開題報告

電氣工程及自動化

基于PLC控制的知識競賽搶答器設計

一、綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義

無論國內抑或是國外，在很多公開競爭場合中，都要求有公正的競爭裁決。這時候，搶答器都可以起到很大作用，它能準確、公正、直觀地判斷出第1搶答者。通過搶答器的指示燈顯示、數碼顯示和警示蜂鳴等手段指示出第1搶答者，如果搶答過程有犯規情況存在，搶答器也能及時警報。

競賽搶答器的發展也歷經了好幾個階段，從幾十年前的模擬電子技術到數字電子技術，到至今仍在使用的單片機編程技術，再到現如今應用最為廣泛的PLC技術，可以說，一款小小的搶答器，映射了整個電子行業的發展歷程。

PLC技術在我國的應用已經有20多年歷史，隨著目前自動化程度的提高，以及各種監控系統的需要，PLC其外部電路簡單、模塊化結構、可靠性高，尤其可以通過方便的編程和修改軟件來實現順序控制的功能等特點，在工業的應用中越來越廣泛。它將傳統的繼電器控制技術與計算機和通信技術融為一體。在實際現場，設備操作方便，管理維護簡單，能根據各種突發事件，做出實時的正確反正，而表現的最突出的就是在各類

競賽過程中搶答器的應用。

雖然如今的很多競賽搶答器是基于單片機編程設計，但是由PLC設計的搶答器與單片機搶答器相比，在許多方面都顯示出了優越性。再次，就不得不說一下單片機搶答器，所謂單片機系統就是采用目前市場上的單片機CPU及其它外圍芯片，根據不同系統設計電路板，最終設計成一臺簡易的計算機系統，并在此基礎上設計程序達到所要求的控制功能。這種形式在80年代國內很流行，但由于受到本身可靠性以及其它方面的限制，目

前除了儀表上仍采用外，在工業現場的應用已逐步被PLC所代替。

單片機的可擴展性：由于單片機的線路是根據一定的功能要求特別設計的，所以要增加一個功能就要重新設計線路，而且對應的程序都要重新設計。這樣對于增加功能的開發成本和周期都會增加。

單片機的可維護性：一旦單片機系統出現故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個系統，這樣維修成本都會增加。

操作：現在國內單片機系統的操作均采用自設計的鍵盤，設定數據用撥碼開關，顯示用LED，整個面板顯得繁瑣，而且為了減少操作鍵，設計時往往一鍵多用，操作人員很難脫開說明書操作。特別是故障顯示只能顯示故障代碼，一旦發生故障，操作人員必須翻閱說明書方能發現故障所在，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。總之，這樣的人機對話不夠友善。

特點：不可靠，價格便宜。

可編程控制器（PLC）：所謂PLC系統就是采用目前市場上各大工業控制廠家生產的可編程控制器，根據要求選用不同的模塊，在此基礎上設計程序以達到所設計的功能。這種形式目前在工業現場應用最為廣泛。

PLC的可靠性：進口PLC采用的CPU都是生產廠家專門設計的工業級專用處理器，其余各元件也是直接向生產廠家購買的，經過嚴格挑選的工業級元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業控制的經驗而特別設計的，抗干擾性特別是抗電源干擾能力有很大提高，即使在電源很差和變頻調速的干擾下扔能正常工作。

PLC的可維護性：PLC本身有很強的自診斷能力，一旦系統出現故障，根據自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業人員也能維修，如果故障由于程序設計不合理引起，由于它提供完善的調試工具，要找出故障也較為簡單。

操作：PLC的操作采用觸摸式操作終端，人機界面，全屏顯示，上面設計了很詳盡的操作指南，即使第一次使用，也能根據提示順利操作，這就降低了對操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統發生故障，畫面自動切換到故障提示畫面，提示故障原因和排除方法。甚至可以顯示故障在機器上的位置，維修人員可以根據提示很快排除故障。

特點：價格與前兩種控制器相比略貴，可靠性好，操作簡單。

因此，通過以上單片機與PLC的性能對比，我們可以明顯得到，當搶答器需要具有較為復雜的功能時，基于PLC設計的搶答器有著更加明顯的優勢。PLC的廣泛應用，大大降低了搶答器的復雜程度以及裝置維修的繁瑣性，并且PLC的操作簡單，隨著其成本的逐漸降低，基于PLC控制的搶答器已經代替了單片機在搶答器市場中的主導地位，具有著十分重要的意義。

本次搶答器的設計具有理論和實際意義，通過本次設計，我們可以：1

鞏固所學的知識，學會通過各種途徑查找資料；2

能夠把所學的思想知識聯系實際，解決實際問題；3

掌握搶答器的工作原理及其設計方法；4

通過實物制作，了解PLC市場情況、價格，掌握相關功能，鍛煉動手能力以及分析思考能力。

二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：

（1）主要研究內容：

搶答器同時供8名選手使用，分別用8個按鍵表示

設置一個系統清除和搶答控制開關，該開關由主持人控制

設置一個犯規顯示燈，搶答犯規，燈亮

搶答器具有鎖存與顯示功能，主持人按開始鍵，選手開始搶答，搶答器顯示第一搶答選手號碼；主持人按清除鍵，禁止搶答，顯示0

（2）擬解決的關鍵問題

定時控制梯形圖

報警控制梯形圖

時序控制梯形圖設計

三、研究步驟、方法及措施：

項目采用查閱資料、自主設計等方法；

而對效果的分析，則采用模擬測試的方法。

四、參考文獻

[1]范永勝,王岷.電氣控制與PLC應用[M].北京:中國電力出版社,2004.[2]劉艷梅,陳震,李一波,渠莉娜.三菱PLC基礎與系統設計[M].北京:機械工業出版社,2009.[3]史國生,鞠勇.電氣控制與可編程控制器技術實訓教程[M].北京:化學工業出版社,2009.