彩灯的控制--基于plc的彩灯控制器控制系统设计.docx

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基于PLC的彩灯控制器控制系统设计

摘要：

随着社会的不断发展，科技的不断进步，人们生活水平的不断提高，人们不满足于吃饱穿暖，要有更高的精神享受，无论是思想还是视觉，人们都在追求更高的美。

特别是在视觉方面，人们不满足于一种光，对物体的周边装饰越来越看重。

大家不难看到许多高楼大厦的周围都会有彩灯的装饰。

许多节假日，例如：

元旦、春节、元宵节等，路边的树、灯柱以及广告的霓虹灯，都会明显的被彩灯装饰上，不仅渲染了节日的气氛，也可供路人观赏。

彩灯的适用范围广，使用方便，实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化。

本次设计正是基于此种情况，其目的为了实现彩灯的多种形式变换。

首先确定本次设计的I/O分配，然后应用PLC软件选址进行编程，通过串口通讯编译下载，在实验板上进行调试，通过开关、选择按钮控制程序，使彩灯按要求运行，实现彩灯的变换控制。

然后在工程组态软件中做出相应视图，将PLC与组态软件相连，最终实现彩灯是实物连线与组态视图同步。

关键词:

彩灯；PLC；I/O

1引言 1

1.1选题背 1

1.2控制系统的选择 1

1.3PLC发展现状 2

1.4PLC简介及工作原理 4

2系统硬件设计 5

2.1总体设计 5

2.2S7-200PLC及PLC模块的选择 6

2.3I/O地址分配表：

错误！

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2.4PLC外部接线 错误！

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2.5控制流程图 错误！

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3程序的编写与调试 错误！

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3.1程序的编写 错误！

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3.2程序的调试 错误！

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结论 错误！

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致谢 错误！

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参考文献 错误！

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附录（程序梯形图） 错误！

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1引言

1.1选题背

随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色广告霓虹灯。

LED彩灯由于其丰富的灯光色彩、低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。

但目前市场上各式各样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一。

这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。

从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调,缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。

系统要实现对大型演出活动现场的彩灯进行控制。

当前，大型文艺演出灯光控制系统的性能是否良好，直接关系列晚会各节目的灯光效果,也将直接关乎电视播出的质量。

大型演出活动现场的彩灯有长通类、变换类、流水类和一个LED点阵显示器。

根据以上所述，就需要有特殊的工具对彩灯进行控制，长通类直接由开关控制，而变换类和流水类可通过PLC进行控制。

目前，PLC已广泛应用于工业控制中，但是在彩灯控制方面应用方面还不是很广泛。

PLC应用于交通控制还有很大的潜能，PLC以其可方便操作、可方便编程调试等优点，使得其有逐步取代以往的单片机在彩灯控制中的地位的趋势。

1.2控制系统的选择

1.单片机实现彩灯控制器系统所需要的外围电路多，工作量相当于PLC较大；虽单片机体积小、能耗低，但它的可靠性以及抗干扰性明显没有PLC好；单片机它的配套设施和功能没有PLC的完善，使用起来比较复杂。

2.PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术，半导体技术，自动控制技术，数字技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。

它具有以下特点：

（1）高可靠性，抗干扰能力强

C2）配套齐全，功能完善，适用性强

C3）程序编制简单，方便易学

（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便

（5）体积小、质量轻、易于实现机电一体化

（6）功能强，扩展能力强

通过以上可以了解彩灯控制器的控制系统有许多种，但综合所述，基于PLC的众多优势结合彩灯控制器的控制系统的选择，西门子S7-200系列的可编程控制器是此次设计的最佳选择。

1.3PLC发展现状

可编程序控制器（programmablecontroller）是计算机家族的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

20世纪末期，PLC已经广泛应用在复杂的自动化生产和控制行业中，但从目前的实际应用来看，PLC大都只承担最基本的控制功能，如逻辑控制，顺序控制,PID反馈控制等。

在PLC组态系统中实现先进控制算法，形成具有人工智能的控制模块及网络系统，能大大提高系统的控制水平，改善控制质量。

从经济角度来看，目前PLC生产商的一些产品具备某些先进控制模块，如模糊模块。

但它们的价格十分昂贵，且封闭性较强，不适合我国中小型企业的工业改造。

因此开发较为通用的先进算法实现技术，对于我国中小型企业的工业改造具有很大的意义，既可降低生产成本，又可提高经济效益。

预测控制是智能控制中技术较为成熟的分支，同时预测控制对于大滞后系统有良好的控制效果，实现预测控制嵌入PLC,与常规控制集成运行，让先进控制从教授、专家手中走出来，实现先进控制的工程化、实用化，转化为社会生产力，对缩短控制系统开发周期，加快先进控制技术的广泛应用，提高我国的工业自动化水平有着重大的意义。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

（1） 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻

辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

（3）运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量1/0模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

（4）过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

（5）数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

（6）通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控

制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

1.4PLC简介及工作原理

1.PLC简介

现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量,多品种，多规格,低成本和高质量的产品，为了满足这一需求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（PLC,ProgrammableLogicController）也正是顺应这一要求出现的，他是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO,S7-200,S7-300,S7-400,工业网络，HMI人机界面，工业软件等。

西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。

S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200）,小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。

本次设计采用S7-200。

S7-200PLC是超小型化的PLC,它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。

S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

S7-200系列的出色表现在以下几个方面：

极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块。

2.PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

PLC的一个扫描周期包括输入采样、程序执行和输出三个阶段。

PLC在输入采样阶段：

首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。

随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：

按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：

当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

2系统硬件设计

2.1总体设计

本次设计是运用PLC来实现对彩灯系统的控制，设计的彩灯系统具有结构简单，变换多样，价格低等点。

西门子公司的PLC是现在在市面上利用率较高的PLC。

它的指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，便于扩展，性价比高，符合要求。

因此，本设计中选用西门子公司的SIMATICS7-200小型PLC来进行控制。

1.我们将该整体设计分为两个部分：

首先设计内部的八只彩灯管；如图2.1所示，最后综合起来实现整个设计。

2.在该设计中我们主要控制的对象是彩灯。

3.PLC控制系统要求

广告屏中间部分有8根彩灯管.从左到右排列,编号1到8号

系统启动后，灯管点亮的顺序依次为；1号到2号到3号 8号时间隔为1S,8

根彩灯全亮后，持续10S,然后按照8号到7号到6号 1号开始顺序依次熄灭时间为1S,灯管全部熄灭后等待2S,再从8号灯管开始按照8号到号 1号顺序依次点亮时间隔为1S,全部点亮后持续20S,再按照1号到2号到 8号顺序熄灭,时间为1S,灯管全部熄灭后,等待2S再重新开始上述过程的循环；

4.系统用启动按钮和停止按钮操作。

图2.1灯管布局示意图

2.2S7-200PLC工作原理及PLC模块的选择

S7-200PLC具有两种工作模式，分别是：

运行（RUN）模式和停止（STOP）模式。

在运行模式下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能；在停止模式情况下下，S7-200CPU不执行用户程序，此时可设置CPU系统的硬件功能，可以将程序、数据以及硬件信息下载到S7-200CPUo其中用户程序用编程软件创建和编辑。

CPU模块上的模式开关可以用于改变和转换S7-2