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。