一种节省PLC输出点的方法在BNWAS中的应用

孙红英

（青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071）

一种节省PLC输出点的方法在BNWAS中的应用

孙红英

（青岛远洋船员职业学院，山东青岛266071）

在开发的基于PLC的船舶驾驶台航行值班报警系统(BNWAS)中，用4位数码管进行参数显示。由于LED数目多，占用PLC输出点数多，成本高。为了降低成本，设计了一种译码输出电路，在PLC输出端与数码管显示器之间增加少量的硬件电子电路，配合软件编程，仅用PLC的7个输出点就可控制4位数码管的27段LED，并且解决了由于各位数码管分时输出所产生的显示不稳定问题。

船舶驾驶台航行值班报警系统 数码管显示 译码器 PLC输出省点 动态输出

0 前言

随着SOLAS第282号修正案的强制执行,驾驶室航行值班报警系统(Bridge Navigational Watch Alarm System, BNWAS)已由用户选装设备改为必装设备,将在各等级船舶上广泛应用[1]。因此,我们研制了一套基于西门子S7-200PLC的，性能符合SOLAS公约有关船舶航行安全规范的BNWAS。根据SOLAS公约关于BNWAS的性能标准，报警系统应保持3～12 min(Td)的休眠状态[2]。在开发的BNWAS中，采用数码管进行参数显示，其中可能显示的最长时间为休眠时间，可达12min，因此采用四位数码管来进行显示。数码管低2位用于秒显示，高两位用于分显示。一位数码由7段LED组成，若采用PLC直接输出控制，则需要PLC的7个开关量输出点，四位数码管则需28个开关量输出点。直接采用PLC的输出点控制28个LED，程序设计简单，显示效果好，但是使用的PLC输出点数多，提高了制作成本。为了降低成本，我们设计了一种译码输出电路，在PLC输出端与数码管之间增加少量的硬件电子电路，配合软件编程，仅用PLC的7个输出点就可控制4位数码管进行显示。

1 PLC输出省点电路

在输出省点电路中采用的主要元件是数码管显示译码锁存器CC4511和2/4线译码器74LS139芯片，输出显示的数字在PLC程序中进行BCD编码，由74LS139芯片根据PLC程序控制按照一定的时间间隔分时选通不同的CC4511芯片译码输出。

2.1 数码管显示译码锁存器CC4511

CC4511是一种用于驱动共阴极数码管显示器的BCD码-七段码译码器，具有七段译码、消隐、锁存及驱动功能，CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。图1为CC4511芯片的外引线排列图及真值表。VDD、VSS间接工作电源，D、C、B、A为四位8421 BCD码输入端，片脚a～g为7个译码输出端，输出高电平有效。BI/4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT/3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入端状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE/5为锁存控制端，当LE=0时，允许译码输出，LE=1时译码器是锁存保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

2.2 双2/4线译码器74LS139

图2为74LS139芯片外引线排列图及真值表。74LS139含有两个单独的2线-4线译码器，A1、A0为两位二进制代码输入端，片脚Y0～Y3为输出端，输出低电平有效。ST为使能端，低电平有效。当使能端为低电平时，允许译码，按输入端二进制代码从4个输出端中译出一个低电平输出。当使能端为高电平时，禁止译码，不管输入端状态如何，四个输出端均输出高电平。

2.3 节省输出点的硬件电路原理

图3为节省PLC输出点的硬件电路原理图。电路中采用了四片数码管显示译码锁存器CC4511芯片和一片2/4线译码器74LS139芯片，数字显示采用共阴极数码管显示器LG6011AH。CC4511、74HC139和数码管显示器由W7805集成稳压电源供电。CC4511连接在PLC 输出端与数码管LG6011AH之间。74LS139译码器的输出端分别接到四片CC4511的LE选通端, 只使用2/4线译码器74LS139中一个译码器。CC4511的LT和BI输入端均接恒定高电平，试灯由PLC程序给每一位数码管输出数字8来实现。PLC要输出显示的BCD编码通过输出点Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0输出，同时加到四片CC4511的输入端。PLC的输出点Q2.6、Q2.5、Q2.4信号加到74LS139输入端用于CC4511的选通与锁存控制。Q2.5、Q2.4为选通CC4511的地址码，接74LS139的A1、A0输入端，Q2.6接使能端。74LS139译码后只有一个输出端为低电平，因此每一时刻仅选通一个CC4511进行译码，数据送到对应的数码管进行显示，其余的CC4511处于锁存状态，对应的数码管显示数据不变。

系统工作时，PLC通过输出点Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0按一定的时间间隔（本系统中为40ms）依次循环发送4位数码管显示数据的BCD码，同时Q2.5、Q2.4输出对应地址码选通对应的显示译码器CC4511进行译码。如：第一个40ms期间，若Q2.5、Q2.4输出为00，则Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0输出的是时间秒的个位数码，同时选通第一个CC4511芯片进行译码，送到秒的个位数码管数据更新显示，其余位保持不变；在第二个40ms期间，Q2.5、Q2.4输出切换为01，Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0的输出切换为秒的十位数码，同时选通第二个CC4511芯片进行译码，送到秒的十位数码管数据更新显示，其余位保持不变；依次循环。

2 存在的问题及解决方法

由于PLC输出信号及各芯片引脚电压高低电平切换不能完全实现跃变，变化需要一定时间，而各芯片的输入端具有门槛电压，因此完全按照上述时序进行动态输出显示，在动态切换时各CC4511芯片的输出具有随机性，实验结果证明，会使数码管闪烁不定，甚至无法正确显示。为了解决此问题，在本系统中，又增加了2/4线译码器74LS139的使能端控制，在PLC发送的数码管数据位切换前、后各10 ms时间内，使所有的CC4511芯片均为锁存状态，待PLC发送的新数据信号稳定后再选通新数据对应位的CC4511芯片进行译码。即在PLC发送数据的40ms中，只有中间20 ms，数据才能有效传输。这样，既保证了切换后应接收数据的CC4511可靠更新数据，也保证了切换后应处于锁存状态的CC4511可靠锁存切换前的数据，这样就避免了在不同位数据动态切换时的相互影响。使PLC的Q2.7输出高电平，则加到74LS139的使能端控制信号为高电平，禁止译码，74LS139的所有输出端均为高电平，可使所有的CC4511芯片均为锁存状态。加入2/4线译码器的使能端控制后，各CC4511芯片的选通时序如图3所示。图中，虚线间为PLC为每位数码管发送数据的时间，中间粗线表示对应序号的CC4511芯片被选通译码的时间，其余时间所有的CC4511芯片都处于锁存状态。

3 结束语

采用上述方法，根据需要还可以控制更多位数码管进行显示。采用数码管显示译码锁存分时动态输出的方式可用少量的PLC输出点控制多位数码管显示器进行显示，节省了PLC 的输出点，降低了产品开发成本。其硬件电路简单，控制程序也不复杂，此方法在设计的BNWAS中实际使用证明，工作可靠，显示稳定，能够达到使用要求。

[1] 俞叶萍，李 祺，潘万欣，章嘉奇. 驾驶室航行值班报警系统的实现[J]. 上海船舶运输科学研究所学报，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] 柳邦声. 驾驶台航行值班报警系统(BNWAS)的组成和安装[J]. 航海技术, 2010.

[5] 廖常初. PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社, 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

孙红英 (1974-), 女, 硕士, 讲师。研究方向：船舶运动控制、智能控制。