孫紅英

（青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島266071）

一種節(jié)省PLC輸出點(diǎn)的方法在BNWAS中的應(yīng)用

孫紅英

（青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院，山東青島266071）

在開(kāi)發(fā)的基于PLC的船舶駕駛臺(tái)航行值班報(bào)警系統(tǒng)(BNWAS)中，用4位數(shù)碼管進(jìn)行參數(shù)顯示。由于LED數(shù)目多，占用PLC輸出點(diǎn)數(shù)多，成本高。為了降低成本，設(shè)計(jì)了一種譯碼輸出電路，在PLC輸出端與數(shù)碼管顯示器之間增加少量的硬件電子電路，配合軟件編程，僅用PLC的7個(gè)輸出點(diǎn)就可控制4位數(shù)碼管的27段LED，并且解決了由于各位數(shù)碼管分時(shí)輸出所產(chǎn)生的顯示不穩(wěn)定問(wèn)題。

船舶駕駛臺(tái)航行值班報(bào)警系統(tǒng) 數(shù)碼管顯示 譯碼器 PLC輸出省點(diǎn) 動(dòng)態(tài)輸出

0 前言

隨著SOLAS第282號(hào)修正案的強(qiáng)制執(zhí)行,駕駛室航行值班報(bào)警系統(tǒng)(Bridge Navigational Watch Alarm System, BNWAS)已由用戶(hù)選裝設(shè)備改為必裝設(shè)備,將在各等級(jí)船舶上廣泛應(yīng)用[1]。因此,我們研制了一套基于西門(mén)子S7-200PLC的，性能符合SOLAS公約有關(guān)船舶航行安全規(guī)范的BNWAS。根據(jù)SOLAS公約關(guān)于BNWAS的性能標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)保持3～12 min(Td)的休眠狀態(tài)[2]。在開(kāi)發(fā)的BNWAS中，采用數(shù)碼管進(jìn)行參數(shù)顯示，其中可能顯示的最長(zhǎng)時(shí)間為休眠時(shí)間，可達(dá)12min，因此采用四位數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行顯示。數(shù)碼管低2位用于秒顯示，高兩位用于分顯示。一位數(shù)碼由7段LED組成，若采用PLC直接輸出控制，則需要PLC的7個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，四位數(shù)碼管則需28個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)。直接采用PLC的輸出點(diǎn)控制28個(gè)LED，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，顯示效果好，但是使用的PLC輸出點(diǎn)數(shù)多，提高了制作成本。為了降低成本，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種譯碼輸出電路，在PLC輸出端與數(shù)碼管之間增加少量的硬件電子電路，配合軟件編程，僅用PLC的7個(gè)輸出點(diǎn)就可控制4位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

1 PLC輸出省點(diǎn)電路

在輸出省點(diǎn)電路中采用的主要元件是數(shù)碼管顯示譯碼鎖存器CC4511和2/4線(xiàn)譯碼器74LS139芯片，輸出顯示的數(shù)字在PLC程序中進(jìn)行BCD編碼，由74LS139芯片根據(jù)PLC程序控制按照一定的時(shí)間間隔分時(shí)選通不同的CC4511芯片譯碼輸出。

2.1 數(shù)碼管顯示譯碼鎖存器CC4511

CC4511是一種用于驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管顯示器的BCD碼-七段碼譯碼器，具有七段譯碼、消隱、鎖存及驅(qū)動(dòng)功能，CMOS電路能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。圖1為CC4511芯片的外引線(xiàn)排列圖及真值表。VDD、VSS間接工作電源，D、C、B、A為四位8421 BCD碼輸入端，片腳a～g為7個(gè)譯碼輸出端，輸出高電平有效。BI/4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT/3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入端狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。LE/5為鎖存控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出，LE=1時(shí)譯碼器是鎖存保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。

