高职机电一体化毕业论文-霓虹灯广告屏装置PLC控制梯形图的设计与调试

安徽机电职业技术学院毕 业 论 文 霓虹灯广告屏装置PLC控制梯形图的设计与调试系 别 电气工程 专 业 机电一体化 班 级 机电3133 姓 名 黄磊 学 号 1302133160 指导教师 王亮 2015 2016 学年第 一 学期指导教师评语等级签名日期摘 要随着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,本文就是介绍如何利用PLC来实现这一目的的.霓虹灯的闪烁不能说用人工控制，那样不会呈现给人们美的视觉，而用电气控制的话，中间使用的继电器，会有机械磨损，而霓虹灯的闪烁时间间隔是相当的短，几乎是零点几秒，这样看来使用电气控制是不太可能了，当然随着一种需要必然会有一种东西的出现。可编程控制器简称（PLC）的出现就解决了这个问题，它具有它独特的优点来控制霓虹灯的闪烁。关键字:市场经济 PLC 霓虹灯引言霓虹灯在生活中有着不可或缺的作用，这也是它在世界任何地方随处可见的原因。霓虹灯广告在广告中占据了极大的分量。通过霓虹灯设计，运用不同的霓虹灯颜色，人们可以制作出许多种图像并直接有效地吸引注意力，启发记忆，产生联想，形成感情倾向，形成相应的视觉冲击力与形象感染力。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。随着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,本文就是利用PLC来实现这一目的的!利用PLC控制器控制利用彩灯组成的一只孔雀的开屏过程,通过不同的闪烁,让人看来就是一只活的孔雀真的在开屏,同时还伴有音乐声!目录摘要I引言II目录III第一章 绪论11.1任务控制要求11.2论文的主要内容1第二章 霓虹灯的简介22.1 霓虹灯的起源22.2霓虹灯的现状与发展22.3 霓虹灯的特点3第三章PLC的简介43.1 PLC的结构图43.2 PLC的发展史43.3 PLC的网络及发展趋势53.4 PLC应用的领域63.5 开关量的逻辑控制63.6 模拟量控制63.7 运动控制63.8 过程控制63.9 数据处理73.10 通信及联网7第四章 硬件的设计与调试84.1硬件接线图84.2 硬件的实现8第五章 软件设计95.1 I/O口的分配95.2 分块设计95.4 调试结果13总 结14致 谢15参考文献16附录17 V第一章 绪论1.1任务控制要求利用PLC控制器来控制彩灯的闪烁.来达到开屏的效果1.2论文的主要内容利用PLC控制器控制利用彩灯组成的一只孔雀的开屏过程,通过不同 的闪烁,让人看来就是一只活的孔雀真的在开屏,同时还伴有音乐声! 第二章 霓虹灯的简介2.1 霓虹灯的起源霓虹灯是由英文“氖灯”，即“NEON SIGN”得来的，“霓虹”两字实际上是“NEON”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。2.2霓虹灯的现状与发展目前，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。 2.3 霓虹灯的特点1.高效率 霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的惰性气体击燃，它不同于普通光源必须把钨丝烧到高温才能发光，造成大量的电能以热能的形式被消耗掉，因此，用同样多的电能，霓虹灯具有更高的亮度。 2.温度低，使用不受气候限制 霓虹灯因其冷阴极特性，工作时灯管温度在60C以下，所以能置于露天日晒雨淋或在水中工作。同样因其工作特性，霓虹灯光谱具有很强的穿透力，在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果。 3.低能耗 在技术不断创新的时代，霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平页在不断进步。新型电极、新型电子变压器的应用，使霓虹灯的耗电量大大降低，由过去的每米灯管耗电56瓦降到现在的每米灯管耗电12瓦。 4.寿命长 霓虹灯在连续工作不断电的情况下，寿命达一万小时以上，这一优势是其他任何电光源都难以达到的。 5.制作灵活，色彩多样 霓虹灯是由玻璃管制成，经过烧制，玻璃管能弯曲成任意形状，具有极大的灵活性，通过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体，霓虹灯能得到五彩缤纷、多种颜色的光。 6.动感强，效果佳，经济实用 霓虹灯画面由常亮的灯管及动态发光的扫描管组成，可设置为跳动式扫描，渐变式扫描、混色变色七种颜色扫描。