1653-知識競賽搶答器PLC設計

1653-知識競賽搶答器PLC設計,知識競賽,搶答,plc,設計 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書I目錄第一章 概述 …………………………………………………………………………11.1 PLC 的簡介………………………………………………………………………11.2 PLC 的用途與特點………………………………………………………………11.2.1 PLC 的用途………………………………………………………………11.2.2 PLC 的特點 ……………………………………………………………21.3 PLC 的分類………………………………………………………………………41.3.1 按 I/O 點數容量分類……………………………………………………41.3.2 按結構形式分類…………………………………………………………4第二章 整體方案的選擇……………………………………………………………62.1 整體功能介紹 …………………………………………………………………62.2 控制要求 ………………………………………………………………………62.3 用單片機和 PLC 分別做系統的比較 …………………………………………7第三章 硬件電路設計 ……………………………………………………………93.1 控制特點分析 …………………………………………………………………93.2 PLC 機型的選擇步驟與原則 …………………………………………………103.3 搶答器流程圖 …………………………………………………………………113.4 程序中所使用的 FX 系列 PLC 的編程元件介紹………………………………113.4.1 三菱 FX 系列 PLC 取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）……113.4.2 三菱 FX 系列 PLC 觸點串聯指令（AND/ANI/ANDP/ANDF） …………123.4.3 三菱 FX 系列 PLC 觸點并聯指令（OR/ORI/ORP/ORF）………………133.4.4 三菱 FX 系列 PLC 塊操作指令（ORB / ANB） ………………………143.4.5 三菱 FX 系列 PLC 置位與復位指令（SET/RST） ……………………153.4.6 傳送類指令 MOV SMOV CMOV BMOV FMOV………………………………153.4.7 三菱 FX 系列 PLC 常數（K、H）………………………………………183.4.8 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（X） …………………………………183.4.9 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（Y） …………………………………193.4.10 輔助繼電器 …………………………………………………………193.4.11 三菱 FX 系列 PLC 定時器（T）………………………………………203.4.12 微分指令（PLS/PLF） ………………………………………………22無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書II3.4.13 位右移和位左移指令 ………………………………………………233.5 PLC 與七段 LED 顯示器連接設計 ……………………………………………243.5.1 LED 數碼管的結構及主要特性 ………………………………………243.5.2 PLC 與七段數碼管方案選擇 …………………………………………253.5.3 PLC 與七段數碼管直接連接阻值計算 ………………………………263.5.4 外部硬件接線圖 ……………………………………………………26第四章 軟件設計…………………………………………………………………274.1I/O 分配 ………………………………………………………………………274.2 根據控制要求進行梯形圖設計 ………………………………………………284.3 程序運行過程分析 ……………………………………………………………334.4 源程序…………………………………………………………………………344.5 程序的下載、安裝和調試 ……………………………………………………41第五章 總結與展望 ………………………………………………………………42致謝…………………………………………………………………………………43參考文獻……………………………………………………………………………45無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書III知識競賽搶答器 PLC設計摘 要:本文介紹了利用三菱FX2N系列PLC對知識競賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實現搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數字電路或模數混合電路。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，單片機、PLC的應用不斷地走向深入，同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新。本文采用日本三菱公司生產的FX2N-48MR型PLC 作為核心控制器進行四路搶答器系統的設計，并且設計出了系統結構圖、程序指令、梯形圖以及輸入輸出端子的分配方案。同時根據知識競賽搶答器的控制要求和特點,確定PLC 的輸入輸出分配,并進行現場調試。關鍵詞:PLC 知識競賽搶答器 PLC程序設計無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書IVKnowledge contests Responder PLC designAbstract: This paper describes the use of the Mitsubishi FX2N Series PLC knowledge contest Responder control on the control programme. Responder achieve in the way the various functions can be used early analog circuits, digital circuits or a few mixed mode circuit. In recent years, with the rapid development of science and technology, the single-chip microcomputer, the PLC application continuously deepening, and lead the traditional control detection technology constantly updated. In this paper, produced by Japan's Mitsubishi FX2N-48MR of the PLC as the core controller Quad Responder system design, and design structure of the system, the programming instructions, ladder diagram, as well as input and output terminal of distribution programme. At the same time according to the knowledge contest Responder control requirements and characteristics of the input and output PLC determine distribution, and on-site commissioning. Key words: PLC knowledge contest Responder PLC Program Design無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書1本設計已經通過答辯，如果需要圖紙請聯系 QQ 251133408 另專業(yè)團隊代做畢業(yè)設計，質量速度有保證。