智力競賽搶答器的PLC設計實現

摘要：針對使用PLC作智力競賽搶答器的編程問題作討論，通過程序設計彌補使用PLC作為控制核心所造成的搶答器公平性影響。最終使用仿真軟件對所編制程序進行仿真實現。

關鍵詞：搶答器 PLC 仿真

0 引言

搶答器是進行各類智力競賽必不可少的工具。很多早期設計以模擬電路、數字電路或者模數混合電路實現其控制要求。隨著對搶答器控制要求的不斷提高，以及PLC這一工控產品的使用普及和成本的降低，也出現了以PLC為控制核心的搶答器。搶答器這一PLC設計題也作為較具典型性的課題出現在了各類高校的PLC課程試驗中。而PLC的特殊工作方式決定了以類似繼電器回路的起保停電路加互鎖實現的搶答器存在公平性影響問題，本文以三菱FX系列PLC為例做說明。

1 原搶答器設計

1.1 搶答器設計要求

以某教材上參考題為例：四隊參加比賽，設有主持人總臺及四個參賽隊分臺?？偱_設有總臺燈、總臺開始及總臺復位按鈕。分臺裝有分臺燈及搶答按鈕。主持人按下開始按鈕后，總臺燈亮，同時開始進入搶答時間，計時20S。20S時間內，各參賽隊按分臺搶答按鈕進行搶答，以時間為優先條件，某隊搶到后，分臺燈亮，總臺燈以1S為周期進行閃爍，同時其余3隊搶答按鈕失效。如某隊提前搶答，該參賽隊違例，分臺燈亮，需主持人按下復位按鈕后停止。20S內無人搶答，總臺燈閃爍，同時分臺搶答按鈕失效搶答，同樣需主持人按下復位按鈕停止，再按開始按鈕可進行下一輪搶答。

1.2 PLC選型及I/0地址分配

由設計要求知，輸入信號為總臺開始按鈕、復位按鈕各一，分臺搶答按鈕各一。故需要輸入點大于等于6；輸出點所需驅動負載為總臺燈、分臺燈各一，共需5點。故所選PLC為三菱FX2N-16MR型。該PLC共有8輸入、8輸出點，輸出方式為繼電器輸出類型，燈負載最大可帶AC220V100W，滿足設計需求。地址分配如下表所示：

1.3 PLC輸入輸出外部接線示意圖（如圖1-1）

1.4 搶答部分PLC程序（如圖1-2）

1.5 程序設計思路分析

上述部分程序段是PLC設計搶答器的常用參考程序中涉及搶答的一段。主要根據繼電器的起保停電路進行設計。其中的輔助繼電器M0作搶答允許條件用。使用輸出繼電器的常開觸點做自鎖，使用常閉觸點做聯鎖以保證某一路接通時其余回路都斷開，使其余組搶答失效。

1.6 PLC和繼電器控制裝置運行方式比較

1.6.1 繼電器控制裝置工作方式

繼電器控制裝置采用的是硬邏輯并行運行的方式，即一個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器的所有觸電不論在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作[1]。

1.6.2 PLC工作方式

PLC的CUP則采用順序逐條地掃描用戶程序的運行方式，如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點不會立即動作，必須等到掃描到該觸點時才會動作[1]。PLC在完成輸入采樣，將輸入狀態讀入到輸入鎖存器中，進入程序執行階段，按照由左到右、先上后下的順序，對觸點構成的控制線路進行邏輯運算，并根據邏輯運算結構，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態，或者刷新該輸出線圈在I/O映像區中對應位的狀態[2]。最后進入輸出刷新階段，在掃描程序結束后，將輸出鎖存中的輸出信號經輸出電路驅動相應的外設。

1.7 搶答器程序工作分析

由PLC的工作方式決定，如果如果1隊先搶，X2有輸入，Y1直接為ON，在Y1線圈下面的Y1常閉觸頭在本掃描周期即進入動作狀態，互鎖作用生效。而2隊先搶，X3有輸入為ON，則在第一個掃描周期內，在Y2線圈前的Y2觸頭屬于初始非動作狀態，要到第二個掃描周期時才會進入動作狀態起到互鎖作用。

由此，如果發生兩個或兩個以上搶答按鈕同時閉合，如上圖中SB3、SB4同時搶答按下即X2、X3同時有輸入信號時，按照程序掃描順序，始終Y1先ON，然后互鎖起作用，阻止Y2的ON。也就造成了搶答器在搶答時間相同條件下還存在程序優先，造成了實際操作的公平性影響。

2 搶答器程序改進

2.1 程序改進方法 增加兩人同時搶答觸發狀態，使得當兩人同時搶答時停止分組應答，觸發類似違例狀態。以避免PLC程序掃描造成的公平性影響。

2.2 改進程序段

如圖2-1所示。

2.3 程序分析 程序功能：使用分臺搶答按鈕輸入信號的上升沿脈沖觸發啟動輔助繼電器M1，使用M1作為兩個或兩個以上同時搶答信號?？墒褂么诵盘栐黾硬糠止δ?，如使同時搶答的兩方臺燈亮或閃爍等。使主持人復位重新開始搶答。

3 PLC仿真

改進后使用三菱Gx-Simulator仿真軟件進行仿真調試，效果良好。

4 結束語

我們在使用PLC編程時通常使用梯形圖語言。雖說梯形圖源于繼電器控制裝置的回路圖，兩者有一定類似性，但不能完全等同。即我們在使用PLC進行設計編程時，必須考慮到PLC工作方式的特殊性，以避免在應用過程中出現疏漏。

參考文獻：

[1]趙丁選.光機電一體化設計使用手冊[M].北京：化學工業出版社，工業裝備與信息工程出版中心，2003；155-156.

[2]王兆義.可編程控制器教程[M].北京：機械工業出版社，2004：17-19.