單片機彩燈控制

單片機彩燈控制摘要:隨著社會經濟和科學技術的不斷進步，人們在保持發(fā)展的同時，環(huán)境帶給人類的影響已經不足以讓我們忽視，所以城市的美化問題慢慢的進入了人們的眼簾，PLC的產生給帶電子產品帶來了巨大變革，彩燈的使用在城市的美化中變得越來越重要。尤其是近些年來科技的不斷進步也使彩燈更加快速的發(fā)展，本文介紹的是應用PLC的彩燈控制系統(tǒng)設計。本文采用的是西門子公司S7-200系列的PLC對彩燈進行的控制，使彩燈實現(xiàn)顏色的變化、亮滅以及形成流水燈的狀態(tài)。本文采用變幻類負載控制中間的字體，四周通過流水類負載形成循環(huán)燈組，在硬件連接好后，完成輸入輸出的接線圖。在軟件方面，根據自己設計的方案，結合工作原理，通過STEP-7的梯形圖完成程序的編寫和語句表的完成。通過PLC\PPI電纜連接電腦與PLC，并在Windows下對所編寫的程序進行檢驗、調試、監(jiān)控，進行軟件的調試，完善控制系統(tǒng)。在本次設計中，在硬件方面，用的是s7-200smart系列PLC進行實驗。并根據實驗的設計畫出電氣接線圖。采用STEP7-Micro\win32進行系統(tǒng)的軟件編程，實現(xiàn)梯形圖的設計。關鍵詞：彩燈控制；STEP7；S7-200系列；PLC

目錄TOC\o"1-3"\h\u4071第一章緒論 5182871.1研究背景 5200771.2研究內容 6282631.3研究意義以及預期的成果 630346第二章PLC及彩燈的概述 7207652.1plc的發(fā)展歷程 799512.2彩燈的發(fā)展歷程 8311962.3PLC的特點 8138352.3.1功能豐富 831352.3.2使用方便 9109582.3.3使用穩(wěn)定 11264482.3.4性價比高 12138712.4PLC的結構特點 1355242.4.1中央處理器 13183812.4.2儲存器 13252392.4.3I\O接口 13219612.4.4擴展通信接口 13270592.4.5電源 14319762.5PLC的工作原理 1420513（1）實現(xiàn)控制要點 14734（2）實現(xiàn)控制過程 1511423（3）PLC實現(xiàn)控制的方式 1521477第三章彩燈的方案設計 17289693.1彩燈常見的工作模式 1776873.2彩燈的設計方案以及工作原理 1739953.2.1彩燈的設計方案 17327133.2.2彩燈的工作原理 1761923.3工藝流程 17115431、變幻類負載 17187512、流水類負載 19175663.4彩燈效果圖 19426第四章硬件設計 2184464.1plc機型的選擇 21214524.2元件的地址分配 2131881、輸入/輸出繼電器地址分配 2194632、其他元件的地址分配 22130374.3輸入/輸出接線圖 2326045第五章軟件設計 25198785.1STEP-7軟件的介紹 2545001、程序模塊 2573552、數(shù)據塊 25226863、系統(tǒng)塊 2598224、符號表 25114115、狀態(tài)表 25124245.2設計思想 25292175.3程序的編寫與下載 26208271、建立程序文件 26251602、上載程序 2650243、編寫程序 26172634、下載程序 26225145、監(jiān)控 2682626、驗證 2683535.4程序框圖 264796參考文獻 31

第一章緒論1.1研究背景隨著科技的進步，環(huán)境的優(yōu)化再次成為了人們關注的重點。在現(xiàn)在的生活環(huán)境下，我們一般在街道，超市里隨處都看得見彩燈，彩燈使這些建筑、超市、街道變得更加的漂亮。還有可能見到彩燈的地方還有一些晚會，舞臺上，這些彩燈使舞臺變得更加引人注目，使舞臺變得更加絢爛多彩，給人留下了深刻的影響。彩燈在其他方面也有這很廣泛的應用，在自行車的尾部安裝彩燈，在夜晚騎車時，以便給后車提供信號，預防事故的發(fā)生，這在生活中起著至關重要的作用。彩燈還在高大的建筑上有著它的身影，例如：在高山上建立信號塔，在高塔的頂端一般都會設有彩燈，防止低空飛行的飛機撞在上面，還有像高大的樓房頂端都會設有彩燈，起到預警的作用，防止低空飛行的物體撞在上面。以及在廣告牌上經?？吹讲薀舻纳碛?，變換各種各樣的圖案，在本文中介紹的就是在廣告牌上彩燈的應用，所以說彩燈的發(fā)展還是至關重要的，它對我們的生活起著積極的作用，它讓我們看到的世界更加美麗，更加絢爛多彩。