第一章 概述可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛。可編程控制器(Programmable Logic Controller)即 PLC。現已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。他以微處理為核心，用編寫的程序不僅可以進行邏輯控制，還可以定時，計數和算術運算等，并通過數字量和模擬量的輸入/輸出來控制機械設備或生產過程。美國電氣制造商協會經過 4 年調查，與 1980 年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller） ，簡寫為 PC。后來由于 PC 這個名稱常常被用來稱呼個人電腦（Personal Computer） ，為了區(qū)別，現在也把可編程控制器稱為 PLC。長見的幾種 PLC 如下圖 1-1 所示：圖 1-1 三種常見的 PLC1.1PLC 的簡介國際電工委員會（IEC）于 1987 年對 PLC 定義如下:PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置,是帶有存儲器,可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行指令,進行邏輯運算,順序控制,定時,計數和算術等操作,并通過數字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類型的機械和生產過程。PLC 及其有關的外圍設備,都應按易于與工業(yè)控制系統形式一體,易于拓展其功能的原則設計。事實上,PLC 就是以嵌入式 CPU 為核心,配以輸入,輸出等模塊,可以方便的用于工業(yè)控制領域的裝置。PLC 與機器人,計算機幫助設計與制造一起作為現代工業(yè)的三大支柱。1.2PLC 的用途與特點無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書21.2.1 PLC 的用途PLC 的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降,使 PLC 的成本下降,同時又由于 PLC 的功能大大增強,使PLC 的應用越來越廣泛, 廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC 的應用通?？煞譃槲宸N類型：（1）順序控制 這是 PLC 應用最廣泛的領域，用以取代傳統的繼電器順序控制。PLC可應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數情況下，PLC 把掃描目標位置的數據送給模版塊，其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，確保運動平滑。相對來說，位置控制模塊比計算機數值控制（CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過程控制 PLC 能控制大量的物理參數，如溫度、壓力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模塊的提供使 PLC 具有閉環(huán)控制功能,即一個具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現偏差時,PID 控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定值上。（4）數據處理 在機械加工中，出現了把支持順序控制的 PLC 和計算機數值控制（CNC）設備緊密結合的趨向。著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen10、11、12 系列，已將CNC 控制功能作為 PLC 的一部分。為了實現 PLC 和 CNC 設備之間內部數據自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由 PLC 送至 CNC 設備使用。美國 GE公司的 CNC 設備新機種也同樣使用了具有數據處理的 PLC。預計今后幾年 CNC 系統將變成以PLC 為主體的控制和管理系統。（5）通信和聯網 為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（FA）系統、柔性制造系統（FMS）及集散控制系統（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展 PLC 之間，PLC 和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統，不僅 PLC 數據通信速率要求高，而且要考慮出現停電故障時的對策。1.2.2 PLC 的特點（1）抗干擾能力強，可靠性高 繼電接觸器控制系統雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設備連線復雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統的可靠性。傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障，PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書3時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統的 1/10--1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 而 PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。微機雖然具有很強的功能，但抗干擾能力差，工業(yè)現場的電磁波干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，都可能使一般通用微機不能正常工作。而 PLC 在電子線路、機械結構以及軟件結構上都吸收了生產控制經驗，主要模塊均采用了大規(guī)模集成電路，I/O 系統設計有完善的通道保護與信號調理電路；在結構上對耐熱、防潮、抗震等都有精確的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾能力，目前個生產廠家生產的 PLC，平均無故障時間都大大超過了 IEC 規(guī)定的 10 萬小時，有的甚至達到了幾十萬小時。（2）控制系統結構簡單、通用性強、應用靈活 PLC 產品均成系列化生產，品種齊全，外圍模塊品種也多，可有各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統。在 PLC 構成的控制系統中，只需在 PLC 的端子上接入相應的輸入、輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量而有繁雜的硬件接線線路。