PLC和人机界面组合的控制系统研究_陈永利

【148】 第34卷 第7期 2012-7(上)

收稿日期：2012-03-15

作者简介：陈永利（1974－），女，河南沁阳人，讲师，硕士，研究方向为单片机、PLC 及自动控制系统。0 引言

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，触摸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上的开始抢答按钮，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。

PLC 和人机界面组合的控制系统研究

Research on PLC and man-machine interface control system

陈永利，李玉鼎 CHEN Yong-li, LI Yu-ding

（济源职业技术学院 电气工程系，济源 459000）

摘 要： PLC和人机界面组合是现代工业控制中的一种新方法。介绍了PLC和人机界面在六路抢答器控

制系统中的应用，着重论述了系统硬件和软件设计方案。实际应用表明，该系统具有运行稳定、可靠性高、实用性强等特点。

关键词： PLC；人机界面；顺序控制；抢答器

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2012)07(上)-0148-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2012.7(上).45

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，本装置选用西门子S7-200系列的CPU224模块，CPU224模块本身有14个输入点，10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-TP178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

输入端子输入设备输出端子输出设备I0.0第1组选手抢

答按钮SB1Q0.0数码管a 段I0.1第2组选手抢答按钮SB2Q0.1数码管b 段I0.2

第3组选手抢答按钮SB3

Q0.2

数码管c 段

I0.3第4组选手抢

答按钮SB4

Q0.3数码管d段

I0.4第5组选手抢

答按钮SB5

Q0.4数码管e段

I0.5第6组选手抢

答按钮SB6

Q0.5数码管f段

Q0.6数码管g段

Q1.0绿灯

Q1.1红灯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触摸屏使用西门子公司的WinCC flexible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，再进行变量设置，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

图形名称图形部件对应的PLC编程元件

开始按钮按钮M0.0（中间继电器）

复位按钮按钮M0.1（中间继电器）第一组抢答指示灯指示灯M1.1（中间继电器）第二组抢答指示灯指示灯M1.2（中间继电器）第三组抢答指示灯指示灯M1.3（中间继电器）第四组抢答指示灯指示灯M1.4（中间继电器）第五组抢答指示灯指示灯M1.5（中间继电器）第六组抢答指示灯指示灯M1.6（中间继电器）抢答组号数值VW0

违规组号数值VW2

图2 触摸屏组态画面

2.3 软件设计

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

S0.0初始状态；S0.1允许抢答状态；S1.1第一组正常抢答状态；S1.2第二组正常抢答状态；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。

续表

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g f e d c b a

Q0.6 PLC Q0.5

Q1.1Q1.0

1L2L Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.0

I0.6I0.5

1M2M

L+M I0.4I0.3I0.2I0.1I0.0

SB6SB5SB4SB3SB2SB1ཚ

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