隨著科技的進步，經濟的快速發(fā)展，PLC也在這個快速發(fā)展的年代里，扮演者越來越重要的角色，隨著它的不斷進步，它的編程語言也變得越來越廣泛，它的實際作用也越來越重要。在剛開始出現(xiàn)的梯形圖，為了適應科技的不斷進步，控制要求的不斷提高，梯形圖出現(xiàn)了在三個方面的語言，步進編程語言、流程圖語言、以及更加高級的語言（JAVA）等。在當今的世界中，在不同的領域內已經發(fā)展成為很多種編程語言，而這樣的發(fā)展會使PLC更加快速的發(fā)展，對PLC的發(fā)展起著積極地作用。隨著時間的推移，PLC在當今的世界有更大的舞臺。由于計算機的快速發(fā)展，使得PLC能應用在更加廣泛的領域內。PLC的廣泛使用使得在制作PLC的廠家變的更多，形成競爭，從而跟加快了PLC的進一步發(fā)展。使得完美的機型適應各種環(huán)境的需要。從目前的情況來看，出現(xiàn)了幾個重大的品牌，構成了壟斷PLC市場的趨勢，這種情況的出現(xiàn)，以望能夠出現(xiàn)世界統(tǒng)一的梯形圖語言。從現(xiàn)在互聯(lián)網發(fā)展的情形來看，PLC和一些控制機型的發(fā)展，意味著這將是未來可編程控制器的大體方向。現(xiàn)在在大量的控制系統(tǒng)中存在大量的PLC的應用。隨著互聯(lián)網的不斷發(fā)展，PLC在控制系統(tǒng)的大家庭中扮演著越來越重要的角色，未來在世界的各個領域之內發(fā)揮出巨大的作用。PLC的產品一般分為三個部分：美國、歐洲和日本。他們在PLC的領域內的研發(fā)走在了世界前列，以至于現(xiàn)在我們需要的PLC產品，都需要從他們手中進行購買，將成為壟斷的局面。而我國控制器的研究是在建國后期才開始的，行對來說，起步較慢，從剛開始的不了解，使用的公司寥寥無幾，到最后慢慢的接受，不斷擴大PLC的使用。到目前來看，一些簡單的PLC可以在我國自主生產。像三菱的FX系列、Q系列，和CF系列是上海東屋電氣有限公司生產的。而在國外的品牌行對來說更加出名，像德國的西門子公司，他們生產的S7-200、S7-300、S7-400系列的PLC在很多領域內都有著相當重要的地位。日本的OMRON的公司，他們公司主要生產有PH等等系列的機型，在中國和世界范圍內都有著重要的應用。在世界在此方面發(fā)展的非?？焖俚谋尘爸?。在其同時中國在可編程控制器方面的發(fā)展也是非常迅速的。1.2研究內容采用西門子公司S7-200系列PLC來進行控制。（1）進行硬件系統(tǒng)的設計，選擇合適的設備，并畫出輸入和輸出接線圖。（2）在軟件方面，根據設計思想進行實現(xiàn)系統(tǒng)功能的梯形圖的設計。并利用S7-200的STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。在Windows環(huán)境下對PLC編程、調試、監(jiān)控，且編程方便，快捷。（3）利用PLC/PPI電纜將計算機與PLC相連接來驗證程序，并進行軟件調試。1.3研究意義以及預期的成果通過學習PLC和彩燈控制系統(tǒng)的相關知識，加深在學習階段的認識，并把理論知識和PLC技術與控制相結合，設計出控制原理圖，編寫語句表和梯形圖完成軟件理論設計，進行系統(tǒng)調試并不斷完善，撰寫符合要求的畢業(yè)論文。

第二章PLC及彩燈的概述2.1plc的發(fā)展歷程眾所周知，由美國在1969年生產的PLC是世界上已知的第一臺。世界上第一個微處理器是在1971年剛成立三年的Intel公司研制的，微處理器的誕生使得PLC有了一個大展身手的機會，人們很快把PLC和微處理器集合到一起，使得可編程控制器增加了運算、處理一系列的功能，從此PLC進入到了由電腦控制的時代中。在隨后到來的時間中，由于計算機的誕生，PLC進入了快速發(fā)展的階段，PLC和計算機已經可以全面的結合到一起，使可編程控制器在很大程度上進行的深化的升級并改進了很多的功能。更快的速度、更小的機型、更穩(wěn)定的工作環(huán)境、并可以實現(xiàn)模擬的運算、以及更加便宜的價格，這些優(yōu)點使可編程控制器在工業(yè)中有著相當重要的作用。在1980年初的時候PLC在一些像美國、日本等一些先進的國家中已經獲得了很廣泛的使用。隨著時間的不斷推移，科技的不斷進步，使得在本世紀末，使在工業(yè)上更加需要PLC的使用，而這促使PLC在現(xiàn)代的生活中發(fā)展的更加迅速。