PLC在激光信号接收靶中的应用
[摘 要]
通过应用PLC响应速度快的特点，发挥PLC信息捕捉锁定功能，实现实时就近报靶、显示弹着点，随时为修正射击误差提供依据。文中对PLC多个输出负载采用矩阵处理方式，减少了I/O点数，扩展了PLC的功能和应用领域。
利用PLC的程序可编制及反应速度快的特点在胸环靶激光射击训练装置中作激光信号锁定及指示用，与数字电路逻辑组合功能相结合，对激光信号实施控制，制成激光射击训练装置，进一步扩大了PLC的应用范围。
激光靶装置分为胸环激光信号接收、显示靶两大部分，射手利用远距离激光发射器发射波长为630 ~ 680mm最大输出功率5mW的激光束，在百米开外的胸环靶上安装有激光接收装置，该装置的输出信号，通过电缆线的传输，送至安装在激光发射位置的小型声光报靶装置，报靶装置中的PLC对激光信息进行锁定，然后处理，通过声音和发光显示，实时报出弹着点及环数，供射击者随时参考，修正瞄准点。
一、激光信号接收靶的控制原理
把胸环靶按弹着点位置分为若干个区域，如图1 所示。
胸环靶有5 ~ 10环的6种环数，靶面共分为8个（0 ~ 7）区域，区域划分得越细，显示弹着点的位置越精确。胸环靶所有激光接收器件分成34个区域，胸环靶每个区域内有若干个光电接收器件相并联，器件间距不大于胸环靶接收的激光点直径，胸环靶电气原理见图2 所示，
胸环靶每个区激光接收器件可分别产生1个区信号和1个环信号。34个区域接收到的激光信号经过逻辑电路变换成8路区信号和6路环信号逻辑输出。当胸环靶某个区接收到激光信号时，通过数字逻辑电路产生出相应的区、环信号，然后送往声光显示靶进行处理。
电气原理图逻辑关系表达式为：
X = A0 + A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7
Y = A0 + B0 + C0 + D0 + E0
Z = A7 + B7 + C7 + D7 + E7
式中：X为9环信号输出端，当IC1（8输入端或非门）任一输入端有效时（高电平有效），9环输出X端有效（低电平有效）。A0 ~ A7分别对应0 ~ 7区的9环激光检测输入信号。Y为0区的区选信号输出端，当0区任一信号输入有效时，0区输出Y端有效。IC2的输入A ~ E分别对应0区9、8、7、6、5环激光检测输入信号。Z为7区的区选信号输出端。X、Y、X接至PLC的输入端，当输出三极管基极为高电平时，输出端X、Y、Z为低电平，PLC输入有效。
当激光信号击在0区9环靶位时，接收器件R1有效，IC1、IC2输入端A0有效。(1)环处理电路，IC1输入信号A0有效，X（9环）输出低电平有效（IC1为9环处理或门电路）。(2)区处理电路，IC1输入信号A0有效，Y（0区）输出低电平有效（IC2为0区处理或门电路）。X、Y有效信号送向PLC，PLC得到9环0区有效信号，即作相应处理。
又如激光束击在7区9环时，通过R2的接收，使IC1、IC3输入信号A7有效，输出端X（9环）、Z（7区）输出低电平有效。
二、声光显示靶的控制原理
声光显示靶显示区域的划分，与胸环靶相类似。胸环靶逻辑输出信号经电缆线传输至位于射手侧前方的显示靶，作为PLC输入信号，设PLC输入为干接点结构，胸环靶输出低电平时PLC输入有效，利用PLC内部锁存功能，对首次捕捉到的区、环输入信号脉冲前沿进行锁存，而对以后5秒内连续发出的激光信号不予相应。并按照胸环靶所接收激光信号的相应位置，显示弹着点位置，同时用语言报出击中环数。
PLC外部电路如图3 所示，
