基于PLC控制的霓虹灯广告屏控制系统.doc

毕业论文题 目：基于PLC控制的霓虹灯广告屏控制系统姓 名：系 别： 班 级： 学 号：指 导 教 师：日 期： I摘 要摘 要随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为展现自己的形象和产品,一般都会采用通过霓虹灯广告屏来这种广告手法，所以当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告随处可见。这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等诸多控制问题，如何去快捷、可靠、简单的去控制，成为人们考虑的重点，在这我认为PLC最适合去解决这些问题，因为PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。并且PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的方面具有比较突出的优势，在现实中人们也是多通过PLC去控制霓虹灯的。关键词：PLC；霓虹灯；单片机；三菱仿真器FXGPWINIAbstractCeaselessness reforming subsequently is thorough , the socialist market economy ceaselessness prosperous and develops, big middle-sized and small cities spend a project all in the light being in progress. Enterprise is to display self image and the product , the general city is adopt to do this advertisement by neon sign screen therefore gimmick, thinking that we walk in night on the main street, the miscellaneous neon sign of both sides of the street can be seen everywhere. This deals with a lot of control problems such as go out , evasive bright time and the direction being on the move how to go to control a neon right away , how to go and go and controlling rapid , reliable , simple , become the priority that people considers, I think that PLC is be fit to go and resolve these problems , strong , use face to go to the lavatory , adapt to because of PLC has General Availability most broad , the high , anti-interference ability of reliability is strong , the programming waits for a characteristic simplely in this. And PLC controls aspect in controlling especially in proper order in the industrial automation having comparatively outstanding advantage, in real go-betweens are also to go to control a neon much by PLC.Keywords: PLC; Neon; SCM; Mitsubishi Simulator FXGPWIN目 录目 录摘 要IAbstractII目 录I1、绪论21.1选题意义21.2 霓虹灯的发展潜力21.3霓虹灯的历史21.4霓虹灯的现状41.5 PLC的性能指标51.6 PLC的工作原理72、霓虹灯变压器的设计102.1霓虹灯的工作原理102.2霓虹灯的结构与部件102.3高可靠性霓虹霓虹灯的设计123、控制系统分析163.1需求分析163.2 I/O分配表及PLC型号选择174、 霓虹灯控制系统设计194.1 PLC端子接线图194.2 控制流程的设计194.3梯形图与指令表的设计235、系统测试305.1调试仿真305.2程序运行原理说明32总 结33致 谢34参考文献35I毕业论文1、绪论1.1选题意义随着改革的不断深入，社会主义市场经济的不断繁荣和发展，大中小城市都在进行亮化工程。