基于PLC控制霓虹灯的设计

精品资料，值得下载学习！ 成都电子机械高等专科学校成教院 毕 业 设 计（论 文） 论文题目： 基于 制霓虹灯的设计 教 学 点： 重庆科创职业学院 指导老师： 杨小强 职 称： 讲师 学生姓名： 刘 恒 学 号 : 09124211003 专 业： 电气 自动化 技术 成都电子机械高等专科学校成教院制 2011 年 1 月 12 日 精品资料，值得下载学习！ 成都电子机械高等专科学校成教院 毕业设计（论文）任务书 题目： 基于 制霓虹灯的设计 任务与要求： 本文要求 采用可编程序控制器（ 解决自动控制问题成为最有效的工具，霓虹灯的功能定位于装潢照明，其工程 (作品 )的构图，用光，色彩应是霓虹灯工艺与文化艺术的完美结合， 本 霓虹灯设计不仅要有很好的观赏性，还应具有深刻的文化内涵、鲜明的艺术特色和简练塑造出的文化艺术，使之更加符合人们心理和生理上的要求，让人们在美的享受 中产生购物激情、消费欲望和对生活的热爱。 时间 ： 2010 年 11 月 10 日 至 2011 年 1 月 15 日 共 9 周 教 学 点： 重庆科创职业学院 学生姓名： 李 恒 学 号 ： 09124211003 专业： 电气 自动化 技术 指导单位或教研室： 重 庆 科 创职业学 院 指导教师： 杨小强 职 称： 讲师 成都电子机械高等专科学校成教院制 精品资料，值得下载学习！ 毕业设计 (论文 )进度计划表 日 期 工 作 内 容 执 行 情 况 指导教师 签 字 11月 10日至 11月 17日 选题 很 好 11月 18日至 11月 25日 论文提纲写作 良好 11月 26日至 12月 21日 初稿写作 良好 12月 22日至 1 月 6日 二稿写作 良好 1月 7日至1 月 10 日 定稿并上交论文的电子文档 很 好 1 月 11 日至 1 月 15日 做 好论文答辩准备 良好 教师对进度计划实施情况总评 签名： 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。 精品资料，值得下载学习！ 摘 要 改革开放以来，我国霓虹灯业得到了很大的发展，但同时也面临着激烈的市场竞争。霓虹灯进一步的发展已不再是“亮”和“量”的问题。霓虹灯在技术水平，制作工艺，艺术创意，融汇现代科技等方面要有一个质的飞跃，提高霓虹灯的整体质量水平和表现能力，利 用霓虹灯的艺术魅力，为客户创造效益，增加产值，因此对霓虹灯的要求上升到灯光艺术的范畴。 基于可编程控制器（ 成的控制系统，实现设备信号的采集与自动控制 ；工业现场中的这些自动控制问题，如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，采用可编程序控制器（ 解决自动控制问题已成为最有效的工具之一，霓虹灯的功能定位于装潢照明，其工程 (作品 )的构图，用光，色彩应是霓虹灯工艺与文化艺术的完美结合，霓虹灯设计不仅要有很好的观赏性，还应具有深刻的文化内涵、鲜明的艺术特色和简练塑造出的文 化艺术，使之更加符合人们心理和生理上的要求，让人们在美的享受中产生购物激情、消费欲望和对生活的热爱 。 关键词 ： 霓虹灯 、 灯管 、 变压器 精品资料，值得下载学习！ it in is no a in so be a in of of of to up to of of in as of , to of of in of be a of a is to it s to of of 精品资料，值得下载学习！ 目 录 第一章 霓虹灯控制简介 . 1 第二章 霓虹灯的发展及工作原理 . 3 第一节 霓虹灯发展 . 3 第二节 霓虹灯的原理 . 3 第三节 霓虹灯的主要部件 . 5 第四节 霓虹灯变压器 . 5 第三章 霓虹灯在 的应用 . 7 第一节 虹灯控制系统 . 7 第二节 选择 . 8 第三节 电源模块及其它外设的选择 . 9 第四节 输入回路的设计 . 9 第五节 输出回路的设计 . 10 第六节 网络设计 . 12 第七节 软件编制 . 12 结束语 . 13 谢 辞 . 14 参考文献 . 15 精品资料，值得下载学习！ 第一章 霓虹灯控制简介 霓虹灯是由英文 “ 氖灯 ” ，即 “得来的， “ 霓虹 ” 两字实际上是 “的译音，而现在人们已经把 “ 霓虹灯 ” 当作专用词运用了。 霓虹灯的发展可以追溯到英国物理学家和化学家法拉第对气体放电的研究，电流通过含有少量正负离子的气体时，受紫外线、宇宙射线、微量放射物 质的作用，在足够高的外加电压作用下运动，并与中性气体分子碰撞后，使中性分子发生电离，因而离子的数目倍增。电流通过气体时还伴有发光现象，即所谓的辉光放电。其发光的颜色随所充气体的不同而不同。法拉第的理论及其在实验上的成就，为霓虹灯技术的发展奠定了坚实的基础。 霓虹灯始源于法国。当时所用的灯体玻管的直径为 45 毫米，先将玻璃管弯制成所需的文字或图案，然后再用 1 只电压为 1 万多伏的变压器供电，使之发光。当时，灯管两端电极采用石墨制成，内部充入氮气或二氧化碳气体，前者会发红光，后者发白光。由于这两种气体较活泼，很容易和 石墨电极起化学反应，阴极溅散出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管内的气体，使灯管的充气压力很快下降，致使霓虹灯的寿命很短。