【工控老马】基于西门子S7-200PLC的跑马灯控制系统的设计方案详解

基于西门子S7-200PLC的跑马灯控制系统设计方案

1、设计背景
应用 S7-200 PLC跑马灯设计的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。通过控制 S7－200 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）。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时间接通即可。

2、 系统的基本要求
2.1. 系统工作受开关控制:
启动开关“ON”则系统工作；启动开关“OFF”则系统停止工作；

2.2. S7-200的指令系统：
接通延迟定时器SD，如果RLO有正跳沿，则接通延迟定时器启动，以设定的时间值启动指定的定时器。达到设定时间后，定时器的动合触点闭合并保持，直到RLO变为0时，定时器被复位。如果定时器运行时间（RLO为1时）少于定时器时间设定值，则当RLO由1变到0时，定时器也被复位。

2.3. 控制规律：
L1_{L7共7个发光二极管，要求按下开始按钮跑马灯L1}L7以正序每隔1秒轮流点亮，当L7亮后，停2秒，然后，反向逆序隔1秒轮流点亮，当L1再亮后，停5秒，重复上述过程。按下停止按钮，跑马灯停止工作。

2.4. 设计原理
（1）移位指令
移位指令包括无符号数移位和有符号数移位。其中无符号数移位包含字左移指令、字右移指令、双字左移指令和双字右移指令；有符号数移位包含整数右移指令和双整数右移指令。＊无符号数移位指令。

1. 字左移指令
   当允许输入EN位为高电平“1”时，将执行字左移指令，将IN端指定的内容送入累加器1低字中，并左移N端指定的位数，然后写入OUT。

2. 字右移指令
   当允许输入EN的状态为“1。

（2）顺序控制设计法
所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号作用下根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动地有秩序的进行操作。一般使用顺序控制设计法，都要画出顺序功能图，顺序功能图的结构有单序列、选择序列和并行序列。单序列没有分支与合并，选择序列的分支不能同时激活，而并行序列的分支可以同时激活。

2.5. 硬件选型
S7－200 的编程软件 STEP 7－MicroWIN32配备了大量的编程向导，如 PID、网络读写、高速计数器和高速输出指令的编程向导，位置控制模块、文本显示器 TD200、调制解调器模块、以太网模块、互联网模块、AS－i 通信模块等的编程向导。使用这些编程向导时，只需要输入要求的数据或确定选项，编程软件就可以自动地生成用户程序。

具备编程软件配备仿真功能，有的 PLC 生产厂家提供了在计算机上运行，可以用来代替 PLC 的硬件调试用户程序的仿真软件，例如西门子公司与 STEP 7 编程软件配套使用的 S7－PLCSIM 仿真软件、三菱公司与 SW3D5C－GPPW－C 编程软件配套的 SW3D5C－LLT－C 仿真软件，欧姆龙公司与 CX－Programmer 编程软件配套的仿真软件 CX－Simulator 等，西门子的“LOGO！ ”可编程逻辑模块的编程软件也有仿真功能。

PLC 的仿真软件也是初学者学习编程和程序调试方法的很好的学习工具。

2.6. 方案设计
跑马灯的走势如下：当按下启动按钮时，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7依次以1秒的间隔点亮；当L7亮后，暂停2秒，反向逆序隔1秒轮流点亮，当L1再亮后，停5秒，重复上述过程。如需急停可按下停止按钮，跑马灯停止工作。

2.7. 元器清单

表 2-1 多时段十字路口交通信号灯元器件目录表

3、 PLC 控制系统设计
从可编程控制器的定义可知，PLC 也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编程控制器也是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的工业过程相连的接口能力和更直接的适应控制要求的编程语言。

3.1. I/O 点的分配与编号
表 3-1 系统 I/O 地址分配表

3.2. PLC 外部端子接线图
PLC 工作的时间基准是由跑马灯电路提供的。在 PLC 的输出的端部，接一只电阻和一个发光二极管或接一只电阻并联两个发光二极管就构成了 PLC 的跑马灯电路，如图 3-1 所示。

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， 电阻值大概在 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， 这样可以使跑马灯正常工作。

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。

图 3-1 跑马灯硬件电路的设计图