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1、專業(yè)方向設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱： 設(shè)計(jì)名稱： 姓 名： 學(xué) 號: 班 級： 指導(dǎo)教師： 起止日期： 方 向 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書設(shè)計(jì)要求：（指導(dǎo)教師給出的具體設(shè)計(jì)要求）控制要求1）搶答器同時(shí)供6名選手或6個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用6個(gè)按鈕S0 S5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。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，
2、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。方 向 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容2011.11.11查閱資料2011.11.15進(jìn)行PLC程序編寫2011.11.20進(jìn)行MCGS的界面設(shè)計(jì)2011.11.25到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試2011.11.29到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試2011.12.03整理資料，書寫報(bào)告。2011.12.06答辯196路搶答器PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要 本設(shè)計(jì)將以松下FP0 PLC為核心設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案，并在組態(tài)軟件里進(jìn)行監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)，達(dá)到了同步的要求。在保留了原始搶答器的基本功能的同時(shí)又增加了一系列的實(shí)用功能并簡
3、化其電路結(jié)構(gòu)，其將以其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競賽搶答器的搶答方案，從而使得競賽不斷完善其公平、公正性關(guān)鍵詞松下可編程邏輯控制器 搶答器 工控組態(tài)軟件 6-way Responder PLC Control System DesignAbstractPanasonic FP0 PLC will be the design for the core design of the system structure, process instructions, ladder, and the distribution of program input and output
4、 terminals, and monitor configuration software in the design of the interface, to the synchronization requirements. While retaining the original Responder at the same time the basic functions of a series of practical features to increase and simplify the circuit structure, its control will be conven
5、ient, flexible, as long as the PLC control program to change the input can change the race Responder Responder program, which makes competition continue to improve its fairness, impartialityKeyword： Panasonic PLC；Responder；MCGS一、設(shè)計(jì)目的和意義1、設(shè)計(jì)目的 隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，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
6、、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。現(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。2、設(shè)計(jì)意義 在設(shè)計(jì)中，我運(yùn)用了松下PLC可編程邏輯控制器和其他理論和實(shí)際知識進(jìn)行設(shè)計(jì)，加深了對以前所學(xué)的知識的理解。掌握了PLC和MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的