当时为了解决这个问题，特在霓虹灯管上加 1 个特殊的电磁阀门，并在霓虹灯使用一段时间以后再往灯内重新补充一定量的气体，但这样做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，这种灯不仅寿命短、制作工艺复杂，而且造价昂贵，很难普及。 在 1907 年至 1910 年期间，科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用这一发明，在霓虹灯内充入一定的惰性气体，这样就明显减缓了气体在灯管内部的消耗速度， 颜色也丰富了，可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前夕，光致发光的材料被研制出来了。这种材料不仅能发出各种颜色的光，而且发光效率也高，我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后，霓虹灯的亮度不仅有了明显提高，而且灯管的颜色也更加鲜艳夺目，变化多端，同时也简化了制灯的工艺。故在第二世界大战结束后，霓虹灯得到了迅猛的发展。 霓虹灯按其玻璃管内壁所涂粉的不同，档分为 3 种类型：第一种是玻璃内壁不涂任何荧光粉，直接采用无色透明的玻璃管，通常称为明管；第二种是在透明玻璃管内壁涂有荧光粉，我们称它为粉管；第三种 是采用彩色玻璃管，且在玻璃管内壁均匀涂上荧光粉，我们称它为彩管。 霓虹灯的寿命在正常情况下高于日光灯和白炽灯，要达到这一水平必须做到三点： 1、制作人员水平过硬，排气人员轰击去气得当、彻底； 2、启动它的变压器不得超载； 3、安装人员细致合理的安装；只要做到以上要求，实践证明霓虹灯的寿命 精品资料，值得下载学习！ 是高于日光灯和白炽灯，而且本公司已有这样的成功范例。 目前，霓虹灯在 制中得到了广泛的应用，霓红灯工作原理主要是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在 1160K 温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰 撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出 紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在 1160K 左右，比白炽灯工作的温度 2200很多，所以它的寿命也大提高，达到 5000 小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦 50流明以上。一只 7瓦的三基色节能灯亮度相当于一只 45瓦的白炽灯，而寿命是普通白炽灯泡的 8 倍。 霓虹灯是一种冷阴极放电管，把直径为 12 15毫米的玻璃管弯 成各种形状，管内充以数毫米汞柱压力的氖气或其他气体，每 1 米加约 1000 伏特的电压时，依管内的充气种类，或管壁所涂的荧光物质而发出各种颜色的光。通电时，电流通过镇流器产生高压点燃灯管，灯点亮后，镇流器起到电阻作用，保护霓虹灯不被大电流烧坏。 精品资料，值得下载学习！ 第 二 章 霓虹灯的 发展及 工作原理 第一节 霓虹灯 发展 随着我国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢，随着我国加入 国际水平的差距将越来越小，在不久的将来必将赶超国际先进水平，但在目前市场竞争的条件下，也 确有少数厂商缺乏诚信，在一些用户不懂霓虹灯的性能、质量的情况下，生产、制作低劣产品在市场上低价倾销，影响霓虹灯的声誉。 霓虹灯是一种冷阴极辉光放电管，其幅射光谱具有极强的穿透大气的能力，色彩鲜艳绚丽、多姿，发光效率明显优于普通的白炽灯，它的线条结构表现力丰富，可以加工弯制成任何几何形状，满足设计要求，通过电子程序控制，可变幻色彩的图案和文字，受到人们的欢迎。 霓虹灯的亮、美、动特点，是目前任何电光源所不能替代的，在各类新型光源不断涌现和竞争中独领风骚。 由于霓虹灯是冷阴极辉光放电，因此一支质量合格的霓虹 灯其寿命可达20000时。 为了使大用户熟悉霓虹灯，了解霓虹灯，我们在此简要介绍一些霓虹灯的品种、规格以及制作霓虹灯的主要器材，以帮助用户识别 “ 霓虹灯 ” 的优劣。 第二节 霓虹灯 的原理 当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，能激发产生大量的电子。这些激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离 而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞，多余的能量就以光子的形式发射出来，这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。 精品资料，值得下载学习！ 图 2件接线图 常见的霓虹灯，主要为三个部分：灯管、变压器、跳机。 一、 灯管 按填充的材料分，一般有两种：即石灰料灯管和红丹料灯管；按管壁着色类型分，有色管和无色管。