【正文】 搶答器PLC設(shè)計(jì) 本文介紹聾用三菱FX2N系列PLC對(duì)知識(shí)競(jìng)賽搶答器的控制,闡述了控制方案。實(shí)現(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用早期的模擬電路、數(shù)字電路或模數(shù)混合電路。近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)、PLC的應(yīng)用不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)技術(shù)的不斷更新。本文采用本三菱公司生產(chǎn)的FX2N48MR型PLC 作為核心控制器進(jìn)行四路搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)出了系統(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。同時(shí)根據(jù)知識(shí)競(jìng)賽搶答器的控制要求和特點(diǎn),確定PLC 的輸入輸出分配,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。關(guān)鍵詞:PLC 知識(shí)競(jìng)賽搶答器 PLC程序設(shè)計(jì)第一章 概述可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動(dòng)化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，具有控制功能強(qiáng)，可靠性高，使用靈活方便，易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用越來(lái)越廣泛?？删幊炭刂破?Programmable Logic Controller)即PLC?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。他以微處理為核心，用編寫(xiě)的程序不僅可以進(jìn)行邏輯控制，還可以定時(shí)，計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過(guò)數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來(lái)控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)經(jīng)過(guò)4年調(diào)查，與1980年將其正式命名為可編程控制器（Programmable Controller），簡(jiǎn)寫(xiě)為PC。后來(lái)由于PC這個(gè)名稱(chēng)常常被用來(lái)稱(chēng)呼個(gè)人電腦（Personal Computer），為了區(qū)別，現(xiàn)在也把可編程控制器稱(chēng)為PLC。長(zhǎng)見(jiàn)的幾種PLC如下圖11所示： 圖11三種常見(jiàn)的PLC國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1987年對(duì)PLC定義如下:PLC是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置,是帶有存儲(chǔ)器,可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行指令,進(jìn)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作,并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體,易于拓展其功能的原則設(shè)計(jì)。事實(shí)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(lǐng)域的裝置。PLC與機(jī)器人,計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。 PLC的用途PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置,使其應(yīng)用受到限制。但近年來(lái)由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降,使PLC的成本下降,同時(shí)又由于PLC的功能大大增強(qiáng),使PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車(chē)、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。PLC的應(yīng)用通?？煞譃槲宸N類(lèi)型：（1）順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，用以取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)控制等。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)及電梯控制等。（2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。在多數(shù)情況下，PLC把掃描目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模版塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)軸到目標(biāo)位置。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。相對(duì)來(lái)說(shuō)，位置控制模塊比計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）裝置體積更小，價(jià)格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環(huán)過(guò)程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，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(gè)具有PID控制能力的PLC可用于過(guò)程控制。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí),PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定值上。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的PLC和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。著名的日本FANUC公司推出的Systen112系列，已將CNC控制功能作為PLC的一部分。為了實(shí)現(xiàn)PLC和CNC設(shè)備之間內(nèi)部數(shù)據(jù)自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過(guò)窗口軟件，用戶(hù)可以獨(dú)自編程，由PLC送至CNC設(shè)備使用。美國(guó)GE公司的CNC設(shè)備新機(jī)種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的PLC。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。（5）通信和聯(lián)網(wǎng) 為了適應(yīng)國(guó)外近幾年來(lái)興起的工廠(chǎng)自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）及集散控制系統(tǒng)（DCS）等發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間，PLC和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。 