浅谈PLC-组态软件

【摘要】 控制系统是彩光的核心，它控制彩灯的明暗顺序，使其组成不同的图案。采用日本三菱公司FX2N系列的PLC彩灯系统，控制电路结构简单，可靠性高，应用性强；软件程序适应范围广，对各彩灯按一定的规律点亮和熄灭的控制，只需要改变相应的定时器的接通时间即可。

【关键词 】PLC彩灯系统可编程控制器组态软件 软件设计

中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：

彩灯是城市的装扮，将彩灯配置在城市主要建筑物上，给城市的夜晚带来了不一样的风景。控制系统是彩光的核心，它控制彩灯的明暗顺序，使其组成不同的图案。

与大部分彩灯系统靠单片机实现不同，本文采用日本三菱公司FX2N系列的PLC实现彩灯系统，可以控制和设定不同的彩灯变化方式，实用性和操作性更高一些。

可编程控制器

可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。PLC有以下特点：

a.可靠性高，抗干扰能力强；

b.配套齐全，功能完善，适用性强；

c.易学易用，使用方便；

d.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；

e.体积小，重量轻，能耗低。

PLC的控制系统的等效工作电路分为3个部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。内部控制电路是通过编程方法实现的控制逻辑，用软件编程代替继电器电路的功能。

（1）输入部分。它由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系，当外部的输入元件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈“得电”。

（2）内部控制电路。它是由用户程序形成的用“软继电器”来代替硬继电器的控制逻辑。它的作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应的输出。

（3）输出部分。它是由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。

组态软件

组态软件是指在软件领域内，操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置（包括对象定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等）用户应用软件的过程，即使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让计算机或软件按照预先设置自动执行特定任务、满足使用者要求的目的。在工业过程控制系统中存在着两大类可变因素：一是操作人员需求的变化；二是被控对象状态的变化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基础上，通过改变软件配置信息（包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等）适应两大不同系统对两大因素的要求，构建新的监控系统的平台软件。以这种方式构建系统既提高了系统成套速度，又保证了系统软件的成熟性和可靠性，使用起来方便灵活，而且便于修改和维护。

组态软件特点：

（1）功能多样。组态软件提供工业标准数学模型库和控制功能库，组态模式灵活，能满足用户所需的测控要求。能对测控信息的历史记录进行存储、显示、计算、分析、打印，界面操作灵活方便，具有双重安全体系，数据处理安全可靠。

（2）画面显示组态功能丰富。组态软件提供给用户丰富的编辑工具和作图工具，提供大量的工业设备图符、仪表图符，还提供趋势图、历史曲线、组数据分析图等；提供十分友好的图形化用户界面（Graphics User Interface, GUI），包括一整套Windows风格的窗口、菜单、按钮、信息区、工具栏、滚动条、监控画面等。画面丰富多彩，为设备的正常运行、操作人员的集中监控提供了极大的方便。具有强大的通信功能和良好的开放性，组态软件向下可以与数据采集硬件通信：向上通过TCP/IP可与高层管理网互联。

系统实现

整体方案的选择

基于 PLC—软件组态的模型。通过PLC—软件组态实现的方式，系统逻辑设计简单，通过软件继电器实现输出控制，克服了硬件继电器易磨损的缺点，电磁兼容性良好。

本文选择方案是使用三菱公司的FX2N-48M来作为控制器，采用北京昆仑通态自动化软件科技有限公司的组态软件MCGS来作为上位机软件的编写工具。通过控制PLC的定时继电器的功能来实现各彩灯按一定的规律点亮和熄灭。接通延迟定时器SD的特点（如果RLO有正跳沿，则接通延迟定时器启动指令，以设定的时间值启动指令的定时器）是：这种控制电路结构简单，可靠性高，应用性强；软件程序适应范围广，对各彩灯按一定的规律点亮和熄灭的控制，只需要改变相应的定时器的接通时间即可。