企业为展现自己的形象和产品，一般都会采用通过霓虹灯广告屏来这种广告手法，所以当我们夜晚走在大街上，马路两旁各色各样的霓虹灯广告随处可见，一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管,另一种为日光等管或白炽灯管作为光源，另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果，大部分是采用霓虹灯。这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等诸多控制问题，如何去快捷、可靠、简单的去控制，成为人们考虑的重点，在这我认为PLC最适合去解决这些问题，因为PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。并且PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的方面具有比较突出的优势，在现实中人们也是多通过PLC去控制霓虹灯的。选择这个题目作为毕业设计，既能通过这次设计复习学过的PLC知识，而且还能提高自己的设计水平，并且在一定程度上提高自己在找相关工作的成功率。所以我选择了这个题目。1.2 霓虹灯的发展潜力霓虹灯以它斑斓夺目的色彩、生动逼真的形态、耀眼夺目的照明为夜间城市的购物中心招徕顾客、文化娱乐中心吸引游客营造气氛，给夜间城市的购物活动带来方便，给文化娱乐活动增添情趣。霓虹灯营造了夜间城市的绚丽多姿和繁华，它已成为现代城市商业繁荣的标志之一。霓虹灯问世已有近百年的历史，虽然它在原理上仅仅是一种简单的冷阴极辉光放电管，但在经济繁荣、科学技术发展的进程中，不仅没有被淘汰，反而日益兴旺。霓虹灯长盛不衰的原因在于:(1)霓虹灯能节约能源，它的发光效率明显优于普通白炽灯，甚至在某些光色的比较上，它可比白炽灯节电5倍以上。(2)霓虹灯表现力丰富，它儿乎可以加工成任意形状来满足设计上的要求，无论点、线、面的造型都独具魅力，这是电光源领域中任何其它种类的光源所难以比拟的。(3)霓虹灯的色彩缤纷、绚丽多姿又是它的特色，随着近代科学的发展，研制成功三基色稀土荧光粉产品，根据色度学的三基色混光原理，人们几乎可以得到能辐射任何色彩要求的荧光粉来满足各种色彩的霓虹灯的要求。(4)霓虹灯还可以通过电子电路的控制，形成变幻色彩的图案和文字，强烈的动感还能产生很强的表现力，吸引人们的视觉效应。(5)霓虹灯的辐射光谱具有极强的穿透大气的能力，即使人们站在很远处，仍能让这种光泽映入眼帘，产生视觉反应的效果，这个特性正是广告装饰光源所最迫切需要的。1.3霓虹灯的历史霓虹灯有着一个很形象的名字，五光十色、变幻莫测的灯光，犹如天上的霓虹。但它的名字并非据此而起的，而是从英文词汇NEON LAMP一词翻译过来的。NEON一词是指惰性气体中的氖气。因为早期的霓虹灯都是充氖气，NEONLAMP一词按其词意应译为氖气灯，但NEON一词的发音恰似汉语中的霓虹，意思与形象十分贴切。于是霓虹灯成了一个绝妙的译名，一直被沿用下来。霓虹灯的历史可以追溯到十九世纪法拉第对气体放电的研究。由于他发现了电磁感应定律，改进了感应圈，使气体放电的研究工作开展起来。法拉第还研究过各种形式的气体放电，并确定了各种放电形式产生的条件。还有十九世纪五十年代盖斯勒放电管的出现，以及后来克鲁克斯放电管的发明。这些放电现象的研究，吸引了当时许多科学家，从而有了伦琴发现x光和汤姆森发现电子的结果。而放电管中不同气压和不同气体时色彩变化，也吸引了科学家对它的应用进行研究。1893年谬勒倡导把气体放电的丰富色彩和明亮光线运用于照明。1904年已经初步试制出了霓虹灯，它的灯管直径是45毫米、长60米，用次级电压为一万多伏的变电器供电，当时霓虹灯管的电极是石墨制的，管内充的是氮气或二氧化碳，前者发粉红色光，后者发白光。