基于PLC彩灯控制系统设计

摘要
本系统以FX2N-24MR为主控核心，是基于计数器和PWM调试的，并与按键、拨码开关等较少的辅助硬件电路相结合而实现的，是一种比较新型的PLC彩灯控制系统的设计方法。

此设计利用PWM技术控制各基色LED灯泡的亮度，利用系统计数器实现彩灯色彩的循环点亮，利用循环转换实现色彩状态子程序的连续调用（即利用软件实现对基色LED彩灯进行控制）.本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。

关键词：可编程序控制器;彩灯;彩灯控制器；模块设计。

前言
在现代生活中，彩灯作为一种装饰，既可以增强人们的感观,起到广告宣传的作用,又可以增添节日气氛，为人们的生活增添亮丽,用在舞台上增强晚会灯光效果。

随着科学技术的发展以及人民生活水平的提高，人们对于彩灯的要求越来越高，另一方面，随着电子技术的发展，应用系统向着小型化、快速化、大容量、重量轻的方向发展，PLC技术的应用引起电子产品及系统开发的巨大变革。

梯形图语言作为可编程逻辑器件的标准语言描述能力强，覆盖面广，抽象能力强,在实际应用中越来越广泛。

于是，人们开始追求贯彻整个系统设计的自动化，可以从繁重的设计工作中彻底解脱出来,把精力集中在创造性的方案与概念构思上,从而可以提高设计效率，缩短产品的研制周期。

整个过程通过PLC自动完成，大大减
轻了设计人员的工作强度，减少了出错的机会，并且提高了设计质
量。

目录
摘要 (1)
前言 (2)
目录 (3)
1、概述 (4)
1.1 PLC课程设计任务 (4)
1.2PLC课程设计要求 (4)
2、PLC的相关知识 (5)
2。

1 PLC的历史和发展 (5)
2。

2 PLC的特点和应用 (6)
2。

3 PLC的工作原理………………………………
8
3、硬件设计 (9)
3。

1 PLC硬件配置 (9)
3.2 控制面板设计 (9)
3.3 PLC的外部接线图 (10)
3。

4 I/O分配表 (12)
4、软件设计 (13)
4。

1控制系统的顺序功能图 (13)
4。

2 梯形图程序 (14)
4.3控制系统测试与分析 (15)
结束语 (16)
元器件明细表 (17)
参考文献 (18)
1 概述
1.1 PLC课程设计任务
用PLC设计彩灯控制系统，本题为9灯循环
1、实现自动、单周期二种工作方式，用转换开关控制
单周期：彩灯工作一个周期后自动停止，若运行过程中按停止按钮,所有灯全部熄灭.
自动：彩灯工作一个周期后，不停止，而是开始下一个周期，若运行过程中按停止按钮，彩灯运行状态不变，而是要等到本周期结束后，再全部熄灭。

2、彩灯有二种闪烁频率1HZ、0。

5HZ可用转换开关控制.
3、彩灯工作一个周期中要有单灯循环点亮、3灯循环点亮、全灭的过程.
1.2 PLC课程设计要求
1、设计系统的PLC外部电气接线图
2、系统的操作面板
3、设计好顺序功能图
4、系统的T形图
2PLC的相关知识
2.1 PLC的历史和发展
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC)研制的。

20世纪70年代初出现了微处理器,人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,成为真正具有计算机特征的工业控制装置。

20世纪70年代中期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术己全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中己获得了广泛的应用。

20世纪末期，可编程控制器的特点是更加适应于现代工业控制的需要。

从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说,诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。

这些带CPU和存储器的智能I/O模块,既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围.加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。

PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信,各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段;另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。

为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部
分。

在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高.除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求,出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言(BASIC、C语言等）等。

多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。

2.2 PLC的特点与应用
PLC是一种专门为了在工业环境下应用而设计的数字运算操作装置。

它采用一可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。

PLC及有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点。

（1）可靠性高,抗干扰能力强。

（2）通用性强,使用方便。

（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便.
（4）编程语言简单、易学，便于掌握.
（5）系统设计周期短。

（6）对生产工艺改变适应性强.
（7）安装简单、调试方便、维护工作量小
目前，PLC在国内己广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、
汽车、轻纺、交通、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类:
1、开关量的逻辑控制
这是PLC最基本最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线.
2、数据处理
PLC可以用于对直线运动或圆周运动的位置速度和加速度的控制。

3、运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说,早期直接用开关量I/0模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动模块.如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块.
4、过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算
PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制,PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

5、控制网络（通信)
随着计算机控制系统的发展，近年来工厂自动化通信联网发展得很快，各个著名的PLC生产厂商推出了自己网络系统。

2.3 PLC的工作原理
PLC的控制功能就是通过运行用户程序来实现的。

它是一种存储程序的控制器,用户根据某一对象的具体控制要求，编制好控制程序后,用编程器将程序键入到PLC的用户程序存储器中寄存。

PLC扫描工作方式主要分三个阶段：输入采样、程序执行、输出刷新。

（1）输入采样PLC在开始执行程序之前，首先扫描输入端子，按顺序将所有输入信号,读入到寄存输入状态的输入映像寄存器中，这个过程称为输入采样。

PLC在运行程序时，所需的输入信号不是现时取输入端子上的信息，而是取输入映像寄存器中的信息。

在本工作周期内这个采样结果的内容不会改变，只有到下一个扫描周期输入采样阶段才被刷新。

（2)程序执行PLC完成了采样工作后，按顺序从0000号地址开始的程序进行扫描执行，并分别从输入映像寄存器、输出映像寄存器以及辅助继电器中获得所需的数据进行运算处理。