在這個飛速發(fā)展的年代中，研發(fā)了大型的計算機以及微型的計算機；PLC在控制上也有了相當大的發(fā)展，在這一階段研發(fā)了不同的功能，而這些功能的誕生，意味著PLC將應用在更加廣泛的領域，像溫度等一些特殊的控制條件的場合。在發(fā)展的過程中，PLC也更加的人性化，研發(fā)了不同的人機界面，這使得人們在使用PLC的過程中更加的容易，可使很多的其他軟件與之進行匹配，在控制方面更加的簡單。在近幾年以來由于不斷研發(fā)出各種各樣的模塊，像計數(shù)模塊、i\o模塊等，像這些功能模塊的出現(xiàn)給使用PLC的人們來說更加的得心應手，操作起來更加的方便，擴大了可編程控制器的使用范圍。進一步強化可編程控制器的網絡上的研發(fā)那將帶來不一樣的偉大進步，將實現(xiàn)遠程操控，使可編程控制器的下一個重大的目標。可編程控制器的輸送信息一般分為兩大類：第一類是可編程控制器兩者之間的傳輸信息，第二類是可編程控制器與電腦之間的聯(lián)系，一般都會有專門的手段進行操作。由于現(xiàn)在生產PLC的廠家很多，所以形成了很多語言，并且造成了兩者之間的聯(lián)系很艱難。為了加強可編程控制器之間的聯(lián)系，研發(fā)部門也在互相研究使用相同語言進行溝通與聯(lián)系，形成通用的語言，以便成為更加復雜的系統(tǒng)結構，漸漸的PLC在控制系統(tǒng)方面已經有著舉足輕重的地位。2.2彩燈的發(fā)展歷程在當今的社會中隨著科技的不斷進步，經濟的不斷發(fā)展，環(huán)境的美化問題已經慢慢成為了人們關注的焦點。隨著彩燈的不斷發(fā)展，彩燈慢慢的演化出很多的類型，像流水燈等等，它們具有像水的流動的感覺，它的到來使得它更加廣泛的應用到人們的日常生活中，給人們帶來耳目一新的感覺，打破了以往人們對彩燈的認知，使人們愉悅了心情。而且隨著彩燈的發(fā)展，彩燈應用的方面更加的廣泛，像一些高樓大廈都會裝飾一些彩燈，在夜晚打開，把大都市照耀的猶如白晝，色彩斑斕，絢爛多彩。這些五彩斑斕的彩燈的利用率越來越高，在夜晚走在大街上盡收眼底的都是彩燈。在大型的舞臺上彩燈更加的絢爛多彩，吸引人們的眼球。彩燈的類型有很多，一般小型的燈采用的是霓虹燈做成的不同的圖案，有的也用不同類型的彩燈組成各種各樣的圖案，像組成巨大的圖案引起人們的注意，達到宣傳的效果。這些彩燈的控制方式有很多，一般用數(shù)字量來控制這些燈，特別是隨著科技的不斷進步，彩燈的發(fā)展更進一步，實現(xiàn)了傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代工藝的結合，在美觀上加入了中國古老的傳統(tǒng)色彩，使之達到了巔峰，把現(xiàn)代的電子、燈光、聲音都結合到一起，形成科技與藝術相結合。在我們的生活中，彩燈不僅可以去做廣告牌，宣傳產品的作用，它也可以增加氣氛。隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，人們對于景觀的要求越來越高，隨著人們生活水平的提高，彩燈慢慢的發(fā)展出一個新型的彩燈類型——LED，它比傳統(tǒng)的彩燈更加的輕便、小巧、快速，慢慢的取代傳統(tǒng)彩燈的趨勢，并且他能滿足人們更加多的要求，他也可以做出一系列的圖案，并可以用不同的手段進行控制，LED的產生使得彩燈邁出了更加關鍵的一步。2.3PLC的特點2.3.1功能豐富PLC有著非常豐富的功能。這主要由于它本身攜帶著很多指令和能儲存更多器件的信息。PLC的不斷發(fā)展以至于到現(xiàn)在它的指令已經可以達到上百條，基本上可以滿足人們的基本的設計要求，以及各種復雜的運算。一般電腦實行的運算，PLC基本也可以實現(xiàn)。PLC中的器件有很多，像數(shù)據的存儲，它的樣式很多，存儲數(shù)據的數(shù)量有很多，I\O的輸入輸出繼電器，它可以進行存取進出點的信息，一般可以存取數(shù)十數(shù)百，多的則可以成千上萬，而這么多信息的存取意味著I\O繼電器可以進行大量的信息交換，并把這些信息進行統(tǒng)一的控制。在PLC中運用更多的是中間繼電器，在我們進行實驗時會運用到很多的中間繼電器形成控制。PLC中的一個位就意味著你要使用一個中間繼電器進行代替。并且在PLC中的計數(shù)器有許多，而這對于傳統(tǒng)控制的電路來說不可能實現(xiàn)的。在小巧的PLC中它的計數(shù)器可以達到成千上萬個。