7、一般規(guī)律，提高了我分析和解決實(shí)際問題的能力。通過這次設(shè)計(jì)，我學(xué)會了從所實(shí)現(xiàn)的目的出發(fā)，合理選擇所需的硬件和軟件，制定合理的設(shè)計(jì)方案，省時(shí)省力的完成設(shè)計(jì)。 二、控制要求1）搶答器同時(shí)供6名選手或6個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用6個(gè)按鈕S0 S5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。4）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，顯示器上顯示搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。5）如果定時(shí)時(shí)間已到，無
8、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。三、設(shè)計(jì)方案論證方案一：搶答器功能的方式有多種，可以采用前期的模擬電路，數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式。但這種對電路知識要求很高，實(shí)現(xiàn)起來相對簡單。方案二：基于單片機(jī)的搶答器設(shè)計(jì)，這種的成本較高，對硬件電路要求較高，運(yùn)用單片機(jī)所學(xué)知識，通過外部硬件電路的鏈接和編程實(shí)現(xiàn)。方案三：運(yùn)用PLC可編程控制邏輯器件，通過編程實(shí)現(xiàn)邏輯輸入輸出的功能，達(dá)到一個(gè)實(shí)現(xiàn)控制要求的目的，運(yùn)用MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)行界面監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制，綜合起來看，運(yùn)用單片機(jī)及數(shù)電模電知識做不利于監(jiān)控界面的制作，最終選擇基于PLC的搶答器設(shè)計(jì)。四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理：基
9、于PLC的程序控制，先進(jìn)行程序的編寫，搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，則報(bào)警器響2秒，數(shù)碼管上顯示搶答的時(shí)間，并鎖存，按鈕無效；當(dāng)30秒倒計(jì)時(shí)到了，則數(shù)碼管上顯示00，在MCGS組態(tài)軟件上做監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試及監(jiān)控，以及遠(yuǎn)程調(diào)試控制。 1、 根據(jù)控制要求，進(jìn)行搶答器PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。(1)設(shè)計(jì)原理基于PLC的程序控制，先進(jìn)行程序的編寫，搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，則報(bào)警器響2秒，數(shù)碼管上顯示搶答的時(shí)間，并鎖存，按鈕無效；當(dāng)30秒倒計(jì)時(shí)到了，則數(shù)碼管上顯示00，在MCGS組態(tài)軟件上做監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)
10、據(jù)的通信，進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試及監(jiān)控，以及遠(yuǎn)程調(diào)試控制。(2)I/O分配 表1 I/O地址分配表分類器件名稱I/O端子功能輸入S0X0一號搶答器按鈕S1X1二號搶答器按鈕S2X2三號搶答器按鈕S3X3四號搶答器按鈕S4X4五號搶答器按鈕S5X5六號搶答器按鈕S6X6系統(tǒng)清除S7X7主持人控制按鈕輸出L0Y0選手1指示燈L1Y1選手2指示燈L2Y2選手3指示燈L3Y3選手4指示燈L4Y4選手5指示燈L5Y5選手6指示燈 續(xù)表1輸出L6Y6蜂鳴器H0Y20數(shù)碼管顯示個(gè)位H0Y21數(shù)碼管顯示個(gè)位H0Y22數(shù)碼管顯示個(gè)位H0Y23數(shù)碼管顯示個(gè)位H1Y24數(shù)碼管顯示十位H1Y25數(shù)碼管顯示十位H1Y26數(shù)碼管
11、顯示十位H1Y27數(shù)碼管顯示十位2、 根據(jù)控制要求，編制搶答器PLC控制應(yīng)用程序。1）搶答器搶答程序搶答程序，當(dāng)主持人摁下?lián)尨痖_始按鈕時(shí)，系統(tǒng)開始30秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)某位選手摁下?lián)尨鸢粹o時(shí)，選手燈亮并觸發(fā)蜂鳴器響2秒，其他選手的搶答按鈕全部鎖存，按鈕無效，倒計(jì)時(shí)結(jié)束，并在數(shù)碼管上顯示搶答時(shí)間。 圖1 搶答器搶答按鈕梯形圖圖2 搶答觸發(fā)蜂鳴器梯形圖如果30秒之內(nèi)沒有選手按下?lián)尨鸢粹o，則視為搶答無效，搶答器上顯示00；搶答無效，只有主持人摁系統(tǒng)清除使系統(tǒng)恢復(fù)功能，當(dāng)主持人摁下?lián)尨痖_始按鈕時(shí)才可繼續(xù)搶答。圖3 系統(tǒng)清除及主持人搶答控制按鈕梯形圖2）搶答器數(shù)碼管顯示程序搶答器顯示時(shí)間的程序?qū)崿F(xiàn)是通過各種函
