開題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

基于PLC控制的知識(shí)競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

無論國內(nèi)抑或是國外，在很多公開競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合中，都要求有公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決。這時(shí)候，搶答器都可以起到很大作用，它能準(zhǔn)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(shù)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(guī)情況存在，搶答器也能及時(shí)警報(bào)。

競(jìng)賽搶答器的發(fā)展也歷經(jīng)了好幾個(gè)階段，從幾十年前的模擬電子技術(shù)到數(shù)字電子技術(shù)，到至今仍在使用的單片機(jī)編程技術(shù)，再到現(xiàn)如今應(yīng)用最為廣泛的PLC技術(shù)，可以說，一款小小的搶答器，映射了整個(gè)電子行業(yè)的發(fā)展歷程。

PLC技術(shù)在我國的應(yīng)用已經(jīng)有20多年歷史，隨著目前自動(dòng)化程度的提高，以及各種監(jiān)控系統(tǒng)的需要，PLC其外部電路簡單、模塊化結(jié)構(gòu)、可靠性高，尤其可以通過方便的編程和修改軟件來實(shí)現(xiàn)順序控制的功能等特點(diǎn)，在工業(yè)的應(yīng)用中越來越廣泛。它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)融為一體。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)備操作方便，管理維護(hù)簡單，能根據(jù)各種突發(fā)事件，做出實(shí)時(shí)的正確反正，而表現(xiàn)的最突出的就是在各類

競(jìng)賽過程中搶答器的應(yīng)用。

雖然如今的很多競(jìng)賽搶答器是基于單片機(jī)編程設(shè)計(jì)，但是由PLC設(shè)計(jì)的搶答器與單片機(jī)搶答器相比，在許多方面都顯示出了優(yōu)越性。再次，就不得不說一下單片機(jī)搶答器，所謂單片機(jī)系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上的單片機(jī)CPU及其它外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路板，最終設(shè)計(jì)成一臺(tái)簡易的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序達(dá)到所要求的控制功能。這種形式在80年代國內(nèi)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(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用已逐步被PLC所代替。

單片機(jī)的可擴(kuò)展性：由于單片機(jī)的線路是根據(jù)一定的功能要求特別設(shè)計(jì)的，所以要增加一個(gè)功能就要重新設(shè)計(jì)線路，而且對(duì)應(yīng)的程序都要重新設(shè)計(jì)。這樣對(duì)于增加功能的開發(fā)成本和周期都會(huì)增加。

單片機(jī)的可維護(hù)性：一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難診斷出故障元件，最簡單的方法是更換整個(gè)系統(tǒng)，這樣維修成本都會(huì)增加。

操作：現(xiàn)在國內(nèi)單片機(jī)系統(tǒng)的操作均采用自設(shè)計(jì)的鍵盤，設(shè)定數(shù)據(jù)用撥碼開關(guān)，顯示用LED，整個(gè)面板顯得繁瑣，而且為了減少操作鍵，設(shè)計(jì)時(shí)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(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(shí)間相對(duì)較長。總之，這樣的人機(jī)對(duì)話不夠友善。

特點(diǎn)：不可靠，價(jià)格便宜。

可編程控制器（PLC）：所謂PLC系統(tǒng)就是采用目前市場(chǎng)上各大工業(yè)控制廠家生產(chǎn)的可編程控制器，根據(jù)要求選用不同的模塊，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)程序以達(dá)到所設(shè)計(jì)的功能。這種形式目前在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛。

PLC的可靠性：進(jìn)口PLC采用的CPU都是生產(chǎn)廠家專門設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)專用處理器，其余各元件也是直接向生產(chǎn)廠家購買的，經(jīng)過嚴(yán)格挑選的工業(yè)級(jí)元件，另外它的電源模塊也是集各大公司工業(yè)控制的經(jīng)驗(yàn)而特別設(shè)計(jì)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(diào)速的干擾下扔能正常工作。

PLC的可維護(hù)性：PLC本身有很強(qiáng)的自診斷能力，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，根據(jù)自診斷很容易診斷出故障元件，即使非專業(yè)人員也能維修，如果故障由于程序設(shè)計(jì)不合理引起，由于它提供完善的調(diào)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(jī)界面，全屏顯示，上面設(shè)計(jì)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(duì)操作人員的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，畫面自動(dòng)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(jī)器上的位置，維修人員可以根據(jù)提示很快排除故障。

特點(diǎn)：價(jià)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(jī)與PLC的性能對(duì)比，我們可以明顯得到，當(dāng)搶答器需要具有較為復(fù)雜的功能時(shí)，基于PLC設(shè)計(jì)的搶答器有著更加明顯的優(yōu)勢(shì)。PLC的廣泛應(yīng)用，大大降低了搶答器的復(fù)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(jīng)代替了單片機(jī)在搶答器市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位，具有著十分重要的意義。

本次搶答器的設(shè)計(jì)具有理論和實(shí)際意義，通過本次設(shè)計(jì)，我們可以：1

鞏固所學(xué)的知識(shí)，學(xué)會(huì)通過各種途徑查找資料；2

能夠把所學(xué)的思想知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，解決實(shí)際問題；3

掌握搶答器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法；4

通過實(shí)物制作，了解PLC市場(chǎng)情況、價(jià)格，掌握相關(guān)功能，鍛煉動(dòng)手能力以及分析思考能力。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：

（1）主要研究內(nèi)容：

搶答器同時(shí)供8名選手使用，分別用8個(gè)按鍵表示

設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)，該開關(guān)由主持人控制

設(shè)置一個(gè)犯規(guī)顯示燈，搶答犯規(guī)，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(hào)碼；主持人按清除鍵，禁止搶答，顯示0

（2）擬解決的關(guān)鍵問題

定時(shí)控制梯形圖

報(bào)警控制梯形圖

時(shí)序控制梯形圖設(shè)計(jì)

三、研究步驟、方法及措施：

項(xiàng)目采用查閱資料、自主設(shè)計(jì)等方法；

而對(duì)效果的分析，則采用模擬測(cè)試的方法。

四、參考文獻(xiàn)

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