一種節省PLC輸出點的方法在BNWAS中的應用

孫紅英

（青島遠洋船員職業學院，山東青島266071）

一種節省PLC輸出點的方法在BNWAS中的應用

孫紅英

（青島遠洋船員職業學院，山東青島266071）

在開發的基于PLC的船舶駕駛臺航行值班報警系統(BNWAS)中，用4位數碼管進行參數顯示。由于LED數目多，占用PLC輸出點數多，成本高。為了降低成本，設計了一種譯碼輸出電路，在PLC輸出端與數碼管顯示器之間增加少量的硬件電子電路，配合軟件編程，僅用PLC的7個輸出點就可控制4位數碼管的27段LED，并且解決了由于各位數碼管分時輸出所產生的顯示不穩定問題。

船舶駕駛臺航行值班報警系統 數碼管顯示 譯碼器 PLC輸出省點 動態輸出

0 前言

隨著SOLAS第282號修正案的強制執行,駕駛室航行值班報警系統(Bridge Navigational Watch Alarm System, BNWAS)已由用戶選裝設備改為必裝設備,將在各等級船舶上廣泛應用[1]。因此,我們研制了一套基于西門子S7-200PLC的，性能符合SOLAS公約有關船舶航行安全規范的BNWAS。根據SOLAS公約關于BNWAS的性能標準，報警系統應保持3～12 min(Td)的休眠狀態[2]。在開發的BNWAS中，采用數碼管進行參數顯示，其中可能顯示的最長時間為休眠時間，可達12min，因此采用四位數碼管來進行顯示。數碼管低2位用于秒顯示，高兩位用于分顯示。一位數碼由7段LED組成，若采用PLC直接輸出控制，則需要PLC的7個開關量輸出點，四位數碼管則需28個開關量輸出點。直接采用PLC的輸出點控制28個LED，程序設計簡單，顯示效果好，但是使用的PLC輸出點數多，提高了制作成本。為了降低成本，我們設計了一種譯碼輸出電路，在PLC輸出端與數碼管之間增加少量的硬件電子電路，配合軟件編程，僅用PLC的7個輸出點就可控制4位數碼管進行顯示。

1 PLC輸出省點電路

在輸出省點電路中采用的主要元件是數碼管顯示譯碼鎖存器CC4511和2/4線譯碼器74LS139芯片，輸出顯示的數字在PLC程序中進行BCD編碼，由74LS139芯片根據PLC程序控制按照一定的時間間隔分時選通不同的CC4511芯片譯碼輸出。

2.1 數碼管顯示譯碼鎖存器CC4511

CC4511是一種用于驅動共陰極數碼管顯示器的BCD碼-七段碼譯碼器，具有七段譯碼、消隱、鎖存及驅動功能，CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅動LED顯示器。圖1為CC4511芯片的外引線排列圖及真值表。VDD、VSS間接工作電源，D、C、B、A為四位8421 BCD碼輸入端，片腳a～g為7個譯碼輸出端，輸出高電平有效。BI/4腳是消隱輸入控制端，當BI=0 時，不管其它輸入端狀態如何，七段數碼管均處于熄滅（消隱）狀態，不顯示數字。LT/3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入端狀態如何，七段均發亮，顯示“8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。LE/5為鎖存控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出，LE=1時譯碼器是鎖存保持狀態，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。

2.2 雙2/4線譯碼器74LS139

圖2為74LS139芯片外引線排列圖及真值表。74LS139含有兩個單獨的2線-4線譯碼器，A1、A0為兩位二進制代碼輸入端，片腳Y0～Y3為輸出端，輸出低電平有效。ST為使能端，低電平有效。當使能端為低電平時，允許譯碼，按輸入端二進制代碼從4個輸出端中譯出一個低電平輸出。當使能端為高電平時，禁止譯碼，不管輸入端狀態如何，四個輸出端均輸出高電平。

2.3 節省輸出點的硬件電路原理

圖3為節省PLC輸出點的硬件電路原理圖。電路中采用了四片數碼管顯示譯碼鎖存器CC4511芯片和一片2/4線譯碼器74LS139芯片，數字顯示采用共陰極數碼管顯示器LG6011AH。CC4511、74HC139和數碼管顯示器由W7805集成穩壓電源供電。CC4511連接在PLC 輸出端與數碼管LG6011AH之間。74LS139譯碼器的輸出端分別接到四片CC4511的LE選通端, 只使用2/4線譯碼器74LS139中一個譯碼器。CC4511的LT和BI輸入端均接恒定高電平，試燈由PLC程序給每一位數碼管輸出數字8來實現。PLC要輸出顯示的BCD編碼通過輸出點Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0輸出，同時加到四片CC4511的輸入端。PLC的輸出點Q2.6、Q2.5、Q2.4信號加到74LS139輸入端用于CC4511的選通與鎖存控制。Q2.5、Q2.4為選通CC4511的地址碼，接74LS139的A1、A0輸入端，Q2.6接使能端。74LS139譯碼后只有一個輸出端為低電平，因此每一時刻僅選通一個CC4511進行譯碼，數據送到對應的數碼管進行顯示，其余的CC4511處于鎖存狀態，對應的數碼管顯示數據不變。