12、數(shù)實(shí)現(xiàn)的，首先F0將30送到SV1定時(shí)器，由R7觸發(fā)倒計(jì)時(shí)功能，EV1中的數(shù)送到DT1中，由F80 譯碼并輸出。當(dāng)選手摁下?lián)尨鸢粹o時(shí)觸發(fā)中間繼電器R11，將EV1中的數(shù)值送到DT3數(shù)據(jù)寄存器中，將30送給DT2，F(xiàn)25函數(shù)，使DT2中的數(shù)減去DT3中的數(shù)并把結(jié)果存在DT2中，再將DT2的數(shù)送給DT1中，并由F80，將DT1中的數(shù)譯碼輸出。倒計(jì)時(shí)結(jié)束，如果沒有人搶答，則搶答無效，顯示00。圖4 搶答器數(shù)碼管顯示梯形圖3）程序流程圖開始主持人按鈕按下 倒計(jì)時(shí)開始倒計(jì)時(shí)到00結(jié)束有無選手按下?lián)尨鸢粹o N Y倒計(jì)時(shí)停止并鎖存選手指示燈系統(tǒng)清除YEnd N圖5 程序流程圖3、 設(shè)計(jì)一個(gè)上位機(jī)監(jiān)控界面（用
13、組態(tài)軟件MCGS）步驟：（1）打開MCGS組態(tài)軟件界面。（2）新建一個(gè)用戶窗口（3）從旁邊的工具箱中的選中所需要的硬件設(shè)備（指示燈）拖放入窗口中，從選取按鈕。用畫根矩形條，組成數(shù)碼管。圖6 監(jiān)控界面設(shè)計(jì)圖（4）按鈕的設(shè)置雙擊按鈕進(jìn)入屬性設(shè)置界面，將基本屬性中的按鈕標(biāo)題改為“按鈕”，其他不變。圖7 按鈕屬性設(shè)置（5）指示燈的屬性設(shè)置雙擊指示燈，按照下圖進(jìn)行設(shè)置：圖8 指示燈屬性設(shè)置（6）數(shù)碼管的設(shè)置單擊每段分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)橛玫乃上翽LC的數(shù)碼管是BCD碼的數(shù)碼管，所以，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候需要注意，因?yàn)榉峙涞腎/O端口是Y20-Y27。圖9 數(shù)碼管以個(gè)位最上面那段舉例，當(dāng)數(shù)碼管需要顯示0、2、3、
14、5、6、7、8、9。所以設(shè)置為：(y20=0 and y21=0 and y22=0 and y23=0) or (y20=0 and y21=1 and y22=0 and y23=0)or (y20=1 and y21=1 and y22=0 and y23=0) or (y20=1 and y21=0 and y22=1 and y23=0) or (y20=0 and y21=1 and y22=1 and y23=0) or (y20=1 and y21=1 and y22=1 and y23=0) or (y20=0 and y21=0 and y22=0 and y23=1) o
15、r (y20=1 and y21=0 and y22=0 and y23=1)其他的同理。屬性設(shè)置如下：圖10 數(shù)碼管屬性設(shè)置（7）蜂鳴器屬性設(shè)置雙擊蜂鳴器，按下圖進(jìn)行屬性設(shè)置： 圖11 蜂鳴器屬性設(shè)置（8）給各個(gè)硬件加注解單擊左側(cè)工具箱中的，在新建的窗口中拉出合適的大小，并注釋。（9）在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中新增所需數(shù)據(jù)并選擇數(shù)據(jù)類型并設(shè)置單擊工作臺，單擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，點(diǎn)擊新增對象，雙擊窗口中新增對象進(jìn)行屬性設(shè)置，將對象名稱改為需要的名稱，對象類型選為開關(guān)型。 圖11 數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置圖 （10）添加硬件設(shè)備在工作臺中選擇設(shè)備窗口，雙擊設(shè)備窗口，點(diǎn)擊工具欄中的圖標(biāo)，進(jìn)行設(shè)備的設(shè)置，選擇設(shè)備管理，選擇串口
16、通訊父設(shè)備。再從PLC設(shè)備中選取松下FP系列PLC，點(diǎn)擊確定。圖12 設(shè)備管理選取點(diǎn)擊確定之后右鍵單擊PLC設(shè)備進(jìn)行屬性設(shè)置，點(diǎn)擊內(nèi)部屬性欄-設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性旁邊的圖標(biāo)，進(jìn)行通道屬性的設(shè)置。具體的按下圖進(jìn)行設(shè)置：圖13 設(shè)備屬性設(shè)置選擇通道連接項(xiàng)，進(jìn)行通道連接的設(shè)置，選擇通道連接，增加通道，進(jìn)行設(shè)置。圖14 增加通道設(shè)置 在通道連接項(xiàng)中可以查看對應(yīng)的通道連接口圖15 通道連接對應(yīng)口點(diǎn)擊確定退出設(shè)備窗口。整個(gè)工程就設(shè)置完成了。圖16 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)界面在用戶窗口中將所設(shè)計(jì)的工程設(shè)為啟動窗口，再點(diǎn)擊工具欄中的進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。圖17 聯(lián)機(jī)調(diào)試組態(tài)軟件界面4、 程序的調(diào)試過程、遇到的問題及解決方法、對課程
