基于PLC的彩灯控制系统的设计

【摘要】彩灯在我们的日常生活中是随处可见的，彩灯控制能够达到的渲染效果是通过控制全部或者部份彩灯的亮和灭、闪烁的频率、灯的亮度及灯光流的方向来实现的。在本次设计中采用西门子公司S7-200系列PLC来进行控制。本次设计对彩灯的要求是变换类负载其控制对象设定为“国庆快乐”字形，且均匀分布在彩灯的中央部位、由红、黄、蓝三色灯箱组成，三色灯箱按照一定的控制闪烁；流水类负载是在灯箱的周围有32盏颜色不同的流水灯组循环闪烁。根据设计要求，首先进行了硬件系统的设计，选用的是S7-200的cpu226，它的24点输入/16点输出可以满足本次设计的需求，并画出了输入和输出接线图。在软件方面，根据设计的思想进行了实现系统功能的梯形图的设计，指令采用的是减计数器指令和移位寄存器指令，并利用S7-200的STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。它可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，且编程方便，快捷，利用PLC/PPI电缆将计算机与PLC相连接来验证程序，在PLC上可以清楚的看到控制效果，从来证明了本次设计的成功。

【关键词】彩灯控制；S7-200；PLC；STEP7-Micro/WIN32

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有兩种工作方式，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。

参考文献：

[1]李晓虹.实用彩灯控制系统设计[J].武汉工程职业技术学院学报，2013（03）.

[2]宋妮.浅谈由JTM199803组成的迷你彩灯数码显示电路[J].电子世界，2014（12）.

[3]林倩.现场可编程的数控调速音乐彩灯控制系统设计[J].电声技术，2014（12）.

[4]卢易枫，郑丽敏.LED彩灯控制系统设计[J].学园，2015（03）.

[5]程世恒，赵莲清.基于NiosII软核的SOPC彩灯控制系统设计[J].中国电力教育，2006（S1）.

作者简介：

于淼，葫芦岛市建筑设计院有限责任公司，辽宁葫芦岛。