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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 2.1.1 PLC 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：

电源

接触器电磁阀接触器电源

限位开关选择开关按钮输入模块

PLC

模块

输出模块

图2.1 PLC 的基本结构图

编程器

可编程序控制器

(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

项目FX1N FX1S FX2N

I/O设置与用户选择有关，最

多128点与用户选择有关，最

多30点

与用户选择有关，最

多256点

100ms定时器T0~T62，63点T0~T199，200点T0~T199，200点通用辅助继电器M0~M383，384点M0~M383，384点M0~M499，500点

指令MOV 有有有ROR 无无有ROL 无无有

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

名称数量

DC24V电源 1

PC/PPI编程电缆 1

FXGP-WIN-C编程软件 1

PC机 1

输出显示灯8

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

输入/输出设备/器件名称输入/输出映像寄存器I/O地址符号名输入

起动开关X1 I0.1 SB1

停止开关

X2 I0.2 SB2

输出第一盏灯Y0

Q0.0 L1 第二盏灯Y1

Q0.1 L2 第三盏灯Y2

Q0.2 L3 第四盏灯Y3

Q0.3 L4 第五盏灯Y4

Q0.4 L5 第六盏灯Y5

Q0.5 L6 第七盏灯Y6

Q0.6 L7 第八盏灯Y7

Q0.7 L8

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）。

SB2

SB1

图2.2 PLC 外部接线图

FX 2N -32MR

L7 L6 L5 L4

L3 L2 L1 DC 24V

X1 COM0 COM1 X2 Y0 Y1

Y2 Y3 COM2 Y4

Y5 Y6 COM Y7

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。

开始

给Y17~Y00赋初值HFF00

左移一位，T0定时1s

Y07为1?

T1定时10s

右移一位，T2定时1s

Y00为0?

T3定时2s

右移一位，T4定时1s

Y00为1?

T4定时20s

左移一位，T5定时1s

Y07为0?

结束

图3.1 流程图

Y0 Y7

Y2 Y6 Y4 Y1 Y3 Y5 0 1 2 3 4 5 6 7 17 19 21 23 26 28 30 32 53 延时10s

延时2s

延时20s

图3.2 时序图

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

时间段 0~7s 7~17s 17~24s 24~26s 26~33s 33~53s 53~60s 60~62s

定

时

器

T0间隔定时1s T1延时

10s

T2间隔

定时1s

T3延时2s

T4间隔

定时1s

T5延时20s

T6间隔

定时1s

T7延时2s

输

出 Y0~Y7

依次为

1,并保

持

Y0~Y7

为1

Y7~Y0

依次为0,

并保持 Y7~Y0

为0

Y7~Y0依

次为1,并

保持 Y7~Y0

为1

Y7~Y0

依次为0,

并保持

Y7~Y0

为0

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）时，定时器T0停止计时，并且串联M0作为该阶段的独特特点，即在T0在循环定时时，

Y0 Y2 Y6 Y4 Y1 Y3 Y5 54 56 58 60 62

延时2s

图3.3 时序图

利用SET指令使M0为1（常开触点闭合），T0循环定时后利用RST指令使M0为0(常开触点断开)，使T0不再定时。梯形图中所用到典型的指令如表3.2所示。综上所述可设计出梯形图如图3.4所示。

表3.2 指令一览表

指令名称指令符号功能

数据传送指令MOV HFF00 K4Y0 给Y0~Y7赋值0，Y10~Y17赋值为1

左循环指令ROL K4Y0 K1

Y17~Y0的值循环左移

一位

右循环指令ROR K4Y0 K1

Y17~Y0的值循环右移

一位

置位指令SET M0 使M0为1，并保持复位指令RST M8 使M8为0，并保持复位指令RST T0 使T0为0，并保持

图3.4 梯形图

4 系统调试及结果分析

4.1 系统调试及解决的问题

硬件调试：接通电源，检查三菱FX2N-32MR（如图4.1所示）可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。

软件调试：按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。

运行调试：在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开三菱FX2N-32MR可编程控制器的“RUN”按钮。

进行调试；按下启动按钮，观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行。系统停止运行后，按下启动按钮，看是否可以重新运行。