由于这些气体较活泼，易和电极起化学反应，阴极溅射出来的石墨在玻璃上形成薄膜，强烈吸收这些气体，使放电管内气压很快下降，所以这种霓虹灯寿命很短。为了解决这个问题，在霓虹灯管上加个特殊的电磁阀门，一定时间后往灯管内放人一定量气体。这种灯不仅寿命短、使用不便，而且造价也高，所以很难推广。1907年克劳特和林德发明了利用液态空气分馏提取惰性气体的新方法，使惰性气体的工业生产成为可能。1910年法国科学家克劳特将各种惰性气体代替原来的活泼气体，充入霓虹灯管，改变了霓虹灯内充的气体成分，从而大大减慢了气体在灯管内消耗的速度，为实用的霓虹灯打下基础。1910年世界上第一支商业性霓虹灯在巴黎的皇宫大厦作照明装饰获得成功。同时惰性气休的应用也丰富了霓虹灯的色彩，使它具有艺术性、装饰性的效果。在灯的家族中独树一帜，占其特殊地位。这是霓虹灯发展历史上一项重大突破，从此霓虹灯止式诞生。克劳特于1915年获得霓虹灯发明专利。此后霓虹灯的优越性被充分认识，于上个世纪二十年代在世界各地得到迅速发展。此时的霓虹灯都是采用无色玻璃管制作，利用辉光放电正柱区的辉光作光源，充入气体的种类决定了灯的颜色。表1-1给出了填充气体正柱区内的颜色特征。表1-1 正柱区内填充气体的放电颜色气体名称氦氖氩氪氙化学符号HeNeArKrXe发光颜色黄红蓝紫鲜蓝发现时间18681898189318901900这种霓虹灯的原理较为简单，有许多缺点:第一，彩不够丰富。透明玻璃管霓虹灯的灯色完全由填充气体决定。若所要求的色彩没有气体与之对应，就无法得到这种色彩，色彩种类受到很大限制。第二，有些色彩要求的填充气体制各复杂，成本很高，导致霓虹灯价格昂贵，无法普及应用。第三，为了丰富透明玻璃管霓虹灯的色彩常采用在玻璃管壁上涂敷其它色彩的方法。这种方法虽改善了其色彩选择范围，但降低了光效，浪费能源。第四，制造透明玻璃管霓虹灯过程当中除气、充气工艺比较复杂，霓虹灯成品率低。二次世界大战前夕，人们在光致发光的研究中有了新的突破。一种能用紫外辐射激发而发可见光的荧光粉被制造出来。它能利用汞蒸气放电辐射出的紫外线，激发出数十种不同颜色的可见光，其色彩大大丰富，便霓虹灯的装饰照明作用得到很大提高。同时荧光粉的使用提高了灯的光效，降低了灯的成本。制作工艺也简化了，所以得以大量推广应用。近年来发展起来的三基色荧光粉采用不同的荧光粉配比，可调节白光的色温和霓虹灯的光色，为霓虹灯的应用开辟了一个新阶段。1.4霓虹灯的现状人们还在研究各种新型霓虹灯及配套装置。近年来，在电光源学科研究中，逐步出现了个边缘学科，即灯用电子学。这一新学科的形成给电光源技术、工艺带来了重大的突破，从深度和广度两个方面促进着电光源的发展。目前，己出现的电子镇流器、电子触发器、电子启辉器和电子变压器等新的电子部件，成功应用于光源产品中。新型的电子部件与霓虹灯相结合的产物:霓虹灯电子变压器、扫描式霓虹灯控制器和变色霓虹灯等新产品也不断涌现。而在这些新的电子部件中，尤以电子变压器特别引起霓虹灯行业的关注和欢迎。霓虹灯长期沿用的漏磁变压器，性能稳定可靠，制造也已日趋成熟，但它还存在一些明显的缺点。如它的体积较大因而显得笨重，一台规格45OVA的漏磁变压器重量达1OKg，功率大，功率因素低，造价高，耗材多，在安装、使用和维修上不方便。新型电子变压器的研究正是针对这些缺点，经过科技人员的长期努力，终于实现了每个可带6-8m长的霓虹灯的电子变压器，其价格仅为30元左右，从而实现电子变压器实际应用于霓虹灯技术中。节能电子变压器具有重量轻，节电、功率因数高、维修和安装方便等优点，因此目前在美国已大量被推广使用。我国特别是在广州、北京和上海地区，节能型型电子变压器研制也十分活跃，应用日趋广泛。但作为一种新型电子器件的发展，它还存在不够成熟的地方，迫切需要进一步完善，例如对灯管负载变化的适应性，电磁干扰的克服，工艺的成熟和性能的稳定等。正因为这个原因，在欧洲和亚洲大多数国家的霓虹灯都依然使用电感式漏磁变压器。国内外为了推厂和改善节能电子型变压器质量，由国际照明委员会(CIE)，国际电工委员会(IEC)，德国的工业电器质量委员会(TUV)，和中国照明学会(CIES)都制定出节能电子变压器质量的推荐标准，相信随着研究工作的深入和电子元件加工工业的进步，克服现有不足之处的电子变压器一定会在霓虹灯行业中占主导地位，这一发展趋势己成为霓虹灯科技人员的共识。一些特殊效果变压器为霓虹灯提供了激动人心和不同寻常的活力和灵活性，也代表霓虹灯品种的发展趋势。