造成這么多的原因就是因為在PLC每存取一個位，在和其他的位放在一起，這就成為了計數(shù)器，這就是造成在PLC中有很多計數(shù)器的原因。在PLC的設計中，一般來說如果在程序中位制一，如果在后續(xù)的程序中沒有設置位歸零，那么它就會一直保持制一狀態(tài)，它也可以設置通電和斷電狀態(tài)下不同的狀態(tài)，來適應在不同的環(huán)境下進行操作，這也是傳統(tǒng)的繼電器控制的電路不能實現(xiàn)的。在PLC的內部可以存取大量的信息，而且在我們不使用的情況下，他們內部的信息還會保存。以上說的是PLC內部的設備，與可編程控制器外部鏈接的機型也有很多，并且在PLC內部的軟件中可以實現(xiàn)與外界進行數(shù)據傳輸?shù)娜藱C界面。在人機界面上可以清楚地看到程序框圖和信息與外部設備的鏈接，在編寫程序時也可以在人機界面上清晰地看到。信息進行翻譯后，可以進行多種操作，像存取、轉發(fā)等等。可編程控制器中也存在著與外界鏈接的通訊接口，用于與電腦進行數(shù)據的傳輸和信息的交換。PLC這也可以根據這個通訊接口進行上網，就可以實現(xiàn)一個PLC所不能實現(xiàn)的控制系統(tǒng)?？删幊炭刂葡到y(tǒng)還能實現(xiàn)自我診斷的能力，而這個功能在我們做實驗時提供了很大的幫助，尤其是遇到自己不能解決的問題時，這將會很方便，也為它的修理提供了有利的條件。PLC這么多的優(yōu)點也造就了它成為世界的控制系統(tǒng)的主流奠定了堅實的基礎，與此同時也為操作的簡單化，科技的進步提供了有利的先決條件。在PLC這樣的可編程控制器在以往是沒有出現(xiàn)過的，同時也是在編程控制領域的一大進步，是其他控制方式不能超越的。2.3.2使用方便PLC的產生對于操作控制系統(tǒng)的人們來說，它是很大的福音，它的到來把以前繼電器控制的電路進行簡單化。由于PLC帶來的是實現(xiàn)軟件的控制，通過實現(xiàn)對計算機上程序的更改來適應不同的控制要求，相比于傳統(tǒng)的通過改變接線的方式來滿足不同的要求來說，前者相對來說是很容易的。在可編程控制器中在最初的研發(fā)階段就已經在CPU中刻畫出需要的模塊，而我們只需要把這個模塊引出來并加以利用就能實現(xiàn)控制要求，并且在PLC的內部有著很多的控制模塊，而這些模塊足以滿足現(xiàn)有的控制要求。PLC發(fā)展到現(xiàn)在的程度，已經可以很容易的買到手，并且操作容易，很容易上手，就造成了慢慢取代上一代產品的趨勢?？偟膩碚f，PLC主要有幾方面的條件：（1）配置方便：根據自己的控制要求選擇適應自己設備的可編程控制器，并且根據自己的要求需要什么樣的程序控制，最后，根據自己的需要選擇自己需要的可編程控制器。（2）安裝簡單：可編程控制器的結構簡單，有利于我們的裝機。在PLC與電腦之間的連線也很容易，只需要一條PLC\PPI電纜即可完成PLC與電腦之間的鏈接。并且在你需要更換控制要求時，只需要在軟件的內部進行相適應的操作即可實現(xiàn)對控制要求的改變。（3）編寫程序易理解：可編程控制器中都是存取好的模塊和一般所需要的控制要求的程序，而不是實體的繼電器、定時器等硬件設施。PLC內部的程序和模塊是成千上萬的，它的內部包含了時間繼電器、計數(shù)器、定時器的固定模式。并且他不受環(huán)境的限制，在以往的繼電器控制的電路中，會受硬件設備的控制，有時繼電器的數(shù)量是受限制的，而PLC中就不存在這些問題。而且最重要的就是PLC的輸入輸出口，PLC上的輸入輸出口是固定的數(shù)量，如果想要增加更多的中間繼電器或者時間繼電器都是有輸入輸出口限制的，最多只能使用多少，而在PLC上就不需要考慮這些問題。由于現(xiàn)在PLC發(fā)展的越發(fā)完善，慢慢的限制人們創(chuàng)造能力的由硬件的設備慢慢的轉變?yōu)槿藗冏约旱膭?chuàng)造力方面，這也加快了控制系統(tǒng)的進步。與可編程控制器鏈接外部設備有很多，并且伴隨PLC的編程軟件也有很多，所以在使用PLC是只需要選擇好自己熟悉的編程語句并與PLC進行匹配就可以了，像梯形圖、C語言等等還有很多編程的語言都可以實現(xiàn)與PLC匹配。并且PLC中由于大量的存儲功能，它編寫的語句也可以很方便的進行存取。在編寫完成語句后進行仿真，成功后就可把語句把存下來，當放在其他產品時也可以進行使用，而在傳統(tǒng)的控制電路中需要人們在調試程序、驗證電路這就變得簡單，并且節(jié)約了大量的時間。（4）修理簡單：PLC在運轉時很少出現(xiàn)問題，這就節(jié)約很多的時間進行修理。