基于三菱FX3U—32M PLC八段數碼顯示與天塔之光的設計與實現

董健

摘要：本文利用三菱XK-SX5C型自動化綜合控制實訓裝置和FX3U-32M PLC的邏輯控制梯形圖編程，實現了八段數碼顯示與天塔之光的循環顯示，達到了八段數碼與天塔之光的完美結合。

關鍵詞：自動控制；可編程控制器；八段數碼顯示

1.引言

霓虹燈是城市的美容師，每當夜幕降臨時，華燈初上，五顏六色的霓虹燈就把城市裝扮得格外美麗；節日彩燈、舞廳燈、卡拉OK廳、酒吧、櫥窗、家庭的裝飾燈等，燈光交替閃耀，可給節日晚上（尤其是舞會）增加不少光彩和歡快氣氛；噴泉效果，有多種造型、奇特圖案、令人眼花繚亂、目不暇接。燈光控制也是PLC的強項之一，其功能強大，變換無窮，其電路可反復使用。天塔之光是利用彩燈對塔形建筑物進行裝飾，從而達到烘托效果。這實際上是考慮了PLC輸出的空間效果（上下、內外等）和時間順序（先后），而針對不同的場合對彩燈的運行方式也有不同的要求，對于要求彩燈有多種不同運行方式的情況下，采用PLC中的一些特殊指令來進行控制就顯得尤為方便。本實例中，結合三菱XK-SX5C型自動化綜合控制鐵塔（天塔）之光的控制要求：PLC運行后，燈光自動開始顯示，有時每次只亮一盞燈，順序從上向下，或是從下向上；有時從底層從下向上全部點亮，然后又從上向下熄滅。運行方式多樣，學生可自行設計。具體講，共有8盞燈，每燈亮1s，順序依次為L1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8→L9→L8→L7→L6→L5→L4→L3→L2→L1，在燈亮的同時，用數碼管顯示燈的編號，循環往復。文中提出了幾種控制方案，并對方案做了比較，目的是能靈活應用各類指令，解決實際問題。

2.八段數碼管的驅動

50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極管產生于1960年。LED是英文light emitting diode（發光二極管）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以LED的抗震性能好。

發光二極管的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管。當它處于正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就能發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。

LED使用低壓電源，特別適用于公共場所；效能高；可以制備成各種形狀的器件；可工作約10萬小時；響應時間快，為納秒級；對環境無污染；改變電流可以變色；價格比較昂貴。基于上述特點，LED在儀器儀表的指示光源、交通信號燈、計量、大面積顯示屏、汽車信號燈、全彩顯示屏等領域都得到了應用。

八段數碼發光管就是8個發光二極管組成的，在空間排列成為8字型帶個小數點，只要將電壓加在陽極和陰極之間相應的筆畫就會發光。8個發光二極管的陰極并接在一起，8個陽極分開，接控制端，因此稱為共陰八段數碼管。另一種是8個發光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極LED顯示器。通常用LED數碼顯示器來顯示各種數字或符號。

3.方案比較

針對引言部分提出的控制要求，我們可以采用以下幾種方案完成。方案一：采用邏輯分析法，依次設計。程序中使用了較多的定時器，T0負責全程，依次減小控制范圍，直到T15，周期為16秒。該方法指令的條數多，程序占據的步多，執行周期慢一些，定時器的個數多，容易混淆。方案二：使用移位指令。程序中有如定時器T1控制的1s時鐘程序，與大循環同步，另一個定時器T0控制大循環，分前半周期（T0小于等于K82），后半周期（T0大于K84）。該方案中設置大循環、小循環，段驛碼等指令，需要對應用指令應用熟練，并且邏輯思辨能力要強。方案三：利用置位、復位指令，將控制要求分為若干個狀態，利用仿STL思想進行狀態法編程。該種方案編程思路清楚，不容易出錯，并且由于采用的是順序控制的思路，很好查詢故障。但是該種方案一定是建立在對順序控制思想相當深入的認識基礎上，并且能從中抽象出仿順控的控制思想并靈活應用。方案四：采用比較傳送指令，一個循環周期是16秒，采用一個16秒的定時器，以10秒為區間劃分，通過定時器的區間比較，驅動相應的輸出（比如如果K0≤T0≤K10，則L1亮，同時數碼管顯示1。），該方案用到的定時器只有一個，思路常規，便于理解，只要在應用傳送時，將要傳送數值對應的十進制或者十六進制數（此處由于占據的位數比較多，采用16進制表征比較方便），準確表達，送給要傳送的位組合數據即可。

4.硬件接線及I/0分配

5.比較傳送方案的設計思路及調試結果

分析：該循環周期為16秒，利用T0實現。以L2為例，說明編程思路。L2在第2秒內和第16秒內亮并顯示2。用T0大于等于10且小于20表示第2秒內，T0大于等于150且小于160表示第16秒內。這樣對于其他字的顯示，依次類推。當然保證每一次控制字的表達正確。改方案中只用了一個定時器T0，并且用其自身的常閉觸點驅動自身的線圈，構造一個16秒的周期，這種方法在構造周期電路鎖定時間時簡潔有效。

按照該思路程序編寫完成后，將PLC上電，同時撥碼開關置于RUN狀態，每燈亮1s，順序依次為L1→L2→L3→L4→L5→L6→L7→L8→L9→L8→L7→L6→L5→L4→L3→L2→L1，在燈亮的同時，用數碼管顯示燈的編號，循環往復。

6.結語

此處探究實現了傳送指令、一個定時器鎖定周期并在周期內通過區間劃分作比較，等指思想實現了天塔之光與數碼管的結合，結果呈現后，經過反思比較，編程可以做如下改進，：八段驛碼的顯示通過應用指令八段驛碼指令SEGD實現減少指令的輸入，事半功倍。

參考文獻：

[1]湯自春.PLC技術應用（三菱機型）（第三版）.高等教育出版社

[2]張東.可編程控制器（三菱機型）.中國工信出版集團，電子工業出版社

[3]XK-SX5C自動化綜合控制實訓裝置實驗指導書.山東星科智能科技股份有限公司 2015.12

[4]史國生.電氣控制與可編程控制技術.北京：化學工業出版社 2003