它们是:（1）书写式霓虹幻变压器一些电子变压器具有调光功能，与控制信号如音乐信号连接在起来，能创造出脉冲效果，允许连续的增强或减弱，产生所谓书写效果，即本文研究的变压器。而书写变压器也有资料上称为呼吸式霓虹灯变压器。光可以在发光管的一端出现，流到发光管的另一端，还能再返回。（2）变色霓红灯还有一种 颜色转换霓虹灯变压器使用于特殊的发光管，有选择地激活管中某种气体，产生连续、不同颜色的交替变换，产生单管变色效果。变色霓虹灯管由70年代后期日本的青野正明等人首先提出了变色气体放电概念，自此以后有许多科技人员进行深入的研究.1988年东南大学在实验室里采用锯齿波电压激励63mm长的放电管初步观察到了放电管的变色现象。1992年，日本科技人员在第六届国际电光源技研讨会上，发表了可变光色的放电灯论文，并在会上展示了样品。变色霓虹灯管的出现和发展，受到人们的重视和欢迎，随着电子技术和气体放电研究的深入，这种变色霓虹灯技术会日趋成熟，并有可能得到越来越广泛的应用。（3）单电极、无电极变压器霓虹灯单电极霓虹灯它只有一个电极，体积小、亮度低，常用于雕塑作品和精选建筑物背景，效果很好。还有一种无电极霓虹灯，因为无极气体高频放电灯具有高光效、长寿命、无噪声等优点，制造过程中的电极加工、处理和封排全部简化，同时把传统霓虹灯所需的芯柱电极、引线、玻璃套、绝热片和支撑架全部革除，它可使霓虹灯的寿命得到极大的提高，甚至达到6一8万小时（4）低压电子霓虹灯一种低压电子霓虹灯也引人注意，这种霓虹灯区别于高压电子霓虹灯，既安全不易触电着火，还可采用无汞工艺来加以制作，从而不会伤害人体健康或污染周围环境，还具有功耗低、省电、耐用以及扫描功能。因而这类低压电子霓虹灯已引起了世界各国霓虹灯行业的关注，并已经出现了数十种的产品。还有光纤霓虹灯、彩虹霓虹灯等等。相信不久的将来，还会有各种新的霓虹灯产品涌现，丰富、美化我们的生活。另外人们正在不断研究霓虹灯的新用途，艺术家也积极地投入这项工作，让霓虹灯技术与艺术的结合得愈来愈紧密，在建筑业霓虹灯的造型使建筑物在晚间旱现出比白大更美的魅力，它能构划出建筑物新的风格，使建筑物色彩艳丽、栩栩如生，更好地吸引人们的注意力。购物中心和娱乐场所常常大量使用霓虹灯进行的内部装饰，用具体或抽象的霓虹灯图案，单独或与其它手段合用，实现功能与艺术的完美结合。1.5 PLC的性能指标为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：可靠性高，抗干扰能力强。（1）工业生产对控制设备的可靠性要求：平均故障间隔时间长，故障修复时间（平均修复时间）短任何电子设备产生的故障，通常为两种：1）偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。2）永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。（2）通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。（3）功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。（4）编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。（5）减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。（6）体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司的FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。（7）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。（8）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。1.6 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。FX系列PLC:（1）FX系列PLC性能介绍尽管FX系列中FXOS、FX1S、FX1N、FX2N等在外形尺寸上相差不多，但在性能上有较大的差别，其中FX2N和FX2NC子系列，在FX系列PLC中功能最强、性能最好。FX系列PLC主要产品的性能如表1-2所示。