基于三菱FX3U—32M PLC八段数码显示与天塔之光的设计与实现

董健

摘要：本文利用三菱XK-SX5C型自動化综合控制实训装置和FX3U-32M PLC的逻辑控制梯形图编程，实现了八段数码显示与天塔之光的循环显示，达到了八段数码与天塔之光的完美结合。

关键词：自动控制；可编程控制器；八段数码显示

1.引言

霓虹灯是城市的美容师，每当夜幕降临时，华灯初上，五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽；节日彩灯、舞厅灯、卡拉OK厅、酒吧、橱窗、家庭的装饰灯等，灯光交替闪耀，可给节日晚上（尤其是舞会）增加不少光彩和欢快气氛；喷泉效果，有多种造型、奇特图案、令人眼花缭乱、目不暇接。灯光控制也是PLC的强项之一，其功能强大，变换无穷，其电路可反复使用。天塔之光是利用彩灯对塔形建筑物进行装饰，从而达到烘托效果。这实际上是考虑了PLC输出的空间效果（上下、内外等）和时间顺序（先后），而针对不同的场合对彩灯的运行方式也有不同的要求，对于要求彩灯有多种不同运行方式的情况下，采用PLC中的一些特殊指令来进行控制就显得尤为方便。本实例中，结合三菱XK-SX5C型自动化综合控制铁塔（天塔）之光的控制要求：PLC运行后，灯光自动开始显示，有时每次只亮一盏灯，顺序从上向下，或是从下向上；有时从底层从下向上全部点亮，然后又从上向下熄灭。运行方式多样，学生可自行设计。具体讲，共有8盏灯，每灯亮1s，顺序依次为L1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8→L9→L8→L7→L6→L5→L4→L3→L2→L1，在灯亮的同时，用数码管显示灯的编号，循环往复。文中提出了几种控制方案，并对方案做了比较，目的是能灵活应用各类指令，解决实际问题。

2.八段数码管的驱动

50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。

发光二极管的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就能发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

LED使用低压电源，特别适用于公共场所；效能高；可以制备成各种形状的器件；可工作约10万小时；响应时间快，为纳秒级；对环境无污染；改变电流可以变色；价格比较昂贵。基于上述特点，LED在仪器仪表的指示光源、交通信号灯、计量、大面积显示屏、汽车信号灯、全彩显示屏等领域都得到了应用。

八段数码发光管就是8个发光二极管组成的，在空间排列成为8字型带个小数点，只要将电压加在阳极和阴极之间相应的笔画就会发光。8个发光二极管的阴极并接在一起，8个阳极分开，接控制端，因此称为共阴八段数码管。另一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器。通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。

3.方案比较

针对引言部分提出的控制要求，我们可以采用以下几种方案完成。方案一：采用逻辑分析法，依次设计。程序中使用了较多的定时器，T0负责全程，依次减小控制范围，直到T15，周期为16秒。该方法指令的条数多，程序占据的步多，执行周期慢一些，定时器的个数多，容易混淆。方案二：使用移位指令。程序中有如定时器T1控制的1s时钟程序，与大循环同步，另一个定时器T0控制大循环，分前半周期（T0小于等于K82），后半周期（T0大于K84）。该方案中设置大循环、小循环，段驿码等指令，需要对应用指令应用熟练，并且逻辑思辨能力要强。方案三：利用置位、复位指令，将控制要求分为若干个状态，利用仿STL思想进行状态法编程。该种方案编程思路清楚，不容易出错，并且由于采用的是顺序控制的思路，很好查询故障。但是该种方案一定是建立在对顺序控制思想相当深入的认识基础上，并且能从中抽象出仿顺控的控制思想并灵活应用。方案四：采用比较传送指令，一个循环周期是16秒，采用一个16秒的定时器，以10秒为区间划分，通过定时器的区间比较，驱动相应的输出（比如如果K0≤T0≤K10，则L1亮，同时数码管显示1。），该方案用到的定时器只有一个，思路常规，便于理解，只要在应用传送时，将要传送数值对应的十进制或者十六进制数（此处由于占据的位数比较多，采用16进制表征比较方便），准确表达，送给要传送的位组合数据即可。

4.硬件接线及I/0分配

5.比较传送方案的设计思路及调试结果

分析：该循环周期为16秒，利用T0实现。以L2为例，说明编程思路。L2在第2秒内和第16秒内亮并显示2。用T0大于等于10且小于20表示第2秒内，T0大于等于150且小于160表示第16秒内。这样对于其他字的显示，依次类推。当然保证每一次控制字的表达正确。改方案中只用了一个定时器T0，并且用其自身的常闭触点驱动自身的线圈，构造一个16秒的周期，这种方法在构造周期电路锁定时间时简洁有效。

按照该思路程序编写完成后，将PLC上电，同时拨码开关置于RUN状态，每灯亮1s，顺序依次为L1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8→L9→L8→L7→L6→L5→L4→L3→L2→L1，在灯亮的同时，用数码管显示灯的编号，循环往复。

6.结语

此处探究实现了传送指令、一个定时器锁定周期并在周期内通过区间划分作比较，等指思想实现了天塔之光与数码管的结合，结果呈现后，经过反思比较，编程可以做如下改进，：八段驿码的显示通过应用指令八段驿码指令SEGD实现减少指令的输入，事半功倍。

参考文献：

[1]汤自春.PLC技术应用（三菱机型）（第三版）.高等教育出版社

[2]张东.可编程控制器（三菱机型）.中国工信出版集团，电子工业出版社

[3]XK-SX5C自动化综合控制实训装置实验指导书.山东星科智能科技股份有限公司 2015.12

[4]史国生.电气控制与可编程控制技术.北京：化学工业出版社 2003