课程设计(论文)
题 目 名 称 8路抢答器控制系统设计 课 程 名 称 可编程序控制器应用技术 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程系电气工程及其自动化 指 导 教 师 杨波
2013年 11 月 20 日
邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业 题目名称 课程名称 2011电气工程及其自动化 学生姓名 学号 设计时间 设计地点 2013/11/11 -2013/11/22 数字控制与PLC实验室（306） 8路抢答器控制系统设计 PLC原理及应用 课程编号 121200107 一、课程设计（论文）目的 主要是通过设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。培养学生独立地解决实际问题的能力；初步掌握PLC电气电路的设计方法及其编程方法和程序的调试；通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。 二、已知技术参数和条件 1．竞赛者若要回答主持人所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮； 2．如果竞赛者在主持人按下开始按钮2s内抢先按下按钮，抢答者得到机会，闪烁显示其编 4S； 3．如果抢答开始2s后无人抢答，则红色指示灯亮警示，以示竞赛者放弃该题； 4．抢答成功后，应限定在１min时间内回答完问题，如果超出设定时限，则黄色指示灯亮，竞赛 者停止回答问题。 5．主持人按下复位按钮后，所有指示灯熄灭； 三、任务和要求 1.设计系统的PLC外部接线图 2.系统的操作面板 3.设计好顺序功能图 4.系统的T形图 及系统仿真 5.按照要求书写课程设计论文 注： 1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 实验室有EL型PLC实验系统4套， FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。 FX2N系列、S7系列产品说明书； FX2N系列实验装置实验指导书； 五、进度安排 2013年11月11日-12日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求 2013年11月13日-14日：总体方案设计 2013年11月15日-16日：外部接线图 2013年11月17日-18日：T形图设计 2013年11月19日-20日：系统调试改进 2013年11月21日：整理书写设计说明书 2013年11月22日：答辩 六、教研室审批意见 设计目的明确，要求合理，难度适中，符合课程设计教学要求。 教研室主任（签字）： 2013年11月4日 七|、主管教学主任意见 符合课程设计要求 主管主任（签字）： 2013年11月4日 八、备注 指导教师（签字）： 学生（签字）：
邵阳学院课程设计（论文）评阅表
学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 11电本二班 题目名称 基于PLC八路抢答器课程设计 课程名称 可编程序控制器应用技术 一、学生自我总结
PLC课程结束了，又到了课程设计的时候了，我们这组分到了基于PLC八路抢答器的课程设计题目。通过这十天的设计实践，我学到了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更深刻的理解，在设计过程中，我们发现了许多问题，比如运行的结果和要求的结果不相符合。通过合作，我们的合作意识得到加强，合作能力得到提高，我们组每个人负责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，提出意见，通过比较选出最后的方案。 通过这次课程设计，让我了解了PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的理解，让我了解了关于PLC的设计原理。在这次事件中我也深刻认识到了做事要学思结合，那么你才会有所成就。 学生签名： 年 月 日 二、指导教师评定 评分项目 权 重 单项成绩 指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面； 2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定.
平时成绩 30 40 论文 30 答辩 综合成绩
摘 要
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。PLC型抢答器是将PLC用于对抢答器的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前使用的抢答器进行精确控制，特别是对多人抢答的控制可方便的实现。通过设计一个抢答器，使我们系统掌握可编程控制器的基本原理、功能、应用、程序设计方法和编程技巧，是我们掌握一些基本机型，掌握PLC控制技术的基本原理和应用，并学习PLC编程的多样性、灵活性，是我们掌握PLC在实际应用中的控制作用、动作顺序与原理，为今后从事自动化控制领域的工作打下坚实的基础。同时，在设计过程中还能培养我们独立工作能力与创造力，综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力，查阅图书资料、绘图、书写报告的能力
关键词：抢答器；梯形图；PLC
目 录
绪论 ................................................. 1
1 设计目的与要求 .............................................................................. 2
1.1 设计目的 ....................................................................................... 2 1.2 设计要求 ....................................................................................... 2
2 硬件电路设计 ............................................................................. .....3
2.1 抢答器整体功能的介绍 ...............................................................3 2.2 PLC机型选择步骤与规则 ............................................................ 3
2.3 控制要求分析 ............................................................................... 5
3 软件设计 ......................................................................................... 7
3.1I/O分配 .......................................................................................7 3.2 外部接线图 ................................................................................... 8 3.3 根据控制要求进行梯形图设计.....................................................8
3.4 程序的安装、下载和调试.......................................................10 4 课程实际总结 ............................................................................... .12 5 参考文献 .......................................................................................13
绪 论
在电视上我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观的判力竞赛的电路装置,该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主断出第一个抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只能靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。八路数字抢答器是一个可供八个参赛组进行智持人开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路。
通过这次设计，掌握PLC单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。
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1 设计目的与要求
1.1 设计目的
抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。从而使竞赛真正达到公正、公平、公开。
1.2 设计要求
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SB0 ~ SB7表示。 2）设置一个系统清除和抢答控制开关REST/START，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，同时
扬声器发出报警声响提示。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2秒），
当主持人启动\"开始\"键后，定时器进行减计时。
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，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，系统红灯变亮并禁止抢
答。
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2 硬件电路设计
2.1抢答器整体功能的介绍
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生。
