【正文】 示： 開始按鈕 SW1 SW2 復(fù)位按鈕 控 制 按 鈕 及 開 關(guān) 總 臺 P L C 控 制 器 音 效 電 路 指 示 燈 電 路 數(shù) 碼 管 顯 示 電 路 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 10 圖 循環(huán)掃描流程圖 工作過程：主要分為內(nèi)部處理、通信操作、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理幾個階段。 （ 1）內(nèi)部處理階段： 在此階段， PLC 檢查 CPU 模塊的硬件是否正常，復(fù)位監(jiān)視定時器，以及完成一些其它內(nèi)部工作。 （ 2）通信服務(wù)階段 ： 在此階段， PLC與一些智能模塊通信、響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等，當 PLC處于停狀態(tài)時，只進行內(nèi)容處理和通信操作等內(nèi)容 。 1．輸入處理 輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀 入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號發(fā)生變化，其映象寄存器內(nèi)部處理 通信操作 輸入處理 程序執(zhí)行 輸出處理 停止 11 的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。 2．程序執(zhí)行 根據(jù) PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時， PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)， 從輸出映象寄存器讀出對應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進行邏輯運算，存入有關(guān)器件寄存器中。對每個器件來說，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 3．輸出處理 程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過隔離電路，驅(qū)動功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。 PLC 有兩種工作狀態(tài)，即運行 (RUN)狀態(tài)與停止 (STOP)狀態(tài)。運行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。停止狀態(tài)一般用于程序的編制與修改 。在這兩個不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務(wù)是不盡相同的。 在運行狀態(tài)， PLC 通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使 PLC 的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至 PLC 停機或切換到停止 (STOP)工作模式。 在內(nèi)部處理階段， PLC 檢查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些其他內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段， PLC 與其他帶微處理器的智能裝置通信以更新編程器的顯示內(nèi)容。當 PLC 處于停止模式時，只執(zhí)行以上兩種的 操作。 PLC 處于運行 (RUN)模式時，還要完成另外三個階段的操作。 PLC 在運行狀態(tài)時，執(zhí)行一次掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為 ～100ms。掃描周期的長短主要取決于以下幾個因素： CPU 執(zhí)行指令的速度，執(zhí)行每條指令占用的時間；程序中指令條數(shù)的多少。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行速度有很大關(guān)系，一般說來，一個掃描過程中，輸入采樣和輸出刷新所占時間較少，執(zhí)行指令的時間占了絕大部分。 PLC的響應(yīng)時間是指從 PLC外部輸入信號發(fā)生變化的 時刻起至由它控制的有關(guān)外部輸 12 出信號發(fā)生變化的時刻之間的間隔，也叫做滯后時間 (通常滯后時間為幾十毫秒 )。它由輸入電路的時間常數(shù)、輸出電路的時間常數(shù)、用戶語句的安排和指令的使用、 PLC 的循環(huán)掃描方式以及 PLC 對 I/O 的刷新方式等部分組成。這種現(xiàn)象稱為 I/O 延遲響應(yīng)或滯后現(xiàn)象。