表1-2 FX系列PLC主要产品的性能比较型号I/0点数基本指令执行时间功能指令模拟模块量通信FX0S10301.63.6s50无无FX0N241281.63.6s55有较强FX1N141280.550.7s177有较强FX2N162560.08s298有强（2）FX系列PLC的环境指标FX系列PLC的环境指标要求如表1-3所示。表1-3 FX系列PLC的环境指标环境温度使用温度0550C，储存温度-20700C环境湿度使用时35%85%RH（无凝露）防震性能JISC0911标准，1055HZ，0.5(最大2G),3轴方向各2次(但用DIN导轨安装时为0.5G)抗冲击性能JISC0912标准,10G,3轴方向各3次抗噪声能力用噪声模拟器产生电压为1000伏(峰峰值)、脉宽1s、30100Hz的噪声绝缘耐压AC1500V,1min(接地端与其他端子间)绝缘电阻5M以上（DC500V兆欧表测量，接地端与其他端子间）接地电阻第三种接地，如接地有困难，可以不接使用环境无腐蚀性气体，无尘埃。（3）FX系列PLC的输入技术指标FX系列PLC对输入信号的技术要求如表1-4所示。表1-4 FX系列PLC的输入技术指标输入端项目X0X3（FX0S）X4X17（FX0S）X0X7（FX0N、1S、1N、2N）X10（FX0N、1S、1N、2N）X0X3（FX0S）X4X17（FX0S）输入电压DC24V10%DC12V10%输入电流8.5mA7mA5mA9mA10mA输入阻抗2.7k3.3 k4.3 k1 k1.2 k输入ON电流4.5mA以上4.5mA以上3.5mA以上4.5mA以上4.5mA以上输入OFF电流1.5mA以下1.5mA以下1.5mA以下1.5mA以下1.5mA以下输入响应时间约10ms, 其中：FX0S、FX1N的X0X17和FX0N的X0X7为015ms可变，FX2N的X0X17为060ms可变输入信号形式无电压触点，或NPN集电极开路晶体管电路隔离光电耦合器隔离输入状态显示输入ON时LED灯亮（4）FX系列PLC的输出技术指标FX系列PLC对输出信号的技术要求如表1-5所示。表1-5 FX系列PLC的输出技术指标项目继电器输入晶闸管输出晶体管输出外部电源AC250V或DC30V以下AC85240VDC5V30V最大电阻负载2A/1点、8A/4点、8A/8点0.3A/点、0.8A/4点（1A/1点2A/4点）0.5A/1点、0.8A/4点（0.1A/1点、0.4A/4点）（1A/1点、2A/4点）（0.3A/1点、1.6A/16点）最大感性负载80VA15VA/AC100V、30VA/AC200 V12W/DC24V最大灯负载100W30W1.5W/DC24V开路漏电流1mA/AC100V2mA/AC200v0.1mA以下开路漏电流1mA/AC100V2mA/AC200v0.1mA以下开路漏电流1mA/AC100V2mA/AC200v0.1mA以下响应时间约10msON：1ms，OFF：10msON：0.2ms、OFF：0.2ms大电流OFF为0.4ms以下电路隔离继电器隔离光电晶闸管隔离光电耦合器隔离输出动作显示输出ON时LED亮通过以上资料分析，我选择了FX2N-48MR-001，虽说FX1N也可以完成此项设计，但FX2N是FX系列最先进的产品，在这我没有考虑到成本问题，主要考虑到就业以后从事设计的需要，FX系列是日本三菱的产品，在这我简单介绍一下PLC的三大主流，即美国、欧洲、和日本，欧美在大型机方面见长，而日本在小型机方面比较占优势。日本的小型PLC最具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。日本有许多PLC制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70的份额。三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力。继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出FX系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。FX2N几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如FXOS、FX1S、FX0N、FX1N及系列等产品。FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。