第1章 引言

利用CPU224型PLC設計了八路搶答器控製係統，給出了係統結構圖、外部端子接線圖、梯形圖及語句表。搶答器廣泛應用於(yu) 各種知識競賽中，傳(chuan) 統的搶答器大部分都是基於(yu) 數字電路組成的，製作過程複雜，可靠性差。本文介紹一種以西門子S7-200型PLC為(wei) 核心的八路搶答器係統，它充分利用了PLC的優(you) 點，具有結構簡單、可靠性好等特點。

1.1 設備概況

實用搶答器的這一產(chan) 品是各種競賽活動中不可缺少的設備，無論是學校、工廠、軍(jun) 隊還是益智性電視節目，都會(hui) 舉(ju) 辦各種各樣的智力競賽，都會(hui) 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是早期設計的，隻具有搶答鎖定功能的一個(ge) 電路，以模擬電路、數字電路或者模擬電路與(yu) 數字電路相結合的產(chan) 品，這部分搶答器已相當成熟。現在的搶答器具有倒計時、定時、自動（或手動）複位、報警（即聲響提示，有的以音樂(le) 的方式來體(ti) 現）、屏幕顯示、按鍵發光等多種功能。但功能越多的電路相對來說就越複雜，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(wei) ，不便於(yu) 電路升級換代。本設計要求就是利用PLC作為(wei) 核心部件進行邏輯控製及信號的產(chan) 生，用PLC本身的優(you) 勢使競賽真正達到公正、公平、公開。

1.2 控製要求

1）搶答器同時供8名選手或8個(ge) 代表隊比賽，分別用8個(ge) 按鈕S0 ~ S7表示。 2）設置一個(ge) 係統清除和搶答控製開關(guan) S，該開關(guan) 由主持人控製。

3）搶答器具有鎖存與(yu) 顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，並在LED數碼管上顯示，同時蜂鳴器發出報警聲響提示。選手搶答實行優(you) 先鎖存，優(you) 先搶答選手的編號一直保持到主持人將係統清除為(wei) 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"鍵後，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間0.5秒左右。

5）參賽選手在設定的時間內(nei) 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，並保持到主持人將係統清除為(wei) 止。

6）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，係統報警並禁止搶答，定時顯示器上顯示00。

第2章 係統設計

2.1 搶答器係統組成

搶答器控製係統分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ＰLC處理，輸出控製信號，控製數碼管和音響提示電路工作。

圖2.1

2.2 係統設計過程

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

3）搶答器鎖存與(yu) 顯示功能設計：當有選手按動按鈕時，梯形圖中M0.1實現自鎖，當M0.1自鎖得電時，常閉觸電斷開，在實現音響電路和指示燈電路的輸出的同時完成優(you) 先鎖存，實現屏蔽，並在LED數碼管上顯示。通過自鎖優(you) 先搶答選手的編號一直保持直到到主持人按下複位按鈕SB8自鎖解除。

4）複位按鈕SB8接PLC的I1.1，貫穿於(yu) 整個(ge) 梯形圖，具有最高優(you) 先級，可實現隨時中斷，中斷後數碼管顯示30。

5）倒計時設計：本係統搶答計時30s，數碼管２、數碼管３顯示部分的設計采用動態顯示方式。整個(ge) 過程為(wei) 30s，當主持人發出開始搶答指令（即按下I1.0按鈕）後，倒計時顯示。

 

搶答器PLC控製係統設計

6）數碼管顯示的設計：參賽選手在設定的時間內(nei) 進行搶答，搶答有效，由於(yu) 常閉開關(guan) 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，並保持到主持人將係統清除為(wei) 止。七段數碼管顯示器編碼表（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）每當主持人發出開始搶答指令（即按下I0.0按鈕）同時音響電路發出音響提示信號（設持續0.5s），哪組選手最先按下搶答按鈕，則數碼管１就顯示該組的編號，，以指示搶答成功，並對其後的搶答信號不再響應，選手答題完畢後，由主持人按下複位按鈕，係統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後，定時器Ｔ38開始計時（設定時30ｓ，若30ｓ時限到時仍無人搶答，發出聲響，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