當控制要求改變，需要變更控制系統功能時，可以用編程器在線或離線修改程序，修改接線量很小。同一個 PLC 裝置有、用于不同的控制對象，只是輸入、輸出組件和應用軟件不同而已。（3）編程方便，易于使用 PLC 是面向用戶的設備，PLC 的設計者充分考慮到現場工程技術人員的技能和習慣，PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，直觀易懂，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，深受現場電氣技術人員的歡迎，近年來又發(fā)展了面向對象的順序控制流程圖語言，也稱功能圖，使編程更加簡單方便。（4）功能完善，擴展能力強 PLC 中含有數量巨大的用于開關量處理的繼電器類軟件，可輕松地實現大規(guī)模的開關量邏輯控制，這是一般的繼電器控制所不能實現的。PLC 內部具有許多控制功能，能方便地實現 D/A、A/D 轉換及 PID 運算，實現過程控制、數字控制等功能。PLC 具有通信聯網功能，他不僅可以控制一臺單機，一條生產線，還可以控制一個機群，許多生產線。他不但可以進行現場控制，還可以用于遠程控制。（5）PLC 控制系統設計、安裝、調試方便 PLC 中相當于繼電器系統中的中間繼電器、時間繼電器、計數器等“軟元件”數量巨大，硬件齊全，且為模塊化積木式結構，并已商品化，故可按性能、容量（輸入、輸出點、內存大?。┑冗x用組裝。又由于用軟件編程取代了硬接線實現控制功能，使安裝接線量大大減小，設計人員只要一臺 PLC 就可進行控制系統的設計可在實驗室進行模擬調試。而繼電接觸器系統需要在現場調試，工作量很大且繁難。（6）維修方便，維修工作量小 PLC 具有完善的自診斷，履歷情況存儲及監(jiān)視功能。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書4對于內部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、異常狀態(tài)和 I/O 點的狀態(tài)均有顯示。工作人員通過他可查出故障原因，便于迅速處理，及時排除。（7）結構緊湊 體積小、重量輕，易于實現機電一體化。由于以上特點，使得 PLC 獲得極為廣泛的應用。1.3PLC 的分類1.3.1 按 I/O 點數容量分類一般來說，PLC 處理的 I/O 點數比較多，反映控制關系比較復雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求 PLC 的指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程比較快等。按 PLC 的輸入輸出點數可將 PLC 分為三類。（1）小型機 小型 PLC 的功能一般以開關量控制為主，其輸入、輸出總數在 256 點一下，用戶程序存儲器容量在 4K 字一下?，F在的高性能小型機還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類 PLC 價格低廉，體積小，適合于控制單臺設備，開發(fā)機電一體化產品。典型的小型機有 OMRON 公司的 CPM2A 系列、SIEMEN 公司的 S7-200 系列，MITSUBISH 公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整式 PLC 等產品。（2）中型機 中型機 PLC 的輸入、輸出總點數在 256-2048 點之間，用戶程序存儲器容量達到 2-8K 字。中型機 PLC 不僅具有開關量和模擬量的控制功能，還具有更強的數字計算能力，他的通信功能和模擬量處理能力更強大。中型機的指令比小型機更豐富，適用于更復雜的邏輯控制系統以及連續(xù)生產過程控制場合。典型的中型機有 SIEMENS 公司的 S-300 系列、OMRON 公司的 C200H 系列、AB 公司的SLC500 系列模塊式 PLC 等產品。（3）大型機 大型機 PLC 的輸入、輸出總點數在 2048 點以上，用戶程序存儲器容量達到 8-6K 字。大型 PLC 的性能已經與工業(yè)控制計算機相當，他具有計算、控制和調節(jié)的功能，還具有很強的網絡結構和通信聯網能力。他的監(jiān)視采用 CRT 顯示，能夠表示過程動態(tài)流程，紀錄各種曲線，PID 調節(jié)參數選擇圖；他配備多種智能板，構成一個多功能系統。這種系統還可以和其他型號的 PLC 互聯，和上位機相連，組成一個集中分散的生產過程和產品質量控制系統。大型機適用于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系統。典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7-400 系列、OMRON 公司的 CVM1 和 CS1 系列、SB 公司的 SLC5/05 系列等產品。上述劃分沒有嚴格的界限，隨著 PLC 技術的飛速發(fā)展，某些小型 PLC 也具備中型機和大型機的功能，這也是 PLC 的發(fā)展趨勢。1.3.2 按結構形式分類無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書5按 PLC 物理結構形式的不同，可分為整體式（也稱單元式）和組合式（也稱模塊式）兩類。（1）整體式結構 整體式結構的 PLC 是將中央處理單元（CPU） 、存儲器、輸入單元、電源、通信端口、I/O 擴展端口等組裝在一個箱體內構成主機。內外還有獨立的 I/O 擴展單元等通過擴展電纜與主機上的擴展端口相連，以構成 PLC 不同配置與主機配合使用。整體式結構的 PLC 結構緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型機常用這種結構。（2）組合式結構 這種結構的 PLC 是將 CPU、輸入單元、輸出單元、電源單元、智能I/O 單元，通信單元等分別做成相應的電路板和擴展模塊。組合式的特點是配置靈活，輸入接點、輸出接點的數量可以自由選擇，各種功能模塊可以依需要靈活配置。大、中型 PLC 常用組合式結構。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書6第二章 整體方案的選擇2.1 整體功能介紹知識競賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時，跟對手比反應時間，思維運轉快慢的新型電器。隨著社會科技技術的不斷發(fā)展，他的應用場合也隨之增加；技術含量大大提升；更加方便可靠。目前, 形式多樣、功能完備的搶答器已廣泛應用于電視臺、商業(yè)機構、學校及企事業(yè)單位, 它為各種競賽增添了刺激性、娛樂性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進行知識競賽搶答器設計，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。搶答器應用場合效果如下圖2-1所示：圖 2-1 搶答器應用場合效果2.2 競賽搶答器的控制要求（1）知識競賽搶答器能使 4 個隊同時參加搶答。（2）設裁判隊為裁判臺，參賽對為參賽臺。裁判臺設有音響和裁判燈，并且設有裁判臺開始按鈕 SB0 和裁判臺復位按鈕 SB5；參賽臺設有參賽臺搶答按鈕以及參賽臺燈。1-4 號參賽臺分別對應按鈕 SB1-SB4 及參賽臺燈 EL1-EL4。（3）知識競賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊搶答必須在裁判說出“開始”并按下裁判臺的開始按鈕 SB0 后 15S 內搶答，并由數碼管顯示時間。如提前搶答，搶答器發(fā)出“違規(guī)”信號。