基于PLC的彩燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

【摘要】彩燈在我們的日常生活中是隨處可見的，彩燈控制能夠達到的渲染效果是通過控制全部或者部份彩燈的亮和滅、閃爍的頻率、燈的亮度及燈光流的方向來實現(xiàn)的。在本次設(shè)計中采用西門子公司S7-200系列PLC來進行控制。本次設(shè)計對彩燈的要求是變換類負載其控制對象設(shè)定為“國慶快樂”字形，且均勻分布在彩燈的中央部位、由紅、黃、藍三色燈箱組成，三色燈箱按照一定的控制閃爍；流水類負載是在燈箱的周圍有32盞顏色不同的流水燈組循環(huán)閃爍。根據(jù)設(shè)計要求，首先進行了硬件系統(tǒng)的設(shè)計，選用的是S7-200的cpu226，它的24點輸入/16點輸出可以滿足本次設(shè)計的需求，并畫出了輸入和輸出接線圖。在軟件方面，根據(jù)設(shè)計的思想進行了實現(xiàn)系統(tǒng)功能的梯形圖的設(shè)計，指令采用的是減計數(shù)器指令和移位寄存器指令，并利用S7-200的STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。它可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控，且編程方便，快捷，利用PLC/PPI電纜將計算機與PLC相連接來驗證程序，在PLC上可以清楚的看到控制效果，從來證明了本次設(shè)計的成功。

【關(guān)鍵詞】彩燈控制；S7-200；PLC；STEP7-Micro/WIN32

1、PLC的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 PLC的結(jié)構(gòu)

PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機，比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的結(jié)構(gòu)，以及更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語言。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（CPU）模塊，輸入/輸出（I/O）模塊，電源等組成，可編程序控制器的基本組成。

1.2 PLC的工作原理

PLC有兩種工作方式，即RUN（運行）方式或STOP（停止）方式。在RUN方式，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。在CPU模塊的面板上用“RUN”LED顯示當(dāng)前的工作方式。

2、基于PLC的彩燈控制系統(tǒng)的具體設(shè)計

2.1 工作原理與要求

利用PLC實現(xiàn)對彩燈的控制，使彩燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，變換形式多樣，可用較低的造價達到較好的效果。

本次設(shè)計的彩燈變換分為三種：常亮類負載、變換類負載及流水類負載。

常亮類負載是指彩燈中用來照明或起襯托作用的負載，其特點是只要彩燈投入工作，則這類負載長期接通。

變換類負載是指某些在整個工作過程中定時進行花樣變換的負載，如字形變換，色彩的變換或位置的變換之類。其特點是定時通斷，但頻率不高。

流水類負載則指變換速度快，其特點雖然也是定時通斷，但頻率較高。

對于常亮類負載，其控制十分簡單，只需一次接通。而對于變換類及流水類負載的控制，事跡只有在不同的時間段中通斷對應(yīng)之路，便可實現(xiàn)花樣的變換。

2.2工藝過程

（1）變換類負載：

點亮順序如下：前六秒按下表所示順序點亮，全亮5秒：

然后按倒序熄滅，全滅2秒，

按下順序點亮，全亮5秒：

按倒序熄滅，全滅2秒

（2）流水類負載：

在八個燈箱的周圍有8組32只顏色為赤、橙、黃、綠、青、藍、紫、白依次排開的流水燈。系統(tǒng)啟動后，按照1-8的順序，間隔1s一次點亮并循環(huán)。24s后，按照從8-1的順序，依次點亮并進行循環(huán)。再按照1—8的順序循環(huán)往復(fù)，直至系統(tǒng)停止工作。

（3）系統(tǒng)用啟動按鈕和停止按鈕操作。

（4）各個彩燈的工作電壓均為220v.

2.3硬件設(shè)計

2.3.1 S7-200系列PLC性能簡介

西門子公司的SIMATICS7-200系列屬于小型可編程序控制器，可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。

S7-200的可靠性高。內(nèi)置有高速計算器，告訴輸出，PID控制器，RS-485通信/編程接口，PPI通信協(xié)議，MPI通信協(xié)議和自由方式通信功能，I/O端子排可以很容易地拆卸。最大可擴展到248點數(shù)字量I/O，最多有26KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間。

2.3.2 編程元件地址分配

1.輸入/輸出繼電器地址分配

輸入/輸出繼電器地址分配

2.其他編程元件地址分配

其他編程元件地址分配

2.4 軟件設(shè)計

2.4.1設(shè)計思想

在設(shè)計中，可以采用順序控制繼電器SCR，通過步進指令編程，但是需要使用大量的定時器。這里根據(jù)彩燈循環(huán)點亮的特點，采用移位寄存器指令編程，是非常方便的。這樣，彩燈點亮循環(huán)順序的改變，通過移位寄存器的左移或右移就可以實現(xiàn)。

8組流水燈，每組流水燈可能有多盞燈，因為PLC的帶負載能力有限，考慮通過接觸器的觸點來接通各組流水燈。

2.4.2梯形圖設(shè)計

根據(jù)上述設(shè)計的要求，彩燈控制梯形：

2.4.3 STEP 7-Micro/WIN編程軟件

STEP 7-Micro/WIN是專門為S7-200設(shè)計的在個人計算機Windows操作系統(tǒng)下運行的編程軟件，它的功能強大，使用方便。CPU通過PC/PPI電纜或插在計算機中的CP5511的通信卡與計算機通信。通過PC/PPI電纜，可以在Windows系統(tǒng)實現(xiàn)多主站通信方式。

2.4.4 程序的驗證

在PLC硬件上有輸出指示燈，可以清楚的看出所有輸出是按預(yù)先設(shè)置閃爍。由此可以清楚的驗證所編程序的正確性。

參考文獻：

[1]李曉虹.實用彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013（03）.

[2]宋妮.淺談由JTM199803組成的迷你彩燈數(shù)碼顯示電路[J].電子世界，2014（12）.

[3]林倩.現(xiàn)場可編程的數(shù)控調(diào)速音樂彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電聲技術(shù)，2014（12）.

[4]盧易楓，鄭麗敏.LED彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計[J].學(xué)園，2015（03）.

[5]程世恒，趙蓮清.基于NiosII軟核的SOPC彩燈控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國電力教育，2006（S1）.

作者簡介：

于淼，葫蘆島市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司，遼寧葫蘆島。