而实用抢答器的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，以模拟电路、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。而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。
2.2 PLC机型选择步骤与原则
PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维
护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。 (一) 合理的结构型式
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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便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,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，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。 (二) 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，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，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控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。 (三) 相应的功能要求
一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/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。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制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控制和集散控制系统等场合。 (四) 响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑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。 (五) 系统可靠性的要求
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对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。 (六) 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： １)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。 ２)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
３)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。
PLC的容量包括I/O点数和用户存储容量两个方面。 (一) I/O点数的选择
PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点最少，但必须留有一定的裕量。
通常I/O点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10％~15％的裕量来确定。 (二) 存储容量的选择
用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25％之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。
PLC的I/O点数的多少，在很大程序上反映了PLC系统的功能要求，因此可在I/O点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20％~30％的裕量。
存储容量（字节）＝开关量I/O点数×10 ＋ 模拟量I/O通道数×100 另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。
2.3 控制要求分析 当主持人打开启动开关后，在设定时间TO 内，如果某组抢先按下抢答按
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钮，则驱动音效电路发出声响，并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效。
在抢答成功后，定时器停止工作,显示器显示选手的编号和抢答的时间,主持人打开开关S，系统清零。
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3 软件设计
3.1 I/O分配
I/O分配表
输入 SF SF0 SF1 SF2 SF3 SF4 SF5 SF6 SF7 X010 X000 X001 X002 X003 X004 X005 X006 X007 M37 M38 M0 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 主持人开关 1号选手抢答按钮 2号选手抢答按钮 3号选手抢答按钮 4号选手抢答按钮 5号选手抢答按钮 6号选手抢答按钮 7号选手抢答按钮 8号选手抢答按钮 红灯 黄灯 1号选手指示灯 2号选手指示灯 3号选手指示灯 4号选手指示灯 5号选手指示灯 6号选手指示灯 7号选手指示灯 8号选手指示灯 输出 HR1 HR2 HL0 HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 HL7
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3.2 外部接线图
SF X010 M37 HR1
SF0 X000 M38 HR2 SF1 X001 M0 HL1
SF2 X002 M1 HL2
SF3 X003 M2 HL3
SF4 X004 M3 HL4
SF5 X005 M4 HL5 SF6 X006 M5 HL6
SF7 X007 M6 HL7
M7 HL8
外部接线图
3.3 根据控制要求进行梯形图设计
（X000，X001，X002，X003，X004，X005，X006，X007分别为一号选手至八
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号选手的抢答按钮，当主持人按下启动按钮SF，即X010常开触点闭合，定时器T37开始定时，2S内如果八组选手中有任意选手按下其抢答按钮，定时器T37会随之清零，2S内如果八组选手中没有一组选手按下其抢答按钮，定时器T37常开触点将会闭合，常闭出点将会断开，红灯亮，此时八组选手中将没有一组可以抢答，当主持人断开开关SF时，系统将会清零（清零段见后图））
(M20，M21，M22，M23，M24，M25，M26，M27分别为各编程元件，当有一
个选手按下其抢答按钮，其他的选手即使按下其抢答按钮，其对应的编程元件会形成互锁，输出不会响应，抢答无效，且此时输出元件会的常开触点会随之闭合，形成自保持)
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(M0，M1，M2，M3，M4，M5，M6，M7分别为各选手的指示灯，优先抢答者对应的梯形图中编程元件常开触点闭合，优先抢答选手指示灯亮，直到定时器T2定时时间到，定时器常开触点闭合，常闭触点断开，选手指示灯不亮）
（当有点选手按下其抢答按钮后，定时器T0会随之定时，60S后其常开触点闭合，黄灯亮，选手停止答题）
3.4程序的下载、安装和调试
通过可编程序控制器以及可编程序控制器试验箱对程序进行调试。
首先打开可编程序控制器以及可编程序控制器试验箱，输入源程序。然后选择运行档位使其运行，最后对其工作结果进行调试。
PLC内部为输入电路所提供的电压，恰好可以直接驱动负载，满足其输出指标，按接线图接好线，证明PLC选型正确，器件的选择符合要求。
在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检
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查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PLC的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。
全部调试完毕后，交付试运行。经过一段时间运行，如果工作正常、程序不需要修改，应将程序固化到EPROM中，以防程序丢失。
将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系及逻辑状态是否符合设计要求，并及时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。
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4 课程设计总结
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和电脑成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。同时通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。
同时要感谢指导老师的耐心细致教育，使我们认识到电子信息时代对我们的要求，以及培养我们一些在课堂上所学习不到的东西，使我们受益匪浅。
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5 参考文献
1、《电气控制与PLC》案例教程，胡汉文，张鑫主编 2、《PLC应用技术》， 弭洪涛主编
3、《可编程控制器原理与实践教程》，王整风，谢云敏主编
4、谢克明、夏路易、可编程控制器原理与程序设计 [M] .北京：电子工业出版社，2005.1-20.
5、郑成、现代可编程序控制器原理及应用[M]、北京：科学出版社，1999. 6、 江秀汉、可编程序控制原理及应用[M]、 西安：西安电子科技大学出版社，1998
7、高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004
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