方案整体结构

本文共设9盏彩灯，分别以L1-L9来代表，其控制要求为：

（1）隔灯闪烁：L1、L3、L5、L7、L9亮，1s后灭；接着L2、L4、L6、L8亮，1s后灭；再接着L1、L3、L5、L7、L9亮，1s后灭；……如此循环下去。

（2）发射型闪烁：L1亮2s后灭；接着L2、L3、L4、L5亮2s后灭；接着L6、L7、L8、L9亮2s后灭；再接着L1亮2s后灭；……如此循环，编制程序，并上机调试运行。

（3）隔两灯闪烁：L1、L 4、L7亮，1s后灭；接着L2、L5、L8亮，1s后灭；接着L3、L6、L9亮，1s后灭；再接着L1、L 4、L7亮，1s后灭；……如此循环，编制程序，并上机调试运行。

根据以上要求，设计系统的I/O分配表。

硬件电路的设计

电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电路中，电阻有分压作用，经计算电阻值选择13KΩ，一个及两个并联发光二极管所承受的电压在3V左右，PLC的工作电压在+24V，这样可以正常工作。

开关是PLC的信号输入端口。输入端的开关是来控制输出端的运行和关闭交通灯的运行，启动开关sd1,I0.0 得电（“1”状态），交通灯按照设计好的程序运行，sd2闭合，I0.1断电（“0”状态）系统停止工作。

说明：Sd1闭合系统得电运行，Sd2闭合系统停止运行。

根据控制要求进行梯形图设计：

（1）隔灯闪烁：L1、L3、L5、L7、L9亮，1s后灭；接着L2、L4、L6、L8亮，1s后灭；再接着L1、L3、L5、L7、L9亮，1s后灭；……如此循环下去。

（2）发射型闪烁：L1亮2s后灭；接着L2、L3、L4、L5亮2s后灭；接着L6、L7、L8、L9亮2s后灭；再接着L1亮2s后灭；……如此循环，编制程序，并上机调试运行。

（3）隔两灯闪烁：L1、L 4、L7亮，1s后灭；接着L2、L5、L8亮，1s后灭；接着L3、L6、L9亮，1s后灭；再接着L1、L 4、L7亮，1s后灭；……如此循环，编制程序，并在上位机调试运行。

组态软件设计

系统的软件设计如下：

（1）打开mcgs组态软件，在用户窗口中新建一个窗口，右击属性，修改

（2）打开开关， 在实时数据窗口新增对象，右击属性，为灯L1的建立方法，然

后按此方法建立其他八盏灯，

（3）在窗口中，选中L1，右击属性，将闪烁效果选项勾上从而实现灯光闪烁效果。然后在闪烁窗口的表达式中选中L1，以此来实现组态图和实际PLC中的灯对应，然后依次方法设置其他八盏灯。最终实现组态与PLC实际灯泡对应。

设备组态设计如下：

（1）在“设备窗口”中进行设备的选择与设置，选择的设备如图1所示。

图1 设备窗口

（2）对“设备0-[串口父设备]”进行设置。

由于设计采用FX2N系列PLC，为了使所用的PLC能够顺利与计算机进行通信，需要对串口父设备的默认属性进行更改。将“串口端口号”设为所用PLC占用的端口，本文所使用的是COM1端口；将“数据位位数”设置为“7位”；“停止位位数”可不作更改；将“数据校验方式”设置为“偶校验”；将“数据采集方式”设置为“同步采集”；为了使系统反应灵敏，将“最小采集周期”设置为“1ms”。

（3）对“设备1-[三菱Fx-232]”进行设置

（4）对“设备1-[三菱Fx-232]”进行“通道连接”设置

本文使用PLC-组态软件完成了设计。相比一般的单片机实现，具有系统结构简单，便于使用的优点，并且在成本控制、后期维护方面都有一定优势。PLC避免了使用硬件继电器易于磨损的缺点，而组态软件的使用则避免了复杂的程序设计，程序可读性大大增强，便于其他工程人员对系统更改和维护。经试验验证，由本系统运行状况良好，可以应用到实际应用中。