基于PLC的彩灯控制系统的设计

文/于淼 葫芦岛市建筑设计院有限责任公司 辽宁葫芦岛 125001

1、PLC 的结构与工作原理

1.1 PLC 的结构

PLC 实质上是一种工业控制计算机，比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的结构，以及更直接的适应于控制要求的编程语言。从硬件结构看，它也有中央处理器(CPU)模块，输入/输出(I/O)模块，电源等组成，可编程序控制器的基本组成。

1.2 PLC 的工作原理

PLC 有两种工作方式，即RUN(运行)方式或STOP（停止）方式。在RUN 方式，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。在CPU 模块的面板上用“RUN”LED 显示当前的工作方式。

2、基于PLC 的彩灯控制系统的具体设计

2.1 工作原理与要求

利用PLC 实现对彩灯的控制，使彩灯系统结构简单，变换形式多样，可用较低的造价达到较好的效果。

本次设计的彩灯变换分为三种：常亮类负载、变换类负载及流水类负载。

常亮类负载是指彩灯中用来照明或起衬托作用的负载，其特点是只要彩灯投入工作，则这类负载长期接通。

变换类负载是指某些在整个工作过程中定时进行花样变换的负载，如字形变换，色彩的变换或位置的变换之类。其特点是定时通断，但频率不高。

流水类负载则指变换速度快，其特点虽然也是定时通断，但频率较高。

对于常亮类负载，其控制十分简单，只需一次接通。而对于变换类及流水类负载的控制，事迹只有在不同的时间段中通断对应之路，便可实现花样的变换。

2.2 工艺过程

（1）变换类负载：

点亮顺序如下：前六秒按下表所示顺序点亮，全亮5 秒：

然后按倒序熄灭，全灭2 秒，

按下顺序点亮，全亮5 秒：

按倒序熄灭，全灭2 秒

（2）流水类负载：

在八个灯箱的周围有8 组32 只颜色为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白依次排开的流水灯。系统启动后，按照1-8 的顺序，间隔1s 一次点亮并循环。24s 后，按照从8-1 的顺序，依次点亮并进行循环。再按照1—8 的顺序循环往复，直至系统停止工作。

（3）系统用启动按钮和停止按钮操作。

（4）各个彩灯的工作电压均为220v.

2.3 硬件设计

2.3.1 S7-200 系列PLC 性能简介

西门子公司的SIMATICS7-200 系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。

S7-200 的可靠性高。内置有高速计算器，告诉输出，PID 控制器，RS-485 通信/编程接口，PPI 通信协议，MPI 通信协议和自由方式通信功能，I/O 端子排可以很容易地拆卸。最大可扩展到248 点数字量I/O，最多有26KB 程序和数据存储空间。

2.3.2 编程元件地址分配

1.输入/输出继电器地址分配

输入/输出继电器地址分配

2.其他编程元件地址分配

其他编程元件地址分配

2.4 软件设计

2.4.1 设计思想

在设计中，可以采用顺序控制继电器SCR，通过步进指令编程，但是需要使用大量的定时器。这里根据彩灯循环点亮的特点，采用移位寄存器指令编程，是非常方便的。这样，彩灯点亮循环顺序的改变，通过移位寄存器的左移或右移就可以实现。

8 组流水灯，每组流水灯可能有多盏灯，因为PLC 的带负载能力有限，考虑通过接触器的触点来接通各组流水灯。

2.4.2 梯形图设计

根据上述设计的要求，彩灯控制梯形：

2.4.3 STEP 7-Micro/WIN 编程软件

STEP 7-Micro/WIN 是专门为S7-200 设计的在个人计算机Windows 操作系统下运行的编程软件，它的功能强大，使用方便。CPU 通过PC/PPI 电缆或插在计算机中的CP5511 的通信卡与计算机通信。通过PC/PPI 电缆，可以在Windows 系统实现多主站通信方式。

2.4.4 程序的验证

在PLC 硬件上有输出指示灯，可以清楚的看出所有输出是按预先设置闪烁。由此可以清楚的验证所编程序的正确性。