PLC在激光信號接收靶中的應(yīng)用

[摘 要]
通過應(yīng)用PLC響應(yīng)速度快的特點，發(fā)揮PLC信息捕捉鎖定功能，實現(xiàn)實時就近報靶、顯示彈著點，隨時為修正射擊誤差提供依據(jù)。文中對PLC多個輸出負載采用矩陣處理方式，減少了I/O點數(shù)，擴展了PLC的功能和應(yīng)用領(lǐng)域。

利用PLC的程序可編制及反應(yīng)速度快的特點在胸環(huán)靶激光射擊訓(xùn)練裝置中作激光信號鎖定及指示用，與數(shù)字電路邏輯組合功能相結(jié)合，對激光信號實施控制，制成激光射擊訓(xùn)練裝置，進一步擴大了PLC的應(yīng)用范圍。
激光靶裝置分為胸環(huán)激光信號接收、顯示靶兩大部分，射手利用遠距離激光發(fā)射器發(fā)射波長為630 ~ 680mm最大輸出功率5mW的激光束，在百米開外的胸環(huán)靶上安裝有激光接收裝置，該裝置的輸出信號，通過電纜線的傳輸，送至安裝在激光發(fā)射位置的小型聲光報靶裝置，報靶裝置中的PLC對激光信息進行鎖定，然后處理，通過聲音和發(fā)光顯示，實時報出彈著點及環(huán)數(shù)，供射擊者隨時參考，修正瞄準(zhǔn)點。

一、激光信號接收靶的控制原理
把胸環(huán)靶按彈著點位置分為若干個區(qū)域，如圖1 所示。




胸環(huán)靶有5 ~ 10環(huán)的6種環(huán)數(shù)，靶面共分為8個（0 ~ 7）區(qū)域，區(qū)域劃分得越細，顯示彈著點的位置越精確。胸環(huán)靶所有激光接收器件分成34個區(qū)域，胸環(huán)靶每個區(qū)域內(nèi)有若干個光電接收器件相并聯(lián)，器件間距不大于胸環(huán)靶接收的激光點直徑，胸環(huán)靶電氣原理見圖2 所示，




胸環(huán)靶每個區(qū)激光接收器件可分別產(chǎn)生1個區(qū)信號和1個環(huán)信號。34個區(qū)域接收到的激光信號經(jīng)過邏輯電路變換成8路區(qū)信號和6路環(huán)信號邏輯輸出。當(dāng)胸環(huán)靶某個區(qū)接收到激光信號時，通過數(shù)字邏輯電路產(chǎn)生出相應(yīng)的區(qū)、環(huán)信號，然后送往聲光顯示靶進行處理。
電氣原理圖邏輯關(guān)系表達式為：
X = A0 + A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7
Y = A0 + B0 + C0 + D0 + E0
Z = A7 + B7 + C7 + D7 + E7
式中：X為9環(huán)信號輸出端，當(dāng)IC1（8輸入端或非門）任一輸入端有效時（高電平有效），9環(huán)輸出X端有效（低電平有效）。A0 ~ A7分別對應(yīng)0 ~ 7區(qū)的9環(huán)激光檢測輸入信號。Y為0區(qū)的區(qū)選信號輸出端，當(dāng)0區(qū)任一信號輸入有效時，0區(qū)輸出Y端有效。IC2的輸入A ~ E分別對應(yīng)0區(qū)9、8、7、6、5環(huán)激光檢測輸入信號。Z為7區(qū)的區(qū)選信號輸出端。X、Y、X接至PLC的輸入端，當(dāng)輸出三極管基極為高電平時，輸出端X、Y、Z為低電平，PLC輸入有效。
當(dāng)激光信號擊在0區(qū)9環(huán)靶位時，接收器件R1有效，IC1、IC2輸入端A0有效。(1)環(huán)處理電路，IC1輸入信號A0有效，X（9環(huán)）輸出低電平有效（IC1為9環(huán)處理或門電路）。(2)區(qū)處理電路，IC1輸入信號A0有效，Y（0區(qū)）輸出低電平有效（IC2為0區(qū)處理或門電路）。X、Y有效信號送向PLC，PLC得到9環(huán)0區(qū)有效信號，即作相應(yīng)處理。
又如激光束擊在7區(qū)9環(huán)時，通過R2的接收，使IC1、IC3輸入信號A7有效，輸出端X（9環(huán)）、Z（7區(qū)）輸出低電平有效。
二、聲光顯示靶的控制原理
聲光顯示靶顯示區(qū)域的劃分，與胸環(huán)靶相類似。胸環(huán)靶邏輯輸出信號經(jīng)電纜線傳輸至位于射手側(cè)前方的顯示靶，作為PLC輸入信號，設(shè)PLC輸入為干接點結(jié)構(gòu)，胸環(huán)靶輸出低電平時PLC輸入有效，利用PLC內(nèi)部鎖存功能，對首次捕捉到的區(qū)、環(huán)輸入信號脈沖前沿進行鎖存，而對以后5秒內(nèi)連續(xù)發(fā)出的激光信號不予相應(yīng)。并按照胸環(huán)靶所接收激光信號的相應(yīng)位置，顯示彈著點位置，同時用語言報出擊中環(huán)數(shù)。
PLC外部電路如圖3 所示，




