【正文】 [11] Allan R. Hambley .Electronics. Hall Inc， 2021. [12] P. L. Jones P. J. Spreadbury: Analogue electronic circuits and systems， Cambridge University Press[M], New York， 1991. [13] ： // 。謝謝我們班主任老師，從大一到大四是你的悉心教導(dǎo)、孜孜不倦我們才能順利的完成學(xué)業(yè)。他們使我的大學(xué)生活充滿了色彩，無論收獲、遺憾，對我來說都是一筆寶貴的財富。 致 謝 四年前，從我踏入天中大地，踏進 ****的那天起，我人生最美麗的青春年華注定了要在此綻放。 但是，通過這次設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在做設(shè)計時， 我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識，這使得我的專業(yè)知識在離校之前得到了鞏固。知識競賽搶答器的程序是由三菱 PLC編程軟件 GXDEVELOPER7編制完成，正常工作時程序存放在存儲卡中，若要修改程序，先將 PLC設(shè)定在 STOP狀態(tài)下，運行三菱 PLC編程軟件 GXDEVELOPER7編程軟件，打開知識競賽搶答器的程序，即可在線調(diào)試，也可用編程器進行調(diào)試 [9]。 在搶答允許繼電器 M0閉合后，若在 15S內(nèi)有人搶答，由 M0常開觸點和 M1常開觸點組成的搶答計時顯示觸點閉合，使得 M5閉合一個掃描周期，數(shù)碼管 2和數(shù)碼管 3復(fù)位清零。168。 在搶答允許繼電器 M0閉合后，繼電器 M9閉合，輸出繼電器 Y Y2 Y2Y2 Y2 Y25閉合，驅(qū)動數(shù)碼管 2顯示 “0”字符，同時秒脈沖信號產(chǎn)生程序開始工作。經(jīng)過一個掃描周期后 T4的常開觸點斷開， M4復(fù)位。 ④ 當(dāng) 4號參賽臺搶到題，則 4號參賽臺燈驅(qū)動輸出繼電器 Y4閉合，驅(qū)動 Y11 、Y1 Y15和 Y16，數(shù)碼管 1 即顯示 “4”的字符。 ⑵ 搶答參賽隊號顯示，選用輸出繼電器 Y10～ Y16驅(qū)動數(shù)碼管 1的七段發(fā)光管，即當(dāng)有人搶答時即可 顯示搶到題的隊號。 ③無參賽隊搶答，搶答繼電器 M1未通電閉合 (無人搶答 )，搶答限時計時器 T0計時到，常開觸點閉合。 ①若 1號參賽臺答題超時，搶答繼電器 M1通電閉合 (有人搶答 )，答題限時計時器 T1計時到，其常開觸點閉合。然后根據(jù)哪個隊最先搶到題目，然后在規(guī)定的答題時間內(nèi)作答，或者答題超時。 Y5輸出信號驅(qū)動音響。其外部硬件 接線圖如圖 315所示。數(shù)碼管 1顯示輸出點為 Y10Y16。 外部硬件接線圖 為了硬件電路接線方便， SB0作為搶答的開始按鈕，對應(yīng)輸入點為 X0，輸出點為 Y0。 由上述可知，結(jié)合本次設(shè)計，由于輸入輸出點并不是很多，采用 PLC 控制 LED 直接進行數(shù)據(jù)顯示方案，可以大大降低設(shè)計成本。 ⑶ 所有的顯示單元與 PLC之間的連線完全相同，硬件連線簡單。 OMRON公司推出的 CQM1型 PLC指令中設(shè)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(shù)時要占用13 個輸出點，若要求輸出顯示 5 位數(shù)時，需選用 8位方式，占用 13個輸出點。但對于一般的中小型的專用設(shè)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(xiàn)場直接讀取或輸入數(shù)據(jù) .在顯示數(shù)據(jù)較少時，采用 PLC 控制 LED直接進行數(shù)據(jù)顯示，可以降低成本，使得數(shù)據(jù)顯示直觀。 ③ LED數(shù)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(shù)碼管，因此必須加限流電阻，其阻可按下式計算 R=（ V0V1） /I 其中 V0為加在 LED兩端上的電壓， V1為 LED數(shù)碼管每筆劃壓降（約為 2V）。另有一種字高為 mm 的超小型 LED 數(shù)碼管，管腳從左右兩排引出，小數(shù)點則是獨立的。 常見 LED 數(shù)碼管的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 314所示。將條狀發(fā)光二極管按照共陰極（負(fù)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(gòu)成了 LED 數(shù)碼管。 ③機型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機后易 于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。但是中、高檔 PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 PLC SB0 SB5 SB1 SB2 SB3 SB4 顯示器 參賽隊號碼 計數(shù)器的個位 計數(shù)器的十位 1號臺燈 2號臺燈 3號臺燈 4號臺燈 蜂鳴器 圖 31 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程 I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程 I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程 I/O電源；多臺 PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通訊模塊。 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。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)框圖如下圖 31所示： PLC機型的選擇步驟與原則 隨著 PLC技術(shù)的發(fā)展， PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。 綜合以上的分析和比較，最終決定采用 PLC。 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(shè)計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據(jù)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。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用最為廣泛 [10]。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(xiàn)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。 單片機的可擴展性：由于單片機的線 路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計的，所以要增加一個功能就要重新設(shè)計線路，而且對應(yīng)的程序都要重新設(shè)計。 