评语： 考勤（10） 守纪（10） 过程（40） 设计报告（30）答辩（10） 总成绩（100）
自动化 专 业： 动1001班 班 级：
姓 名： 学 号： 指导教师：
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013年7月12日
电气控制课程设计报告
智力抢答器PLC控制的实现方法
1问题分析及解决方案框架确定
1.1 问题描述
在各种形式的智力竞赛中，抢答器作为智力竞赛的批判装置得到了广泛的应用。设计抢答器的原则是：(1)可以根据比赛规则，设定答题时间。(2)能够用声光信号表示竞赛状态，调节赛场气氛。(3)用数码管显示参赛者的得分情况。
1.2 控制任务和功能要求
(1)竞赛开始时，主持人接通启动/停止按钮（SA），指示灯HL1亮。 (2)当主持人按下开始抢答按钮（SB0）后，如果在10S内无人抢答，赛场的音响（HA）发出持续1.5S的声音，指示灯HL2亮，表示抢答器自动撤销此次抢答信号。
(3)当主持人按下开始抢答按钮（SB0）后，如果在10S内有人抢答（按下抢答按钮SB3、SB4或SB5），则最先按下按钮的信号有效，相应的抢答桌上的抢答按钮灯（HL3、HL4或HL5）亮，赛场的音响发出短促音（0.2SON,0.2SOFF,0.2SON）。
(4)当主持人确认抢答有效后，按下答题计时按钮（SB6），抢答桌上的抢答灯灭，计时开始，计时时间到（假设为20S），赛场的音响发出持续3S的长音，抢答桌上抢答灯再次亮。
(5)如果抢答者在规定的时间内正确回答问题，主持人或助手按下加分按钮，为抢答者加分（分数自定），同时抢答桌上的指示灯快速闪烁3S(闪烁频率为0.3SON,0.3SOFF)。
(6)如果抢答者在规定的时间不能正确回答问题，主持人或助手按下减分按钮，为抢答者减分（分数自定）。模型如图1。
主持人按钮 启动按钮 开始抢答 应答按钮 加分按钮 减分按钮1号选手2号选手3号选手抢答按钮
图1 抢答器模型
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2 PLC选型及硬件配置
现在市场上的PLC主要是西门子的S7-300PLC，具有优化配合、强大的模拟技术、结构紧凑、组装简单、接线方便等特点。我们在课堂上老师主要以此PLC给我们讲解，我们对此型号PLC较为熟悉，所以选S7-300PLC作为此次设计的核心。选择西门子S7-300PLC,硬件配置如表1。
表1 硬件配置表
槽号 1 2 3 4 5 模块 PS 307 10A CPU 314(1) DI32xDC24V DO32xDC24V/0.5A 订货号 6ES7 307-1BAOO 0AA0 6ES7 314-1AE04-0AB0 6ES7 321-1BHOO-OAAO 6ES7 322-1HHOO-OAAO 固件 V3.0 MPI地址 2 I地址 0…3 Q地址 4…7 3 I/O地址分配表
3.1 分配PLC的输入/输出点，编制输入/输出分配表如表2。
表2 I/O地址分配表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 符号 SA SB0 SB3 SB4 SB5 SB6 SB1 SB2 HA HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0. Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 数据类型 BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL BOOL 注释 主持人启动按钮 主持人开始抢答按钮 1号抢答按钮 2号抢答按钮 3号抢答按钮 主持人应答按钮 加分按钮 减分按钮 蜂鸣器 现场指示灯1 现场指示灯2 1号指示灯 2号指示灯 3号指示灯
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3.2 梯形图中用到的定时器如表3。
表3 梯形图用到的定时器
定时器号 T1 T2 T3 T4 T6 T8 T9 T10 类型 SD SE SD SD SD SD SD SE 功能说明 10S的等待抢答时间 10S内无人抢答时产生1.5S的长音 与T4两个产生200MS的脉冲 与T3两个产生300MS的脉冲 20S的答题时间计时 与T4两个产生200MS的脉冲 与T4两个产生200MS的脉冲 答对题时相应的灯亮3S 4 PLC外部接线图
根据控制任务和设计要求，设计此智力抢答器PLC控制运行的PLC控制外部接线图如图2。
SAI0.0SB0I0.1SB3I0.2SB4I0.3SB5I0.4SB6I0.5SB1I0.6SB2I0.7M24V图2 智力抢答器PLC控制运行外部接线图
Q4.0HAQ4.1Q4.2PLCQ4.3HL3Q4.4HL4Q4.5HL5HL1HL2M
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5 控制流程图
为了清楚地表明动作的顺序和条件，绘制智力抢答器PLC控制流程图如图3。
开始 按下开始按钮10S是否抢答 否 是 1号抢到 是 2号抢到 回答正确 是 回答正确 是 否 否 是 3号抢到 否 否 回答正确 是 否 1号加1 1号减1 2号加1 2号减1 3号加1 3号减1 否 结束判断 是 结束
图3 PLC控制流程图
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6 系统梯形图程序设计
根据上述分析，结合控制系统流程图，用西门子STEP7软件设计系统梯形图程序如下。
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7 程序调试
使用PLCSIM仿真软件调试程序。首先打开仿真程序，然后，将编制好的梯形图程序下载到仿真PLC中，之后在仿真环境下运行程序，观察分析实验结果，并进行模拟调试。仿真结果如下。
(1)当主持人按下启动按钮I0.0和开始抢答按钮I0.1时，指示灯1亮，并且在10S内无人抢答时在S7-PLCSIM中仿真结果如图4。
图4 启动仿真结果
(2)当主持人按下开始抢答按钮I0.1时，1号桌在10S抢答到，并且在20S答题内答对题在S7-PLCSIM中仿真结果如图5。
图5 1号抢答仿真结果
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8 心得体会
智力抢答器PLC控制是一个贴近实际生活的设计问题，通过对这一问题的研究，激发了自己的学习兴趣，培养了创新思维和解决实际工程问题的能力，从课程设计中取得了比较大的收获。
实践不仅是检验所学知识的过程，也是进一步学习，巩固和加深对理论知识的理解，增强设计PLC控制系统硬件和软件的能力的过程。在课程设计过程中，通过将所学理论知识运用到实际操作上，增强了自己的实际动手能力，提高了工程素质。
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