由于 PLC 的這種周期循環(huán)掃描工作方式，決定了響應(yīng)時間的長短與收到輸入信號的時刻有關(guān)。響應(yīng)時間可以分為最短響應(yīng)時間和最長響應(yīng)時間。 （ 1）最短響應(yīng)時間 如果在一個掃描周期剛結(jié)束之前收到一個輸入信號，在下一個掃描周期之前進入輸入采樣階 段，這個輸入信號就被采樣，使輸入更新，這時響應(yīng)時間最短。 （ 2）最長響應(yīng)時間 如果收到一個輸入信號經(jīng)輸入延遲后，剛好錯過 I/O 刷新的時間，在該掃描周期內(nèi)這個輸入信號無效，要到下一個掃描周期輸入采樣階段才被讀入，使輸入更新，這時響應(yīng)時間最長。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式，即對信息串行處理方式，必定導(dǎo)致輸入、輸出延遲響應(yīng)，產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。對于一般工業(yè)控制要求，這種滯后現(xiàn)象是允許的。但是對那些要求響應(yīng)時間小于掃描周期的控制系統(tǒng)則不能滿足，這時可以使用智能輸 I/O單元 (如快速響應(yīng) I/O模塊 )或?qū)ｉT的指令 (如立 即 I/O指令 )，通過與掃描周期脫離的方式來解決。 外部接線圖 本次設(shè)計的外部接線圖如圖 6. 2 所示。 x000 x001 x002 xx003 x004 x005 x006 x007 x011 x010 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 186。 a b c d e f g 音效電路 ~ ● ● ● y20 y21 y22 y23 y24 y25 y26 y10 y0 y7 y11 2 1 ?????? ? ? PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 SW1 SW2 DC L1 AC DC FX2N32MR 圖 外部接線圖 13 七、系統(tǒng)軟件設(shè)計 I/O 口的分配 本次設(shè)計的系統(tǒng) I/O 口的分配表如表 所示。其他機內(nèi)器件所代表的意義如表 所示。 表 I/O 口的分配 輸入口 所接器件 輸出口 所接器件 X10 SW1 Y0 L0 X11 SW2 Y1 L1 X0 PB0 Y2 L2 X1 PB1 Y3 L3 X2 PB2 Y4 L4 X3 PB3 Y5 L5 X4 PB4 Y6 L6 X5 PB5 Y7 L7 X6 PB6 Y20 數(shù)碼管 a 段 X7 PB7 Y21 數(shù)碼管 b 段 Y22 數(shù)碼管 c 段 Y23 數(shù)碼管 d 段 Y24 數(shù)碼管 e 段 Y25 數(shù)碼管 f 段 Y26 數(shù)碼管 g 段 Y10 L8 Y11 蜂鳴器 14 表 其他機內(nèi)器件所代表的意義 M0 公共控制觸點繼電器 M1 應(yīng)答時間輔助繼電器 M2 搶答輔助繼電器 M3 答題時間輔助繼電器 M4 音響啟動信號繼電器 T1 應(yīng)答時間 10S T2 答題時間 30S T3 音響時限 1S 數(shù)碼管顯示控制 數(shù)碼管采用共陽的，其顯示規(guī)律如表 所示。 表 數(shù)碼管顯示真值表 a b c d e f g h 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 2 1 1 0 1 1 0 1 0 3 1 1 1 1 0 0 1 0 4 0 1 1 0 0 1 1 0 5 1 0 1 1 0 1 1 0 6 1 0 1 1 1 1 1 0 7 1 1 1 0 0 0 0 0 8 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 1 1 1 0 1 1 0 15 系統(tǒng)支路的設(shè)計 應(yīng)答開始控制 應(yīng)答開始是當主持人按下開始按鈕（ X011）之后才能夠搶答。在主持人按下開始按鈕的同時定時器（ T1）開始計時，程序梯形圖如圖 所示。 圖 應(yīng)答開始控制 程序梯形圖 搶答控制 在開始搶答后，任意一組都可以開始搶答，搶答成功后對應(yīng)的分臺燈就會亮，同時接通搶答輔助繼電器（ M2）對其他各組進行互鎖讓其他各組的搶答無效。程序梯形圖如圖 所示。 16 圖 搶答控制 程序梯形圖 答題時限控制 在搶答成功后定時器（ T2）開始計時，如果在設(shè)定的時間內(nèi)沒有完成答題，則總臺燈（ Y011）、音響啟動信號繼電器（ M2）接通，總臺燈亮并且驅(qū)動音響（ Y010）。程序梯形圖如圖 所示。 17 圖 搶答時限控制 程序梯形圖 違例 在主持人按下開始按鈕（ X011）之前如果有人按下?lián)尨鸢粹o就會接通分臺燈、總抬燈及音響，程序梯形圖如圖 所示。 圖 搶答偽例控制 程序梯形圖 系統(tǒng)整體程序梯形圖及指令表見附錄。 18 八、系統(tǒng)仿真與調(diào)試 系統(tǒng)的仿真