PLC輸出點采用繼電器輸出，在PLC輸出端口分別產(chǎn)生區(qū)、環(huán)有效信號輸出，并與發(fā)光二極管和語言芯片一起構(gòu)成矩陣電路。顯示靶每區(qū)、每環(huán)用一個發(fā)光二極管指示彈著點位置，故區(qū)域劃分的越細，顯示彈著點的位置越精確。
輸出矩陣設(shè)計思想，根據(jù)胸環(huán)靶的要求分別可驅(qū)動34個發(fā)光二極管及6片語言芯片。矩陣電路的引用擴展了PLC的輸出端點，使得僅用40點PLC的14個輸出端點，就驅(qū)動了40多個負載，滿足了本系統(tǒng)的基本控制要求，節(jié)省了PLC的硬件資源。設(shè)PLC輸出區(qū)信號X=1、環(huán)信號Y=1時，區(qū)、環(huán)輸出矩陣選通X，Y線，使交叉處發(fā)光二極管點亮，同時Y=1環(huán)信號使報警語言芯片報出相應(yīng)環(huán)數(shù)。

三、PLC程序設(shè)計
PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計的思路如圖4 所示，




在無激光信號輸入時，程序處在循環(huán)掃描輸入端口，等待激光信號到來的狀態(tài)。當(dāng)收到激光輸入信號，并對激光脈沖前沿鎖定后，封鎖所有輸入端點，不再響應(yīng)激光輸入。其員在于，激光發(fā)射裝置可連續(xù)發(fā)射，而所模擬的實彈射擊彈丸卻只能單擊，不能連續(xù)無間隔發(fā)射，故采用封鎖處理（封鎖時間可調(diào)），使得在激光發(fā)射時不響應(yīng)連續(xù)信號，以達到真實地模擬實彈射擊的目的。
按優(yōu)先級聯(lián)鎖功能設(shè)定的意義在于，激光信號無論射在胸環(huán)靶任意位置，都應(yīng)覆蓋住激光接收器件，要求激光接收器件的間距小于激光束的直徑，這樣就有可能使得2個相鄰的激光接收器件同時有效，這時報靶電路應(yīng)報出高環(huán)靶數(shù)，而不是高、低環(huán)數(shù)同時輸出，如某區(qū)9、10環(huán)同時接收到激光信號時，應(yīng)報10環(huán)而不應(yīng)報9環(huán)，故10環(huán)輸出應(yīng)封鎖9、8、7、6、5環(huán)的輸出，依此類推。

四、應(yīng)用前景
激光射擊訓(xùn)練裝置是一種物美價廉的訓(xùn)練器具，可隨時進行彈著點的分析和修正。若配合攝像系統(tǒng)或微機系統(tǒng)可留下訓(xùn)練資料，供系統(tǒng)地分析研究訓(xùn)練過程，提高射手的射擊水平。