在深圳，霓虹灯颜色表现仅有十二三种，相对其他的广告形式，色彩表现范围要窄的多。在行业的发展趋势上，变色霓虹灯管、光纤霓虹灯管、彩色塑虹灯管、无极霓虹灯和低压霓虹灯引领着我们行业的发展 ，并且在深圳本地都有着一定范围的推广和应用。 二、 变压器 市场上只有注塑（电子节能变压器）和铁芯（电感式漏磁变压器）两种，其中铁芯变压器的性能稳定可靠，不足之处是笨重、耗电量大、成本高。目前，广泛使用的是注塑的电子节能变压器，它的优势在于轻巧、耗电量小、成本低，美中不足的是对灯管负载变化的适应性、电磁的干扰、工艺的成熟和性能的稳定方面都不及铁芯变压器，造成本地的部分公司和企业还在使用铁芯变压器。 三、 跳机 长期以来，霓虹灯扫描仪一直使用机械触点的滚动式控制，其引起的燥声和电磁干扰不受大家的欢迎。现在， 大多数的霓虹灯扫描仪都采用电子集成的模块 精品资料，值得下载学习！ 化设计，利用单片机和计算机汇编语言，控制霓虹灯广告的讯号变化，使得霓虹灯的跳闪程序新颖多变。 第三节 霓虹灯的主要部件 （ 1）以规格分有直径为 : 67891012151820粗细。 （ 2）以玻璃材质分： 钠玻璃管（或称石灰料玻璃管）这种玻璃管稳定性差，受潮后极易变质、泛碱（风化），牢度差易爆裂。目前在我国使用此种材料的约占 80%左右。 铅玻璃管（又称红丹料玻璃管）其热性能、机械性能 、电性能、化学稳定性能、真空性能和光学性能优于钠玻璃，其耐候性、使用寿命大大超过钠玻璃，目前国际上通用大都是这种铅玻璃管，我国目前使用量已达 20右，凡是追求质量好的制作厂家，用户都选用铅管制作霓虹灯。铅玻璃又以含铅量多少分为：重铅玻璃、中铅玻璃和轻铅玻璃。 彩色玻璃管，这种玻璃管，在拉制玻璃管时已充入染料，生产出的玻璃管已呈彩色玻璃管。 （ 3）以霓虹灯管内涂荧光粉材料分： 目前使用的多数霓虹灯管喷涂的是 “ 普通荧光粉 ” ，这种粉价格比较便宜，一般也能满足各种色彩的要求。 “ 三基色 ” 荧光 粉，（也称稀土荧光粉）与普通荧光粉比较，其亮度、色度、鲜度更佳。 （ 4）喷涂荧光粉的工艺又分水涂和胶涂二种。 水涂即用醇，酮溶济混合荧光粉喷涂在灯管内壁，让其自然干燥。 胶涂即用胶液混合荧光粉喷涂，再用烘箱烘干，其粘度、牢度大大优于水涂粉管。 目前先进国家大都有采用三基色胶涂含铅玻璃管制作霓虹灯，我国目前已有部分厂商使用这种霓虹灯管。 第四节 霓虹灯变压器 （ 1）霓虹灯漏磁变压器，（又称电感变压器、铁芯变压器）其特点是：可靠性好，负载灯管亮度高， （ 2）光色一致，寿命长，缺点是比较笨重，目 前国外及上海的户外霓虹灯大多数采用这种变压器。 精品资料，值得下载学习！ 电感变压器的规格有： 369121518 （ 3）电子变压器（也称高频冷启动管形放电灯（霓虹灯）电子转换器或霓虹灯电源）其优点是：重量轻、制造方便、节约金属材料，目前国内生产电子变压器质量稳定，有一定规模，其中有的企业还批量出口。但有不少单位生产的电子变压器亮度达不到应有亮度，在室外使用就有点相形见拙。 电子变压器又分直流和交流二种，直流电子变压器由于单向导通往往会产生灯管一头亮一头暗的情况。又因电子变压器输出频率会受到负 载灯管长度的影响，在同幅霓虹灯中，由于每笔灯管长短不一也会产生灯色不匀等现象。有些生产厂家为了降低成本，不愿采用高质量高品质的电器元件，而且加工工艺简陋，故可靠性差，寿命短。 电子变压器的规格有： 40W、 60W、 80W、 100W 等规格，也有称 4 米机、 6 米机、 8 米机、 10 米机、 12 米机等。 要真正生产符合霓虹灯使用要求的电子变压器也是可以做到的，但其价格就会接近电感变压器的价格，为了低价竞销，获取市场份额，一些厂商牺牲霓虹灯的亮度、可靠性、寿命来获得市场利润。 一、 程序控制器分 （ 1）普通式电子程序控 制器 ； （ 2）渐变式电子程序控制器 。 二、 霓虹灯高压线分 （ 1）普通高压线，即塑料高压线，这种高压线价格便宜，但塑料容易老化，室外使用不久塑料就要老化引起拉火等，安全性较差。 （ 2）硅橡胶绝缘高压线，是目前较理想的霓虹灯连接线，安全性强，可靠性好。 精品资料，值得下载学习！ 第 三 章 霓虹灯 在 的应用 第一节 虹灯 控制系统 图 3虹灯 控制系统 流程 框图 精品资料，值得下载学习！ 第二节 选择 一、 输入接线方式选择 按输入电路接线方式的不同，开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入两种，如图 3式。 (a) 汇点式输入 (b) 分组式输入 图 3输入接线方式 二、 开关量输出模块的选择 1 输出方式的的选择 开关量输出模块有三中输出方式：继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。 2 输出接线方式的选择 输出接线方式不同，一般有分组式输出和分隔式输出两种，如图 3 (a) 分组式输出 (b) 分隔式输出 图 3 输出接线方式 精品资料，值得下载学习！ 第三节 电源模块及其它外设的选择 1电源模块的选择 2编程器的选择 一、 网络应用中的配置 这个系统 的关键要存储大量数据，并要有通讯能力。 I/O 点不多，由若干输入点即可，不用输出点。另外，要配有系统时钟。 故较理想的配置是用具有通讯口，并具有较大 的 ，再配上有系统时钟的内存。