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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

2.1.1PLC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）

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，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

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。

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

(TKPLC-C)本指令程练习的实验面板图基编

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.

（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）