)間。若無人搶答計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束蜂鳴器輸出端Q0.0有信號，同時(shí)選手按鈕開關(guān)再按下無效。經(jīng)過調(diào)試，程序滿足需求，調(diào)試運(yùn)行成功。

 

圖2.5

2.6梯形圖

 

9

10

 

11

 

12

 

13

 

14

 

15

 

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2.7語句表

TITLE=PROGRAM COMMENTS Network 1 // Network Title

O Q0.2 O Q0.3 // Network Comment

LD I1.0 O M0.1 AN I1.1 AN T38 TON T36, 5 = M0.1 Network 2 LD M0.3 O I1.0 AN I1.1 AN I0.2 AN I0.3 AN I0.4 AN I0.5 AN I0.6 AN I0.7 AN I0.0 AN I0.1 = M0.3 Network 3 LD I1.0 O Q0.0 AN T36 AN I1.1 = Q0.0 Network 4 LD Q0.7 O Q0.1

O Q0.4 O Q0.5 O Q0.6 AN I1.1 = M0.4 Network 5 LD M0.5 O Q0.1 AN I1.1 A M0.1 = Q0.1 Network 6 LD M0.6 O Q0.2 AN I1.1 A M0.1 = Q0.2 Network 7 LD M0.7 O Q0.3 AN I1.1 A M0.1 = Q0.3 Network 8 LD M1.0 O Q0.4 AN I1.1 A M0.1 = Q0.4

Network 9 LD M1.1 O Q0.5 AN I1.1 A M0.1 = Q0.5 Network 10 LD M1.2 O Q0.6 AN I1.1 A M0.1 = Q0.6 Network 11 LD M1.3 O Q0.7 AN I1.1 A M0.1 = Q0.7 Network 12 LD I0.1 O I0.2 O I0.6 O I0.4 O I0.5 O I0.7 O M0.5 AN M0.4 = M0.5 Network 13 LD I0.0 O I0.1 O I0.2 O I0.3 O I0.6

O I0.7 O M0.6 AN M0.4 = M0.6 Network 14 LD I0.0 O I0.2 O I0.3 O I0.4 O I0.5 O I0.6 O I0.7 O M0.7 AN M0.4 = M0.7 Network 15 LD I0.1 O I0.2 O I0.4 O I0.5 O I0.7 O M1.0 AN M0.4 = M1.0 Network 16 LD I0.1 O I0.5 O I0.7 O M1.1 AN M0.4 = M1.1 Network 17 LD I0.3 O I0.4

O I0.5 O I0.7 O M1.2 AN M0.4 = M1.2 Network 18 LD I0.1 O I0.2 O I0.3 O I0.4 O I0.5 O I0.7 O M1.3 AN M0.4 = M1.3 Network 19 LD I1.0 O M0.2 A M0.3 AN I1.1 = M0.2 TON T38, 31 Network 20 LD M0.1 AN T39 AN T38 A M0.2 TON T39, 1 Network 21 LD T39 LD I1.1 CTU C1, 100 Network 22 LDW>= C1, 21

OW<= C1, 10 = Q2.0 Network 23 LDN I1.1 = Q2.1 Network 24 LDW<= C1, 0 OW>= C1, 11 = Q2.2 Network 25 LDW<= C1, 10 OW>= C1, 21 = Q2.3 Network 26 LDW>= C1, 1 AW<= C1, 10 OW>= C1, 21 = Q2.4 Network 27 LDW>= C1, 21 = Q2.5 Network 28 LDW<= C1, 10 = Q2.6 Network 29 LDW<= C1, 5 LDW<= C1, 8 AW>= C1, 7