即： 带 16 点的输入模块），并带有 。 存 4K 用户程序，并带有系统时钟。 流电源，并提供 24V 直流电源，供输入点使用。 如远程通讯，再配上 二、 程的选购 是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。 这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。 是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。 是用 人计算机加 件包编程，这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的 发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试。 因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购品。 尽量选用大公司的产品其质量有保障，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展 与软件升级。 第四节 输入回路的设计 1、电源回路 电电源一般为 240V（也有 适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、 1： 1 隔离变压器等）。 2、 源的使用各公司 品上一般都有 源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短 精品资料，值得下载学习！ 路措施（因为该电源的过载或短路都将影响 运行）。 3、外部 源 若输入回路有 电的接近开关、光电开关等，而 源容量不够时，要从外部提供 源；但该电源的“ ”端不要与 “ ”端以及“ 相连，否则会影响 运行。 4、输入的灵敏度各厂家对 输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司 列 输入值为： 7动电流为 4 5断电流小于 1 5此，当输入回路串有二极管或电阻（不能完全启动），或者有并联电阻或有漏电流时（不能完全切断），就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于 最大输入电流时，也会 引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的 入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 输入端。 第五节 输出回路的设计 一、 各种输出方式之间的比较 （ 1）继电器输出： 优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达 2A点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至 万次之间，有的公司产品可达 1000 万次以上，响应时间为 10 （ 2）晶闸管输出： 带负载能 力为 ，只能带交流负载，可适应高频动作，响应时间为 1 （ 3）晶体管输出： 最大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为 右，但它只能带 30V 的负载，最大输出负载电流为 0 5A/点，但每 4 点不得大于 其输出的波形框图如下： 精品资料，值得下载学习！ 图 3出波形框图 当你的系统输出频率为每分钟 6 次以下时，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为 10 次 下时，既可采用继电器输出方式；也可采用 出驱动达林顿三极管（ 5 10A），再驱动负载， 可大大减小。 二、 抗干扰 抗干扰与外部互锁当 出带感性负载，负载断电时会对 输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护 两个物理量的输出在 部已进行软件互锁后，在 外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。 “ 的选择不同的 品，其“ 的数量是不一样的，有的一个“ 带 8 个输出点，有的带 4 个输出点，也有带 2 个或 1 个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“ 带 1 2 个输出点的 品；当负载数量多而种类少时，采用一个“ 带 4 8 个输出点的 品。这样会对电路设计带来很多方便，每个“ 处加一熔丝， 1 2 个输出时加2A 的熔丝， 4 8 点输出的加 5 10A 的熔丝，因 部一般没有熔丝。 部驱动电路对于 出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（ 示。印制板应做成插拔式，易于维修。 精品资料，值得下载学习！ 第六节 网络设计 当用 行网络设计时，其难度比 机控制大得多。首先你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较