PLC和人机界面组合的控制系统研究

    抢答器是一种广泛应用在各种智力竞赛中的一种典型电气控制产品，目前，市场上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方法也不相同。

    本文采用了一种新的控制方式，用PLC和人机界面组合实现抢答器控制系统的控制。PLC结构简单，功能强大，通用性好，抗干扰能力强，可以提高系统的可靠性，稳定性；人机界面是一种连接人和机器的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理，监控和管理可能变化的信息，人员和设备的信息交流、数据修改、故障处理等都很方便。将二者结合更可以提高系统的性能。

1 抢答器的控制要求

    1)该抢答器为六组选手提供按钮进行抢答，选手若回答主持人提出的问题时，需抢先按下各自的抢答按钮。

    2)正常抢答：主持人按下人机界面上的开始抢答按钮之后，绿灯亮，在15秒倒计时内，6组选手可按下按钮开始抢答，有人抢答成功，触模屏上对应的选手指示灯亮。并在七段数码管和触摸屏上显示抢答者的选手号，此时停止倒计。

    3)违规抢答：主持人未按下人机界面E的开始抢答按钮，若有选手开始抢答，指示灯红灯亮，并在七段数码管和触摸屏上显示抢答者的选手组号，此时抢答无效。

    4)主持人按下人机界面上的复位按钮，系统开始下一轮抢答。

2 抢答器的软硬件设计

    根据系统的控制要求，分析系统的输入输出设备，本装置选用丙门子S7—200系列的CPU224模块，CPU224模块本身有14个输入点，lO个输出点，可以满足本系统的要求。人机界面选用同是西门子公司的K．TPl78触摸屏，该触摸屏使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好通信。

    2．1 PLC的硬件分析

    2．1．1输入，输出端子分析

    1)输入端子：主持人开始和复位按钮由触摸屏画面组态，不占用输入端子；六组选手共需6个按钮，占用6个输入端子，因此，PLC应配置6个输入端子。

    2)输出端子：用一个七段数码管显示抢答者的组别号，占用7个输出端子；再加上1个绿灯用于显示允许开始抢答、1个红灯表示抢答无效共2个负载，因此，PLC应配置9个输出端子。

    3)触摸屏与PLC之间用专用通信电缆连接。

    2．1．2 PLC的输入，输出端子分配

    PLC的输入／输出端子分配如表1所示。

表1 PLC的输入／输出端子分配表

    2．1．3 PLC的外部接线图

    根据控制要求和I／O分配设计PLC的外部接线图如图1所示。

图1 PLC外部端子接线图
 

    2．2 触摸屏画面设计

    K-TP178触摸屏使用丙门子公司的WinCCflexible软件进行画面的组态，因使用画面中的按钮发送开始与复位信号，PLC程序执行的结果要控制画面中的指示灯，因此必须将画面中的图形对象与PLC中的编程元件建立变量连接。画面中的图形对象与PLC的编程元件的关系如表2所示。在WinCC flexible软件中进行画面组态时，先进行连接设置，再进行变景设置，再进行画面组态，设计触摸屏组态画面如图2所示。触摸屏画面设计好后通过通信线将组态画面下载到触摸屏中。

    表2 触摸屏图形与PLC的编程元件关系表

图2 触摸屏组态画面

    2．3．1工序图根据控制要求，绘制抢答器的工序图如图3所示。

图3 抢答器控制工序图
 

    2．3．2程序设计

    1)顺序控制功能图程序设计

    根据六路抢答器的控制要求和工序图，分析可知该控制系统满足不同的要求进入不同的分支，每个分之中按一定的顺序依次执行。属于典型的顺序控制结构，因此采用选择性分支结构进行功能图程序的设计。设计的功能图程序如图4所示。

    2)顺序控制继电器分配

    SO．0初始状态；SO．1允许抢答状态；S1．1第一组正常抢答状态；S1．2第二组匝常抢答状态；S1．3第三组正常抢答状态；s1．4第四组正常抢答状态。s1．5第五组正常抢答状态；S1．6第六组正常抢答状态；S2．1第一组违规抢答状态；S2．2第二组违规抢答状态；S2．3第三组违规抢答状态；S2．4第四组违规抢答状态；S2．5第五组违规抢答状态；S2．6第六组违规抢答状态。 

图4 六路抢答器控制功能图程序

3 结束语

    将PLC与触摸屏结合进行控制系统的设计，既可以提高系统的可操作性，还可以节省I/O点敬，代替传统的按钮、指示灯等设备，减少PLC的外部接线，提高系统的可靠性。目前该系统以投入使用，实践证明该系统稳定可靠，有一定的推广价值。