OLD LDW>= C1, 10 AW<= C1, 15

OLD LDW>= C1, 17 AW<= C1, 18

OLD LDW<= C1, 25 AW>= C1, 20

OLD LDW>= C1, 27 AW<= C1, 28

OLD OW>= C1, 30 = Q3.0 Network 30 LDW<= C1, 3 LDW>= C1, 6 AW<= C1, 13

OLD LDW>= C1, 16 AW<= C1, 23

OLD OW>= C1, 26 = Q3.1 Network 31 LDW<= C1, 7 LDW>= C1, 9 AW<= C1, 17

OLD LDW>= C1, 19 AW<= C1, 27

OLD OW>= C1, 29 = Q3.2 Network 32 LDW<= C1, 2 LDW>= C1, 4 AW<= C1, 5

OLD

LDW>= C1, 7 AW<= C1, 8

OLD LDW>= C1, 10 AW<= C1, 12

OLD LDW>= C1, 14 AW<= C1, 15

OLD LDW>= C1, 17 AW<= C1, 18

OLD LDW>= C1, 20 AW<= C1, 22

OLD LDW>= C1, 24 AW<= C1, 25

OLD LDW>= C1, 27 AW<= C1, 28

OLD OW>= C1, 30 = Q3.3 Network 33 LDW<= C1, 0 LDW>= C1, 2 AW<= C1, 2

OLD LDW>= C1, 4 AW<= C1, 4

OLD LDW>= C1, 8 AW<= C1, 8

OLD

LDW>= C1, 10 AW<= C1, 10

OLD LDW>= C1, 12 AW<= C1, 12

OLD LDW>= C1, 14 AW<= C1, 14

OLD LDW>= C1, 18 AW<= C1, 18

OLD LDW>= C1, 20 AW<= C1, 20

OLD LDW>= C1, 22 AW<= C1, 22

OLD LDW>= C1, 24 AW<= C1, 24

OLD LDW>= C1, 28 AW<= C1, 28

OLD OW>= C1, 30 = Q3.4 Network 34 LDW<= C1, 2 LDW>= C1, 4 AW<= C1, 6

OLD LDW>= C1, 10 AW<= C1, 12

OLD

LDW>= C1, 14 AW<= C1, 16

OLD LDW>= C1, 20 AW<= C1, 22

OLD LDW>= C1, 24 AW<= C1, 26

OLD OW>= C1, 30 = Q3.5 Network 35 LDW>= C1, 1 AW<= C1, 2 LDW>= C1, 4 AW<= C1, 8

OLD LDW>= C1, 11 AW<= C1, 12

OLD LDW>= C1, 14 AW<= C1, 18

OLD LDW>= C1, 21 AW<= C1, 22

OLD LDW>= C1, 24 AW<= C1, 28

OLD = Q3.6 Network 36 LD T38 AN I0.1 = Q0.0

結(jié)論與設(shè)計(jì)總結(jié)

此次課程設(shè)計(jì)，每人一個(gè)題目。我做的是搶答器帶倒計(jì)時(shí)顯示的PLC電氣控制。通過對課本新指令的學(xué)習(xí)及從圖書館借閱圖書的查詢，我對這個(gè)設(shè)計(jì)題目有了一定的認(rèn)識，并形成了初步的設(shè)計(jì)思路。

PLC是一門側(cè)重應(yīng)用方向的學(xué)科。所以要多一點(diǎn)實(shí)踐。不要看不起小的項(xiàng)目，在其中你能總結(jié)出設(shè)計(jì)程序的邏輯思維方法，總結(jié)中不斷進(jìn)步。

通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。通過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。

在課程設(shè)計(jì)過程中我了解到，PLC并不是一門單一的編程技術(shù)，它是一門系統(tǒng)專業(yè)課程。PLC可以廣義的認(rèn)為是一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性PC機(jī)。首先需要精深PLC本身的編程語言梯形圖、語句表語言。

本搶答器系統(tǒng)雖是針對八路參賽選手設(shè)計(jì)的，但通過原理分析可知， 它也完全適用于少于八路選手的搶答場合。當(dāng)然，如果對外圍電路及程序稍加修改，就很容易使之?dāng)U展成更多路的搶答器。

搶答器豐富了我們的生活，社會中本來就充滿著競爭。只是沒有很明顯的表現(xiàn)出來，通過運(yùn)用它我們可以很好的證明自己的膽識和自信，所以做起搶答器來，也很想去了解它，對于八路搶答器原理也只是通過PLC控制表達(dá)出來，也沒什么復(fù)雜性，所以很好的做出來，但實(shí)踐中就有些小小的麻煩，就是電壓在實(shí)踐中很難把握。

在這次課程設(shè)計(jì)過程中，和同學(xué)交流中大家積極發(fā)言，提出各自的想法與意見，使得一些難題很快得到解決。在此過程中，加深了我們對PLC控制的認(rèn)識與理解，同時(shí)也提高了我們的表過能力。

參考文獻(xiàn)

[1]王宗才，機(jī)電傳動與控制.北京：電子工業(yè)出版社，2011：247-260 [2]程憲平，機(jī)電傳動與控制 .華中科技大學(xué)出版社，2003：102-110 [3]吳中俊，黃永紅.可編程控制器原理及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2003：57-66 [4]陳立定，蘇開才.電氣控制與可編程控制器.華南理工大學(xué)出版社，2001：42-45 [5]陳立定，電器控制與可編程控制器.廣東：華南理工大學(xué)出版社，2001：35-37 [6]吳中俊，黃永紅.可編程程序控制器原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003:7-9 [7]于慶廣，可編程控制原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2004:210-214 [8]史國生，電器控制與可編程控制器技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：235-239 [9]李媛，PLC原理與應(yīng)用.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009：7-15

[10]王永華，現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008：4-6