15S 時間到，如無隊搶答，則搶答器給出時間已到信號，該題作廢。在有無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書7隊搶答的情況下，則搶答器發(fā)出“搶答”信號，數碼管開始計時，并由數碼管顯示出搶到題的參考隊號，搶到題的隊必須在 30S 內答完題，如 30S 內未答完，則作超時處理。（4）燈光與音響信號的意義如下：[1] 音響叫（響 1S）+某臺燈亮，由某參賽隊正常搶答。[2] 音響叫（響 1S）+某臺燈亮+總臺燈亮，某參賽隊違規(guī)。[3] 音響叫（響 1S）+裁判臺燈亮，無人搶答或答題超時。（5）在某個題結束后，裁判員按下臺上的復位按鈕 SB5，搶答器恢復原來的狀態(tài)，為下一輪搶答作好準備。（6）各輸出端口統一采用直流 24V 電源。2.3 用單片機和 PLC 分別做系統的比較所謂單片機系統就是采用目前市場上的單片機 CPU 及其它外圍芯片，根據不同系統設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統，并在此基礎上設計程序以達到所要求的控制功能。這種形式在 80 年代國內很流行，但由于受到本身可靠性及其它方面 的限制，目前除了儀表上仍然采用外，在工業(yè)現場的應用已逐步被 PLC 所代替。單片機的可靠性：由于目前國內市場上的單片機芯片的品質良莠不齊，很大一部分還是國外篩選出來的次等品，加上其它外圍元件（如電阻、電容等）的參數離散性也很大，批量小的產品不可能經過篩選配對等技術處理，因此這樣的產品很難做到很好的一致性和高可靠性，因為任一元件的參數偏離設計要求都會引起系統的不穩(wěn)定。另外，單片機的所有器件均不是工業(yè)級的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力很弱，而國內的電源一般都很差，加上壓片機的變頻調速對電源的干擾很大，因此，更可能引起單片機系統的不穩(wěn)定。單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發(fā)成本和周期都 會增加。單片機的可維護性：一旦單片機系統出現故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統，這樣維修成本增加了。操作：現在國內單片機系統的操作均采用自設計的鍵盤，設定數據用撥碼開關，顯示用LED，整個面板顯得繁鎖，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發(fā)生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發(fā)現故障所在，最終按說明書指示排除故障，這樣排除故障的時間相對較長?？傊@樣的人機對話不夠友善。特點：不可靠，價格便宜。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書8可編程控制器（PLC）： 所謂 PLC 系統就是采用目前市場上各大工業(yè)控制廠家生產的可編程控制器，根據要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業(yè)現場應用最為廣泛。PLC 的可靠性：進口 PLC 采用的 CPU 都是生產廠家專門設計的工業(yè)級專用處理器，其余各元件也是直接向生產廠家購買的，經過嚴格挑選的工業(yè)級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調速的干擾下仍能正常工作。PLC 的可擴展性：要增加一個功能只要增加相應的模塊和修正對應的程序，而 PLC 的編程相對比較簡單，這樣對于開發(fā)周期會縮短。PLC 的可維護性：PLC 本身有很強的自診斷功能，一旦系統出現故障，根據自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。操作：PLC 的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統發(fā)生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據提示很快排除故障。 特點：價格與前二種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。綜合以上的分析和比較，最終決定采用 PLC。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書9第三章 硬件電路設計3.1 控制特點分析知識競賽搶答器通過 PLC 進行按控制要求編程，其主要的輸入就是通過裁判員和參賽選手的按鈕，然后將信號傳遞給信息分析中心（PLC） ，PLC 將根據信號作出相應的響應。知識競賽搶答器有六個輸入信號（即六個按鈕） ，九個輸出信號（即五個臺燈信號、一個音響信號、三個數碼管輸出信號） 。由上可知 PLC 共有六個輸入點，九個輸出點。系統控制結構框圖如下圖 3-1 所示：主持人按鈕 搶答按鈕PLC計時電路 違規(guī)電路 音響電路 組顯電路時間顯示圖 3-1 系統控制結構框圖STARA REST SB1 SB2 SB3 SB4無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書103.2 PLC 機型的選擇步驟與原則隨著 PLC 技術的發(fā)展， PLC 產品的種類也越來越多。不同型號的 PLC，其結構形式、性能、容量、指令系統、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選用 PLC，對于提高 PLC 控制系統的技術經濟指標有著重要意義。PLC 的選擇主要應從 PLC 的機型、容量、I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯網能力等方面加以綜合考慮。PLC 機型的選擇PLC 機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：(一) 合理的結構型式PLC 主要有整體式和模塊式兩種結構型式。整體式 PLC 的每一個 I／O 點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小 ,一般用于系統工藝過程較為固定的小型控制系統中；而模塊式 PLC 的功能擴展靈活方便,在 I／O 點數、輸入點數與輸出點數的比例、I／O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復雜的控制系統。(二) 安裝方式的選擇PLC 系統的安裝方式分為集中式、遠程 I／O 式以及多臺 PLC 聯網的分布式。集中式不需要設置驅動遠程 I／O 硬件，系統反應快、成本低；遠程 I／O 式適用于大型系統，系統的裝置分布范圍很廣，遠程 I／O 可以分散安裝在現場裝置附近，連線短，但需要增設驅動器和遠程 I／O 電源；多臺 PLC 聯網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。(三)相應的功能要求一般小型(低檔)PLC 具有邏輯運算、定時、計數等功能，對于只需要開關量控制的設備都可滿足。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統，可選用能帶 A／D 和 D／A 轉換單元，具有加減算術運算、數據傳送功能的增強型低檔 PLC。對于控制較復雜，要求實現 PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯網等功能，可視控制規(guī)模大小及復雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC 價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書11制和集散控制系統等場合。