PLC的特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線(xiàn)復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)及觸頭在開(kāi)閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線(xiàn)可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線(xiàn)被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。 PLC的分類(lèi)一般來(lái)說(shuō)，PLC處理的I/O點(diǎn)數(shù)比較多，反映控制關(guān)系比較復(fù)雜，用戶(hù)要求的程序存儲(chǔ)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(guò)程比較快等。按PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)可將PLC分為三類(lèi)。（1）小型機(jī) 小型PLC的功能一般以開(kāi)關(guān)量控制為主，其輸入、輸出總數(shù)在256點(diǎn)一下，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量在4K字一下?，F(xiàn)在的高性能小型機(jī)還具有一定的通信能力和少量的模擬量處理能力。這類(lèi)PLC價(jià)格低廉，體積小，適合于控制單臺(tái)設(shè)備，開(kāi)發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)有OMRON公司的CPM2A系列、SIEMEN公司的S7200 系列，MITSUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整式PLC等產(chǎn)品。（2）中型機(jī) 中型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2562048點(diǎn)之間，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到28K字。中型機(jī)PLC不僅具有開(kāi)關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，他的通信功能和模擬量處理能力更強(qiáng)大。中型機(jī)的指令比小型機(jī)更豐富，適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制場(chǎng)合。典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列模塊式PLC等產(chǎn)品。（3）大型機(jī) 大型機(jī)PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到86K字。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，他具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的功能，還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力。他的監(jiān)視采用CRT顯示，能夠表示過(guò)程動(dòng)態(tài)流程，紀(jì)錄各種曲線(xiàn)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)選擇圖；他配備多種智能板，構(gòu)成一個(gè)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的PLC互聯(lián)，和上位機(jī)相連，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過(guò)程自動(dòng)化控制和過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7400系列、OMRON公司的CVM1和CS1系列、SB公司的SLC5/05系列等產(chǎn)品。上述劃分沒(méi)有嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速發(fā)展，某些小型PLC也具備中型機(jī)和大型機(jī)的功能，這也是PLC的發(fā)展趨勢(shì)。按PLC物理結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為整體式（也稱(chēng)單元式）和組合式（也稱(chēng)模塊式）兩類(lèi)。（1）整體式結(jié)構(gòu) 整體式結(jié)構(gòu)的PLC是將中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、電源、通信端口、I/O擴(kuò)展端口等組裝在一個(gè)箱體內(nèi)構(gòu)成主機(jī)。內(nèi)外還有獨(dú)立的I/O擴(kuò)展單元等通過(guò)擴(kuò)展電纜與主機(jī)上的擴(kuò)展端口相連，以構(gòu)成PLC不同配置與主機(jī)配合使用。整體式結(jié)構(gòu)的PLC結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、成本低、安裝方便。小型機(jī)常用這種結(jié)構(gòu)。（2）組合式結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)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(yīng)的電路板和擴(kuò)展模塊。組合式的特點(diǎn)是配置靈活，輸入接點(diǎn)、輸出接點(diǎn)的數(shù)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(jié)構(gòu)。第二章 整體方案的選擇知識(shí)競(jìng)賽搶答器，顧名思義就是用于比賽時(shí)，跟對(duì)手比反應(yīng)時(shí)間，思維運(yùn)轉(zhuǎn)快慢的新型電器。隨著社會(huì)科技技術(shù)的不斷發(fā)展，他的應(yīng)用場(chǎng)合也隨之增加；技術(shù)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(yīng)用于電視臺(tái)、商業(yè)機(jī)構(gòu)、學(xué)校及企事業(yè)單位, 它為各種競(jìng)賽增添了刺激性、娛樂(lè)性, 在一定程度上豐富了人們的業(yè)余生活。用PLC進(jìn)行知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)，其控制方便，靈活，只要改變輸入PLC的控制程序，便可改變競(jìng)賽搶答器的搶答方案。搶答器應(yīng)用場(chǎng)合效果如下圖21所示：　　 圖21 競(jìng)賽搶答器的控制要求（1）知識(shí)競(jìng)賽搶答器能使4個(gè)隊(duì)同時(shí)參加搶答。（2）設(shè)裁判隊(duì)為裁判臺(tái)，參賽對(duì)為參賽臺(tái)。裁判臺(tái)設(shè)有音響和裁判燈，并且設(shè)有裁判臺(tái)開(kāi)始按鈕SB0和裁判臺(tái)復(fù)位按鈕SB5；參賽臺(tái)設(shè)有參賽臺(tái)搶答按鈕以及參賽臺(tái)燈。14號(hào)參賽臺(tái)分別對(duì)應(yīng)按鈕SB1SB4及參賽臺(tái)燈EL1EL4。（3）知識(shí)競(jìng)賽搶答器能適合以下比賽規(guī)則：出題后，各隊(duì)搶答必須在裁判說(shuō)出“開(kāi)始”并按下裁判臺(tái)的開(kāi)始按鈕SB0后15S內(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時(shí)間。如提前搶答