用單片機和 PLC分別做系統(tǒng)的比較 所謂單片機系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機 CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計電路板，最終設(shè)計成一臺簡易的計算機系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序以達到所要求的控制功能。 ⑹ 各輸出端口統(tǒng)一采用直流 24V電源。 ⑷ 燈光與音響信號的意義如下：（見圖 21 結(jié)構(gòu)流程圖） ① 音響叫（響 1S） +某臺燈亮，由某參賽隊正常搶答。 ⑶ 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(nèi)搶答，并由數(shù)碼管顯示時間。 競賽搶答器的控制要求 ⑴ 知識競賽搶答器能使 4個隊同時參加搶答。 2 整體方案的選擇 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(yīng)時間，思維運轉(zhuǎn)快慢的新型電器。小型機常用這種結(jié)構(gòu)。 按結(jié)構(gòu)形式分類 按 PLC物理結(jié)構(gòu)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。另外大型 PLC還可以采用三個 CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器具有更高的可靠性。它除了具有小型機所能實現(xiàn)的功能外，還具有更強大的通信聯(lián)網(wǎng)功能、更豐富的指令系統(tǒng)、更大的內(nèi)存容量和更快的掃描速度。 ⑵ 小型 PLC I/O點數(shù)為 256點以下，用戶程序存儲容量小于 8KB的為小型 PLC。 PLC的分類 按 I/O點數(shù)容量分類 一般來說， PLC處理的 I/O點數(shù)比較多，反映控制關(guān)系比較復(fù)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。 PLC控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)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。他不但可以進行現(xiàn)場控制，還可以用于遠程控制。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(xiàn)場電氣技術(shù)人員的歡迎。在 PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，只需在 PLC的端子上接入相應(yīng)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。 而 PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。作為實時控制系統(tǒng)，不僅 PLC數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時的對策。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由 PLC送至 CNC設(shè)備使用。當(dāng)過程控制中某一個變量出現(xiàn)偏差時，PID控制算法會計算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定值上。 ⑵ 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。 PLC的應(yīng)用通常可分為五種類型。 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(lǐng)域的裝置。 PLC的簡介 國際電工委員會（ IEC）于 1987年對 PLC定義如下 [4]?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。另外，一旦系統(tǒng)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。硬件電路設(shè)計還包括輸入輸出接口設(shè)計，畫出詳細電路圖，標(biāo)出芯片的型號、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機上進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計不當(dāng)及時修改，最終達到設(shè)計目的。軟件設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語言和工具，進行代碼設(shè)計等；最后是對軟件進行調(diào)試、測試，達到所需功能要求。該設(shè)計不但有搶答功能，而且還有一個計分系統(tǒng)，能分別對四個選手進行計分，并能夠?qū)Ψ謹(jǐn)?shù)進行加、減。 ⑶ 當(dāng)有多個違規(guī)搶答時，普通搶答器只能 “抓住 ”其中一個違規(guī)者。 傳統(tǒng)的普通搶答器主要存在一下缺點： ⑴ 在一次搶答過程中，當(dāng)出現(xiàn)超前違規(guī)搶答時，只能處理違規(guī)搶答信號，而對沒有違規(guī)的有效信號不能進行處理，因而使該次搶答過程變?yōu)闊o效。對于采用模擬電路或者數(shù)字電路的產(chǎn)品，其技術(shù)相當(dāng)成熟。 關(guān)鍵詞： PLC；知識競賽搶答器；七段數(shù)碼器； IO分配 bstract With the development of our country economy and cultural industry,public petition requires a fair adjudgement in many occasions,such as securities and ruling stock trading and various intelligence contest etc, resulting in various responder. First vies to answer first is posed of priority encoder which is constiuted by logic circuit, the speed and reliability of it is not high and the circuit is plex, but the function is simple. especially when there are many responders, it is more difficult to achieve. Therefore, a responder to reflect a kind of openness, fairness and impartiality of the knowledge petition is a kind of demand occupations. The core of this design is based on PLC ,