(四)響應速度要求PLC 是為工業(yè)自動化設計的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應速度一般都能滿足其應用范圍內的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號有特殊的速度要求時，則應該慎重考慮 PLC 的響應速度，可選用具有高速 I／O 處理功能的 PLC，或選用具有快速響應模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。(五)系統可靠性的要求對于一般系統 PLC 的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統，應考慮是否采用冗余系統或熱備用系統。(六)機型盡量統一一個企業(yè)，應盡量做到 PLC 的機型統一。主要考慮到以下三方面問題：１)機型統一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。２)機型統一，其功能和使用方法類似，有利于技術力量的培訓和技術水平的提高。３)機型統一，其外部設備通用，資源可共享，易于聯網通信，配上位計算機后易于形成一個多級分布式控制系統。綜上所述，基于以上思想，選用日本三菱公司 FX-48MR 系列的 PLC 作為控制主機。3.3 流程圖（見附圖）當裁判按下開始按鈕時，四個參賽對處于搶答狀態(tài)，假如是一號參賽隊先搶到題目，PLC 先判斷搶答是否成功，若成功，則進行下一部看是否在規(guī)定的搶答時間內答題，若在規(guī)定時間內，則答題結束；若超時，則提示主持人；如果搶答沒有成功，則判斷是否搶答犯規(guī)，若法規(guī)，某法規(guī)臺燈亮，總臺燈亮；主持人按下復位，整個答題結束。3.4 程序中所使用的 FX 系列 PLC 的編程元件的介紹3.4.1 三菱 FX 系列 PLC 取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）取指令與輸出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）（1）LD（取指令）一個常開觸點與左母線連接的指令，每一個以常開觸點開始的邏輯行都用此指令。（2）LDI（取反指令）一個常閉觸點與左母線連接指令，每一個以常閉觸點開始的邏輯行都用此指令。（3）LDP（取上升沿指令）與左母線連接的常開觸點的上升沿檢測指令，僅在指定位元件的上升沿（由 OFF→ON）時接通一個掃描周期。（4）LDF（取下降沿指令）與左母線連接的常閉觸點的下降沿檢測指令。（5）OUT（輸出指令）對線圈進行驅動的指令，也稱為輸出指令。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書12取指令與輸出指令的使用如圖 3-2 所示。圖 3-2 取指令與輸出指令的使用取指令與輸出指令的使用說明：1）LD、LDI 指令既可用于輸入左母線相連的觸點，也可與 ANB、ORB 指令配合實現塊邏輯運算；2）LDP、LDF 指令僅在對應元件有效時維持一個掃描周期的接通。圖 3-2 中，當 M1 有一個下降沿時，則 Y3 只有一個掃描周期為 ON。3）LD、LDI、LDP、LDF 指令的目標元件為 X 、Y 、M 、T、C、S；4）OUT 指令可以連續(xù)使用若干次（相當于線圈并聯） ，對于定時器和計數器，在 OUT 指令之后應設置常數 K 或數據寄存器。5）OUT 指令目標元件為 Y、M、T、C 和 S，但不能用于 X。3.4.2 三菱 FX 系列 PLC 觸點串聯指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）觸點串聯指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）（1）AND（與指令）一個常開觸點串聯連接指令，完成邏輯“與”運算。（2）ANI（與反指令）一個常閉觸點串聯連接指令，完成邏輯“與非”運算。（3）ANDP 上升沿檢測串聯連接指令。（4）ANDF 下降沿檢測串聯連接指令。觸點串聯指令的使用如圖 3-3 所示。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書13圖 3-3 觸點串聯指令的使用觸點串聯指令的使用的使用說明：1）AND、ANI、ANDP、ANDF 都指是單個觸點串聯連接的指令，串聯次數沒有限制，可反復使用。2）AND、ANI、ANDP、ANDF 的目標元元件為 X、Y、M、T、C 和 S。3）圖 3-4(b)中 OUT M101 指令之后通過 T1 的觸點去驅動 Y4 稱為連續(xù)輸出。3.4.3 三菱 FX 系列 PLC 觸點并聯指令（OR/ORI/ORP/ORF）觸點并聯指令（OR/ORI/ORP/ORF）（1）OR（或指令）用于單個常開觸點的并聯，實現邏輯“或”運算。（2）ORI（或非指令）用于單個常閉觸點的并聯，實現邏輯“或非”運算。（3）ORP 上升沿檢測并聯連接指令。（4）ORF 下降沿檢測并聯連接指令。觸點并聯指令的使用如圖 3-4 所示。圖 3-4 觸點并聯指令的使用觸點并聯指令的使用說明：無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書141）OR、ORI、ORP、ORF 指令都是指單個觸點的并聯，并聯觸點的左端接到LD、LDI、LDP 或 LPF 處，右端與前一條指令對應觸點的右端相連。觸點并聯指令連續(xù)使用的次數不限；2）OR、ORI、ORP、ORF 指令的目標元件為 X、Y、M、T、C、S。3.4.4 三菱 FX 系列 PLC 塊操作指令（ORB / ANB）塊操作指令（ORB / ANB）（1）ORB（塊或指令）用于兩個或兩個以上的觸點串聯連接的電路之間的并聯。ORB 指令的使用如圖 3-5 所示。圖 3-5 ORB 指令的使用ORB 指令的使用說明：1）幾個串聯電路塊并聯連接時，每個串聯電路塊開始時應該用 LD 或 LDI 指令；2）有多個電路塊并聯回路，如對每個電路塊使用 ORB 指令，則并聯的電路塊數量沒有限制；3）ORB 指令也可以連續(xù)使用，但這種程序寫法不推薦使用，LD 或 LDI 指令的使用次數不得超過 8 次，也就是 ORB 只能連續(xù)使用 8 次以下。（2）ANB（塊與指令）用于兩個或兩個以上觸點并聯連接的電路之間的串聯。ANB 指令的使用說明如圖 3-6 所示。圖 3-6 ANB 指令的使用ANB 指令的使用說明：無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書151）并聯電路塊串聯連接時，并聯電路塊的開始均用 LD 或 LDI 指令；2）多個并聯回路塊連接按順序和前面的回路串聯時，ANB 指令的使用次數沒有限制。也可連續(xù)使用 ANB，但與 ORB 一樣，使用次數在 8 次以下。3.4.5 三菱 FX 系列 PLC 置位與復位指令（SET/RST）置位與復位指令（SET/RST）（1）SET（置位指令）它的作用是使被操作的目標元件置位并保持。（2）RST（復位指令）使被操作的目標元件復位并保持清零狀態(tài)。SET、RST 指令的使用如圖 3-7 所示。當 X0 常開接通時，Y0 變?yōu)?ON 狀態(tài)并一直保持該狀態(tài)，即使 X0 斷開 Y0 的 ON 狀態(tài)仍維持不變；只有當 X1 的常開閉合時，Y0 才變?yōu)?OFF 狀態(tài)并保持，即使 X1 常開斷開，Y0 也仍為 OFF 狀態(tài)。