第1章 引言

利用CPU224型PLC设计了八路抢答器控制系统，给出了系统结构图、外部端子接线图、梯形图及语句表。抢答器广泛应用于各种知识竞赛中，传统的抢答器大部分都是基于数字电路组成的，制作过程复杂，可靠性差。本文介绍一种以西门子S7-200型PLC为核心的八路抢答器系统，它充分利用了PLC的优点，具有结构简单、可靠性好等特点。

1.1 设备概况

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。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。

1.2 控制要求

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S0 ~ S7表示。 2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，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，并在LED数码管上显示，同时蜂鸣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30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。

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，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，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，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

第2章 系统设计

2.1 抢答器系统组成

抢答器控制系统分５部分：ＰＬＣ、抢答按钮、音响电路和显示部分，它利用抢答按钮输入各路的抢答信号，经ＰLC处理，输出控制信号，控制数码管和音响提示电路工作。

图2.1

2.2 系统设计过程

1）抢答器同时为八组选手提供了八个按钮SB0-SB7。 2）复位按钮SB8，开始抢答按钮SB9。

3）抢答器锁存与显示功能设计：当有选手按动按钮时，梯形图中M0.1实现自锁，当M0.1自锁得电时，常闭触电断开，在实现音响电路和指示灯电路的输出的同时完成优先锁存，实现屏蔽，并在LED数码管上显示。通过自锁优先抢答选手的编号一直保持直到到主持人按下复位按钮SB8自锁解除。

4）复位按钮SB8接PLC的I1.1，贯穿于整个梯形图，具有最高优先级，可实现随时中断，中断后数码管显示30。

5）倒计时设计：本系统抢答计时30s，数码管２、数码管３显示部分的设计采用动态显示方式。整个过程为30s，当主持人发出开始抢答指令（即按下I1.0按钮）后，倒计时显示。

 

抢答器PLC控制系统设计

6）数码管显示的设计：参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，由于常闭开关T38断开，步进梯形图停止到正在运行的一步，保持输出，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。七段数码管显示器编码表（表4.1）及示意图（图4.2）如下：

图2.2

 

 

表2.2

2.3 工作过程设计

1）每当主持人发出开始抢答指令（即按下I0.0按钮）同时音响电路发出音响提示信号（设持续0.5s），哪组选手最先按下抢答按钮，则数码管１就显示该组的编号，，以指示抢答成功，并对其后的抢答信号不再响应，选手答题完毕后，由主持人按下复位按钮，系统才能开始下一轮抢答。

2）无法提前抢答。

3）抢答限时：当主持人按下开始抢答按钮后，定时器Ｔ38开始计时（设定时30ｓ，若30ｓ时限到时仍无人抢答，发出声响，以示选手放弃该题。

工作流程图（图2.3）如下：

 

图2.3 plc抢答器程序设计流程图

2.4 硬件接线图及ＩＯ端子分配表

本系统采用西门子公司生产的CPU224型PLC以及2个CM222。该型的PLC功能较强大，提供14个输入点和10个输出点，每个CM222扩展8个输出点。西门子PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，可采用梯形图或者指令语言进行软件设计。I O端子分配表与硬件连接图如表2.4、图2.4所示：

表2.4

 

图2.4 八路选手抢答器IO端口分配图

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2.5调试运行

经过调试（如图2.5），按下开关SB8计时器开始计时，选手开始抢答，在此期间按下选手按钮计时器停止计时，同时数码管1锁存选手号码，数码管2与数码管3共同显示所剩时间。若无人抢答计时器计时结束蜂鸣器输出端Q0.0有信号，同时选手按钮开关再按下无效。经过调试，程序满足需求，调试运行成功。

 

图2.5

2.6梯形图

 

9

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11

 

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2.7语句表

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

结论与设计总结

此次课程设计，每人一个题目。我做的是抢答器带倒计时显示的PLC电气控制。通过对课本新指令的学习及从图书馆借阅图书的查询，我对这个设计题目有了一定的认识，并形成了初步的设计思路。

PLC是一门侧重应用方向的学科。所以要多一点实践。不要看不起小的项目，在其中你能总结出设计程序的逻辑思维方法，总结中不断进步。

通过这次设计实践，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。通过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

在课程设计过程中我了解到，PLC并不是一门单一的编程技术，它是一门系统专业课程。PLC可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠性PC机。首先需要精深PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。

本抢答器系统虽是针对八路参赛选手设计的，但通过原理分析可知， 它也完全适用于少于八路选手的抢答场合。当然，如果对外围电路及程序稍加修改，就很容易使之扩展成更多路的抢答器。

抢答器丰富了我们的生活，社会中本来就充满着竞争。只是没有很明显的表现出来，通过运用它我们可以很好的证明自己的胆识和自信，所以做起抢答器来，也很想去了解它，对于八路抢答器原理也只是通过PLC控制表达出来，也没什么复杂性，所以很好的做出来，但实践中就有些小小的麻烦，就是电压在实践中很难把握。

在这次课程设计过程中，和同学交流中大家积极发言，提出各自的想法与意见，使得一些难题很快得到解决。在此过程中，加深了我们对PLC控制的认识与理解，同时也提高了我们的表过能力。

参考文献

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