扫描管由装有微电脑芯片编程的扫描机控制，扫描管按编好的程序亮或灭，组成一副副流动的画面，似天上彩虹、象人间银河、更酷似一个梦幻世界，引人入胜，使人难以忘怀。因此、霓虹灯是一种投入较少、效果强烈、经济实用的广告形式。第三章PLC的简介3.1 PLC的结构图3.2 PLC的发展史1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。 料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。在多年的生产实践中，逐渐形成了PLC、DCS与IPC三足鼎立之势，如表1，还有其它的单回路智能式调节器等在市场上占一定的百分比。 在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%。由于PLC机联系处理模拟能力和网络方面功能的进步，挤占了一部分DCS的市场(过程控制)并逐渐垄断了污水处理等行业，但是由于工业PC(IPC)的出现，特别是近年来现场总线技术的发展，IPC和FCS也挤占了一部分PLC市场，所以近年来PLC增长速度，总的说是渐缓。目前全世界有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。3.3 PLC的网络及发展趋势一个或若干PLC与PC机联出系统，PC机起到原编程器及人机界面操作站的作用，这20世纪90年代的新潮流，这样为系统集成带来了商机，同时编程软件和人机界面软件(监控软件或称组态软件)及软件接口(或称驱动软件)也得到了发展。 近年来，PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展，所以PLC构成的PCS系统比DCS的开放性所处的现状稍好一些。目前罗克韦尔AB公司已形成了多层结构体系，即Ether Net、Control Net、Device Net及Asi等现场总线(原DH+网也可兼容)。西门子公司在Profibus-DP通讯网络及Profibus-FMS网络以外，提出了S7 Routing网络，即Profibus-DP和Industrial Enternet两层结构。网络还在发展，我国应已积极的姿态投入其中。 2001年我国机械工业成为工业发展新亮点，总产值比上年增长17.15%，汽车产量为世界前10位，机床产量为世界第5位。机械工业利润增长33.35%，占整个工业新增利润六成多。出口同样出现可喜的增长。现在机械工业提出要实施网络化，对这一点，PLC从业人员应有清醒的认识，应对网络化的开放性、网络构成的性能/价格比和网络的可靠性、安全性、先进性上特别下功夫。 网络向上连是互联网问题，向下连是现场总线问题，另外现有网络能否用以太网“e网到底”方式、网络采用客户器/服务器方式、浏览器/服务器方式、生产者/消费者方式、接口软件采用OPC方式等问题都有待进一步落实。PLC与智能MCC马达控制中心、与数控机床配套的NC/CNC数控设备，以及与其它运行控制系统、电控设备、变频器和软起动器等连成系统;PLC要与DCS分工合作，充当DCS的远程I/O站等;PLC要与IPC分工合作，除用IPC作人机界面外，作软件PLC的I/O部件也是可行的;此外还有PLC与紧急停车安全系统(ESD，Emergency Shut Down Systems)的关系、与立体仓库、机器人、CAD/CAM等等都要处理好关系。总之，PLC要兼容各种新技术，使PLC成为真正意义上的“电脑”。 PLC的应用领域是宽阔的，还有许多领域急待开拓，如用于海关过境车辆认证(深圳盐田)、自动售药(若干中药店)在我国已有实例。另外，在离散事件系统中，如公路网交通流(车辆计数、乘客计数及停留时间计量)、物流系统、柔行制造系统(敏捷制造系统)及一切非标准随服务系统中，均可以采用PLC，进而建模和采取对策并优化。PLC的前途一片美好，一切悲观的论点是站不住脚的。至于技术进步，PLC与其它技术融合以至消失，那还需要一定的时间!3.4 PLC应用的领域目前，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。3.5 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。3.6 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.7 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3.8 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3.9 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。