圖 3-7 置位與復位指令的使用SET 、RST 指令的使用說明：1）SET 指令的目標元件為 Y、M、S，RST 指令的目標元件為 Y、M、S、T、C、D、V 、Z。RST 指令常被用來對 D、Z、V 的內容清零，還用來復位積算定時器和計數器。2）對于同一目標元件，SET、RST 可多次使用，順序也可隨意，但最后執(zhí)行者有效。3.4.6 傳送類指令 MOV SMOV CMOV BMOV FMOV（1）傳送指令 MOV (D)MOV(P)指令的編號為 FNC12，該指令的功能是將源數據傳送到指定的目標。如圖 3-8 所示，當 X0 為 ON 時，則將[S.]中的數據 K100 傳送到目標操作元件[D.]即無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書16D10 中。在指令執(zhí)行時，常數 K100 會自動轉換成二進制數。當 X0 為 OFF 時，則指令不執(zhí)行，數據保持不變。圖 3-8 傳送指令的使用使用應用 MOV 指令時應注意：1）源操作數可取所有數據類型，標操作數可以是 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）16 位運算時占 5 個程序步，32 位運算時則占 9 個程序步。（2）移位傳送指令 SMOV SMOV(P)指令的編號為 FNC13。該指令的功能是將源數據（二進制）自動轉換成 4 位 BCD 碼，再進行移位傳送，傳送后的目標操作數元件的 BCD 碼自動轉換成二進制數。如圖 3-9 所示，當 X1 為 ON 時，將 D1 中右起第 4 位（m1=4）開始的 2 位(m2=2) BCD 碼移到目標操作數 D2 的右起第 3 位(n=3)和第 2 位。然后 D2 中的 BCD 碼會自動轉換為二進制數，而 D2 中的第 1 位和第 4 位 BCD 碼不變。圖 3-9 移位傳送指令的使用使用移位傳送指令時應該注意：1）源操作數可取所有數據類型，目標操作數可為 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z。2）SMOV 指令只有 16 位運算，占 11 個程序步。（3）取反傳送指令 CML(D)CML(P)指令的編號為 FNC14。它是將源操作數元件的數據逐位取反并傳送到指定目標。如圖 3-10 所示，當 X0 為 ON 時，執(zhí)行 CML，將 D0 的低 4 位取反向后傳送到 Y3～Y0 中。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書17圖 3-10 取反傳送指令的使用使用取反傳送指令 CML 時應注意：1）源操作數可取所有數據類型，目標操作數可為 KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、Z.，若源數據為常數 K，則該數據會自動轉換為二進制數。2）16 位運算占 5 個程序步，32 位運算占 9 個程序步。（4）塊傳送指令 BMOV BMOV(P)指令的 ALCE 編號為 FNC15，是將源操作數指定元件開始的 n 個數據組成數據塊傳送到指定的目標。如圖 3-11 所示，傳送順序既可從高元件號開始，也可從低元件號開始，傳送順序自動決定。若用到需要指定位數的位元件，則源操作數和目標操作數的指定位數應相同。圖 3-11 塊傳送指令的使用使用塊傳送指令時應注意：1）源操作數可取 KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D 和文件寄存器，目標操作數可取. KnT、KnM、KnS、T、C 和 D；2）只有 16 位操作，占 7 個程序步；3）如果元件號超出允許范圍，數據則僅傳送到允許范圍的元件。（5）多點傳送指令 FMOV (D)FMOV(P)指令的編號為 FNC16。它的功能是將源操作數中的數據傳送到指定目標開始的 n 個元件中，傳送后 n 個元件中的數據完全相同。如圖 3-12所示，當 X0 為 ON 時，把 K0 傳送到 D0～D9 中。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書18圖 3-12 多點傳送指令應用使用多點傳送指令 FMOV 時應注意：1）源操作數可取所有的數據類型，目標操作數可取 KnX、KnM、KnS、T、C、和 D，n 小等于 512；2）16 位操作占 7 的程序步，32 位操作則占 13 個程序步；3）如果元件號超出允許范圍，數據僅送到允許范圍的元件中。3.4.7 三菱 FX 系列 PLC 常數（K、H）K 是表示十進制整數的符號，主要用來指定定時器或計數器的設定值及應用功能指令操作數中的數值；H 是表示十六進制數，主要用來表示應用功能指令的操作數值。 例如 20 用十進制表示為 K20，用十六進制則表示為 H14。3.4.8 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（X）輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受 PLC 外部開關信號的元件。PLC 通過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)（接通時為“1”，斷開時為“0”）讀入并存儲在輸入映象寄存器中。如圖 3-13 所示為輸入繼電器 X1 的等效電路。圖 3-13 輸入繼電器的等效電路輸入繼電器必須由外部信號驅動，不能用程序驅動，所以在程序中不可能出現其線圈。由于輸入繼電器（X）為輸入映象寄存器中的狀態(tài)，所以其觸點的使用次數不限。FX 系列 PLC 的輸入繼電器以八進制進行編號，FX2N 輸入繼電器的編號范圍為無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書19X000~X267（ 184 點）。注意，基本單元輸入繼電器的編號是固定的，擴展單元和擴展模塊是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。例如：基本單元 FX2N-64M 的輸入繼電器編號為 X000~X037（32 點），如果接有擴展單元或擴展模塊，則擴展的輸入繼電器從 X040 開始編號。3.4.9 三菱 FX 系列 PLC 輸入繼電器（Y）輸出繼電器是用來將 PLC 內部信號輸出傳送給外部負載（用戶輸出設備）。輸出繼電器線圈是由 PLC 內部程序的指令驅動，其線圈狀態(tài)傳送給輸出單元，再由輸出單元對應的硬觸點來驅動外部負載。如圖 3-14 所示為輸出繼電器 Y0 的等效電路。圖 3-14 輸出繼電器的等效電路每個輸出繼電器在輸出單元中都對應有維一一個常開硬觸點，但在程序中供編程的輸出繼電器，不管是常開還是常閉觸點，都可以無數次使用。 FX 系列 PLC 的輸出繼電器也是八進制編號其中 FX2N 編號范圍為 Y000~Y267（184點） 。與輸入繼電器一樣，基本單元的輸出繼電器編號是固定的，擴展單元和擴展模塊的編號也是按與基本單元最靠近開始，順序進行編號。在實際使用中，輸入、輸出繼電器的數量，要看具體系統的配置情況。3.4.10 輔助繼電器輔助繼電器是 PLC 中數量最多的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅動外部負載，負載只能由輸出繼電器的外部觸點驅動。輔助繼電器的常開與常閉觸點在 PLC 內部編程時可無限次使用。輔助繼電器采用 M 與十進制數共同組成編號（只有輸入輸出繼電器才用八進制數） 。1．通用輔助繼電器（M0～M499）FX2N 系列共有 500 點通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在 PLC 運行時，如果電源突然無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書20斷電，則全部線圈均 OFF。