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发布于 2026-03-17 15:42:28
56楼
一、硬件选型S7-300 PLC （适配需求）
表格
模块型号
数量
功能说明
CPU 315-2DP
1
核心控制器，满足逻辑运算、定时器 / 计数器需求
SM321 (DI16 DC24V)
1
数字量输入模块，接入按钮 / 开关信号
SM322 (DO16 DC24V)
1
数字量输出模块，驱动指示灯输出
PS307 5A
1
24V DC 电源模块，为 PLC 和外围设备供电
二、I/O 地址分配（S7-300 寻址规则）
表格
设备类型
地址
设备名称
备注
数字输入 (DI)
I0.0
主持人启动按钮（自复位）
常开触点，DC24V
数字输入 (DI)
I0.1
主持人复位按钮（自复位）
常开触点，DC24V
数字输入 (DI)
I0.2
模式选择 - 禁用
三档开关，禁用档接通
数字输入 (DI)
I0.3
模式选择 - 测试
三档开关，测试档接通
数字输入 (DI)
I0.4
模式选择 - 抢答
三档开关，抢答档接通
数字输入 (DI)
I0.5
1 号工位抢答按钮
自复位常开，DC24V
数字输入 (DI)
I0.6
2 号工位抢答按钮
自复位常开，DC24V
数字输入 (DI)
I0.7
3 号工位抢答按钮
自复位常开，DC24V
数字输出 (DO)
Q0.0
1 号工位抢答成功绿灯
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q0.1
1 号工位抢答错误红灯
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q0.2
2 号工位抢答成功绿灯
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q0.3
2 号工位抢答错误红灯
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q0.4
3 号工位抢答成功绿灯
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q0.5
3 号工位抢答错误红灯
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q0.6
主持人允许绿灯 1
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q0.7
主持人允许绿灯 2
DC24V 指示灯
数字输出 (DO)
Q1.0
主持人允许绿灯 3
DC24V 指示灯
三、S7-300 梯形图程序（分步设计，附注释）
1. 全局复位逻辑（优先执行）
// 网络1：复位信号锁存（自复位按钮防抖）
LD I0.1
O M0.0
AN M0.1
= M0.0
// 网络2：复位脉冲生成
LD M0.0
FP M0.2
= M0.1 // M0.1为复位有效脉冲，仅触发一次
2. 模式选择逻辑
ladder
// 网络3：禁用模式（M1.0=1时所有输出禁用）
LD I0.2
O M1.0
AN I0.3
AN I0.4
= M1.0
// 网络4：测试模式（M1.1=1时进入测试模式）
LD I0.3
O M1.1
AN I0.2
AN I0.4
= M1.1
// 网络5：抢答模式（M1.2=1时进入抢答模式）
LD I0.4
O M1.2
AN I0.2
AN I0.3
= M1.2
3. 测试模式控制逻辑
// 网络6：测试模式-启动按钮触发允许灯全亮
LD M1.1
A I0.0
O M2.0
AN M0.1 // 复位信号优先
= M2.0 // M2.0=1时测试模式允许灯保持亮
// 网络7：测试模式-允许灯输出
LD M2.0
= Q0.6 // 主持人允许绿灯1
= Q0.7 // 主持人允许绿灯2
= Q1.0 // 主持人允许绿灯3
// 网络8：测试模式-1号工位抢答（绿红灯同亮）
LD M1.1
A I0.5
O M2.1
AN M0.1
= M2.1
LD M2.1
= Q0.0 // 1号绿灯
= Q0.1 // 1号红灯
// 网络9：测试模式-2号工位抢答（绿红灯同亮）
LD M1.1
A I0.6
O M2.2
AN M0.1
= M2.2
LD M2.2
= Q0.2 // 2号绿灯
= Q0.3 // 2号红灯
// 网络10：测试模式-3号工位抢答（绿红灯同亮）
LD M1.1
A I0.7
O M2.3
AN M0.1
= M2.3
LD M2.3
= Q0.4 // 3号绿灯
= Q0.5 // 3号红灯
4. 抢答模式控制逻辑