當在PLC出現(xiàn)問題時，由于他內部的結構并不復雜所以修理時相對來說是簡單的。并且在PLC的程序中設有很多的信號，如果在哪方面出現(xiàn)問題，就會亮起相應方面的故障顯示燈，以便于能夠方便的檢查問題，處理問題。在出現(xiàn)問題時，一般在市場上就會有相對應的器件，很容易買到，之后在進行拆卸和安裝就可以了。PLC只有在硬件方面會出現(xiàn)問題，在軟件方面不會中出現(xiàn)故障，軟件方面都是固有的模式，只需要進行行對應的編寫程序使之完美即可。（5）改用方便：如果與可編程控制器相連接的計算機設備進行更改，選用其他的設備時，僅僅需要更改一下之前編寫的語句即可。如果兩者之間的不同點較多，那么原PLC的模塊還是可以繼續(xù)使用的。2.3.3使用穩(wěn)定可編程控制器對系統(tǒng)的控制是很穩(wěn)定的。這是由于在設計PLC時已經實驗了系統(tǒng)可以在不同環(huán)境下的工作狀態(tài)，以及面臨的問題，并得到了及時的解決。在用戶的使用時面臨的問題及時的解決，所以現(xiàn)在見到的PLC幾乎就是完美的，已經可以在很多工業(yè)的環(huán)境下進行控制。（1）硬件方面：它的I\O的電路與中央處理器是相互隔離的，并且它們之間用的是電隔離。他們之間傳遞信息是依靠電磁器件進行傳遞的。在中央處理器的板子上還伴有電磁干擾的器件，這些器件能夠保持中央處理器不再受外界的電磁的影響，使之能夠正常的運行?？删幊炭刂破靼殡S的設備一般為無觸點的，并且這些設備都是集成的，在PLC中的安裝的很少，這也為PLC奠定了物質基礎。在PLC的設計上，研發(fā)時也想到了很多以滿足PLC能都在大部分環(huán)境下都能夠實行控制，像在材料上的不同用料以滿足PLC在更高的溫度下能夠正常的工作，并且還能在高頻振動的情況下進行工作。隨著PLC的進一步發(fā)展，PLC已經出現(xiàn)了一個PLC有兩個主機的情況，他們的作用是一個工作，一個備份，兩個主機同時工作，當運行的主機出現(xiàn)問題時，會有第二個主機進行接替之前主機的工作。并且有兩個主機的情況下還不是最安全的情況，還有三套設備共存的情況，它們中多數(shù)的決定了輸出。這種的設備在出現(xiàn)問題時足夠的可以應對，并且?guī)缀醪粫霈F(xiàn)問題。（2）軟件方面：在軟件方面，可編程控制器的運行模式是掃描和中斷，這樣的運行模式不僅可以保證PLC能夠安全的運行還可以逃開了經常出現(xiàn)問題的地方，并且控制的輸出是一定的。在一定的程度上進行了對應急措施處理的加強，能夠緊急的處理好所面臨的問題，這就加強了PLC穩(wěn)定運行的狀態(tài)。由于在編寫程序時經常會出現(xiàn)錯誤的情況，為此，在PLC中有監(jiān)控的措施。當在我們的程序運行時，首先要處理定時器，并在此時刻進行計時。當我們的一個大的程序運行完之后，查看我們當時的計時值。如果這個值沒有對應上我們是定的值，那么系統(tǒng)就會報警。當跟我們設定的值差別很大時系統(tǒng)就會直接終止PLC的工作，我們在操作時就可以根據系統(tǒng)提示給我們的信息進行相應的解決方案。如果定時器的數(shù)值按照我們設定好的數(shù)值，則系統(tǒng)將會進行我們設定好的路線進行運行，PLC則恢復正常的工作狀態(tài)。由于這個監(jiān)控程序的出現(xiàn)可以使系統(tǒng)進行安全的運行，并且給PLC進行了安全的保障，不會陷入死循環(huán)的狀態(tài)，保證了PLC正常的運行狀態(tài)。PLC不僅僅只有檢測的系統(tǒng)，還有許多檢測的指令，為了應對系統(tǒng)是否正常運行的信號。我們自己也可以編寫相應的語句，對PLC的運行情況進行相應的控制，這就可以確定PLC是否在正常的運行程序。每次在我們使用PLC時，開機后，都會看到PLC沒有經過我們的操作情況下自己進行運轉，這說明PLC每次都會實施自我檢查程序的運行，當中出現(xiàn)問題時會顯示給我們，并對哪里出現(xiàn)的問題進行提示，以及當不能運轉時，也會給出相應的提示，以確保我們可以盡快的維修。由于PLC以上的優(yōu)點，取得了PLC在市場暢銷的地位。它的可靠性能是毋庸置疑的，甚至它在平均幾萬小時時是不會出現(xiàn)問題的，即使出現(xiàn)了問題，解決的方案也很簡單，這樣的穩(wěn)定性能讓大多數(shù)人都選擇了PLC。