2、霓虹灯变压器的设计2.1霓虹灯的工作原理霓虹灯采用正常辉光放电形式工作，具有辉光放电的基本特征，正离子轰击阴极使阴极发射二次电子来维持放电，阴极电流主要由正离子所贡献。由于是正常辉光放电，所以在一定的电流范围内， 阴极的电流密度不变，阴极位降不变。阴极位降大约为100一20伏，为正离子加速提供能量。工作电流依赖于灯管直径、电极种类、气体种类及充气压强，一般在15-60mA，太小使霓虹灯发光暗淡，太人又会进入异常辉光放电，加重阴极溅射而缩短灯的寿命。相对于霓虹灯管管径，霓虹灯的灯管一般总是比较长，可以使正柱区足够长，使正柱区得到比电极损耗更大的电压降，从而提高光效。一般使用漏磁变压器的霓虹灯管启动电压达15000V，工作电压也有7500V，均相当的高。为提高变压器的使用效率，实际工作时，总是把几支霓虹灯串接起来，共用一台变压器，常见的铁芯变压器可以带动多达十米的霓虹幻灯管，以求合理匹配。霓虹灯的开关次数不影响使用寿命，适合制作广告背景扫描。2.2霓虹灯的结构与部件一般的商品用霓虹灯多采用冷阴极辉光放电形式1作。典型的冷阴极霓虹灯的结构如图2-1所示。主要由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。图2-1 霓虹灯的结构（1）玻璃灯管玻璃灯管根据要求弯制加工成直线状或异形曲线状的文字或图案。玻璃管主要用来填充工作气体，限制放电区域，保持真空和透射光线。玻璃灯管以直径规格分为：6、7、8、9、10、12、15、8、20mm等；以玻璃材质分：钠玻璃管(俗称石灰料玻璃管)及铅玻璃管又称红丹料玻璃管)。钠玻璃管稳定性差，受潮后极易变质、泛碱(风化)，牢度差易爆裂。目前国内大部分采用的是石灰料即钠钙玻璃，与国外采用的红丹料玻璃即铅错玻璃质量相差较大，存在问题为：采用的钠钙玻璃内氧化锰杂质含量过大；钠钙玻璃的化学稳定性差，玻璃表面长期使用后的透明度降低，使灯的光衰加剧：玻璃中的纳原子向玻管的内表扩散，溶入荧光粉晶体中，使荧光粉劣化；如果在弯制过程中加温过甚，玻璃中的纳原子析出与汞化合形成黑色的吸光纳汞齐膜，使荧光粉的光效率大为下降。铅玻璃管其热性能、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。玻璃管可以是透明的(俗称明管)，也可以是涂有荧光粉的(俗称粉管)，依据所需获得光色而定。明管所充的工作气体通常为惰性气体，不同的惰性气体有其不一样的发光光谱特性。以氖气最为常见，发红色光，此时氖气不仅参与放电，而且也参与发光。粉管内涂各种规格荧光粉，内充氢气及少量金属汞，汞蒸激发辐射2537埃紫外线，被荧光粉吸收而产生荧光，氛气作用提高光效和降低着火电压。霓虹灯管内涂荧光粉材料分为：普通荧光粉和三基色荧光粉。目前使用的大多数粉管是普通荧光粉，这种粉价格比较便宜，一般也能满足各种色彩的要求。而三基色荧光粉，与普通荧光粉比较，其亮度、色度、鲜度更佳。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。在玻璃管两端各置一个金属电极，作为发射电子和收集电荷之用。常用电解铜或镀镍铁制成圆锥形，有足够的发射面积，保证散热和降低阴极电位。电极要能经受质量相当大的正离子轰击而不致升温过高，不熔化和减少阴极溅射。金属电极外有云母片，其作用一是支撑电极，二是隔热，防止在真空除气过程中，电极升温过高导致外玻璃管炸裂。电极作为霓虹灯管的核心部件，其质量与性能的优劣将直接影响灯管的寿命。质量好的灯管除了对真空度有较高的技术要求外，更重要的是必须有一对发射性能良好的电极，即电极壳的表层通过轰击加热的过程中，能形成一层非常有利于电子发射激活层。若在轰击中，完全丧失了这一激活层，那么真空度再高，其寿命也不会超过1000小时的。实验也证明了灯管寿命不是跟真空度成正比关系。实际上，灯管的寿命与电极的性能和结构有着紧密的联系着的。所有的气体放电灯，除应保持必要的真空度外，更重要的是其电极的发射性能及电极的使用寿命。霓虹灯的电极发射电子是由正子轰击阴极表面而产生二次电子发射的。它取决于阴极的材质及阴极的表面状态。实验证明，当阴极表面被其它单层低逸出功金属原子覆盖时，其二次电子发射系数变大，逸出功降低，发射性能好，溅射少。霓虹灯电极材料大都使用铜、铁、镀镍铁等金属制作的，这些金属的逸出功较高，电子发射性能相对较差。如果灯管使用这些纯金属发射电子势必造成其阴极压降大，阴极溅射得快，从而使灯管很快因溅射失效，特别是铜电极溅射得更快。