开题报告
电气工程及自动化
基于PLC控制的知识竞赛抢答器设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
无论国内抑或是国外，在很多公开竞争场合中，都要求有公正的竞争裁决。这时候，抢答器都可以起到很大作用，它能准确、公正、直观地判断出第1抢答者。通过抢答器的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第1抢答者，如果抢答过程有犯规情况存在，抢答器也能及时警报。
竞赛抢答器的发展也历经了好几个阶段，从几十年前的模拟电子技术到数字电子技术，到至今仍在使用的单片机编程技术，再到现如今应用最为广泛的PLC技术，可以说，一款小小的抢答器，映射了整个电子行业的发展历程。
PLC技术在我国的应用已经有20多年历史，随着目前自动化程度的提高，以及各种监控系统的需要，PLC其外部电路简单、模块化结构、可靠性高，尤其可以通过方便的编程和修改软件来实现顺序控制的功能等特点，在工业的应用中越来越广泛。它将传统的继电器控制技术与计算机和通信技术融为一体。在实际现场，设备操作方便，管理维护简单，能根据各种突发事件，做出实时的正确反正，而表现的最突出的就是在各类
竞赛过程中抢答器的应用。
虽然如今的很多竞赛抢答器是基于单片机编程设计，但是由PLC设计的抢答器与单片机抢答器相比，在许多方面都显示出了优越性。再次，就不得不说一下单片机抢答器，所谓单片机系统就是采用目前市场上的单片机CPU及其它外围芯片，根据不同系统设计电路板，最终设计成一台简易的计算机系统，并在此基础上设计程序达到所要求的控制功能。这种形式在80年代国内很流行，但由于受到本身可靠性以及其它方面的限制，目
前除了仪表上仍采用外，在工业现场的应用已逐步被PLC所代替。
单片机的可扩展性：由于单片机的线路是根据一定的功能要求特别设计的，所以要增加一个功能就要重新设计线路，而且对应的程序都要重新设计。这样对于增加功能的开发成本和周期都会增加。
单片机的可维护性：一旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件，最简单的方法是更换整个系统，这样维修成本都会增加。
操作：现在国内单片机系统的操作均采用自设计的键盘，设定数据用拨码开关，显示用LED，整个面板显得繁琐，而且为了减少操作键，设计时往往一键多用，操作人员很难脱开说明书操作。特别是故障显示只能显示故障代码，一旦发生故障，操作人员必须翻阅说明书方能发现故障所在，最终按说明书指示排除故障，这样排除故障的时间相对较长。总之，这样的人机对话不够友善。
特点：不可靠，价格便宜。
可编程控制器（PLC）：所谓PLC系统就是采用目前市场上各大工业控制厂家生产的可编程控制器，根据要求选用不同的模块，在此基础上设计程序以达到所设计的功能。这种形式目前在工业现场应用最为广泛。
PLC的可靠性：进口PLC采用的CPU都是生产厂家专门设计的工业级专用处理器，其余各元件也是直接向生产厂家购买的，经过严格挑选的工业级元件，另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的，抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高，即使在电源很差和变频调速的干扰下扔能正常工作。
PLC的可维护性：PLC本身有很强的自诊断能力，一旦系统出现故障，根据自诊断很容易诊断出故障元件，即使非专业人员也能维修，如果故障由于程序设计不合理引起，由于它提供完善的调试工具，要找出故障也较为简单。
操作：PLC的操作采用触摸式操作终端，人机界面，全屏显示，上面设计了很详尽的操作指南，即使第一次使用，也能根据提示顺利操作，这就降低了对操作人员的要求，一般工人也能很快掌握。另外，一旦系统发生故障，画面自动切换到故障提示画面，提示故障原因和排除方法。甚至可以显示故障在机器上的位置，维修人员可以根据提示很快排除故障。
特点：价格与前两种控制器相比略贵，可靠性好，操作简单。
因此，通过以上单片机与PLC的性能对比，我们可以明显得到，当抢答器需要具有较为复杂的功能时，基于PLC设计的抢答器有着更加明显的优势。PLC的广泛应用，大大降低了抢答器的复杂程度以及装置维修的繁琐性，并且PLC的操作简单，随着其成本的逐渐降低，基于PLC控制的抢答器已经代替了单片机在抢答器市场中的主导地位，具有着十分重要的意义。
本次抢答器的设计具有理论和实际意义，通过本次设计，我们可以：1
巩固所学的知识，学会通过各种途径查找资料；2
能够把所学的思想知识联系实际，解决实际问题；3
掌握抢答器的工作原理及其设计方法；4
通过实物制作，了解PLC市场情况、价格，掌握相关功能，锻炼动手能力以及分析思考能力。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
（1）主要研究内容：
抢答器同时供8名选手使用，分别用8个按键表示
设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制
设置一个犯规显示灯，抢答犯规，灯亮
抢答器具有锁存与显示功能，主持人按开始键，选手开始抢答，抢答器显示第一抢答选手号码；主持人按清除键，禁止抢答，显示0
（2）拟解决的关键问题
定时控制梯形图
报警控制梯形图
时序控制梯形图设计
三、研究步骤、方法及措施：
项目采用查阅资料、自主设计等方法；
而对效果的分析，则采用模拟测试的方法。
四、参考文献
[1]范永胜,王岷.电气控制与PLC应用[M].北京:中国电力出版社,2004.[2]刘艳梅,陈震,李一波,渠莉娜.三菱PLC基础与系统设计[M].北京:机械工业出版社,2009.[3]史国生,鞠勇.电气控制与可编程控制器技术实训教程[M].北京:化学工业出版社,2009.
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