據說在以往，人們做過有關于PLC的走訪，問為什么要選擇PLC而沒有使用其他的控制系統(tǒng)，大部分人回答的答案都是PLC的穩(wěn)定性能，這樣的明顯的優(yōu)勢條件造就了PLC在我們大部分的控制系統(tǒng)中廣為流傳。2.3.4性價比高PLC作為現(xiàn)代出現(xiàn)的新產品，高科技使用將帶來高的性價比以及取代效率低下的傳統(tǒng)模式下的控制思想，這就是所謂的科技是第一生產力的變現(xiàn)。也是隨著社會的發(fā)展必然產生的結果。雖然在剛接觸高新產業(yè)帶來了巨大的資金投資，但從長遠的眼光來看那還是很有價值的，這也是未來發(fā)展的必然趨勢，科技將會給你帶來更加有效率的工作，更大生產力。除這些之外PLC給你帶來的還有它的機型小、需要其他的外部設別少、需要的人工少、需要的時間短等等，以及維修時的方便簡單易操作，這都給你的效率提高起了很大的作用，從目前來看，投資高新技術產品PLC的使用還是大勢所趨的，還是經濟實惠的。2.4PLC的結構特點2.4.1中央處理器CPU由地址、數(shù)據、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口、通信接口、擴展接口相連。CPU主要是通過收集信息、運行語句、進行邏輯和數(shù)字運算并調節(jié)內部的各個功能的不同工作，最后更新控制系統(tǒng)的輸出。2.4.2儲存器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)存儲器用于存放PLC的系統(tǒng)程序由只讀存儲器組成，他內部的程序是自帶的，用戶自己不能更改。用戶存儲器用于存放PLC的用戶程序。用戶存儲器由用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據存儲區(qū)構成。PLC一般均采用可電擦除的E2PROM存儲器來作為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。當用戶使用時，斷電后，RAM的內容就會消失。2.4.3I\O接口在PLC中的I\O的I口的作用是把一些設別的輸入信號通過I口傳輸給中央處理器，像一些手動的開關以及傳感器的輸入信號。而PLC的輸出接口的作用是由中央處理器處理完的信息通過O口轉換成器件可以識別的信號傳給各個設備進行每個設備相應的工作，這給信號的處理工作帶來了方便。PLC的I\O的電路統(tǒng)一采用的使通過光耦合的方式進行對電路的防護。（1）輸入接口電路PLC的I口電路一共分成兩種類型。一種為直流和交流輸入電路。一般直流輸入電路的反應時間相對交流輸入電流的時間要短，所以直流輸入電路可以與開關或一些電子設備直接相連。交流的電路更適應于更加復雜的環(huán)境之下。它們兩個的輸入電源都是VC200V。（2）輸出接口電路輸出的電路一般是：繼電器、晶體管、晶閘管輸出型。他們之間的電路相似，都是由晶體管或晶閘管來控制后接入的設備。2.4.4擴展通信接口PLC的通信口的作用是分別把它們三者聯(lián)系在一起，它們是拓展單元、功能單元以及基本單元聯(lián)系在一起，使得PLC更加的具有操作性，來滿足不同情況的設計要求。通信口的功能不僅僅是這些，它還可以和外部的不同設備進行鏈接，從而實現(xiàn)不同的人機操作。2.4.5電源PLC一般使用220V交流電源或24V直流電源，內部的開關電源為PLC的CPU和存儲器等電路提供5V、12V、24V直流電源，使PLC能正常工作。2.5PLC的工作原理PLC也叫可編程控制器。PLC是通過與電腦的鏈接，進行編寫程序，通過電纜傳輸給PLC來對工業(yè)上的電子器件進行控制的裝置。在PLC沒有發(fā)明出來之前，一般的控制系統(tǒng)都是由繼電器來進行控制的，但PLC的運行原理與傳統(tǒng)的繼電器控制的原理完全不同，繼電器控制主要是靠著實體物理的狀態(tài)進行實驗控制的，而PLC是通過電腦的軟件上進行更改和編寫，再通過I\O進行輸入和輸出信息，實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。PLC的工作原理不是像普通電腦那樣。電腦的運行原理最多的是進行信息的交換，你對電腦輸入信息，它接收信息并加以識別，只要信息的輸入輸出沒有問題時就可以了。而PLC還要遵守著信息的可使用性、以及信息的傳輸順序和能否運轉的問題。甚至更多的是考慮到PLC運行的環(huán)境，以適應環(huán)境來滿足不會對PLC本身不會造成影響。這樣有利于設備的維修和安裝等問題。