实验证明，纯金属容易溅散，但在金属表面氧化一层有益的氧化膜或涂一层其它逸出功较低的金属或其氧化物，这样做可以大大降低其逸出功的，提高了电子发射性能，从而减缓了阴极溅散，起到了延长灯管寿命的作用。于是人们在制造电极时，大都把电极进行预处理。使其阴极压降及溅射大大降低，从而提高了霓虹灯管的质量和寿命。（2）霓虹灯变压器常见的霓虹灯变压器有二种:漏磁变压器和电子变压器。漏磁变压器既是变压器，与普通变压器有样的结构，在铁芯上绕上初级和次级线圈， 同样在铁芯窗口的中间部位增加了一个普通变压器所没有的磁分路，这个磁分路用小的硅钢片叠合而成，且与铁芯之间有空气隙，有意让铁芯中的磁通能通过这一分路漏出铁芯。其作用相当于在变压器上安装了一个安全阀，当次级电流增加时，铁芯中的磁通就会被这磁分路所旁路，只有少数磁通与次级线圈相联系，使次级的感应电动势减小，从而使漏磁变压器获得了霓虹灯变压器所需的保持灯管电流不变的特性。漏磁变压器通过长期的使用和改进，设计及制作工艺都已达到完善和成熟。它的性能可靠，工作稳定，被广泛使用。常见漏磁式霓虹灯变压器功率高达450vA ，重量大于10公斤，虽然具有工作稳定可靠，负载能力强(可带1米到12米霓虹灯管)，但是漏磁变压器需耗费大量的铜和钢，笨重且价高，安装困难，而且功率因数仅为0.5左右。在电力资源日益紧张的今大，传统的漏磁式霓虹灯变压器正被能耗低、体积小、重量轻的电子式霓虹灯变压器所取代。电子式霓虹灯变压器一般6米的功耗不大于80AV ，12米的功耗不大于105VA，比较漏磁式霓虹灯变压器节电效果明显，功率因数可高达0.9以上，在大型霓虹灯工程中能大幅度节约电力资源，同时还具有重量轻、体积小和易于实现多功能控制等优点，且方便安装维护，但也有缺点，主要是可靠性差、亮度低、恒流性能弱，其中以可靠性问题最为突出。电子变压器原理并不复杂，市电经整流滤波后得到3OOV左右的直流电压，然后通过逆变电路，将直流电转变为高频交流电，再经升压变压器升压到很高的电压供霓虹灯启辉工作。电路通常设置有保护电路，以保证霓虹灯管开路或短路等异常情况时电路的安全。用电子技术制成的霓虹灯电子变压器，在霓虹灯工程中得到广泛应用，相当大范围内取代了传统的漏磁变压器。随着电子学技术的发展，霓虹灯电子变压器将会逐步地趋于完善，在霓虹灯行业中得到更多的应用。当然由于上面提及的缺点，在短期内还不可能完全取代漏磁式霓虹灯变压器。变压器通过霓虹灯专用高压绝缘线、杜美丝与玻璃管内电极相连。常见的霓虹灯高压线有二种分为:一是普通高压线，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易引起拉火等，安全性较差。另一种是硅橡胶绝缘高压线，是目前较理想的霓虹灯连接线，安全性强，可靠性好。2.3高可靠性霓虹霓虹灯的设计针对霓虹灯电子变压器可靠性差的问题，本文从性价比及可靠性两方面研究市场上逐渐成为主流的6到8米电子式霓虹灯变压器，主要考虑关键部件设计、器件优选和易损器件的保护，以期提高可靠性和性价比。电子变压器的线路及工作原理霓虹灯电子变压器电子线路见图2-2。图2-2 霓虹灯电子变压器线路图工作原理为:220V交流电经Dl-D4整流、C2和C2滤波后变成直流电，供给后面的振荡线路，C2和C3联接点的电压在15V左右，R1R2稳定155V电压。A1是1安的保险丝，起短路及大电流保护作用。R1C1消除交流电高频干扰。振荡起振线路由R5、R6、C4、D6和D7构成，310V直流电经R5、R6对C4充电，当C4电压上升到某一个值时，触发二极管D7导通，使得三极管T2基极与发射极得到正向偏置电压而导通，注意R5的功率要有2W。振荡主线路由T1、T2、L1、L2、L3、R8和R9组成，由于起振线路的触发使得T2导通，一旦T2导通，C3通过B初级、L3 和T2放电。L1、L2和L3绕在同一个高频铁氧体磁芯上，且同名端如图1所示，由于有电流流过L3，L1和L2上感应电压使得T2由导通变为截止，而T1由截止变为导通。一旦T1导通，C2通过T1、L3和B的初级放电，此时通过L3和B的初级的放电电流的方向与先前正好相反，导致T1由导通变为截止，而T2由截止变为导通，如此周而复始，使电路产生振荡。R8、R9分别是三极管T1、T2基极限流保护电阻，D6的作用是把触发起振后C4上依旧存在的充电电压释放掉，R10和C6有保护T1、T2三极管和改善波形的作用。R4、C1、D5、R7、C5、R11及SCR构成过流及开路保护线路，R4是过流电压取样电阻，C1的作用是使得保护电路工作可靠，C5可消除干扰信号及开机保护，一旦出现过流，保护线路工作，单向可控硅SCR导通，振荡线路停振不工作，保护T1T2。