基于PLC搶答器控制系統編程方式探究

張媛媛，黨麗峰

(江蘇聯合職業技術學院鎮江分院 機電工程系，江蘇 鎮江 212016)

可編程控制器(PLC)是中控系統常用的控制器之一，已成為現代工業自動化控制的三大支柱之一[1]。很多職業院校開設了“PLC應用技術”課程。對PLC編程而言，可以使用多種方法實現同一種控制功能，每種方法各有優缺點。學生從簡單的基本指令入手，進而學習步進指令、功能指令，循序漸進[2]。分析控制流程，使用程序實現控制功能，達到最優設計，是一個長期積累的過程。

搶答器要求實時、準確、快速、公正[3]。搶答器系統是“PLC應用技術”課程中的典型案例。以知識競賽現場用4組搶答器控制系統為例，使用三菱FX2N系列PLC設計控制系統，使用3種方法編程，研究使用不同指令實現同一控制要求的設計思路。

1 搶答器控制系統任務的提出

知識競賽現場4組搶答器系統控制要求：按下“啟動”鍵，系統啟動，主持人發出搶答信號，任意一組搶先按下按鍵后，顯示器及時顯示該組編號，同時蜂鳴器鳴叫提示該組搶答成功，此時其他組按鍵無效，主持人按下“復位”按鈕后可再次搶答，按下“停止”按鈕，系統停止工作。

使用PLC控制程序時，需要將所有的輸入(輸出)器件連接到PLC的輸入(輸出)端口，并對端口進行說明。該系統的I/O地址分配表如表1所示，PLC控制電路端口接線如圖1所示。

表1 I/O地址分配表

2 程序編寫

2.1 基本邏輯指令編程

使用基本邏輯指令編寫PLC程序時，只使用基本的軟元件，需注意軟元件的關聯性和邏輯性。圖2為系統的啟動和搶答程序。使用典型的起保停電路實現系統啟動。搶答器系統存在2組或多組同時搶答成功的問題，需要使用互鎖解決，即利用一組的運行信號進行其他組的運行信號控制[4]。控制程序為先停止后轉換的梯形圖程序，從輸出M1到輸出M2運行，先按下復位按鈕“X0”，停止M1的輸出，再按下啟動按鈕“X2”，轉換到M2運行。互鎖各方只要有一方為“ON”，其他組均被鎖，具有“先到先得，后到不得”的功能。

圖2 搶答器系統的啟動和搶答程序

組號顯示使用七段數碼管實現。七段數碼管由7個條形發光二極管組成，通過各段的亮滅實現數字顯示[5]。在程序中，M1，M2，M3，M4分別對應4個組搶答成功信號，LED顯示數字字符需要把每個組的狀態轉換成LED對應的輸出，如表2所示。

數碼管顯示程序中需要處理雙線圈輸出問題，如第2組搶答成功和第3組搶答成功均要求數碼管顯示A段，按順序編寫程序時用OUT指令驅動兩次Y1輸出。由PLC運行的工作原理可知，輸出繼電器Y的狀態是最后檢測到的狀態刷新結果輸送到相應的輸出端子的。雙線圈處理后的數碼管顯示程序如圖3所示。值得注意的是，在程序中加了定時器T0，用來實現搶答成功時蜂鳴器鳴叫1s提示。

表2 七段數碼管字符顯示

2.2 步進指令編程

工業控制中大多是順序控制，大多使用步進指令。搶答器控制系統是選擇最先搶答的一組執行，是典型的選擇分支，可以使用步進程序的選擇分支編寫程序，程序結構如圖4所示。M8002上電后“S0”狀態激活，若第2組搶先按下，X2得電，程序進入第2個分支，其他分支不得電，按下復位按鈕“X0”后，程序跳轉到“S0”重新進行搶答。使用步進指令編程，無需考慮互鎖及雙線圈問題，可讀性較強。

圖4 狀態轉移圖

2.3 功能指令編程

使用步進指令編寫PLC程序，運行步驟一目了然，但輸出元件Y多次重復使用，效率低。在PLC中，功能指令主要用于模擬量控制、運動控制、通訊控制等[6]。功能指令數量多、門類廣，而且有些功能指令涉及專業知識和PLC擴展領域。但功能指令可以實現PLC的很多擴展功能，大大提高了編程效率及PLC的使用價值。七段數碼管可通過SEGD七段解碼功能指令實現數字顯示，程序如圖5所示。按下復位按鈕“X0”時，通過區間復位指令“ZRST”將七段數碼管清零。

圖5 七段解碼指令實現數字顯示程序

可通過數據傳送指令MOV和位組合元件實現數字顯示，程序如圖6所示。

用數據傳送指令設計程序時，用位元件的組合K2Y001控制七段數碼管的輸出，當數碼管顯示數字“1”時，Y7—Y1顯示的二進制信息為“0000110”，轉化為十進制信息為“K6”，然后，將數據通過MOV指令傳送到數碼管進行顯示。

3 編程方法比較

使用基本邏輯指令編寫程序，強調軟元件之間的邏輯關系，初學者易上手，但對于復雜的控制系統，存在邏輯關系復雜、程序可讀性差的缺點。使用步進指令編寫PLC程序，結構清楚，只需考慮轉移條件和每步需完成的動作即可，但軟元件多次重復使用，編寫效率低。使用功能指令時，程序可擴展性強，步驟少，適合模擬控制、過程控制、通訊控制。但PLC功能指令數量多、門類廣，很難快速掌握。PLC的編程必須與實踐相結合，“做中學，學中做”。