3.10 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第四章 硬件的设计与调试4.1硬件接线图4.2 硬件的实现根据硬件接线图在PLC实验室进行模拟,连接好线路再通电源,观看模拟灯的发光情况,结果是灯的发光效果和要求的一致,即运行正常!第五章 软件设计5.1 I/O口的分配X0-启动按钮X1-停止按钮Y0-眼睛Y1-眼睛Y2-Y3 字“游园”Y4-Y5 字”孔雀”Y6-Y7 对称羽毛Y10-Y11 对称羽毛 Y12-Y13 对称羽毛 Y14-Y15 对称羽毛 Y16-Y17 对称羽毛 Y20-Y21 对称羽毛Y22-Y23 对称羽毛Y24-Y25 对称羽毛Y26-Y27 对称羽毛 Y30-最中间羽毛Y31-轮廓Y32-音乐5.2 分块设计这部分程序是孔雀开屏的开始，在音乐响起的同时眼睛和轮廓都亮，持续2秒之后，孔雀的眼睛开始闪烁，共计5次每次0、5秒！ 图5-1是孔雀眼睛的闪烁梯形图，整个过程都涉及到闪烁问题，在每次闪烁的时候时间设置为0、1秒，速度很快让人看不清楚它在闪烁然而又有动态的感觉，很真实！整个过程都有音乐让人感觉很轻松，乐此不疲，从而起到招揽客人的作用！图5-1图5-2是孔雀的羽毛全部张开之后以及广告屏上所有要显示的对应的指示灯都亮了，持续的时间很长，就象一个真的孔雀在开屏，效果很是吸引人的眼球！图5-25.3调试步骤图5-3为调试步骤图5-35.4 调试结果调试时应严格按照实验室的规章制度进行操作,按步骤先接线后通电.在电脑中输入指令程序然后向PLC中写入，注意写入时应按照程序长度有范围的写入,这样会节省程序的写入时间.在程序的传送过程中若出现通信错误应检查PLC的电源是否打开或PLC和电脑的接口是否已连接上。程序的设计应和调试相配合，对于较复杂的控制系统要分段进行设计这样便于分析和修改。总 结该课题的设计基本是根据PLC及电气的相关知识来完成的，可以看出在工业生产过程中自动化控制的应用是多么的广泛。考虑到可编程控制的诸多优势以及方便调试与修改，本设计选用了此方法来实现控制。PLC的应用是以PLC为程控中心，组成电气控制系统，实现对生产过程的控制。PLC的程序设计是PLC应用的最关键的问题，也是整个电气控制系统设计的核心。当拿到一个课题后首先要对它进行分析，熟悉系统控制对象确定控制范围，然后制定控制方案再进行PLC选型，接着硬件和软件的设计，所有这些确定后才开始真正的设计即编制程序。程序的编制一定要和硬件的设置对应起来，否则就算编程正确也不能正确输出，在设计过程的每一步中都要仔细以免出错。就一个课题而言它的要求只是个大概的控制情况，而在设计中一些具体的细节类控制方案要靠自己去完善，有时候为了方便观看运行后的效果可以添加一些辅助元件，如指示灯之类的输出元件。如果有能力的话可以拓宽设计范围，开阔想象力对原有的课题提出更高的要求是其实现更多的功能，并通过努力去将它的控制方案制定出来，设计好硬件和软件的设置，让系统更加完美。整个设计过程实际是对我们所学知识的综合考核，除次之外，论文的写作其中使用到许多计算机的知识和专业知识，例如使用AUTOCAD软件来画图，熟练操作WORD以及EXCEL软件，以及专业英语知识等等。设计的完成不仅巩固和提高了我的专业还学到了许多书本上没有的东西，遇到问题先自己分析考虑再和同学讨论并相老师请教，在实际运行时锻炼了自己的动手能力，调试过程也是发现错误和改正错误的过程，在实践中不断完善。当真正的调试成功时内心的激动是无法言表的，只有真正亲身体验才能明白，设计的成功是对自己的一个肯定，对在学校三年所学知识的一个考验，虽然只是很小的一个方面却也达到了真正意义上的锻炼。现在该课题的设计已经接近尾声，其设计过程不算复杂，由于已经学习过电气控制技术和可编程控制教程以及其他相关专业，为自动化控制这方面的设计打下了基础，所以在设计中上手较快,又经过指导老师的耐心讲解和指导，该设计得以顺利的完成。致 谢从拟定题目到定稿忙碌了一个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了，想借此机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。首先我要向我的导师顾学群老师致以诚挚的谢意。在论文的写作过程中顾老师给了我许多的帮助和关怀，王老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人。在老师的悉心指导中，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多。