PLC在广告霓虹灯控制中的应用.doc

机 电 工 程 系毕业设计(论文)广告霓虹灯设计应用 作者：院系：专业：年级： 学号： 指导老师：毕业设计任务书设计题目：PLC在广告霓虹灯控制中的应用完成期限：自 2008 年11 月12 日 至 2009 年 4 月25 日止一、设计目的通过毕业设计使学生对课题所涉及到的基础理论、基本技能及专业知识的掌握系统化、综合化，扩大、深化所学的专业知识及技能，培养认真严谨、钻研探索、创新协作的工作作风。二、控制要求（1）按下启动按钮，流水灯I,III亮，1S后，灯II,IV亮，1S后灯III,V，接着灯IV,VI，然后返回来移动，及灯IV,VI，然后灯III,V反复循环。（2）在按下启动按钮的同时，左右移位寄存器运行，实现字体灯的左右移动。（3）按下停止按钮，程序停止运行。 本人签字： 年 月 日内容摘要本文介绍了PLC 控制系统并将PLC控制系统应用于霓虹灯的工作流程中,编程基于松下电工出产的FP系列PLC控制系统，并对程序进行了调试。通过实践了解PLC系统的组成及功能、逻辑部件、汇编语言以及PLC基本工作原理、主要技术指标。通过实践设计了解PLC控制地实际应用，了解松下电工FP1系列产品实际应用,达到能更好地应用于实际。霓虹灯是工业设计、视觉设计、环境设计的综合体现, 是工程技术与艺术结合一体的新的设计方式,通过PLC能充分利用这种集工业、工艺、美术和科技为一体的霓虹灯的诸多特性，来实现当代社会对霓虹灯的多样性、趣味性、艺术性和实用性的要求。 该设计课题的现实运用比较广泛实用性好、优点明显具有很好使用价值，同样存在不少的缺点。此次控制器的设计主要以程序设计为主，涉及硬件部分设计的相对比较少。硬件主要是霓虹灯部分涉及强电驱动和干扰，软件程序设计中运用较多的定时指令便于理解程序的逻辑过程，调试过程中修改起来也比较方便，但是使得指令语句比较多，将要占用可编程序控制器内部许多的存贮空间，并且占用许多内部有限的定时指令资源，不利于编写中大型的程序。因此可以运用移位指令和定时器结合起来编写程序，但大体的程序设计思想没有变，具体的程序设计思路将发生改变，其特点是程序的步数将会减少更加简洁而且可以节省PLC内部的定时器资源，实用性比较强。同时可以开发每部分更多的应用程序并用它们来控制霓虹灯广告屏，每一个程序显示其特有的一种显示效果图，增加广告屏的显示图样，丰富广告屏的样式，可以达到更好的广告宣传效果，提高控制器的使用价值。关键字：PLC控制系统、霓虹灯目录第一章 绪论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，各大中小城市都在进行亮化工程。各企业为宣传自己企业的形象和产品，均采用广告手法之一：霓虹灯广告屏来实现这一目的。当我们夜晚走在大街上，马路两旁各色各样的霓虹灯广告均可以见到，一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管，另一种为日光灯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。这些灯的亮灭，闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求。可编程控制器PLC可编程控制器：英文全称Programmable Logic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等方面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。作为自动控制装置的核心，它具有功能强，可靠性高等诸多优点，PLC实验装置采用的式模块化结构，主要模块有可编程序控制器、编程器模块，九种实验模块，按钮、开关输入模块和继电器输出模块，以及四层电梯模型。该装置可以完成各种指令系统以及多种控制对象的程序设计训练。第一节 霓虹灯的发展潜力 由于霓虹灯具有光线均匀连续的特点，在装饰照明市场中，得到广泛的应用已有很多年。在商业领域的门面、招牌、字幕广告、酒店酒吧、建筑物轮廓等装饰照明场所都有霓虹灯闪烁的身影。但是，传统霓虹灯采用的是玻璃灯管，存在包装运输时易破碎及不易制作、安装等缺陷。 很久以前，人们就期望能把小灯泡安装在电线里用于装饰和照明。如今，这种灯已遍布欧、美、亚各国，走进了大街小巷，走进了人们的生活中。我们把这种柔软、似管状的长条形灯具统称为“软管灯”。 软管灯在照明装饰市场上又被称为“塑料霓虹灯”或“柔性霓虹灯”。软管灯具有以下特性：生产时自动化机器挤出成型、制作成本低，使用时可随意弯折、安全可靠，可由消费者根据需要随意制成图案等。克服了玻璃霓虹灯易破碎、不易运输、制作成本高、不能随意弯折、安全性能差、需要专人安装维修的缺陷。同时，软管灯还具有区别其它模拟霓虹灯产品的特性，在普通的装饰照明市场中，逐步取代了玻璃霓虹灯。第二节 霓虹灯的历史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。第三节 霓虹灯的现状目前，霓虹灯市场上鱼龙混杂，有营业执照承接工程的单位只占市场的30%，这类单位有独自的设计、制作、安装能力，信誉好、产品质量过关，后期维护到位，是用户的首选单位。 第二类，没有营业执照挂靠其它单位，这类“单位”专业性不强，产品质量无保证，后期维护不到位。 第三类，皮包公司，无任何证件、信誉和能力，打一枪换一地，产品质量和后期维护根本谈不上。 霓虹灯是一个专业性比较强的行业，正规单位的产品质量好，寿命长。可正是第二类和第三类公司扰乱霓虹灯市场，给用户的感觉霓虹灯容易坏。其实霓虹灯的寿命比日光灯还长，为了您的利益，请选择有执照，有能力，有信誉的单位。 以前霓虹灯制造企业几乎全部用普通玻璃管、普通电极，随着人们对产品要求的提高，高铅玻璃管、陶瓷环电极、三基色粉管，渐变彩虹霓虹灯正越来越广泛的走向人们的生活，使人们的生活更加精彩、亮丽。第四节 PLC 简介一、可变程序控制器PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。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。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。二、PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。