（1）實現(xiàn)控制要點I\O實現(xiàn)的輸入輸出信息之間的連接可以通過電纜來實現(xiàn)，這是PLC控制系統(tǒng)重要的基礎。對于系統(tǒng)之中的信號交流，都是通過用戶編寫的程序按順序的進行運行的，這些語句都是存儲在PLC的內存中的。PLC內部的程序分為兩部分一個是研發(fā)PLC時輸入進去的程序，存儲在ROM的存儲器中。它是不可以更改的，還有一個就是我們自己編寫的程序，存儲在RAM存儲器中，隨著斷電程序就會自動消失。PLC自帶的程序是按照一點的規(guī)則運行的，它提供了運行的規(guī)則，與此同時，還為我們編寫程序的內容進行相應的處理。這使得PLC按照我們設定好的控制條件進行相應的運行，實現(xiàn)我們設定好的目標。之后通過I\O口的輸入輸出信息進行信號交換，實現(xiàn)對外部設備的控制，而且可編程控制器的輸入輸出電路都是有針對性設計的。I口的電路要對外部進來的信號進行及時的處理，還要進行濾波。在PLC的內部都是有電隔離的，以防止不同設備之間的干擾，它們都是靠著光耦元件進行連接的。O口的電路同樣是電隔離的，通過其他的外部設備進行連接。O口的電路與I口的電路還有不同，輸出電路需要改變信號，以至于可以讓接受的外部設別進行識別，并進行該有的運行狀態(tài)，有的情況則需要放大信號，這樣才能帶動大功率的設備，像接觸器、繼電器等等。輸入輸出的電路一般來說有很多種，但是在PLC上一個I口對應著一個O口電路，它有很多的I\O口，總的來說，PLC上有多少個對應的I\O口就有著多少個電路。因為它們都是依靠著集成化的思想進行設計的，所以我們看見的PLC是小巧輕便的。I口的電路一直看管著信號的輸入情況，與此同時把這些信息進行相應的存取。每一個I口輸入的信息都存放在相對應的存儲器中。O口的電路是通過把鎖存器里的信號通過O口傳送出去，并且一個輸出口的鎖存器行對應著一個O口。與輸入輸出相對應著的存儲器是中央處理器的寄存器。它們與電腦之間的信號交換是通過電纜實現(xiàn)的，并主要是用戶自己編寫的語句進行實現(xiàn)的。當位置置1時，表示通電，當位置置0時，表示斷電，因為它是依靠著I口實現(xiàn)的，所以，它表現(xiàn)得就是輸入狀態(tài)。鎖存器與可編程控制器中的存儲器是一一對應著的。每個鎖存器在PLC中都會有著一個位置與之呼應，這樣的位稱為輸出的設備。（2）實現(xiàn)控制過程可編程控制器的運行過程是輸入信號、運載編寫的語句、輸出，PLC一直就是重復這樣的工作，按照這個運行的順序，可編程控制器控制是存在的。原因是存在輸入的情況下，可以把輸入的信號記載在可編程控制器的映射區(qū)內，在通過用戶編寫的程序，輸出的區(qū)域收到通過轉變后的輸出信號；在通過傳出更新，存儲器將會感應出不同的狀態(tài)，最后根據編寫的程序給相對應的設備相應的反應，這是PLC一直重復的工作狀態(tài)，由于這個原因，每個信號的進入都會有相對應的狀態(tài)與之對應，就會產生與之相對應的輸出狀態(tài)。當然由于經過PLC的處理會有一個時間的推移，這個時間僅僅只是眨眼的時間，這并不會對控制系統(tǒng)造成太大的影響。（3）PLC實現(xiàn)控制的方式像上文中提到的，輸入運轉程序輸出，這種的運行模式簡稱為掃描。是電腦最基本的一種控制模式。除此之外，在電腦中用于控制的模式還有很多種，像中斷模式，在這個模式下，如果在某些部位出現(xiàn)問題需要先請求中斷，當中央處理器接收到此中斷信號時，就會先停止正在處理的程序，先去處理申請中斷的程序，當處理中斷程序完成后，再返回到原有的程序繼續(xù)進行處理此程序，就完成一個中斷的程序。顯然，中斷的程序模式與計算機最基本的處理問題的方式是不同的。在中斷的模式下，比起掃描方式更加具有優(yōu)勢的地方就是，它可以先去處理更加急于處理的程序，由于在復雜的工作環(huán)境下需要很多個程序共同運行，所以中斷模式的工作狀態(tài)就會出現(xiàn)問題。但是，可編程控制器的基本模式也不是完美的，需要我們把這些模式都結合在一起，程序需要什么就要做相對應的模式來處理問題。