2.2 雙2/4線(xiàn)譯碼器74LS139

圖2為74LS139芯片外引線(xiàn)排列圖及真值表。74LS139含有兩個(gè)單獨(dú)的2線(xiàn)-4線(xiàn)譯碼器，A1、A0為兩位二進(jìn)制代碼輸入端，片腳Y0～Y3為輸出端，輸出低電平有效。ST為使能端，低電平有效。當(dāng)使能端為低電平時(shí)，允許譯碼，按輸入端二進(jìn)制代碼從4個(gè)輸出端中譯出一個(gè)低電平輸出。當(dāng)使能端為高電平時(shí)，禁止譯碼，不管輸入端狀態(tài)如何，四個(gè)輸出端均輸出高電平。

2.3 節(jié)省輸出點(diǎn)的硬件電路原理

圖3為節(jié)省PLC輸出點(diǎn)的硬件電路原理圖。電路中采用了四片數(shù)碼管顯示譯碼鎖存器CC4511芯片和一片2/4線(xiàn)譯碼器74LS139芯片，數(shù)字顯示采用共陰極數(shù)碼管顯示器LG6011AH。CC4511、74HC139和數(shù)碼管顯示器由W7805集成穩(wěn)壓電源供電。CC4511連接在PLC 輸出端與數(shù)碼管LG6011AH之間。74LS139譯碼器的輸出端分別接到四片CC4511的LE選通端, 只使用2/4線(xiàn)譯碼器74LS139中一個(gè)譯碼器。CC4511的LT和BI輸入端均接恒定高電平，試燈由PLC程序給每一位數(shù)碼管輸出數(shù)字8來(lái)實(shí)現(xiàn)。PLC要輸出顯示的BCD編碼通過(guò)輸出點(diǎn)Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0輸出，同時(shí)加到四片CC4511的輸入端。PLC的輸出點(diǎn)Q2.6、Q2.5、Q2.4信號(hào)加到74LS139輸入端用于CC4511的選通與鎖存控制。Q2.5、Q2.4為選通CC4511的地址碼，接74LS139的A1、A0輸入端，Q2.6接使能端。74LS139譯碼后只有一個(gè)輸出端為低電平，因此每一時(shí)刻僅選通一個(gè)CC4511進(jìn)行譯碼，數(shù)據(jù)送到對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管進(jìn)行顯示，其余的CC4511處于鎖存狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)不變。

系統(tǒng)工作時(shí)，PLC通過(guò)輸出點(diǎn)Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0按一定的時(shí)間間隔（本系統(tǒng)中為40ms）依次循環(huán)發(fā)送4位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)的BCD碼，同時(shí)Q2.5、Q2.4輸出對(duì)應(yīng)地址碼選通對(duì)應(yīng)的顯示譯碼器CC4511進(jìn)行譯碼。如：第一個(gè)40ms期間，若Q2.5、Q2.4輸出為00，則Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0輸出的是時(shí)間秒的個(gè)位數(shù)碼，同時(shí)選通第一個(gè)CC4511芯片進(jìn)行譯碼，送到秒的個(gè)位數(shù)碼管數(shù)據(jù)更新顯示，其余位保持不變；在第二個(gè)40ms期間，Q2.5、Q2.4輸出切換為01，Q2.3、Q2.2、Q2.1、Q2.0的輸出切換為秒的十位數(shù)碼，同時(shí)選通第二個(gè)CC4511芯片進(jìn)行譯碼，送到秒的十位數(shù)碼管數(shù)據(jù)更新顯示，其余位保持不變；依次循環(huán)。