PLC输出点采用继电器输出，在PLC输出端口分别产生区、环有效信号输出，并与发光二极管和语言芯片一起构成矩阵电路。显示靶每区、每环用一个发光二极管指示弹着点位置，故区域划分的越细，显示弹着点的位置越精确。
输出矩阵设计思想，根据胸环靶的要求分别可驱动34个发光二极管及6片语言芯片。矩阵电路的引用扩展了PLC的输出端点，使得仅用40点PLC的14个输出端点，就驱动了40多个负载，满足了本系统的基本控制要求，节省了PLC的硬件资源。设PLC输出区信号X=1、环信号Y=1时，区、环输出矩阵选通X，Y线，使交叉处发光二极管点亮，同时Y=1环信号使报警语言芯片报出相应环数。
三、PLC程序设计
PLC控制系统程序设计的思路如图4 所示，
在无激光信号输入时，程序处在循环扫描输入端口，等待激光信号到来的状态。当收到激光输入信号，并对激光脉冲前沿锁定后，封锁所有输入端点，不再响应激光输入。其员在于，激光发射装置可连续发射，而所模拟的实弹射击弹丸却只能单击，不能连续无间隔发射，故采用封锁处理（封锁时间可调），使得在激光发射时不响应连续信号，以达到真实地模拟实弹射击的目的。
按优先级联锁功能设定的意义在于，激光信号无论射在胸环靶任意位置，都应覆盖住激光接收器件，要求激光接收器件的间距小于激光束的直径，这样就有可能使得2个相邻的激光接收器件同时有效，这时报靶电路应报出高环靶数，而不是高、低环数同时输出，如某区9、10环同时接收到激光信号时，应报10环而不应报9环，故10环输出应封锁9、8、7、6、5环的输出，依此类推。
四、应用前景
激光射击训练装置是一种物美价廉的训练器具，可随时进行弹着点的分析和修正。若配合摄像系统或微机系统可留下训练资料，供系统地分析研究训练过程，提高射手的射击水平。
通过应用PLC响应速度快的特点，发挥PLC信息捕捉锁定功能，实现实时就近报靶、显示弹着点，随时为修正射击误差提供依据。文中对PLC多个输出负载采用矩阵处理方式，减少了I/O点数，扩展了PLC的功能和应用领域。
利用PLC的程序可编制及反应速度快的特点在胸环靶激光射击训练装置中作激光信号锁定及指示用，与数字电路逻辑组合功能相结合，对激光信号实施控制，制成激光射击训练装置，进一步扩大了PLC的应用范围。
激光靶装置分为胸环激光信号接收、显示靶两大部分，射手利用远距离激光发射器发射波长为630 ~ 680mm最大输出功率5mW的激光束，在百米开外的胸环靶上安装有激光接收装置，该装置的输出信号，通过电缆线的传输，送至安装在激光发射位置的小型声光报靶装置，报靶装置中的PLC对激光信息进行锁定，然后处理，通过声音和发光显示，实时报出弹着点及环数，供射击者随时参考，修正瞄准点。
一、激光信号接收靶的控制原理
把胸环靶按弹着点位置分为若干个区域，如图1 所示。
胸环靶有5 ~ 10环的6种环数，靶面共分为8个（0 ~ 7）区域，区域划分得越细，显示弹着点的位置越精确。胸环靶所有激光接收器件分成34个区域，胸环靶每个区域内有若干个光电接收器件相并联，器件间距不大于胸环靶接收的激光点直径，胸环靶电气原理见图2 所示，
胸环靶每个区激光接收器件可分别产生1个区信号和1个环信号。34个区域接收到的激光信号经过逻辑电路变换成8路区信号和6路环信号逻辑输出。当胸环靶某个区接收到激光信号时，通过数字逻辑电路产生出相应的区、环信号，然后送往声光显示靶进行处理。
电气原理图逻辑关系表达式为：
X = A0 + A1 + A2 + A3 + A4 + A5 + A6 + A7
Y = A0 + B0 + C0 + D0 + E0
