1、智力竞赛抢答器论文智力抢答器论文智力竞赛抢答器的 PLC 设计实现摘要：针对使用 PLC 作智力竞赛抢答器的编程问题作讨论，通过程序设计弥补使用 PLC 作为控制核心所造成的抢答器公平性影响。最终使用仿真软件对所编制程序进行仿真实现。 关键词：抢答器 PLC 仿真 0 引言 抢答器是进行各类智力竞赛必不可少的工具。很多早期设计以模拟电路、数字电路或者模数混合电路实现其控制要求。随着对抢答器控制要求的不断提高，以及 PLC 这一工控产品的使用普及和成本的降低，也出现了以 PLC 为控制核心的抢答器。抢答器这一 PLC 设计题也作为较具典型性的课题出现在了各类高校的 PLC 课程试验中。而 PLC
2、 的特殊工作方式决定了以类似继电器回路的起保停电路加互锁实现的抢答器存在公平性影响问题，本文以三菱 FX 系列 PLC为例做说明。 1 原抢答器设计 1.1 抢答器设计要求 以某教材上参考题为例：四队参加比赛，设有主持人总台及四个参赛队分台。总台设有总台灯、总台开始及总台复位按钮。分台装有分台灯及抢答按钮。主持人按下开始按钮后，总台灯亮，同时开始进入抢答时间，计时 20S。20S时间内，各参赛队按分台抢答按钮进行抢答，以时间为优先条件，某队抢到后，分台灯亮，总台灯以 1S 为周期进行闪烁，同时其余 3 队抢答按钮失效。如某队提前抢答，该参赛队违例，分台灯亮，需主持人按下复位按钮后停止。20S内
3、无人抢答，总台灯闪烁，同时分台抢答按钮失效抢答，同样需主持人按下复位按钮停止，再按开始按钮可进行下一轮抢答。 1.2 PLC 选型及 I/0 地址分配 由设计要求知，输入信号为总台开始按钮、复位按钮各一，分台抢答按钮各一。故需要输入点大于等于 6；输出点所需驱动负载为总台灯、分台灯各一，共需 5 点。故所选 PLC 为三菱 FX2N-16MR 型。该 PLC 共有 8 输入、8 输出点，输出方式为继电器输出类型，灯负载最大可带 AC220V100W，满足设计需求。地址分配如下表所示： 1.3 PLC 输入输出外部接线示意图（如图 1-1） 1.4 抢答部分 PLC 程序（如图 1-2） 1.5
4、 程序设计思路分析 上述部分程序段是 PLC 设计抢答器的常用参考程序中涉及抢答的一段。主要根据继电器的起保停电路进行设计。其中的辅助继电器 M0 作抢答允许条件用。使用输出继电器的常开触点做自锁，使用常闭触点做联锁以保证某一路接通时其余回路都断开，使其余组抢答失效。 1.6 PLC 和继电器控制装置运行方式比较 1.6.1 继电器控制装置工作方式 继电器控制装置采用的是硬逻辑并行运行的方式，即一个继电器的线圈通电或断电，该继电器的所有触电不论在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作1。 1.6.2 PLC 工作方式 PLC 的 CUP 则采用顺序逐条地扫描用户程序的运行方式，如果一个输出
5、线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，必须等到扫描到该触点时才会动作1。PLC 在完成输入采样，将输入状态读入到输入锁存器中，进入程序执行阶段，按照由左到右、先上后下的顺序，对触点构成的控制线路进行逻辑运算，并根据逻辑运算结构，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态，或者刷新该输出线圈在 I/O 映像区中对应位的状态2。最后进入输出刷新阶段，在扫描程序结束后，将输出锁存中的输出信号经输出电路驱动相应的外设。 1.7 抢答器程序工作分析 由 PLC 的工作方式决定，如果如果 1 队先抢，X2 有输入，Y1 直接为 ON，在 Y1 线圈下面的 Y1 常闭触头在本扫描
6、周期即进入动作状态，互锁作用生效。而 2 队先抢，X3 有输入为 ON，则在第一个扫描周期内，在 Y2 线圈前的 Y2 触头属于初始非动作状态，要到第二个扫描周期时才会进入动作状态起到互锁作用。 由此，如果发生两个或两个以上抢答按钮同时闭合，如上图中 SB3、SB4同时抢答按下即 X2、X3 同时有输入信号时，按照程序扫描顺序，始终 Y1 先ON，然后互锁起作用，阻止 Y2 的 ON。也就造成了抢答器在抢答时间相同条件下还存在程序优先，造成了实际操作的公平性影响。 2 抢答器程序改进 2.1 程序改进方法 增加两人同时抢答触发状态，使得当两人同时抢答时停止分组应答，触发类似违例状态。以避免 P
7、LC 程序扫描造成的公平性影响。 2.2 改进程序段 如图 2-1 所示。 2.3 程序分析 程序功能：使用分台抢答按钮输入信号的上升沿脉冲触发启动辅助继电器 M1，使用 M1 作为两个或两个以上同时抢答信号。可使用此信号增加部分功能，如使同时抢答的两方台灯亮或闪烁等。使主持人复位重新开始抢答。 3 PLC 仿真 改进后使用三菱 Gx-Simulator 仿真软件进行仿真调试，效果良好。 4 结束语 我们在使用 PLC 编程时通常使用梯形图语言。虽说梯形图源于继电器控制装置的回路图，两者有一定类似性，但不能完全等同。即我们在使用 PLC 进行设计编程时，必须考虑到 PLC 工作方式的特殊性，以避免在应用过程中出现疏漏。 参考文献： 1赵丁选.光机电一体化设计使用手册M.北京：化学工业出版社，工业装备与信息工程出版中心，2003；155-156. 2王兆义.可编程控制器教程M.北京：机械工业出版社,2004：17-19.
