基于PLC抢答器控制系统编程方式探究

张媛媛，党丽峰

(江苏联合职业技术学院镇江分院 机电工程系，江苏 镇江 212016)

可编程控制器(PLC)是中控系统常用的控制器之一，已成为现代工业自动化控制的三大支柱之一[1]。很多职业院校开设了“PLC应用技术”课程。对PLC编程而言，可以使用多种方法实现同一种控制功能，每种方法各有优缺点。学生从简单的基本指令入手，进而学习步进指令、功能指令，循序渐进[2]。分析控制流程，使用程序实现控制功能，达到最优设计，是一个长期积累的过程。

抢答器要求实时、准确、快速、公正[3]。抢答器系统是“PLC应用技术”课程中的典型案例。以知识竞赛现场用4组抢答器控制系统为例，使用三菱FX2N系列PLC设计控制系统，使用3种方法编程，研究使用不同指令实现同一控制要求的设计思路。

1 抢答器控制系统任务的提出

知识竞赛现场4组抢答器系统控制要求：按下“启动”键，系统启动，主持人发出抢答信号，任意一组抢先按下按键后，显示器及时显示该组编号，同时蜂鸣器鸣叫提示该组抢答成功，此时其他组按键无效，主持人按下“复位”按钮后可再次抢答，按下“停止”按钮，系统停止工作。

使用PLC控制程序时，需要将所有的输入(输出)器件连接到PLC的输入(输出)端口，并对端口进行说明。该系统的I/O地址分配表如表1所示，PLC控制电路端口接线如图1所示。

表1 I/O地址分配表

2 程序编写

2.1 基本逻辑指令编程

使用基本逻辑指令编写PLC程序时，只使用基本的软元件，需注意软元件的关联性和逻辑性。图2为系统的启动和抢答程序。使用典型的起保停电路实现系统启动。抢答器系统存在2组或多组同时抢答成功的问题，需要使用互锁解决，即利用一组的运行信号进行其他组的运行信号控制[4]。控制程序为先停止后转换的梯形图程序，从输出M1到输出M2运行，先按下复位按钮“X0”，停止M1的输出，再按下启动按钮“X2”，转换到M2运行。互锁各方只要有一方为“ON”，其他组均被锁，具有“先到先得，后到不得”的功能。

图2 抢答器系统的启动和抢答程序

组号显示使用七段数码管实现。七段数码管由7个条形发光二极管组成，通过各段的亮灭实现数字显示[5]。在程序中，M1，M2，M3，M4分别对应4个组抢答成功信号，LED显示数字字符需要把每个组的状态转换成LED对应的输出，如表2所示。

数码管显示程序中需要处理双线圈输出问题，如第2组抢答成功和第3组抢答成功均要求数码管显示A段，按顺序编写程序时用OUT指令驱动两次Y1输出。由PLC运行的工作原理可知，输出继电器Y的状态是最后检测到的状态刷新结果输送到相应的输出端子的。双线圈处理后的数码管显示程序如图3所示。值得注意的是，在程序中加了定时器T0，用来实现抢答成功时蜂鸣器鸣叫1s提示。

表2 七段数码管字符显示

2.2 步进指令编程

工业控制中大多是顺序控制，大多使用步进指令。抢答器控制系统是选择最先抢答的一组执行，是典型的选择分支，可以使用步进程序的选择分支编写程序，程序结构如图4所示。M8002上电后“S0”状态激活，若第2组抢先按下，X2得电，程序进入第2个分支，其他分支不得电，按下复位按钮“X0”后，程序跳转到“S0”重新进行抢答。使用步进指令编程，无需考虑互锁及双线圈问题，可读性较强。

图4 状态转移图

2.3 功能指令编程

使用步进指令编写PLC程序，运行步骤一目了然，但输出元件Y多次重复使用，效率低。在PLC中，功能指令主要用于模拟量控制、运动控制、通讯控制等[6]。功能指令数量多、门类广，而且有些功能指令涉及专业知识和PLC扩展领域。但功能指令可以实现PLC的很多扩展功能，大大提高了编程效率及PLC的使用价值。七段数码管可通过SEGD七段解码功能指令实现数字显示，程序如图5所示。按下复位按钮“X0”时，通过区间复位指令“ZRST”将七段数码管清零。

图5 七段解码指令实现数字显示程序

可通过数据传送指令MOV和位组合元件实现数字显示，程序如图6所示。

用数据传送指令设计程序时，用位元件的组合K2Y001控制七段数码管的输出，当数码管显示数字“1”时，Y7—Y1显示的二进制信息为“0000110”，转化为十进制信息为“K6”，然后，将数据通过MOV指令传送到数码管进行显示。

3 编程方法比较

使用基本逻辑指令编写程序，强调软元件之间的逻辑关系，初学者易上手，但对于复杂的控制系统，存在逻辑关系复杂、程序可读性差的缺点。使用步进指令编写PLC程序，结构清楚，只需考虑转移条件和每步需完成的动作即可，但软元件多次重复使用，编写效率低。使用功能指令时，程序可扩展性强，步骤少，适合模拟控制、过程控制、通讯控制。但PLC功能指令数量多、门类广，很难快速掌握。PLC的编程必须与实践相结合，“做中学，学中做”。