本係統采用西門子公司生產(chan) 的CPU224型PLC以及2個(ge) CM222。該型的PLC功能較強大，提供14個(ge) 輸入點和10個(ge) 輸出點，每個(ge) CM222擴展8個(ge) 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(yu) 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調試運行

經過調試（如圖2.5），按下開關(guan) 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，同時數碼管1鎖存選手號碼，數碼管2與(yu) 數碼管3共同顯示所剩時間。若無人搶答計時器計時結束蜂鳴器輸出端Q0.0有信號，同時選手按鈕開關(guan) 再按下無效。經過調試，程序滿足需求，調試運行成功。

 

圖2.5

2.6梯形圖

 

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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

結論與(yu) 設計總結

此次課程設計，每人一個(ge) 題目。我做的是搶答器帶倒計時顯示的PLC電氣控製。通過對課本新指令的學習(xi) 及從(cong) 圖書(shu) 館借閱圖書(shu) 的查詢，我對這個(ge) 設計題目有了一定的認識，並形成了初步的設計思路。

PLC是一門側(ce) 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，在其中你能總結出設計程序的邏輯思維方法，總結中不斷進步。

通過這次設計實踐，我學會(hui) 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(men) 的工程素質，在沒有做實踐設計以前，我們(men) 對知道的撐握都是思想上的，對一些細節不加重視，當我們(men) 把自己想出來的程序與(yu) 到PLC中的時候，問題出現了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果不相符合。通過解決(jue) 一個(ge) 個(ge) 在調試中出現的問題，我們(men) 對PLC 的理解得到加強，看到了實踐與(yu) 理論的差距。

在課程設計過程中我了解到，PLC並不是一門單一的編程技術，它是一門係統專(zhuan) 業(ye) 課程。PLC可以廣義(yi) 的認為(wei) 是一台背嵌入操作係統的高可靠性PC機。首先需要精深PLC本身的編程語言梯形圖、語句表語言。

本搶答器係統雖是針對八路參賽選手設計的，但通過原理分析可知， 它也完全適用於(yu) 少於(yu) 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(feng) 富了我們(men) 的生活，社會(hui) 中本來就充滿著競爭(zheng) 。隻是沒有很明顯的表現出來，通過運用它我們(men) 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，對於(yu) 八路搶答器原理也隻是通過PLC控製表達出來，也沒什麽(me) 複雜性，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言，提出各自的想法與(yu) 意見，使得一些難題很快得到解決(jue) 。在此過程中，加深了我們(men) 對PLC控製的認識與(yu) 理解，同時也提高了我們(men) 的表過能力。

參考文獻

[1]王宗才，機電傳(chuan) 動與(yu) 控製.北京：電子工業(ye) 出版社，2011：247-260 [2]程憲平，機電傳(chuan) 動與(yu) 控製 .華中科技大學出版社，2003：102-110 [3]吳中俊，黃永紅.可編程控製器原理及應用.機械工業(ye) 出版社，2003：57-66 [4]陳立定，蘇開才.電氣控製與(yu) 可編程控製器.華南理工大學出版社，2001：42-45 [5]陳立定，電器控製與(yu) 可編程控製器.廣東(dong) ：華南理工大學出版社，2001：35-37 [6]吳中俊，黃永紅.可編程程序控製器原理及應用.北京：機械工業(ye) 出版社，2003:7-9 [7]於(yu) 慶廣，可編程控製原理與(yu) 係統設計.北京：清華大學出版社，2004:210-214 [8]史國生，電器控製與(yu) 可編程控製器技術.北京：化學工業(ye) 出版社，2003：235-239 [9]李媛，PLC原理與(yu) 應用.北京：北京郵電大學出版社，2009：7-15

[10]王永華，現代電氣控製及PLC應用技術.北京：北京航空航天大學出版社，2008：4-6