17、設(shè)計(jì)的認(rèn)識和建議等。在最初的設(shè)計(jì)初始，用8路搶答器，但由于實(shí)驗(yàn)室PLC設(shè)備無法支持?jǐn)U展，I/O口不夠，于是該做6路搶答器，并不顯示組號，蜂鳴器由指示燈代替，原先準(zhǔn)備蜂鳴器響0.5秒，但發(fā)現(xiàn)0.5秒顯示不夠明顯，改為5秒。在調(diào)試過程中，先把4位BCD碼顯示原理了解清楚了，再在FPWIN上進(jìn)行程序的編寫，經(jīng)過程序的編寫后，就是程序的調(diào)試階段，當(dāng)組態(tài)軟件上運(yùn)行的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)，數(shù)碼管顯示不正常，發(fā)現(xiàn)是設(shè)置不正確，重新設(shè)置后顯示正常，但是在組態(tài)軟件界面中不能操作，原因是在組態(tài)軟件中必須要并一個(gè)R繼電器才能使程序進(jìn)行操作，不然就會出現(xiàn)不能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的，改正了之后發(fā)現(xiàn)按鈕動作異常，于是換成可以（按一松零
18、）的按鈕就解決問題了。這其中多虧了老師細(xì)心的指導(dǎo)。五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，通過以上的分析、比較，得到了一種較為理想的搶答器控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該電路設(shè)計(jì)合理，具有比較可靠的工作方式和更強(qiáng)的實(shí)用性，達(dá)到了預(yù)期的實(shí)際目的和要求。通過智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)，為綜合使用PLC、MCGS組態(tài)軟件有了更深的了解。有利于進(jìn)行其他較大規(guī)模的綜合性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。六、結(jié)束語在正式設(shè)計(jì)之前，我也通過網(wǎng)絡(luò)和書本查找了一些相關(guān)的知識。但是在設(shè)計(jì)時(shí)還是遇到了各種各樣的問題，選手的搶答控制電路還是比較容易實(shí)現(xiàn)的，因此這一部分不存在太多的困難，但是數(shù)碼管的顯
19、示還是讓我很頭疼，我設(shè)想了兩種方案：一種是使用譯碼器來驅(qū)動7段數(shù)碼管，另一種是用輸出端口直接驅(qū)動數(shù)碼管。后來又聽取其他同學(xué)的討論意見以及請教老師，了解到實(shí)驗(yàn)室的輸入輸出不能擴(kuò)展，于是就采用了BCD碼的數(shù)碼管，但是在調(diào)試的過程中我們發(fā)現(xiàn)編的多路顯示程序是不能在硬件電路上實(shí)現(xiàn)的，而且使用定時(shí)器的時(shí)候要用到將倒數(shù)計(jì)時(shí)的時(shí)間提取出來送到某個(gè)個(gè)單元里，開始的時(shí)候我們沒弄明白提取出來的時(shí)間是怎么分配到內(nèi)存單元中的。不過通過老師的講解和軟件自帶的功能說明一點(diǎn)點(diǎn)的解決了問題。最終運(yùn)用松下PLC中自帶的函數(shù)功能將譯碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。并且在組態(tài)軟件上還是可以識別的。 這次的課程設(shè)計(jì)雖然比較簡單，但是通過老師耐心地
20、幫助，還算比較完整的設(shè)計(jì)出了程序，但是一開始我們沒有預(yù)想到多路顯示會有問題這讓編程調(diào)試多花了不少時(shí)間，而且稍讓人有點(diǎn)遺憾的是實(shí)驗(yàn)室的硬件有限不能將程序完整的仿真驗(yàn)證。不過通過這次課程設(shè)計(jì)，加深了PLC和MCGS知識的了解程度，并能熟練掌握運(yùn)用，增強(qiáng)了自信心和其他方面的知識技能。這將會給我們以后的學(xué)習(xí)和工作提供一筆寶貴的經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn)（遞增引用，引用相關(guān)內(nèi)容）1陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用(第2版).M.北京：電子工業(yè)出版社.2010.12郝久清，肖立. PLC控制系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì).J.自動化儀表.2005，113閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）M.北京:高等教育出版社.2006.54段蘇振.提高PLC控制系統(tǒng)可靠性的設(shè)計(jì)因素.J.電氣傳動.2003，55 袁秀英. 組態(tài)控制技術(shù) 電子工業(yè)出版社. 2003-8附錄
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