專業(yè)方向設計報告課程名稱： 設計名稱： 姓 名： 學 號: 班 級： 指導教師： 起止日期： 方 向 設 計 任 務 書設計要求：（指導教師給出的具體設計要求）控制要求1）搶答器同時供6名選手或6個代表隊比賽，分別用6個按鈕S0 S5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。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進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示搶答的時間，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。方 向 設 計 學 生 日 志時間設計內容2011.11.11查閱資料2011.11.15進行PLC程序編寫2011.11.20進行MCGS的界面設計2011.11.25到實驗室進行調試2011.11.29到實驗室進行調試2011.12.03整理資料，書寫報告。2011.12.06答辯196路搶答器PLC控制系統(tǒng)設計摘要 本設計將以松下FP0 PLC為核心設計了系統(tǒng)結構圖、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)軟件里進行監(jiān)控界面的設計，達到了同步的要求。在保留了原始搶答器的基本功能的同時又增加了一系列的實用功能并簡化其電路結構，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 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 convenient, 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、設計目的和意義1、設計目的 隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發(fā)展，實用搶答器的這一產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?，F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）、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生，用PLC本身的優(yōu)勢使競賽真正達到公正、公平、公開。2、設計意義 在設計中，我運用了松下PLC可編程邏輯控制器和其他理論和實際知識進行設計，加深了對以前所學的知識的理解。掌握了PLC和MCGS組態(tài)軟件設計的一般規(guī)律，提高了我分析和解決實際問題的能力。通過這次設計，我學會了從所實現的目的出發(fā)，合理選擇所需的硬件和軟件，制定合理的設計方案，省時省力的完成設計。 二、控制要求1）搶答器同時供6名選手或6個代表隊比賽，分別用6個按鈕S0 S5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。4）參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。5）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。三、設計方案論證方案一：搶答器功能的方式有多種，可以采用前期的模擬電路，數字電路或模擬與數字電路相結合的方式。但這種對電路知識要求很高，實現起來相對簡單。方案二：基于單片機的搶答器設計，這種的成本較高，對硬件電路要求較高，運用單片機所學知識，通過外部硬件電路的鏈接和編程實現。方案三：運用PLC可編程控制邏輯器件，通過編程實現邏輯輸入輸出的功能，達到一個實現控制要求的目的，運用MCGS組態(tài)軟件，進行界面監(jiān)控及遠程控制，綜合起來看，運用單片機及數電模電知識做不利于監(jiān)控界面的制作，最終選擇基于PLC的搶答器設計。四、系統(tǒng)設計設計原理：基于PLC的程序控制，先進行程序的編寫，搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，則報警器響2秒，數碼管上顯示搶答的時間，并鎖存，按鈕無效；當30秒倒計時到了，則數碼管上顯示00，在MCGS組態(tài)軟件上做監(jiān)控界面，實現數據的通信，進行設備的調試及監(jiān)控，以及遠程調試控制。 1、 根據控制要求，進行搶答器PLC控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。(1)設計原理基于PLC的程序控制，先進行程序的編寫，搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，則報警器響2秒，數碼管上顯示搶答的時間，并鎖存，按鈕無效；當30秒倒計時到了，則數碼管上顯示00，在MCGS組態(tài)軟件上做監(jiān)控界面，實現數據的通信，進行設備的調試及監(jiān)控，以及遠程調試控制。(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數碼管顯示個位H0Y21數碼管顯示個位H0Y22數碼管顯示個位H0Y23數碼管顯示個位H1Y24數碼管顯示十位H1Y25數碼管顯示十位H1Y26數碼管顯示十位H1Y27數碼管顯示十位2、 根據控制要求，編制搶答器PLC控制應用程序。1）搶答器搶答程序搶答程序，當主持人摁下搶答開始按鈕時，系統(tǒng)開始30秒倒計時，當某位選手摁下搶答按鈕時，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，倒計時結束，并在數碼管上顯示搶答時間。 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秒之內沒有選手按下搶答按鈕，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)恢復功能，當主持人摁下搶答開始按鈕時才可繼續(xù)搶答。圖3 系統(tǒng)清除及主持人搶答控制按鈕梯形圖2）搶答器數碼管顯示程序搶答器顯示時間的程序實現是通過各種函數實現的，首先F0將30送到SV1定時器，由R7觸發(fā)倒計時功能，EV1中的數送到DT1中，由F80 譯碼并輸出。