系統工作時，PLC通過輸出點Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0按一定的時間間隔（本系統中為40ms）依次循環發送4位數碼管顯示數據的BCD碼，同時Q2.5、Q2.4輸出對應地址碼選通對應的顯示譯碼器CC4511進行譯碼。如：第一個40ms期間，若Q2.5、Q2.4輸出為00，則Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0輸出的是時間秒的個位數碼，同時選通第一個CC4511芯片進行譯碼，送到秒的個位數碼管數據更新顯示，其余位保持不變；在第二個40ms期間，Q2.5、Q2.4輸出切換為01，Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0的輸出切換為秒的十位數碼，同時選通第二個CC4511芯片進行譯碼，送到秒的十位數碼管數據更新顯示，其余位保持不變；依次循環。

2 存在的問題及解決方法

由于PLC輸出信號及各芯片引腳電壓高低電平切換不能完全實現躍變，變化需要一定時間，而各芯片的輸入端具有門檻電壓，因此完全按照上述時序進行動態輸出顯示，在動態切換時各CC4511芯片的輸出具有隨機性，實驗結果證明，會使數碼管閃爍不定，甚至無法正確顯示。為了解決此問題，在本系統中，又增加了2/4線譯碼器74LS139的使能端控制，在PLC發送的數碼管數據位切換前、后各10 ms時間內，使所有的CC4511芯片均為鎖存狀態，待PLC發送的新數據信號穩定后再選通新數據對應位的CC4511芯片進行譯碼。即在PLC發送數據的40ms中，只有中間20 ms，數據才能有效傳輸。這樣，既保證了切換后應接收數據的CC4511可靠更新數據，也保證了切換后應處于鎖存狀態的CC4511可靠鎖存切換前的數據，這樣就避免了在不同位數據動態切換時的相互影響。使PLC的Q2.7輸出高電平，則加到74LS139的使能端控制信號為高電平，禁止譯碼，74LS139的所有輸出端均為高電平，可使所有的CC4511芯片均為鎖存狀態。加入2/4線譯碼器的使能端控制后，各CC4511芯片的選通時序如圖3所示。圖中，虛線間為PLC為每位數碼管發送數據的時間，中間粗線表示對應序號的CC4511芯片被選通譯碼的時間，其余時間所有的CC4511芯片都處于鎖存狀態。

3 結束語

采用上述方法，根據需要還可以控制更多位數碼管進行顯示。采用數碼管顯示譯碼鎖存分時動態輸出的方式可用少量的PLC輸出點控制多位數碼管顯示器進行顯示，節省了PLC 的輸出點，降低了產品開發成本。其硬件電路簡單，控制程序也不復雜，此方法在設計的BNWAS中實際使用證明，工作可靠，顯示穩定，能夠達到使用要求。

[1] 俞葉萍，李 祺，潘萬欣，章嘉奇. 駕駛室航行值班報警系統的實現[J]. 上海船舶運輸科學研究所學報，2011.

[2] IMO Resolution MSC.128 (75) - Performance standards for a bridge navigational watch alarm system (BNWAS). 2002.

[3] International Maritime Organization. IMO Resolution MSC.282 (86): Adoption of amendments to the international convention for the safety of life at sea [M]. Adopted amended on 5 June 2009. London: International Maritime Organization (IMO), 2009.

[4] 柳邦聲. 駕駛臺航行值班報警系統(BNWAS)的組成和安裝[J]. 航海技術, 2010.

[5] 廖常初. PLC編程及應用［M］.北京：機械工業出版社, 2008.

Application of a Method to Save Output Points of PLC to BNWAS

Sun Hongying
(Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao 266071, Shandong, China)

LED display of 4 numbers is used to display the parameters in bridge navigational watch alarm system (BNWAS) which is developed based on PLC. It is high cost because of occupying too many output points by LEDs. In order to reduce the cost, a decoding output circuit is designed. Only 7 output points of PLC can be used to control 28 LEDs of 4 numbers by increasing a few electronic circuits between outputs of PLC and LEDs and combined with programming, the trouble of unstable display caused by dynamical output is resolved.

BNWAS; LED display; decoder; saving output points of PLC; dynamical output

TP272

A

1003-4862（2014）03-0005-03

2013-08-18

孫紅英 (1974-), 女, 碩士, 講師。研究方向：船舶運動控制、智能控制。