基于PLC彩灯控制

1 引言

基于PLC控制的彩灯广告，就是运用PLC的逻辑控制功能对彩灯广告的运行按给定要求自动运行。

1.1 基于PLC彩灯广告控制器设计目的

主要是通过设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。培养学生独立地解决实际问题的能力；掌握初步掌握PLC 电气电路的设计方法及其编程方法和程序的调试；

1.2 基于PLC彩灯广告控制器设计内容

1.2.1根据课程设计的目的和PLC的原理理清思路。

1.2.2 选取PLC型号，完成硬件设计。

1.2.3 画出流程图，时序图，及编好梯形图。

1.2.4 进行仿真及调试。

1.3 基于PLC彩灯广告控制器设计实现的目标

广告屏有8根彩灯管，从左到右排列，编号为1～8号。系统启动后，灯管点亮的顺序依次为：1号→2号→3号→...→7号→8号，时间间隔为1S。8根彩灯全亮后，持续10S。然后按照8号→7号→6号→...→2号→1号的顺序依次熄灭，时间间隔为1S。灯管全部熄灭后，等待2S，再从8号灯管开始，按照8号→7号→6号→...→2号→1号的顺序依次点亮，时间间隔为1S。全部点亮后持续20S，再按照1号→2号→3号→...→7号→8号的顺序熄灭，时间间隔仍为1S。灯管全部熄灭后，等待2S，再重新开始上述过程的循环。

2 系统总体方案设计

2.1 PLC概述

2.1.1PLC的基本结构

PLC主要由CPU模块、输入/输出（I/O）模块、编程器和电源四大部分组成（图2.1）。

2.1.2 PLC的特点

(1)编程方法简单易学----梯形图语言（面向用户的高级语言）

(2)硬件配套齐全，用户使用方便

(3)通用性强，适用性强

(4)可靠性高，抗干扰能力强

(5)系统的设计、安装、调试工量小

(6)维修工量小，维修方便

(7)体积小、重量轻、功耗小

2.1.3 PLC应用领域

PLC应用范围不断扩大，价格下降，功能大大加强，其应用范围有：

(1)开关量逻辑控制

(2)运动控制

(3)闭环过程控制

(4)数据处理

(5)通信联网

2.2 硬件控制功能介绍

2.2.1系统硬件配置及组成原理

（1）PLC选型

PLC的主要国外生产厂家包括美国的Rock-well公司、德国的西门子公司、日本的三菱公司和欧姆龙公司。

我国有不少厂家研制和生产过PLC，近年来国产PLC有了很大的发展，但我国使用的PLC主要还是国外的品牌的产品。考虑到国外产品的成熟性好，并且本次课程设计只需属小型系统，故采用三菱公司的FX系列小型PLC。

表2.1 FX1N，FX1S与 FX2N的基本性能

在编程当中需要用到ROR和ROL指令，由表2.1可知只有FX2N系列满足要求，故选用F X2N系列的PLC。其次在编程当中需要用到MOV HFF00 K4Y0指令，所以需要用到16个输出口，综上所述选用FX2N-32MR系列的PLC。

（2）组成原理

PLC彩灯广告控制编程采用指令控制，采用PLC能充分利用它的优点。在这里我们采用三菱公司的FX2N-32MR系列的可编程控制器，它吸收了整体式和模块式PLC 的优点，安装比较方便，它的基本指令执行时间为0.08µs 每条指令，内置的用户存储器为8K步，可以扩展到16K步。FX2N-32MR系列的可编程控制器，输入点数为16，输出点数为16。编制梯形图，并进行仿真和调试。综上，得到系统硬件配置如表2.2所示：

表2.2 硬件配置表

2.3系统变量定义及分配表

根据控制要求对彩灯广告控制系统的I/O进行分配（表2.3）。

表2.3 I/O地址分配表

2.4 PLC外部电路连线

根据设计思想连接PLC外部电路（如图2.2所示）。

3 控制系统设计

3.1 控制程序流程图设计

根据设计要求，可设计出流程图如图3.1所示。

3.2 控制程序时序图设计

在程序设计中首先要设计出程序图，由程序图相应的画出时序图，各时间段分别由不同的定时器定时,同时对应不同的输出状态，可得状态表如表3.1所示。

表3.1 状态表

以输出映像寄存器为纵轴，时间t为横轴，设计出时序图，反映出各输出映像寄存器的状态。当按下启动按钮SB1时，假设时间为第0s，并且假设不按下停止按钮时，则可做出各阶段的时序图如图3.2和3.3所示。

3.3 控制程序设计思路

由流程图到时序图再到梯形图，更进一步可以设计出梯形图。本论文采用指令编写程序，而不采用顺序控制设计法，可以大大减少程序，增强程序的可读性。设计时，虽然只需要8个输出点，但采用16个输出点，即当按下启动按钮SB1，则传送指令MOV HFF00 K4Y0使Y0~Y7为0，而Y10~Y17为1，利用循环移位指令ROR和ROL，轻松实现8盏灯的循环。当按下停止按钮SB2时，则传送指令MOV H0000 K4Y0使Y0~Y17为0，所有的灯无论在什么时候都熄灭。

特别的，在梯形图中采用9个辅助继电器M0~M8，能够达到每一个阶段工作时即不受其他阶段的影响，也不干扰其他的阶段，从而避免互相干扰，达到自动控制的目的。当系统一个循环结束后，辅助继电器M8为1，相当于X1的功能，从而使彩灯依次循环。

本设计另一大优点是，轻松实现每个阶段的定时。如在第一个阶段，要求系统启动后，灯管点亮的顺序依次为：1号→2号→3号→...→7号→8号，时间间隔为1S。由T0定时器定时1s，并且重复循环，可以利用Y0的常开触点与Y7的常闭触点串联，当Y0为常开触点闭合（第一盏灯亮）并且Y7常闭触点断开（第七盏灯亮）