2 存在的問(wèn)題及解決方法

由于PLC輸出信號(hào)及各芯片引腳電壓高低電平切換不能完全實(shí)現(xiàn)躍變，變化需要一定時(shí)間，而各芯片的輸入端具有門(mén)檻電壓，因此完全按照上述時(shí)序進(jìn)行動(dòng)態(tài)輸出顯示，在動(dòng)態(tài)切換時(shí)各CC4511芯片的輸出具有隨機(jī)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，會(huì)使數(shù)碼管閃爍不定，甚至無(wú)法正確顯示。為了解決此問(wèn)題，在本系統(tǒng)中，又增加了2/4線(xiàn)譯碼器74LS139的使能端控制，在PLC發(fā)送的數(shù)碼管數(shù)據(jù)位切換前、后各10 ms時(shí)間內(nèi)，使所有的CC4511芯片均為鎖存狀態(tài)，待PLC發(fā)送的新數(shù)據(jù)信號(hào)穩(wěn)定后再選通新數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)位的CC4511芯片進(jìn)行譯碼。即在PLC發(fā)送數(shù)據(jù)的40ms中，只有中間20 ms，數(shù)據(jù)才能有效傳輸。這樣，既保證了切換后應(yīng)接收數(shù)據(jù)的CC4511可靠更新數(shù)據(jù)，也保證了切換后應(yīng)處于鎖存狀態(tài)的CC4511可靠鎖存切換前的數(shù)據(jù)，這樣就避免了在不同位數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)切換時(shí)的相互影響。使PLC的Q2.7輸出高電平，則加到74LS139的使能端控制信號(hào)為高電平，禁止譯碼，74LS139的所有輸出端均為高電平，可使所有的CC4511芯片均為鎖存狀態(tài)。加入2/4線(xiàn)譯碼器的使能端控制后，各CC4511芯片的選通時(shí)序如圖3所示。圖中，虛線(xiàn)間為PLC為每位數(shù)碼管發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間，中間粗線(xiàn)表示對(duì)應(yīng)序號(hào)的CC4511芯片被選通譯碼的時(shí)間，其余時(shí)間所有的CC4511芯片都處于鎖存狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用上述方法，根據(jù)需要還可以控制更多位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。采用數(shù)碼管顯示譯碼鎖存分時(shí)動(dòng)態(tài)輸出的方式可用少量的PLC輸出點(diǎn)控制多位數(shù)碼管顯示器進(jìn)行顯示，節(jié)省了PLC 的輸出點(diǎn)，降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。其硬件電路簡(jiǎn)單，控制程序也不復(fù)雜，此方法在設(shè)計(jì)的BNWAS中實(shí)際使用證明，工作可靠，顯示穩(wěn)定，能夠達(dá)到使用要求。

[1] 俞葉萍，李 祺，潘萬(wàn)欣，章嘉奇. 駕駛室航行值班報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J]. 上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2011.

[2] IMO Resolution MSC.128 (75) - Performance standards for a bridge navigational watch alarm system (BNWAS). 2002.

[3] International Maritime Organization. IMO Resolution MSC.282 (86): Adoption of amendments to the international convention for the safety of life at sea [M]. Adopted amended on 5 June 2009. London: International Maritime Organization (IMO), 2009.

[4] 柳邦聲. 駕駛臺(tái)航行值班報(bào)警系統(tǒng)(BNWAS)的組成和安裝[J]. 航海技術(shù), 2010.

[5] 廖常初. PLC編程及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

Application of a Method to Save Output Points of PLC to BNWAS

Sun Hongying
(Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao 266071, Shandong, China)

LED display of 4 numbers is used to display the parameters in bridge navigational watch alarm system (BNWAS) which is developed based on PLC. It is high cost because of occupying too many output points by LEDs. In order to reduce the cost, a decoding output circuit is designed. Only 7 output points of PLC can be used to control 28 LEDs of 4 numbers by increasing a few electronic circuits between outputs of PLC and LEDs and combined with programming, the trouble of unstable display caused by dynamical output is resolved.

BNWAS; LED display; decoder; saving output points of PLC; dynamical output

TP272

A

1003-4862（2014）03-0005-03

2013-08-18

孫紅英 (1974-), 女, 碩士, 講師。研究方向：船舶運(yùn)動(dòng)控制、智能控制。