第三章彩燈的方案設計3.1彩燈常見的工作模式通過彩燈的控制有很多種，像廣告燈等等。彩燈的主要形式有三種：長明燈，它主要的工作模式就是當接通后它就會持續(xù)保持亮的狀態(tài)，它不能實現(xiàn)閃爍、亮滅等其他變換的情況，所以它的控制是很簡單的，只需要開關就可以實現(xiàn)對它的控制。第二種就是流水燈，它不同于長明燈的狀態(tài)，變換的頻率很快，實現(xiàn)多燈流動等狀態(tài)。第三種就是變幻燈，它的變化是三者當中最復雜的，也是可以實現(xiàn)變化最多的類型燈，它可以實現(xiàn)不同顏色的變化，像字形的變化、顏色、亮滅等等多種變化，它主要實現(xiàn)的是周期性的變化，但是它的周期長，不能實現(xiàn)快速的變化。變幻燈適合PLC等控制軟件。3.2彩燈的設計方案以及工作原理3.2.1彩燈的設計方案通過使用S7-200系列的可編程控制器對彩燈控制，能夠簡單的實現(xiàn)系統(tǒng)的設計問題，并且PLC的性價比較高，方便使用，能達到預期的結果。彩燈的變換主要有三種負載：第一種就是長通類負載，它的作用主要就是作為背景的使用，保持亮起狀態(tài)。第二類就是變幻類負載，它的作用主要就是實現(xiàn)系統(tǒng)的變換，它是整個系統(tǒng)的主要組成部分，能夠實現(xiàn)燈組的快速變換、亮滅等情況，它的主要周期長但是它能夠實現(xiàn)定時通斷。長通燈結構簡單，對它的控制只需要一個開關就可以，而對于變幻燈則需要通過PLC進行控制才能實現(xiàn)燈組的顏色變化和定時的開斷，才能實現(xiàn)美麗的圖案。3.2.2彩燈的工作原理在本文中主要是控制“節(jié)日快樂”字樣的控制，并通過變幻燈實現(xiàn)對字體的控制。燈均勻的分布在中間的部位，主要的顏色是紅黃藍，在完成時，字體上的顏色會隨著時間進行變化。通過設計的圖案可以看出，在系統(tǒng)中還使用了長通類負載，它們是由32個顏色不一樣的彩燈組成，形成循環(huán)燈光的效果。3.3工藝流程1、變幻類負載當按下開始按鍵時，第一秒“節(jié)日”紅燈先亮，第二秒時“快樂”的紅燈亮起，之后按照圖3.1進行依次的亮起，當全部亮起后，保持五秒的亮起狀態(tài)。圖3.11-5s的顏色狀態(tài)當全部亮起五秒后，進行熄滅，按照亮起時倒序的順序進行熄滅，在十七秒時完全熄滅，并保持熄滅狀態(tài)兩秒，見圖3.2。圖3.212-17s的顏色變化當熄滅兩秒結束后，按照先開始亮起藍燈的順序進行依次的亮起，按照圖3.3實現(xiàn)順序的控制，并保持全亮五秒。圖3.320-25s的顏色變化再按照上面的倒序進行熄滅，按照圖進行熄滅。在熄滅兩秒后，再進行循環(huán)，見圖3.4。圖3.431-36s的顏色變化2、流水類負載流水燈在燈箱的附近有八組，每組由四個彩燈組成的赤橙黃綠青藍紫順序組成的流水類負載。當按下開始鍵后，流水燈按照從一到八的順序進行點亮，并且每組點亮時相差一秒，最后實現(xiàn)循環(huán)。當?shù)竭_二十四秒后，按照從八到一順序進行循環(huán)。當完成一個周期后再循環(huán)，直到系統(tǒng)停止工作。3.4彩燈效果圖圖就是設計的效果圖，字體由變幻類負載控制，周圍由三十二個流通類負載進行控制實現(xiàn)的。圖3.5彩燈的效果圖

第四章硬件設計4.1plc機型的選擇我們選取的PLC是西門子生產的S7-200系列。下面對S7-200做出簡要的說明:S7-200系列是一類可編程邏輯控制器。這一系列產品可以滿足多種多樣的自動化控制需要，S7-200的CPU226系列PLC的CPU具有緊湊的設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令,使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。進行PLC選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修、備件的通用性。對開關量控制的系統(tǒng)，當控制速度要求不高時，一般的PLC都可以滿足要求，如對接觸器的控制，電磁閥的轉換控制等。當控制速度要求不高，一般采用繼電器形式輸出。PLC的基本組成見圖4.1：圖4.1PLC的基本組成4.2元件的地址分配1、輸入/輸出繼電器地址分配根據方案設計，畫出輸入/輸出繼電器地址分配表，見圖4.2。圖4.2輸入輸出繼電器地址分配2、其他元件的地址分配按照設計的要求，其他元件的地址分配，見圖4.3。圖4.3其他元件的地址分配4.3輸入/輸出接線圖按照設計要求畫出電氣接線圖，見圖4.4、4.5。圖4.4電氣接線圖圖4.5流水燈接線圖

第五章軟件設計5.1STEP-7軟件的介紹1、程序模塊程序模塊是通過一系列的過程進行程序的處理，編寫程序、讀入程序按照順序識別語句。在整個系統(tǒng)中，每個語句都按照這樣的順序進行識別。在電腦中，術語的部分說的就是所有編寫的程序和語句都可以存儲起來的集合。準確的說，一個名叫.exe的文件說的就是上述的集合