當選手摁下搶答按鈕時觸發(fā)中間繼電器R11，將EV1中的數值送到DT3數據寄存器中，將30送給DT2，F25函數，使DT2中的數減去DT3中的數并把結果存在DT2中，再將DT2的數送給DT1中，并由F80，將DT1中的數譯碼輸出。倒計時結束，如果沒有人搶答，則搶答無效，顯示00。圖4 搶答器數碼管顯示梯形圖3）程序流程圖開始主持人按鈕按下 倒計時開始倒計時到00結束有無選手按下搶答按鈕 N Y倒計時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、 設計一個上位機監(jiān)控界面（用組態(tài)軟件MCGS）步驟：（1）打開MCGS組態(tài)軟件界面。（2）新建一個用戶窗口（3）從旁邊的工具箱中的選中所需要的硬件設備（指示燈）拖放入窗口中，從選取按鈕。用畫根矩形條，組成數碼管。圖6 監(jiān)控界面設計圖（4）按鈕的設置雙擊按鈕進入屬性設置界面，將基本屬性中的按鈕標題改為“按鈕”，其他不變。圖7 按鈕屬性設置（5）指示燈的屬性設置雙擊指示燈，按照下圖進行設置：圖8 指示燈屬性設置（6）數碼管的設置單擊每段分別進行設計，因為用的松下PLC的數碼管是BCD碼的數碼管，所以，在進行設計的時候需要注意，因為分配的I/O端口是Y20-Y27。圖9 數碼管以個位最上面那段舉例，當數碼管需要顯示0、2、3、5、6、7、8、9。所以設置為：(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) or (y20=1 and y21=0 and y22=0 and y23=1)其他的同理。屬性設置如下：圖10 數碼管屬性設置（7）蜂鳴器屬性設置雙擊蜂鳴器，按下圖進行屬性設置： 圖11 蜂鳴器屬性設置（8）給各個硬件加注解單擊左側工具箱中的，在新建的窗口中拉出合適的大小，并注釋。（9）在實時數據庫中新增所需數據并選擇數據類型并設置單擊工作臺，單擊實時數據庫，點擊新增對象，雙擊窗口中新增對象進行屬性設置，將對象名稱改為需要的名稱，對象類型選為開關型。 圖11 數據對象屬性設置圖 （10）添加硬件設備在工作臺中選擇設備窗口，雙擊設備窗口，點擊工具欄中的圖標，進行設備的設置，選擇設備管理，選擇串口通訊父設備。再從PLC設備中選取松下FP系列PLC，點擊確定。圖12 設備管理選取點擊確定之后右鍵單擊PLC設備進行屬性設置，點擊內部屬性欄-設置設備內部屬性旁邊的圖標，進行通道屬性的設置。具體的按下圖進行設置：圖13 設備屬性設置選擇通道連接項，進行通道連接的設置，選擇通道連接，增加通道，進行設置。圖14 增加通道設置 在通道連接項中可以查看對應的通道連接口圖15 通道連接對應口點擊確定退出設備窗口。整個工程就設置完成了。圖16 組態(tài)軟件設計界面在用戶窗口中將所設計的工程設為啟動窗口，再點擊工具欄中的進行聯機調試。圖17 聯機調試組態(tài)軟件界面4、 程序的調試過程、遇到的問題及解決方法、對課程設計的認識和建議等。在最初的設計初始，用8路搶答器，但由于實驗室PLC設備無法支持擴展，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，原先準備蜂鳴器響0.5秒，但發(fā)現0.5秒顯示不夠明顯，改為5秒。在調試過程中，先把4位BCD碼顯示原理了解清楚了，再在FPWIN上進行程序的編寫，經過程序的編寫后，就是程序的調試階段，當組態(tài)軟件上運行的時候，發(fā)現，數碼管顯示不正常，發(fā)現是設置不正確，重新設置后顯示正常，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R繼電器才能使程序進行操作，不然就會出現不能進行遠程監(jiān)控的目的，改正了之后發(fā)現按鈕動作異常，于是換成可以（按一松零）的按鈕就解決問題了。這其中多虧了老師細心的指導。五、設計結果及分析在整個設計過程中，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)電路設計。在實驗室的實驗設備上進行了驗證，實驗結果證明該電路設計合理，具有比較可靠的工作方式和更強的實用性，達到了預期的實際目的和要求。通過智力競賽搶答器的設計，為綜合使用PLC、MCGS組態(tài)軟件有了更深的了解。有利于進行其他較大規(guī)模的綜合性控制系統(tǒng)設計打下了堅實的基礎。六、結束語在正式設計之前，我也通過網絡和書本查找了一些相關的知識。但是在設計時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現的，因此這一部分不存在太多的困難，但是數碼管的顯示還是讓我很頭疼，我設想了兩種方案：一種是使用譯碼器來驅動7段數碼管，另一種是用輸出端口直接驅動數碼管。后來又聽取其他同學的討論意見以及請教老師，了解到實驗室的輸入輸出不能擴展，于是就采用了BCD碼的數碼管，但是在調試的過程中我們發(fā)現編的多路顯示程序是不能在硬件電路上實現的，而且使用定時器的時候要用到將倒數計時的時間提取出來送到某個個單元里，開始的時候我們沒弄明白提取出來的時間是怎么分配到內存單元中的。不過通過老師的講解和軟件自帶的功能說明一點點的解決了問題。最終運用松下PLC中自帶的函數功能將譯碼的數據進行輸出。并且在組態(tài)軟件上還是可以識別的。 這次的課程設計雖然比較簡單，但是通過老師耐心地幫助，還算比較完整的設計出了程序，但是一開始我們沒有預想到多路顯示會有問題這讓編程調試多花了不少時間，而且稍讓人有點遺憾的是實驗室的硬件有限不能將程序完整的仿真驗證。不過通過這次課程設計，加深了PLC和MCGS知識的了解程度，并能熟練掌握運用，增強了自信心和其他方面的知識技能。這將會給我們以后的學習和工作提供一筆寶貴的經驗。參考文獻（遞增引用，引用相關內容）1陳建明.電氣控制與PLC應用(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)的可靠性設計.J.自動化儀表.2005，113閻石.數字電子技術基礎（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)可靠性的設計因素.J.電氣傳動.2003，55 袁秀英. 組態(tài)控制技術 電子工業(yè)出版社. 2003-8附錄