Z = A7 + B7 + C7 + D7 + E7
式中：X为9环信号输出端，当IC1（8输入端或非门）任一输入端有效时（高电平有效），9环输出X端有效（低电平有效）。A0 ~ A7分别对应0 ~ 7区的9环激光检测输入信号。Y为0区的区选信号输出端，当0区任一信号输入有效时，0区输出Y端有效。IC2的输入A ~ E分别对应0区9、8、7、6、5环激光检测输入信号。Z为7区的区选信号输出端。X、Y、X接至PLC的输入端，当输出三极管基极为高电平时，输出端X、Y、Z为低电平，PLC输入有效。
当激光信号击在0区9环靶位时，接收器件R1有效，IC1、IC2输入端A0有效。(1)环处理电路，IC1输入信号A0有效，X（9环）输出低电平有效（IC1为9环处理或门电路）。(2)区处理电路，IC1输入信号A0有效，Y（0区）输出低电平有效（IC2为0区处理或门电路）。X、Y有效信号送向PLC，PLC得到9环0区有效信号，即作相应处理。
又如激光束击在7区9环时，通过R2的接收，使IC1、IC3输入信号A7有效，输出端X（9环）、Z（7区）输出低电平有效。
二、声光显示靶的控制原理
声光显示靶显示区域的划分，与胸环靶相类似。胸环靶逻辑输出信号经电缆线传输至位于射手侧前方的显示靶，作为PLC输入信号，设PLC输入为干接点结构，胸环靶输出低电平时PLC输入有效，利用PLC内部锁存功能，对首次捕捉到的区、环输入信号脉冲前沿进行锁存，而对以后5秒内连续发出的激光信号不予相应。并按照胸环靶所接收激光信号的相应位置，显示弹着点位置，同时用语言报出击中环数。
PLC外部电路如图3 所示，
PLC输出点采用继电器输出，在PLC输出端口分别产生区、环有效信号输出，并与发光二极管和语言芯片一起构成矩阵电路。显示靶每区、每环用一个发光二极管指示弹着点位置，故区域划分的越细，显示弹着点的位置越精确。
输出矩阵设计思想，根据胸环靶的要求分别可驱动34个发光二极管及6片语言芯片。矩阵电路的引用扩展了PLC的输出端点，使得仅用40点PLC的14个输出端点，就驱动了40多个负载，满足了本系统的基本控制要求，节省了PLC的硬件资源。设PLC输出区信号X=1、环信号Y=1时，区、环输出矩阵选通X，Y线，使交叉处发光二极管点亮，同时Y=1环信号使报警语言芯片报出相应环数。
三、PLC程序设计
PLC控制系统程序设计的思路如图4 所示，
在无激光信号输入时，程序处在循环扫描输入端口，等待激光信号到来的状态。当收到激光输入信号，并对激光脉冲前沿锁定后，封锁所有输入端点，不再响应激光输入。其员在于，激光发射装置可连续发射，而所模拟的实弹射击弹丸却只能单击，不能连续无间隔发射，故采用封锁处理（封锁时间可调），使得在激光发射时不响应连续信号，以达到真实地模拟实弹射击的目的。
按优先级联锁功能设定的意义在于，激光信号无论射在胸环靶任意位置，都应覆盖住激光接收器件，要求激光接收器件的间距小于激光束的直径，这样就有可能使得2个相邻的激光接收器件同时有效，这时报靶电路应报出高环靶数，而不是高、低环数同时输出，如某区9、10环同时接收到激光信号时，应报10环而不应报9环，故10环输出应封锁9、8、7、6、5环的输出，依此类推。
四、应用前景
激光射击训练装置是一种物美价廉的训练器具，可随时进行弹着点的分析和修正。若配合摄像系统或微机系统可留下训练资料，供系统地分析研究训练过程，提高射手的射击水平。
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