在此我谨向顾老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，打下机电一体化专业知识的基础，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正的用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究就不会有所突破。希望这次的经历能让我在以后的学习中激励我继续进步。参考文献1吕景泉.可编程序控制器及其应用M.北京：机械工业出版社，20012北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS嵌入式用户手册Z.北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，20003廖常初.PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，20054北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS用户指南Z.北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，20055范永胜，王岷主编.电气控制与 PLC 应用M.北京：中国电力出版社,20046陈立定.电气控制与可编程控制器M.北京：高等教育出版社,20027高勤.电气及 PLC 控制技术M.北京：高等教育出版社,20028许翏，王淑英.电气控制与 PLC 应用M.北京：机械工业出版社,20059钟肇新，彭侃.可编程控制器原理及应用M.北京：华南理工大学出版社出版,2000附录整个程序梯形图安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目霓虹灯广告屏装置PLC控制梯形图的设计与调试学生姓名黄磊学 号1302133160指导教师王亮系 部电气系班 级机电3133顺序号第 1 次学生完成毕业论文（设计）内容情况老师在授课时于我们分析了论文应该注意的事项，讲述了相关论文的格式和一些有代表性的论题以及阅读资料的重要性，大体内容如下： 1.首先是选题，题目的确定意味论文大致内容的确定，所以在这方面要选好想好。2.有了题后，就要查阅论文的相关资料以及书写时注意论文的书写格式，要清楚哪个地方能用什么资料?用什么？哪个地方不能用？为什么不能用？3.老师重点指导阅读相关资料，并指点写作方法。 学生签名：时间： 年 月 日 教师指导内容记录分析了论文应该注意的事项，讲述了相关论文的格式和一些有代表性的论题以及阅读资料的重要性，内容如下：1.首先是选题，题目的确定意味论文大致内容的确定，在这方面要选好想好。2.有了题后，就要查阅论文的相关资料以及书写时注意论文的书写格式，要清楚哪个地方能用什么资料?用什么？哪个地方不能用？为什么不能用？3.重点指导阅读相关资料，并指点写作方法 教师签名： 时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目霓虹灯广告屏装置PLC控制梯形图的设计与调试学生姓名黄磊学 号1302133160指导教师王亮系 部电气系班 级机电 3133顺序号第 2 次学生完成毕业论文（设计）内容情况就每一个同学的论文题目不同和为了让我们能更好的进论文写作，导师介绍了研究生老师的联系方式，并要求老师对我们进行指导帮助；介绍了学校关于高职院校毕业论文的安排工作 学生签名：时间： 年 月 日 教师指导内容记录就每一个同学的论文题目不同和为了让学生能更好的进论文写作，介绍了研究生老师的联系方式，并要求研究生老师对学生进行指导帮助；介绍了学校关于高职院校毕业论文的安排工作。 教师签名：时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目霓虹灯广告屏装置PLC控制梯形图的设计与调试学生姓名黄磊学 号1302133160指导教师王亮系 部电气系班 级机电 3133顺序号第 3 次学生完成毕业论文（设计）内容情况1.各同学分别今期工作，以及查阅文献情况。2.各同学介绍自己的实验情况，以及实验中遇到的问题等，以及自己是如何解决的；3.老师具体指导下一阶段各同学论文事宜；4.老师指导论文封面的书写及相关注意事项；同学与论文指导老师交流实验和论文经验； 学生签名：时间： 年 月 日 教师指导内容记录1.具体指导下一阶段各学生论文事宜；2.指导论文封面的书写及相关注意事项；与学生交流实验和论文经验。 教师签名：时间： 年 月 日安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表题目霓虹灯广告屏装置PLC控制梯形图的设计与