三、PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。四、PLC的特点（一）可靠性高，抗干扰能力强（二）配套齐全，功能完善，适用性强（三）易学易用，深受工程技术人员欢迎（四）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。（五）体积小，重量轻，能耗低五、PLC的工作原理 PLC虽具有微机的许多特点,但他的工作方式却与微机的有很大不同.它很重要的一个特点就是采用循环扫描.所谓扫描,只不过是一种形象的说法,用来描述CPU对程序顺序、分时操作的过程.在PLC中,用户程序按先后顺序存放,CPU从第一条指令开始执行程序,直至遇到结束符后又返回第一条.如此周而负始不断循环.这种工作方式是在系统软件控制下,顺次扫描各输入点的状态,按用户程序进行运算处理,然后顺序向输出点发出相应的控制信号.整个工作过程可分五个阶段:自诊断,与编程器等的通信,输入采样,用户程序执行,输出刷新.1.I/O点数2.扫描速度3.内存容量4.指令系统5.内部寄存器6.编程语言7.编程手段8.功能模块除以上基本性能外,不同PLC还有一些其他指标,如输入/输出方式、自诊断通信联网、远程I/O监控、主要硬件型号、工作环境及电源等级等。六、PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网。七、PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构制系统DCS中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。第二章 霓虹灯变压器的设计第一节 霓虹灯的工作原理霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。气体放电发光是自然界的一种物理现象。通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线，是霓虹灯工作重要的基本过程。在通常的情况下，气体是良好的绝缘体，他并不能传导电流。但是在强电场、光辐射、例子轰击和高温加热等条件下，气体分子可能发生电离，产生了可以自由移动的代电粒子，并在电场作用下行程电流，使绝缘的气体成为良导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程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。第二节 霓虹灯的结构与部件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。 霓虹灯的主要部件: 一、霓虹灯管 （一）以规格分：有6、7、8、9、10、12、15、18、20毫米等粗细。 （二）以玻璃材质分： （1）钠玻璃管 （2）铅玻璃管 （3） 彩色玻璃管， 二、霓虹灯变压器 （一）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，光色一致，寿命长，缺点是比较 笨重。 （二）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，其中有的企业还批量出口。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。 三、程序控制器（一）普通式电子程序控制器 （二）渐变式电子程序控制器 四、霓虹灯高压线 （一）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。（二）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。第三节 广告霓虹灯的设计PLC广告霓虹灯一、设计目标（一）通过本项目的实训和操作，学会使用松下PLC定时、数据传输等指令。（二）能够正确编制、输入和传输霓虹灯灯PLC控制程序。（三）能够独立完成霓虹灯PLC控制线路的安装。（四）按规定进行通电调试，出现故障时，应能根据设计要求独立检修，直至系统正常工作。二、任务分析用霓虹灯进行装饰，可以烘托气氛，有些场合要求霓虹灯灯有多种运行方式可供选择。由于在PLC指令系统中设置了一系列特殊指令，因而用PLC进行霓虹灯灯控制显得尤为方便。霓虹灯控制电路的控制要求本控制系统只要是用于控制霓虹灯和边框流水灯的按顺序的闪烁。它能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图1，八个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时地隔位闪烁。 用PLC对霓虹灯广告屏实现控制,其具体要求如下:(1)该广告屏中间8个霓虹灯字亮灭的时序为从左到右,时间间隔为1S,在从右到左,然后再从头开始运行,周而复始。(2)广告屏四周的流水灯共24只,4个1组,共分6组,每组灯间隔1S向前移动一次,且IVI每隔一组的灯点亮,即从I,III亮后II,IV亮后III,V亮后IV,VI亮,移动一段时间后,再反过来移动,即从VI,IV亮后V,III亮后IV,II亮后III,I亮,如此循环往复。(3)系统有单步连续控制,有启动和停止按钮。(4)系统霓虹灯字,白炽灯的电压及供电电源均为市电220V (5)断开运行开关，系统停止工作。第三章 控制系统分析第一节 I/O分配表霓虹灯控制电路的输入/输出分配见下表字体灯输出为 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7，周围小灯输出为 Y20， Y21， Y22 ， Y23。 其分配表：输入输出启动按钮X0Y20停止按钮X1Y21Y22Y23Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7第二节PLC型号选择FPWIN-GR 2软件使用FPWIN-GR 2编程软件可以在PC机上方便地编制程序。必备工具:计算机：商用计算机（IBM PC/AT或100%兼容机）内存：55K以上EMS：800KB以上硬盘空间：2MB以上操作系统：WINDOWS 2000以上版本视频监视器：EGA或VGAFPWIN-GR 2软件：FPWIN-GR 2PLC型号：主机FP0 C16，扩展模块E16、E8第四章 霓虹灯控制系统设计第一节 控制流程的设计 广告霓虹灯运行流