當電源再次接通時，除了因外部輸入信號而變?yōu)?ON 的以外，其余的仍將保持 OFF 狀態(tài)，它們沒有斷電保護功能。通用輔助繼電器常在邏輯運算中作為輔助運算、狀態(tài)暫存、移位等。根據需要可通過程序設定，將 M0～M499 變?yōu)閿嚯姳３州o助繼電器。2．斷電保持輔助繼電器（M500～M3071）FX2N 系列有 M500～M3071 共 2572 個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，并在重新通電后再現其狀態(tài)。它之所以能在電源斷電時保持其原有的狀態(tài)，是因為電源中斷時用 PLC 中的鋰電池保持它們映像寄存器中的內容。其中 M500～M1023 可由軟件將其設定為通用輔助繼電器。3．特殊輔助繼電器PLC 內有大量的特殊輔助繼電器，它們都有各自的特殊功能。FX2N 系列中有 256 個特殊輔助繼電器，可分成觸點型和線圈型兩大類（1）觸點型 其線圈由 PLC 自動驅動，用戶只可使用其觸點。例如：M8000：運行監(jiān)視器（在 PLC 運行中接通） ，M8001 與 M8000 相反邏輯。M8002：初始脈沖（僅在運行開始時瞬間接通） ，M8003 與 M8002 相反邏輯。M8011、M8012、M8013 和 M8014 分別是產生 10ms、100ms 、1s 和 1min 時鐘脈沖的特殊輔助繼電器。M8000、M8002、M8012 的波形圖如圖 3-15 所示。圖 3-15 M8000、M8002、M8012 的波形圖（2）線圈型 由用戶程序驅動線圈后 PLC 執(zhí)行特定的動作。例如：M8033：若使其線圈得電，則 PLC 停止時保持輸出映象存儲器和數據寄存器內容。M8034：若使其線圈得電，則將 PLC 的輸出全部禁止。M8039：若使其線圈得電，則 PLC 按 D8039 中指定的掃描時間工作。3.4.11 三菱 FX 系列 PLC 定時器（T）無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書21PLC 中的定時器（ T）相當于繼電器控制系統中的通電型時間繼電器。它可以提供無限對常開常閉延時觸點。定時器中有一個設定值寄存器（一個字長），一個當前值寄存器（一個字長）和一個用來存儲其輸出觸點的映象寄存器（一個二進制位），這三個量使用同一地址編號。但使用場合不一樣，意義也不同。FX2N 系列中定時器時可分為通用定時器、積算定時器二種。它們是通過對一定周期的時鐘脈沖的進行累計而實現定時的，時鐘脈沖有周期為 1ms、10ms、100ms 三種，當所計數達到設定值時觸點動作。設定值可用常數 K 或數據寄存器 D 的內容來設置。1．通用定時器通用定時器的特點是不具備斷電的保持功能，即當輸入電路斷開或停電時定時器復位。通用定時器有 100ms 和 10ms 通用定時器兩種。（1）100ms 通用定時器（T0～T199） 共 200 點，其中 T192～T199 為子程序和中斷服務程序專用定時器。這類定時器是對 100ms 時鐘累積計數，設定值為 1～32767，所以其定時范圍為 0.1～3276.7s。（2）10ms 通用定時器（T200～T245） 共 46 點。這類定時器是對 10ms 時鐘累積計數，設定值為 1～32767，所以其定時范圍為 0.01～327.67s 。舉例說明通用定時器的工作原理。如圖 3-16 所示，當輸入 X0 接通時，定時器 T200 從0 開始對 10ms 時鐘脈沖進行累積計數，當計數值與設定值 K123 相等時，定時器的常開接通Y0，經過的時間為 123×0.01s=1.23s。當 X0 斷開后定時器復位，計數值變?yōu)?0，其常開觸點斷開，Y0 也隨之 OFF。若外部電源斷電，定時器也將復位。圖 3-16 通用定時器工作原理無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書222．積算定時器積算定時器具有計數累積的功能。在定時過程中如果斷電或定時器線圈 OFF，積算定時器將保持當前的計數值（當前值），通電或定時器線圈 ON 后繼續(xù)累積，即其當前值具有保持功能，只有將積算定時器復位，當前值才變?yōu)?0。（1）1ms 積算定時器（T246～T249） 共 4 點，是對 1ms 時鐘脈沖進行累積計數的，定時的時間范圍為 0.001～32.767s。（2）100ms 積算定時器（T250～T255）共 6 點，是對 100ms 時鐘脈沖進行累積計數的定時的時間范圍為 0.1～3276.7s。以下舉例說明積算定時器的工作原理。如圖 3-17 所示，當 X0 接通時，T253 當前值計數數器開始累積 100ms 的時鐘脈沖的個數。當 X0 經 t0 后斷開，而 T253 尚未計數到設定值K345，其計數的當前值保留。當 X0 再次接通，T253 從保留的當前值開始繼續(xù)累積，經過t1 時間，當前值達到 K345 時，定時器的觸點動作。累積的時間為 t0+t1=0.1×345=34.5s。當復位輸入 X1 接通時，定時器才復位，當前值變?yōu)?0，觸點也跟隨復位。圖 3-17 積算定時器工作原理3.4.12 微分指令（PLS/PLF）（1）PLS（上升沿微分指令） 在輸入信號上升沿產生一個掃描周期的脈沖輸出。（2）PLF（下降沿微分指令） 在輸入信號下降沿產生一個掃描周期的脈沖輸出。微分指令的使用如圖 3-18 所示，利用微分指令檢測到信號的邊沿，通過置位和復位命令控制 Y0 的狀態(tài)。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書23圖 3-18 微分指令的使用PLS、PLF 指令的使用說明：1）PLS、PLF 指令的目標元件為 Y 和 M；2）使用 PLS 時，僅在驅動輸入為 ON 后的一個掃描周期內目標元件 ON，如圖 3-18 所示，M0 僅在 X0 的常開觸點由斷到通時的一個掃描周期內為 ON；使用 PLF 指令時只是利用輸入信號的下降沿驅動，其它與 PLS 相同。3.4.13 位右移和位左移指令移位指令是PLC的一條重要指令，可用于步進順序控制，利用這種順序控制方式可實現其它一些控制功能。位右、左移指令SFTR(P) 和SFTL(P)的編號分別為FNC34和FNC35。它們使位元件中的狀態(tài)成組地向右（或向左）移動。n1指定位元件的長度，n2指定移位位數，n1和n2的關系及范圍因機型不同而有差異，一般為n2≤n1≤1024。位右移指令使用如圖3-19所示。 無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書24圖 3-19 位右移指令的使用使用位右移和位左移指令時應注意：1）源操作數可取 X、Y、M、S，目標操作數可取 Y、M、S。2）只有 16 位操作，占 9 個程序步。3.5 PLC 與七段 LED 顯示器連接設計3.5.1 LED 數碼管的結構及主要特性1. LED數碼管的結構LED 數碼管是由發(fā)光二極管構成的，亦稱半導體數碼管。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負極）或共陽極（正極）的方法連接，組成“ 8”字，再把發(fā)光二極管另一電極作筆段電極，就構成了LED 數碼管。若按規(guī)定使某些筆段上的發(fā)光二極管發(fā)光，就能顯示從0～9 的一系列數字。同熒光數碼管（VFD）、輝光數碼管（NRT）相比，它具有：體積小、功耗低、耐震動、壽命長、亮度高、單色性好、發(fā)光響應的時間短，能與TTL、CMOS 電路兼容等優(yōu)點?，F已廣泛用作數字化儀表、數控裝置、家用電器中的數顯器件。常見LED 數碼管的外形及內部結構如圖3-20所示。