再将程序执行的结果写入寄存执行结果的输出映像寄存器中保存.但这个结果在全部程序未被执行完毕之前不会送到输出端子上。

（3)输出刷新在执行到END的命令时，即执行完用户所有的程序后，PLC将输出映像寄存器中的内容送到输出锁存器中进行输出，驱动用户设备.
3控制系统的硬件设计
3.1 PLC硬件配置
本控制系统采用日本三菱公司生产的FX2N-24MR PLC。

FX2N系列是一种超小型叠装式PLC,它由基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊功能模块组成。

基本单元：内置电源（输入模块不需外接电源，它由内置电源供电）、I/O模块及CPU与存贮器,是PLC的核心部分。

既可单独使用,又可与扩展单元、扩展模块组合使用。

可以增加基本单元的I/O点数，内置电源.
扩展模块：扩展I/O点数，但电源由基本单元或扩展单元供电。

每台基本单元或扩展单元最多可联接2台扩展模块.
特殊功能模块：FX2N—16NT，用于通信；FX2N—3A，可提供2路模拟量输入，1路模拟量输出，来选用。

3。

2 控制面板设计
根据系统总方框图和设计要求，彩灯控制系统采用并行序列，在闪烁电路下执行彩灯的循环点亮，而点亮方式又分为单灯循环点亮和3灯循环点亮，使彩灯按照不同的频率闪烁。

图3-1 操作面板示意图
系统操作面板如图3—1所示，X4和X5分别控制彩灯运行的状态,即单周期状态与自动状态。

彩灯开启用X0按钮控制，X1按钮控制彩灯停止运行。

闪烁开关有两个X2和X3,分别对应1HZ和0。

5HZ，使彩灯得以循环工作。

3.3 PLC的外部接线图
根据系统总方框图和设计要求，基于PLC彩灯循环控制系统的外部接线图如图3-2。

X0是点动开关，X2、X3是一组单刀双掷开关,X4和X5是一组单刀双掷开关,指针指向那个开关，相应的设置
就导通。

彩灯控制系统用X0开启，X2和X3分别表示彩灯闪烁频率1。

0HZ和0。

5HZ，X4控制彩灯单周期运行，X5控制彩灯自动运行。

其中,输入采用的是汇点式，共接一个COM端子，电源由PLC内部电源提供。

Y0—Y8表示9个LED彩灯.KM1—KM9是电磁继电器，通电时其常开触点闭合，常闭触点断开。

Y0—Y3共用一个COM端子,Y4—Y8共用另一个COM端子，而输出共用一个电源,所以将两个COM 端子连在一起，实现电源的共用。

FX2N-48MR
图3-2 PLC的外部接线图
3。

4 I/O分配表
本设计中，共有六个输入开关，9个LED输出，根据PLC外部接线图，我们能得出I/O分配表如表4-1所示。

表3—1
电气设备及元器件明表
4控制系统的软件设计
4.1 彩灯控制系统的顺序功能图
图4-1彩灯控制系统顺序功能图彩灯控制系统顺序功能图如图4—1所示.由图可知控制系统步序共分7步，分别用M00-M06代表这7步。

彩灯工作一个周期后自动停止，若运行过程中按停止按钮，所有灯全部熄灭。

彩灯工作一个周期后,不停止，而是开始下一个周期，若运行过程中按停止按钮，彩灯运行状态不变，而是要等到本周期结束后，再全部熄灭其
中M201和M204代表产生1.0Hz 彩灯闪烁频率，M202和M205代表产生0.5HZ 彩灯闪烁频率；M203代表单灯循环步,执行单灯循环点亮程序；M206代表三灯循环步，执行三灯循环点亮程序。

4。

2 梯形图程序 梯形图程序如图4—2所示
X0
M204
C1
M205M206
M203
M206
4。

3控制系统测试与分析
控制系统必须进行调试后才投入实际生产之中，在这之前，以便发现问题及时解决。

本系统的调试主要是利用电气工程系的实验设备进行模拟。

根据前面的分析，限位开关采用点动开关模拟，输出都采用指示灯表示不同的状态，以模拟系统的工作的正确性。

接线图与前面的图3—4外部接线类似，可以采用那种接法进行调试。

从分析结果来看，系统基本是按设计要求进行工作，误差在课程设计容许的范围之内。

结束语
随着科学技术发展的日新月异，PLC技术已经成为了我们生活中的一部分，几乎可以说是无处不在。

对于学习PLC知识的我们，此次课程设计很好的培养了我们学生综合运用所学知识，发现和解决问题以及锻炼实践的能力。

团队的“团”方框外面包个才字，说明团队工作是智慧和人才的集合。

团队工作时我们要学会充分利用这个资源，达到物尽其用。

同时作为团队的负责和组织人要合理分配任务，充分信任组员，是顺利完成任务的关键。

回顾此次PLC课程设计，时间虽比较短暂,但是在此次实习中学到很多有用的东西。

我的课题是基于PLC彩灯控制系统设计，当拿到课题时，有点茫然，不知道从何下手，切入点在哪？经过网上搜索相关的资料，逐步了解自己要设计个什么东西，该东西的工作原理,工作设计是什么,各环节的线索是什么?理清线索后，就确定整体设计方案，按方案的步骤着手设计各单元电路，庆幸的是各单元电路的设计比较简单，但是实际按图连线就有些困难,及运行当中出现的问题有点让我们止步，不过最后我们团结互助，不断向老师请教,把一个个难关予以解决。

现在，整个设计虽基本完成，也许结果并不是很令人满意，过程中出现的一些问题，例如延迟时间不是很精确，电路设计得不怎么完善等等。

我想我们只有在实践中多去操作，不言弃、不急躁，迎难而上，多总结经验,多尝试，才能将专业知识学得更好，才能学以致用，才能达到学习的真正目的.
参考文献
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［7］阎石。

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