// 网络11：抢答模式-启动按钮触发允许灯顺序点亮
LD M1.2
A I0.0
O M3.0
AN M0.1
AN M3.4 // 抢答完成后锁定
= M3.0 // M3.0=1时启动顺序点灯逻辑
// 网络12：定时器1（1秒，控制允许灯1点亮）
LD M3.0
TON T0, 100ms, 10 // 10×100ms=1秒
A T0
= Q0.6 // 允许灯1亮
O M3.1
AN M0.1
= M3.1 // 锁定允许灯1常亮
// 网络13：定时器2（2秒，控制允许灯2点亮）
LD M3.1
TON T1, 100ms, 10 // 累计2秒
A T1
= Q0.7 // 允许灯2亮
O M3.2
AN M0.1
= M3.2 // 锁定允许灯2常亮
// 网络14：定时器3（3秒，控制允许灯3点亮，解锁抢答）
LD M3.2
TON T2, 100ms, 10 // 累计3秒
A T2
= Q1.0 // 允许灯3亮
O M3.3
AN M0.1
= M3.3 // M3.3=1时允许抢答
// 网络15：提前抢答判断（M3.3=0时抢答为提前）
LD M3.0
AN M3.3
A I0.5
= M4.1 // 1号提前抢答
LD M3.0
AN M3.3
A I0.6
= M4.2 // 2号提前抢答
LD M3.0
AN M3.3
A I0.7
= M4.3 // 3号提前抢答
// 网络16：提前抢答-红灯输出
LD M4.1
= Q0.1 // 1号红灯
LD M4.2
= Q0.3 // 2号红灯
LD M4.3
= Q0.5 // 3号红灯
// 网络17：有效抢答判断（M3.3=1时，优先锁定第一个抢答）
LD M3.3
A I0.5
AN M4.0 // M4.0=1时锁定抢答结果
O M5.1
AN M0.1
= M5.1 // 1号有效抢答
LD M3.3
A I0.6
AN M4.0
AN M5.1
O M5.2
AN M0.1
= M5.2 // 2号有效抢答
LD M3.3
A I0.7
AN M4.0
AN M5.1
AN M5.2
O M5.3
AN M0.1
= M5.3 // 3号有效抢答
// 网络18：抢答结果锁定
LD M5.1
O M5.2
O M5.3
= M4.0 // 锁定后其他抢答无效
// 网络19：有效抢答-绿灯输出
LD M5.1
= Q0.0 // 1号绿灯
LD M5.2
= Q0.2 // 2号绿灯
LD M5.3
= Q0.4 // 3号绿灯
5. 禁用模式逻辑（所有输出清零）
ladder
// 网络20：禁用模式-所有输出复位
LD M1.0
= Q0.0 // 清零
= Q0.1
= Q0.2
= Q0.3
= Q0.4
= Q0.5
= Q0.6
= Q0.7
= Q1.0
// 网络21：全局复位-所有中间变量清零
LD M0.1
= M0.0
= M2.0
= M2.1
= M2.2
= M2.3
= M3.0
= M3.1
= M3.2
= M3.3
= M4.0
= M4.1
= M4.2
= M4.3
= M5.1
= M5.2
= M5.3
R T0, 1
R T1, 1
R T2, 1
四、保证竞赛公平公正的技术方案
硬件层面：
1.所有抢答按钮采用工业级自复位按钮，响应时间≤10ms，避免机械延迟导致的不公平；
2.按钮与 PLC 之间采用屏蔽线布线，远离强电干扰，防止信号误触发；
3.PLC 输出采用硬件锁存，一旦检测到第一个有效抢答信号，立即锁定所有后续抢答输入，杜绝 “抢跑”。软件层面：
1.抢答模式下设置3 秒顺序点灯延时（1 秒 / 灯），且仅当第 3 盏允许灯点亮后才解锁抢答，明确抢答窗口期，避免提前抢答；
2.程序中加入抢答信号优先级锁定，PLC 以 1ms 扫描周期检测输入，第一个触发的抢答信号会立即锁定逻辑，后续信号无效；
3.复位按钮采用脉冲触发，仅在按下瞬间清零所有状态，避免长按导致的重复复位，确保每次抢答流程独立。
测试与校准：
1.测试模式可验证所有按钮和指示灯的有效性，赛前校准确保硬件无故障；
2.PLC 程序中加入输入信号防抖处理（通过定时器过滤抖动信号），避免按钮机械抖动导致的误判。
五、总结
1.S7-300 梯形图程序分复位、模式选择、测试、抢答、禁用五大模块，逻辑分层清晰，优先保证复位信号和禁用模式的最高优先级；
2.抢答模式通过3 个 1 秒定时器实现允许灯顺序点亮，且仅当第 3 盏灯亮后解锁抢答，结合抢答结果锁定逻辑杜绝提前抢答和重复抢答；
3.公平性保障核心是硬件低延迟 + 软件优先级锁定 + 明确抢答窗口期，从信号检测、逻辑执行到输出锁定全流程确保唯一有效抢答者。
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