保护线路一旦起作用，待故障排除后，重新开机才能恢复正常工作。（1）功率管的选择霓虹灯电子变压器出现故障大多数原因是功率管损坏，功率管的选择直接关系到霓虹灯电子变压器的可靠性，用图2.2线路不同T1T2功率管带不同长度霓虹灯管做比较试验，结果见表2-1。表中负载是12霓虹灯管，全亮电压/电流是指霓虹灯电子变压器刚好使整个负载长度都点亮时的输入交流电压/电流，而正常亮度电压/电流指霓虹灯电子变压器使整个负载长度都达到正常亮度时的输入交流电压/电流，正常亮度由目测主观确定。13005无法点亮7M霓虹灯管。表2-1 不同功率管点亮不同长度霓虹灯管比较试验T1T2型号负载长度全亮电压/电流正常亮度电压/电流24OV电流BUT11A6M120V/230mA150V/270mA38lmA7M150V/315mA170V/325mA422mA8M180V/354mA200V/387mA430mAD1403BU5086M105V/230mA150V/276mA7M140V/308mA180V/326mA8M180V/346mA190V/375mABU5087M150V/284mA8M190V/338mA130056M150V/192mA190V/241mA30lmA从表2-1可以得到如下结论:不同的功率管带负载的能力是不一样的，随着负载长度的增加霓虹灯电子变压器的全亮电压/电流及正常亮度电压/电流均增加，D1403、BU508、BUT11A都具有带6到8米负载的能力，即使D1403与BU508混合使用，其全亮及正常亮度电压/电流也没有多大改变，输入电压高达240V时电子变压器也能正常工作。（2）输出变压器B的设计输出变压器B直接决定霓虹灯电子变压器的可靠性。涉及输出变压器的材料、绕法及封装工艺。输出变压器选用QZ-2高强度聚脂漆包线，MXD-2000铁氧体材料UY10或UY14铁芯，槽绕骨架，环氧树脂封装。变压器的输入绕组为0.5、输出绕组为0.1漆包线。试验线路同上，改变变压器输入绕组、输出绕组匝数，试验结果见表2-2。表2-2变压器不同输入、输出绕组对性能的影响输入绕组匝数输出绕组匝数试验结果输入绕组输出绕组匝数试验结果902875能带8M负载亮度均匀1003500能带8M负载亮度均匀1102875能带8M负载亮度均匀1003500能带8M负载亮度均匀（续表）12028758M负载能亮但亮度暗6M负载正常工作1203500能带8M负载亮度变暗1302875仅能带6M负载1303500能带8M负载亮度更暗14028756M、8M负载均不工作1403500不能带8M负载试验中发现UF10与UF14不同尺寸磁芯对试验结果没有影响，自然选择价廉的UFIO。选择输入绕组匝数/输出绕组匝数为1000/2875，能带8M负载，亮度均匀，起始全亮电压为180V，带6M负载时起始全亮电压为170V，效果最佳。且输入绕组匝数从90到110，输出绕组匝数从2850到2900，对试验结果没有明显影响。（3）恒流特性的实验结果仅考虑输出变压器输入绕组匝数/输出绕组匝数为100/2857时的情况，线路依然是图2.2线路，改变12霓虹灯管长度，发现当负载长度大于9米时，霓虹灯管不能全亮，而当负载长度在2米到8米变化时，霓虹灯电子变压器能正常可靠工作，当输入电压为220V时，工作电流见图2.3。从图2-3中可知当负载长度从4米减少到2米时工作电流反而逐渐增加。在2到8米的范围内，电流的变化范围为:200-400mA。图2-3 工作电流与负载长度关系（4）L1L2L3匝数及R8R9阻值对性能的影响线路依然用图2.2线路，输出变压器匝数为200/2857，改变L1L2L3匝数及R8R9阻值，带8米负载，输入交流电电压逐渐增加，比较起始工作时电压，其值越小认为L1L2L3匝数及R8R9阻值越合适。结果见表2-3。表2-3 L匝数及R8R9阻值对性能的影响L1L2匝数L3匝数R8 R9起始工作电压5283.3/1W178V4283.3/1W182V4224.7/1W2292.2/0.5W185V选择L1、L2匝数均为5匝，L3匝数为5匝，R8R9阻值均为3.3/lW，此时起始工作电压为最小值178V。（5）保护线路的设计保护线路的设计直接影响霓虹灯电子变压器可靠性。霓虹灯在使用过程中难免会出现灯管破裂、灯头线脱落、潮湿天气高压对地打火等异常现象，导致电子变压器电流剧增，功率管发热烧毁。所以保护线路必须在电流大于某阀值时及时工作，保护功率管。试验中用增加