基于PLC搶答器控制系統(tǒng)編程方式探究

張媛媛，黨麗峰

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院 機(jī)電工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212016)

可編程控制器(PLC)是中控系統(tǒng)常用的控制器之一，已成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制的三大支柱之一[1]。很多職業(yè)院校開(kāi)設(shè)了“PLC應(yīng)用技術(shù)”課程。對(duì)PLC編程而言，可以使用多種方法實(shí)現(xiàn)同一種控制功能，每種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。學(xué)生從簡(jiǎn)單的基本指令入手，進(jìn)而學(xué)習(xí)步進(jìn)指令、功能指令，循序漸進(jìn)[2]。分析控制流程，使用程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)，是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程。

搶答器要求實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速、公正[3]。搶答器系統(tǒng)是“PLC應(yīng)用技術(shù)”課程中的典型案例。以知識(shí)競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)用4組搶答器控制系統(tǒng)為例，使用三菱FX2N系列PLC設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，使用3種方法編程，研究使用不同指令實(shí)現(xiàn)同一控制要求的設(shè)計(jì)思路。

1 搶答器控制系統(tǒng)任務(wù)的提出

知識(shí)競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)4組搶答器系統(tǒng)控制要求：按下“啟動(dòng)”鍵，系統(tǒng)啟動(dòng)，主持人發(fā)出搶答信號(hào)，任意一組搶先按下按鍵后，顯示器及時(shí)顯示該組編號(hào)，同時(shí)蜂鳴器鳴叫提示該組搶答成功，此時(shí)其他組按鍵無(wú)效，主持人按下“復(fù)位”按鈕后可再次搶答，按下“停止”按鈕，系統(tǒng)停止工作。

使用PLC控制程序時(shí)，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(duì)端口進(jìn)行說(shuō)明。該系統(tǒng)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(xiě)

2.1 基本邏輯指令編程

使用基本邏輯指令編寫(xiě)PLC程序時(shí)，只使用基本的軟元件，需注意軟元件的關(guān)聯(lián)性和邏輯性。圖2為系統(tǒng)的啟動(dòng)和搶答程序。使用典型的起保停電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)。搶答器系統(tǒng)存在2組或多組同時(shí)搶答成功的問(wèn)題，需要使用互鎖解決，即利用一組的運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行其他組的運(yùn)行信號(hào)控制[4]。控制程序?yàn)橄韧Ｖ购筠D(zhuǎn)換的梯形圖程序，從輸出M1到輸出M2運(yùn)行，先按下復(fù)位按鈕“X0”，停止M1的輸出，再按下啟動(dòng)按鈕“X2”，轉(zhuǎn)換到M2運(yùn)行?；ユi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(tǒng)的啟動(dòng)和搶答程序

組號(hào)顯示使用七段數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。七段數(shù)碼管由7個(gè)條形發(fā)光二極管組成，通過(guò)各段的亮滅實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示[5]。在程序中，M1，M2，M3，M4分別對(duì)應(yīng)4個(gè)組搶答成功信號(hào)，LED顯示數(shù)字字符需要把每個(gè)組的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成LED對(duì)應(yīng)的輸出，如表2所示。

數(shù)碼管顯示程序中需要處理雙線圈輸出問(wèn)題，如第2組搶答成功和第3組搶答成功均要求數(shù)碼管顯示A段，按順序編寫(xiě)程序時(shí)用OUT指令驅(qū)動(dòng)兩次Y1輸出。由PLC運(yùn)行的工作原理可知，輸出繼電器Y的狀態(tài)是最后檢測(cè)到的狀態(tài)刷新結(jié)果輸送到相應(yīng)的輸出端子的。雙線圈處理后的數(shù)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(shí)器T0，用來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答成功時(shí)蜂鳴器鳴叫1s提示。

表2 七段數(shù)碼管字符顯示

2.2 步進(jìn)指令編程

工業(yè)控制中大多是順序控制，大多使用步進(jìn)指令。搶答器控制系統(tǒng)是選擇最先搶答的一組執(zhí)行，是典型的選擇分支，可以使用步進(jìn)程序的選擇分支編寫(xiě)程序，程序結(jié)構(gòu)如圖4所示。M8002上電后“S0”狀態(tài)激活，若第2組搶先按下，X2得電，程序進(jìn)入第2個(gè)分支，其他分支不得電，按下復(fù)位按鈕“X0”后，程序跳轉(zhuǎn)到“S0”重新進(jìn)行搶答。使用步進(jìn)指令編程，無(wú)需考慮互鎖及雙線圈問(wèn)題，可讀性較強(qiáng)。

圖4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

2.3 功能指令編程

使用步進(jìn)指令編寫(xiě)PLC程序，運(yùn)行步驟一目了然，但輸出元件Y多次重復(fù)使用，效率低。在PLC中，功能指令主要用于模擬量控制、運(yùn)動(dòng)控制、通訊控制等[6]。功能指令數(shù)量多、門(mén)類廣，而且有些功能指令涉及專業(yè)知識(shí)和PLC擴(kuò)展領(lǐng)域。但功能指令可以實(shí)現(xiàn)PLC的很多擴(kuò)展功能，大大提高了編程效率及PLC的使用價(jià)值。七段數(shù)碼管可通過(guò)SEGD七段解碼功能指令實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，程序如圖5所示。按下復(fù)位按鈕“X0”時(shí)，通過(guò)區(qū)間復(fù)位指令“ZRST”將七段數(shù)碼管清零。

圖5 七段解碼指令實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示程序

可通過(guò)數(shù)據(jù)傳送指令MOV和位組合元件實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示，程序如圖6所示。

用數(shù)據(jù)傳送指令設(shè)計(jì)程序時(shí)，用位元件的組合K2Y001控制七段數(shù)碼管的輸出，當(dāng)數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”時(shí)，Y7—Y1顯示的二進(jìn)制信息為“0000110”，轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制信息為“K6”，然后，將數(shù)據(jù)通過(guò)MOV指令傳送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

3 編程方法比較

使用基本邏輯指令編寫(xiě)程序，強(qiáng)調(diào)軟元件之間的邏輯關(guān)系，初學(xué)者易上手，但對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，存在邏輯關(guān)系復(fù)雜、程序可讀性差的缺點(diǎn)。使用步進(jìn)指令編寫(xiě)PLC程序，結(jié)構(gòu)清楚，只需考慮轉(zhuǎn)移條件和每步需完成的動(dòng)作即可，但軟元件多次重復(fù)使用，編寫(xiě)效率低。使用功能指令時(shí)，程序可擴(kuò)展性強(qiáng)，步驟少，適合模擬控制、過(guò)程控制、通訊控制。但PLC功能指令數(shù)量多、門(mén)類廣，很難快速掌握。PLC的編程必須與實(shí)踐相結(jié)合，“做中學(xué)，學(xué)中做”。