PLC应用于知识竞赛的控制设计

王翠平

摘 要：本文介绍基于西门子S7-200型PLC对知识竞赛抢答器的控制，阐述了控制方案。实现抢答器功能的方式有多种，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展，单片机、PLC的应用不断地走向深入，同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用西门子（Siemens）公司生产的S7-200型PLC作为核心控制器进行四路抢答器系统的设计，并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。同时根据知识竞赛抢答器的控制要求和特点，确定PLC 的输入输出分配，并进行现场调试。 该设计编程简单，容易理解掌握，且工作稳定可靠。总体电路简单，易于制作。

关键词：PLC；抢答器；梯形图；程序

1 PLC的基础知识

1.1 概述

可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

1.2 PLC的工作原理

PLC（Power Line Communication）即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用。在高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV-35kV）以及低压（10kV以下）的各个领域，数据传输的通讯数率不断提高。现阶段，在低压配电网上传输数率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps甚至达到100Mbps和200Mbps的高速率，传输距离可达300米。在中压配电网传输技术方面，高于10Mbps数据信号的设想和方案也日益引起人们的重视并开发成功。

PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。

1.3 PLC的结构

PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

相同如图所示：

2 抢答器系统工作原理

2.1 控制要求

1）竞赛者若要回答主持人所提问题时，须抢先按下桌上的抢答按钮；

2）绿色指示灯亮后，须等主持人按下复位按钮SB2后，指示灯才熄灭；

3）如果竞赛者在主持人打开SB1开关10s内抢先按下按钮，则该抢答者后面的绿灯亮，以示竞赛者得到一次幸运的机会；

4）如果在主持人打开SB1开关10s内无人抢答，则必须有声音警示，同时红色指示灯亮，以示竞赛者放弃该题；

5）在竞赛者抢答成功后，应限定一定的时间回答问题，根据题目难易可设定时间（如2 min）；

当主持人打开SB7开关后记时开始，如果竞赛者在回答问题时超出设定时限，则红色指示灯亮并伴有声音提示，竞赛者停止回答问题。

3 系统软件设计

3.1 工作过程

1）在主持人宣布开始，并且按下开始按钮后保持M0.1自锁，使得常闭触角和常开触角互换，使得抢答抢答功能启动；

2）在主持人按下开始后T33开始工作，等到10S后，红灯亮且警报响起后，表示抢答者自动放弃答题；

3）在主持人按下开始后T33开始工作，等到10S后，有抢答者抢答，则T33断开在抢答者抢到答题机会后（例如抢答者一抢到答题机会），则Q0.1工作即绿灯工作，那么其余抢答者就不能继续抢答题目；

4）抢答成功后，主持人按下I0.6使得T37开始工作，在Q0.5、Q0.6开始工作时，表示答题时间到，应立即停止答题；

在答题结束或答题时间到后，主持人应按下复位摁钮，为下一轮答题做好准备。

3.2 外部接线图

外部接线如图所示：

4 适当扩展

如果给电路加入适当的编、译码器件，就可以将红、绿灯指示变为直观的数字显示，对外围电路稍加修改，就可以变成多路多人抢答器，如六路或十路等，改为多路多人抢答器，可以在梯形图中再加入两路或六路分支即可。去掉程序中的互锁和抢答限时功能，可以将抢答器改成呼叫器，可以用在医院的病房、工厂的车间等多种地方。

参考文献

[1]陈宇。可编程控制器基础及编程技巧[M]。广州：华南理工大学出版社，2006。

[2]彭利彪，徐耀生，王芯。可编程控制器原理及应用[M]。西安：西安电子科技大学出版社，2007。

[3]邓则名。电器与可编程控制器应用技术[M]。北京：机械工业出版社，2010.