第1章 引言

利用CPU224型PLC設計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，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好等特點。

1.1 設備概況

實用搶答器的這一產(chǎn)品是各種競賽活動中不可缺少的設備，無論是學校、工廠、軍隊還是益智性電視節(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)是早期設計的，只具有搶答鎖定功能的一個電路，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成熟。現(xiàn)在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）復位、報警（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。本設計要求就是利用PLC作為核心部件進行邏輯控制及信號的產(chǎn)生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達到公正、公平、公開。

1.2 控制要求

1）搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。 2）設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。

3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時蜂鳴器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(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）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。

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

6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。

第2章 系統(tǒng)設計

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)設計過程

1）搶答器同時為八組選手提供了八個按鈕SB0-SB7。 2）復位按鈕SB8，開始搶答按鈕SB9。

3）搶答器鎖存與顯示功能設計：當有選手按動按鈕時，梯形圖中M0.1實現(xiàn)自鎖，當M0.1自鎖得電時，常閉觸電斷開，在實現(xiàn)音響電路和指示燈電路的輸出的同時完成優(yōu)先鎖存，實現(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位按鈕SB8自鎖解除。

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

5）倒計時設計：本系統(tǒng)搶答計時30s，數(shù)碼管２、數(shù)碼管３顯示部分的設計采用動態(tài)顯示方式。整個過程為30s，當主持人發(fā)出開始搶答指令（即按下I1.0按鈕）后，倒計時顯示。

 

搶答器PLC控制系統(tǒng)設計

6）數(shù)碼管顯示的設計：參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，由于常閉開關T38斷開，步進梯形圖停止到正在運行的一步，保持輸出，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，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 工作過程設計

1）每當主持人發(fā)出開始搶答指令（即按下I0.0按鈕）同時音響電路發(fā)出音響提示信號（設持續(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，選手答題完畢后，由主持人按下復位按鈕，系統(tǒng)才能開始下一輪搶答。

2）無法提前搶答。

3）搶答限時：當主持人按下開始搶答按鈕后，定時器Ｔ38開始計時（設定時30ｓ，若30ｓ時限到時仍無人搶答，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搶答器程序設計流程圖

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CM222。該型的PLC功能較強大，提供14個輸入點和10個輸出點，每個CM222擴展8個輸出點。西門子PLC的編程指令簡單易懂且程序設計靈活，可采用梯形圖或者指令語言進行軟件設計。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

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2.5調(diào)試運行

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

 

圖2.5

2.6梯形圖

 

9

10

 

11

 

12

 

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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)論與設計總結(jié)

此次課程設計，每人一個題目。我做的是搶答器帶倒計時顯示的PLC電氣控制。通過對課本新指令的學習及從圖書館借閱圖書的查詢，我對這個設計題目有了一定的認識，并形成了初步的設計思路。

PLC是一門側(cè)重應用方向的學科。所以要多一點實踐。不要看不起小的項目，在其中你能總結(jié)出設計程序的邏輯思維方法，總結(jié)中不斷進步。

通過這次設計實踐，我學會了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。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。通過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC 的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。

在課程設計過程中我了解到，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可以廣義的認為是一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性PC機。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計的，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。當然，如果對外圍電路及程序稍加修改，就很容易使之擴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控制表達出來，也沒什么復雜性，所以很好的做出來，但實踐中就有些小小的麻煩，就是電壓在實踐中很難把握。

在這次課程設計過程中，和同學交流中大家積極發(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控制的認識與理解，同時也提高了我們的表過能力。

參考文獻

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