根据以上的调试情况，本彩灯循环点亮的PLC控制系统设计符合要求。

图4.1 FX2N-32MR外观图

4.2外部线路安装、系统调试与仿真

图4.2中下面两排接线孔，通过防转叠插锁紧线与PLC的主机相应的输入输出插孔相接。Xi为输入点，Yi为输出点。

图中中间两排X0～X13为输入按键，模拟按钮量的输入。

八路一排Y0～Y7是LED指示灯，接继电器输出用以模拟输出负载的通与断。

图4.2中下面两排接线孔，通过防转叠插锁紧线与PLC的主机相应的输入输出插孔相接。

Xi为输入点，Yi为输出点。

图4.2中间两排X0～X13为输入按键，模拟按钮量的输入。

图4.3 彩灯广告的控制面板图

SB1

SB2

L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8

彩灯广告控制面板

八路一排Y0～Y7是LED 指示灯，接继电器输出用以模拟输出负载的通与断。

实验时，通过专用电缆连接手持编程器与PLC 主机。首先将主机上X1

，

X2，COM 接口分别接到实验面板上的X1，X2，COM 端，其次将COM0，COM1

及COM2端连接起来，将主机上+24V ，Y0~Y7接口分别接到实验面板上的+24V ，Y0~Y7端。打开编程器，逐条输入程序，检查无误后，将可编程控制器主机上的STOP/RUN 按钮拨到RUN 位置，运行指示灯点亮，表明程序开始运行，有关的指

示灯将显示运行结果。

4.3控制面板

Y10

X0X1X2

X10X11X12X14X15X16Y0

Y10Y11X0X1X2

X5X6X7X10X11

X12

X13

X14

X15

X16

X17

基本指令编程练

(TKPLC-3)本指令

程练习的实验面板基编基本指令编程练习

Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y20Y21Y22Y23Y24Y25Y26Y27

X0X1X2X3

X4X5

X6X7X10X11X12X13

X14X15X16X17

X20X21X22X23X24X25X26

X27

Y2Y3Y4

Y5Y6

Y7Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y20Y21Y22Y23Y24Y25Y26Y27X0X1

X3X5

X7X10X11X12X13X14X15X16X17

X20X21X22X23X24X25X26X27+24VCOM

Y10Y11

(TKPLC-C)本指令程练习的实验面板图基编图4.2 基本指令编程练习的实验面板图

设计出控制面板如图4.3所示，图中SB1为起动按钮，SB2为停止按钮，L1~L2为8盏彩灯。

4.4 系统方案

在本设计中采用指令编程，而不采用顺序控制设计法，大大减少试验程序，减少程序所占内存，其中Y0~Y7分别接1~8盏灯，而Y10~Y17不需要接灯，只用于循环，以实现全自动控制。

4.5 结果分析

按下启动按钮，系统开始运行，直到8盏灯亮，如图4.4所示。

图4.4 第一阶段1~8盏灯全亮图

系统运行到第3阶段，8~1盏灯依次点亮5盏灯，如图4.5所示。

图4.5 第三阶段8~1盏灯依次点亮5盏灯图

结束语

通过本次课程设计，把书本上的知识运用到现实实际中，让我深刻体会到PLC 技术的广泛应用。它不仅使我对所学过的PLC知识进行了巩固，而且使我更进一步了解了彩灯广告。本设计涉及到《可编程控制技器应用技术》、《电子技术》等学科知识，让我对电气专业知识有了更进一步的理解。

本次设计让我学会了很多知识，如画流程图、时序图、转换PDF文档等。设计中采用指令编程，而不采用顺序控制设计法，大大减少试验程序，减少程序所占内存最后达到彩灯循环的效果。在杨老师的指导下和同学的帮助下，我懂得了理论需要与实际挂钩，特别注意了方案的选择与元件的选型。总之本次课程设计使我受益匪浅，对我以后人生定有大的帮助和意义。

参考文献：

[1]廖常初. 可编程序控制器应用技术[M]. 重庆：重庆大学出版社，2010：1-138.

[2]肖峰. 贺哲荣. PLC编程100例[M]. 北京：中国电力出版社，2009：41-43.

[3]余小平. 奚大顺. 电子系统技术-基础篇. 北京：北京航空航天大学出版社，2007：57-60.