圖3-20屬于共陽極結構，圖3-20采用共陰極結構。分別表示公共陽極和公共陰極。a～g 是7 個筆段電極，DP 為小數點。另有一種字高為7.6 mm 的超小型LED 數碼管，管腳從左右兩排引出，小數點則是獨立的。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書25圖3-20 常見LED 數碼管的外形及內部結構2. LED數碼管的主要特性（1）工作電壓1.5～5V，一般為1.5～2.5V，工作電流5～10mA，高亮度管可在低電壓和小電流（1mA左右）條件下工作。（2）單色性好，亮度高、高頻特性優(yōu)良，發(fā)光響應時間非常短，通常小于0.1us。（3）能與4000B系列CMOS電路或74/54系列TTL電路中的七段譯碼驅動器兼容、產品分為共陽、共陰兩大類型，適應性強。（4）體積小、重量輕、抗沖擊性能好，工作溫度范圍為-30～+80℃，使用壽命可達5M小時以上。（5）LED數碼管每筆畫工作電流I在5～10 mA 之間，若電流過大會損壞數碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計算R=（V0-V1）/I其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為LED數碼管每筆劃壓降（約為2V）。3.5.2 PLC 與七段數碼管方案選擇PLC (可編程控制器 ) 具有體積小、抗干擾能力強以及運行可靠等諸多優(yōu)點。PLC 的梯形圖語言清晰直觀、可讀性強， 易于掌握。在工業(yè)控制中，PLC 作為面向控制對象的下位機，已廣泛應用于工業(yè)控制的各個領域。但對于一般的中小型的專用設備，采用工業(yè)控制計算機作為上位機會使成本大大提高，同時不便于在操作現場直接讀取或輸入數據.在顯示數據較少時，采用 PLC 控制 LED 直接進行數據顯示，可以降低成本，使得數據顯示直觀。而當欲顯示的數據較多時，PLC 直接進行數據顯示，會使得所需 PLC 輸出點數大大增加，同時由于 PLC 梯形圖的局限性，會使得顯示程序的編制變得非常復雜，這不僅增大了程序編無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書26制的難度，而且增加了程序的執(zhí)行時間，從而大大地降低了顯示速度。在應用可編程序控制器(PLC)構成的控制系統中，除要求PLC完成指定的控制功能外，往往還要求附帶有輸出顯示，對一些參數進行動態(tài)實時顯示，以利于操作者監(jiān)控生產過程。PLC通過輸出模塊外接顯示電路，一般要求少占用輸出點數、外接電路簡單、輸出顯示速度盡可能快。OMRON公司推出的CQM1型PLC指令中設置了7段輸出顯示指令7SEG(2)，該指令有4位和8位兩種方式，輸出8位數時要占用13 個輸出點，若要求輸出顯示5 位數時，需選用8位方式，占用13個輸出點。PLC輸出模塊接LED數碼管顯示的方法已應用在一實際CQM1型PLC構成的控制系統中。PLC 驅動的顯示電路配合PLC 程序，可以實現如下的指標的數據顯示:1) 在僅占用PLC16點輸出的情況下，顯示的LED可多達128 個。2) 所有的顯示單元的電路結構完全相同，可以互換。3) 所有的顯示單元與PLC之間的連線完全相同, 硬件連線簡單。4) 采用靜態(tài)顯示方式，顯示沒有閃爍感。5) 每一位LED數據更新顯示僅需2個PLC 掃描周期。6) 在沒有新數據顯示時，程序進行循環(huán)顯示，使顯示電路的抗干擾能力增強。由上述可知，結合本次設計，由于輸入輸出點并不是很多，采用 PLC 控制 LED 直接進行數據顯示方案，可以大大降低設計成本。3.5.3 PLC 與七段數碼管直接連接阻值計算根據LED數碼管每筆畫工作電流I在5～10 mA 之間，若電流過大會損壞數碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計算R=（V0-V1）/I其中V0為加在LED兩端上的電壓，V1為LED數碼管每筆劃壓降（約為2V）。本次設計PLC電源采用的是直流24V，PLC的輸出電壓為5V，安通過數碼管的電流I=3mA計算可得R=1KΩ。本次設計共用到了三個數碼管，所以須要21個1KΩ的R，以及5個EL燈和一個音響。3.5.4 外部硬件接線圖（見附圖）為了硬件電路接線方便，SB0 作為搶答的開始按鈕，對應輸入點為 X0，輸出點為Y0。SB1、SB2、SB3、SB4 分別對應四個參賽對號，輸入點分別 X1、X2、X3、X4，輸出點分別為 Y1、Y2、Y3、Y4。SB5 作為搶答的復位按鈕，對應輸入點為 X5。音響輸出點為 Y5。數碼管 1 顯示輸出點為 Y10-Y16。數碼管 2 顯示輸出點為 Y20-Y26。數碼管 3 顯示輸出點為Y30-Y36。PLC 與數碼管采用串電阻直接連接方式。無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書27第四章 軟件設計4.1 IO 分配表 4-1 知識競賽搶答器輸入輸出口分配表輸入信號 輸出信號名稱 代號 輸入點編號 名稱 代號 輸出點編號裁判臺開始按鈕 SB0 X0 裁判臺燈 EL0 Y01 號參賽臺搶答按鈕 SB1 X1 1 號參賽臺燈 EL1 Y12 號參賽臺搶答按鈕 SB2 X2 2 號參賽臺燈 EL2 Y23 號參賽臺搶答按鈕 SB3 X3 3 號參賽臺燈 EL3 Y34 號參賽臺搶答按鈕 SB4 X4 4 號參賽臺燈 EL4 Y4裁判臺復位按鈕 SB5 X5 音響 B Y5數碼管 1 LE1 Y10-Y16數碼管 2 LE2 Y20-Y26數碼管 3 LE3 Y30-Y36為了硬件電路接線方便和程序清晰易讀，用 SB0 作為裁判臺的開始按鈕，四個參賽隊分別用與之對應號 SB1、SB2、SB3、SB4 設置按鈕。SB5 為比賽復位按鈕，使下輪比賽開始。輸出與輸入對應，用 YO 輸出信號驅動比賽開始信號燈 EL0，同理用 Y1、Y2、Y3、Y4 輸出信號驅動對應的信號燈 EL1、EL2、EL3、EL4。Y5 輸出信號驅動音響。Y10-Y16 輸出信號驅動數碼管 1 顯示各個參賽隊的隊號。Y20-Y26 輸出信號驅動數碼管 2，顯示搶答時間的個位，無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書28Y30-Y36 輸出信號驅動數碼管 3，顯示搶答時間的十位。4.2 根據控制要求進行梯形圖設計 X0MM1X5M0T0X1M1YX5Y1X21X5Y 23M1X5Y3X41Y Y4X5X12X34M1 M12T1X5M2T1K30M1 T0 1 Y0X5Y0M M1T011MM0M01X5PLSM3搶 答 允 許搶 答 限 時1號 參 賽 臺二 號 參 賽 臺三 號 參 賽 臺四 號 參 賽 臺搶 答 繼 電 器答 題 限 時 繼 電 器答 題 限 時(裁 判 臺 燈 狀 態(tài) )違 規(guī) 搶 答無 人 搶 答答 題 超 時(裁 判 臺燈 狀 態(tài) )正 常 搶 答無 人 搶 答答 題 超 時違 規(guī) 搶 答無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書29續(xù)梯形圖（一）M3Y5T2X5Y5T2Y23 Y10Y12Y34 Y1Y13Y4 Y122Y3 Y132Y14Y4 Y15Y23Y4 Y16M0T4 T3K5T3 T4K54 MM01M12314M5167189音 響 驅 動音 響 限 時數 碼 管 1顯示 參 賽 臺 隊號計 時 秒 脈 沖 信 號 產 生 程序秒 個 位 移 位 繼 電 器數 碼 管 2計 時器 個 位 顯 示 程序無錫職業(yè)技術學院畢業(yè)設計說明書30續(xù)梯形圖（二）M4SFTLM910K11925MZR80M1PLSM59M1214M5167M