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        基于西門子S7-1200 PLC四路搶答器系統(tǒng)設計

        2021-12-24 12:46:27岳金明李亞萍
        消費電子 2021年10期
        關鍵詞:按鈕信號系統(tǒng)

        岳金明 李亞萍

        隨著科技的飛速發(fā)展,知識競賽的答題形式也層出不窮。在競賽中,如果采用舉手回答問題的方式來進行競賽的話,一方面存在效率低下的問題,另一方面存在競賽的公平性問題。而在當今社會,競賽要追求快速、直觀、高效地決出第一位搶答者,搶答器就能派上用場了。搶答器是一種十分普遍的電子設備,在各種搶答賽活動中,能夠精準、快速、公正地確定出搶答者。本設計是一款四輸入四輸出的搶答器,結構的最大特點就是采用可編程控制器,性能穩(wěn)定,便于后期進行調試和維護。其控制靈敏、高效,具有搶答基本功能且編程簡單,易于修改,便于調試和維護,工作穩(wěn)定可靠,可擴展性強。

        本文設計的四路搶答器要求是主持人先按下開始按鈕,選手通過按下自己的搶答按鈕,本系統(tǒng)就能夠檢測到系統(tǒng)信號的變化,哪個位置率先按下按鈕發(fā)出信號,就可以第一時間被識別到。率先被檢測并識別的位置信息,系統(tǒng)就可以記錄并保存好相關信息。并點亮對應的指示燈,在數(shù)碼管顯示出對應的組別,同時禁止其他選手的再次進行搶答。當系統(tǒng)的復位信號發(fā)出時,系統(tǒng)就全部停止運行,等復位工作完成時,系統(tǒng)就進入下一個工作周期。

        本設計在設計之初添加了搶答控制信號按鈕,此信號按鈕單獨設置,選手無法進行控制,由指定的人或者系統(tǒng)來進行控制;當指定的人或者系統(tǒng)觸發(fā)了搶答控制信號按鈕,系統(tǒng)才會正常運行,參與搶答的選手立即就可以進行搶答,哪個位置率先按下按鈕發(fā)出信號,就可以第一時間被識別到。率先被檢測并識別的位置信息,系統(tǒng)就可以記錄并保存好相關信息。當指定的人或者系統(tǒng)未觸發(fā)了搶答控制信號按鈕,系統(tǒng)不會正常運行,參與搶答的選手就不可以參與搶答。

        本系統(tǒng)在設計時為了方便操作和交互,還添加了對于信號的記錄和交互模塊,當系統(tǒng)檢測到信號發(fā)生變化時,系統(tǒng)就會對信號變化的位置進行檢測和記錄,把相關的位置信號在交互模塊上顯示出來,也就是對應位置上的指示燈會點亮。對于信號的記錄和保存,會一直持續(xù)到指定的人或者系統(tǒng)將其清除為止。

        本系統(tǒng)設計的搶答器有六路輸入信號,即主持人席的開始和復位,以及四路搶答信號。輸出信號有五路,分別是主持人席的顯示信號燈和四路搶答顯示裝置。系統(tǒng)基本結構圖如下。

        由分析可知,PLC控制四路搶答器控制系統(tǒng)有6路輸入信號,包括四位選手的搶答按鈕SB1、SB2、SB3、SB4和主持人的啟動按鈕SBO、復位按鈕SB5。輸出電路有五路,即主持人的啟動搶答指示燈L0、控制選手的4路搶答指示燈L1、L2、L3、L4。根據(jù)本系統(tǒng)設計需求,控制器可選用西門子S7-1200 1215C。本控制器集成了14路輸入和10路輸出,完全滿足本設計的控制要求,并且還有一定的余量。PLC控制四路搶答器IO分配如表1所示。

        系統(tǒng)程序設計及運行過程如下:當主持人摁下開始按鈕時,信號就傳入PLC中,四個搶答席就進入搶答狀態(tài)。當有某個隊摁下?lián)尨鸢粹o時,系統(tǒng)會判斷出哪個隊率先搶答成功。具體實施步驟:在程序段2中,搶答器1隊搶答成功時,系統(tǒng)搶答繼電器通電自鎖,本隊搶答器繼電器和其他參賽隊按鈕輸入觸點串聯(lián)的常開觸點斷開,保證了搶答的準確性。搶答繼電器閉合后,主持人席的顯示裝置被點亮,代表主持人席和其他搶答隊都可以看到搶答結果。

        若搶答器一隊正常搶答,當主持人按下開始按鈕i0.0時,搶答繼電器M1.0閉合,M1.0常開觸點閉合,搶答器一隊按下?lián)尨鸢粹oi0 2時,搶答顯示裝置Q0.0點亮,主持人席顯示裝置Q0.4點亮,搶答器一隊搶答成功。

        若搶答器一隊犯規(guī)搶答,主持人席還未按下開始按鈕10.0時,則搶答允許繼電器M1.0未吸合,M1.0常開觸點未吸合,搶答不成功。

        搶答器的程序設計的主要任務有以下幾處:一是為了編程的簡單、清晰,在主程序中引用了中間繼電器。二是實現(xiàn)四路搶答器控制系統(tǒng)選手指示燈和主持人席顯示組別的狀態(tài)鎖存,即當主持人按下啟動按鈕后,某選手優(yōu)先按下相應的搶答按鈕成功后,該選手的狀態(tài)指示燈會被點亮,主持人席的狀態(tài)顯示相應的組別,即使某選手松開搶答按鈕,指示燈仍保持常亮,主持人席仍顯示對應組別。主持人按下復位按鈕,本輪搶答活動結束,指示燈和主持人席顯示被清除。三是保證一位選手搶答成功后,其他選手搶答無效,即實現(xiàn)“互鎖功能”。

        1、自鎖功能

        以Q0.0為例,如程序段2可知,當I0.2動作后,Q0.0線圈得電,指示燈點亮,主持人席顯示“A”,隨后QO.O線圈常開觸點閉合,即使10.2斷開,由于Q0.0常開觸點閉合,Q0.0線圈仍保持得電狀態(tài),因此,Q0.0線圈進入自鎖狀態(tài)。同樣地,程序段3、4、5中的Q0.1、Q0.2、Q0.3也能夠實現(xiàn)自鎖。

        2、互鎖功能

        以Q0.1為例,如程序段3可知,在這個通路中,Q0.0、Q0.2、Q0.3以常閉觸點的形式串聯(lián)在通路中,當一隊、三隊或者四隊搶答成功時,Q0.0、Q0.2、Q0.3的常閉觸點將斷開,從而使得整條通路斷開,實現(xiàn)彼此之間互鎖。

        3、復位功能

        本項目中,主持人席可以通過操作按鈕實現(xiàn)系統(tǒng)的復位操作,即復位搶答顯示和主持人席顯示。

        本系統(tǒng)設計了一種智能搶答器,以西門子S7-1200為主控,同時通過按鍵控制系統(tǒng)啟動及復位。對系統(tǒng)控制要求進行了總體的設計,以滿足科技的迅速發(fā)展。對系統(tǒng)的IO進行了合理分配,具備搶答器的基本功能。對控制要求和IO分配進行分析綜合,編輯程序指令、梯形圖,對系統(tǒng)進行反復調試,最終確定設計方案。系統(tǒng)設計簡單、方便,相比用數(shù)字電路制作的搶答器抗干擾能力強、運行穩(wěn)定、經濟高效。該系統(tǒng)不僅具備搶答功能,還可實現(xiàn)復位、自鎖和互鎖功能,功能擴展方便更有利于其他領域的應用。

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