plc霓虹灯控制及cad专业综合实训.doc

沈阳理工大学高等职业技术应用技术学院专业综合实训报告实 训 报 告课程名称：专业综合实训专 业： 生产过程自动化 班 级： 093351 学 号： 28 姓 名： 赵锋 指导教师： 商俊平 张艳丽 成 绩： 完成日期：2011年 08月 13日20摘 要霓虹灯在个大中小城市都在进行着亮化工程，各企业为了宣传自己的产品及形象都采用广告的形式来宣传自己，霓虹灯的闪烁不能够用人工来控制，那样不会呈现给人们美好的视觉，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。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去控制霓虹灯的可编程控制器简称plc的出现就解决了这个问题，它具有独特的优点来控制霓虹灯的闪烁。这些灯的亮和灭，闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求。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；可编程控制器；霓虹灯目录1概述11.1 本课题意义11.2霓虹灯控制电路发展现状11.2.1霓虹灯的起源11.2.2霓虹灯的特点21.2.3 霓虹灯技术的改良21.2.4新型霓虹灯电子变压器简介41.2.5霓虹灯的现状与发展41.2.6霓虹灯长盛不衰的原因51.2.7 霓虹灯的工作原理52 PLC霓虹灯控制电路设计72.1 AUTOCAD2006简介72.1.1 简介与发展72.1.2定义72.1.3功能82.2 plc简介92.2.1 plc的基本概念92.2.2 plc的未来展望102.2.3 plc的特点102.2.4 PLC内部运作方式122.2.5 PLC使用注意事项122.3霓虹灯控制电路的总体分析132.3.1 系统的控制方式132.3.2硬件连接132.3.3 系统的PLC配置133霓虹灯控制系统PLC设计163.1霓虹灯控制电路163.2输入/输出分配163.3霓虹灯控制系统接线图173.4 PLC控制柜图183.5 霓虹灯控制系统流程图193.6 霓虹灯控制系统的梯形图程序设计20总 结22致 谢23参考文献24251概述1.1 本课题意义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以后在找工作的成功率。所以我选择了这个题目。1.2霓虹灯控制电路发展现状霓虹灯是由英文“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。1.2.1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。 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是高于日光灯和白炽灯，而且本公司已有这样的成功范例。 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。 1.2.2霓虹灯的特点1输出功率不足：配用电子变压器的霓虹灯亮度偏暗，负载灯管的长度有限，灯管的密度较低，不能满足大型霓虹灯广告牌的需求。+ugu(z3c$Cj04U3ym_&Eheex02显示亮度不均匀：因为恒流特性差。-p8OA;MS L!us0照明工程师社区2_3lV oai;B|3工艺结构欠佳：只作了适当的防水防潮处理，主要适用于室内场合，密封性不足导致不能露天使用。Rp3T F g4i%Q0t+q oH#X04电磁干扰偏大：不能满足E M C要求。照明工程师社区*V5j,x,Y照明工程师社区*O N4MQ(bh0H n照明工程师社区*O N4MQ(bh0H n照明工程师社区*O N4MQ(bh0H n 1.2.3 霓虹灯技术的改良20世纪90年代后期，商业广告等霓虹灯市场进一步繁荣，市场需求更强劲增长，霓虹灯管的制作技术进一步提高，霓虹灯工程的施工经验得到不断总结和完善，同时期开关电源相关技术的应用更加成熟，质优价廉的电子零件不断涌现，促使更多的公司研究开发和完善霓虹灯电子变压器，在它关键技术(高压绝缘、散热、电磁屏蔽及防水)上作出改进，提高电路可靠性，延长其使用寿命，改良后的霓虹灯电子变压器以下性能得到提升；照明工程师社区r4Jt0pK$D(6L34n照明工程师社区Oce9S_1为霓虹灯提升供启动和正常工作所需要的电压和电流。照明工程师社区8|,hl5qu照明工程师社区vp(H$X,REME2具有完善的保护功能；如开路(超载)保护、短路保护、照明工程师社区Dz W-7hl&e-d过照明工程师社区l9Nq1Y3ZI%热(过流)保护等。照明工程师社区t+Tcr KA照明工程师社区|)o/b$n9Dod3符合有关的安全认证：如UL认证、CE认证等。C3f8x7S;TJ5Y)q0照明工程师社区qsw7W*Ap2CA4具有防潮湿、防雨水和防灰尘等防护功能。照明工程师社区N3j Y,zqf9r:b照明工程师社区#jL RV9I;P6T目前霓虹灯电子变压器基本采用电压反馈式半桥逆变电路。P_O3B 0 &C#AwG!r6t0第二代霓虹电子变压器4te+gB0 O/zA b,g4.ZE0霓虹灯的应用范围除广告照明外，在建筑物(如楼体及道路桥梁)夜景照明、艺术装饰、信号标志及舞台灯光照明等方面均有广阔的前景。半导体电子技术的发展，新材料如三基色荧光粉等的使用，霓虹灯电子变压器也得到进一步推广使用。市场的广阔前景引导更多的企业投入更大的人力物力研究和改善提高霓虹灯电子变压器的性能，特别是电脑控制技术的完善，如七彩渐变扫描技术的推广应用，使与之匹配使用的电子变压器性能上有质的飞跃：DVIW0O j yq0O-L0 $Lfd/G:H*hs01减少启动或关断冲击电流2采用软开关(零电压电流开关一ZVSZCS)技术、APFC技术等。8mp2M,V m0$t _,Ya0#H1N2ia0目前霓虹灯电子变压器的发展方向是1体积小型化、轻量、高效。2功率大、输出电流大、功率因素高。市场上流行的有以下几种：*BE Bf&LgnM0 (/R+d4K)Q nc01) 交流有感系列：1X#w1_g Q,G0 RU;MCiZ0常规型，以输出6KV20MA/30KHz为主，适应于广告招牌等。照明工程师社区.|;S68I1hI2k5EY0_74U5E* nrCs V*w5r0小型机一负载长度为0.1-3m左右，分 01-1m、01-2m、O1-3m三种，适用广告灯箱及城市灯光照明等变色控制。照明工程师社区Va&H/fB1(5I+N*Ae,Rm s sJ02)交流无感系列：输出直流脉动高压，可解决亮度不均匀问题，但对充汞灯管有极化现象，现在逐步减少使用。照明工程师社区1I VAY|,l(j b z:P oSCvV03)交流高亮超高亮系列：(15mm氖管或20mm氖管负载)：照明工程师社区c&FC ia Eaw照明工程师社区hz1Ccm9a 以输出10KV40mA为主(20氖管)，主要用于商业广告及城市灯光照明、霓虹灯工程轮廓。6 yf v )xj0 照明工程师社区a!o3S:Z;Gj8NkH (4)直流(低压)系列：输入为DCl2V10、DC24V10为主，较适合用于室内装饰工艺灯。照明工程师社区V j0X1OL(i%a1td:yfj E05)多功能型：通过改进霓虹灯电子变压器控制电路，可以增加0UHQ(n-k VrhG _j0 照明工程师社区f9a%A3hE-k 其多种功能；声光控型、自闪型、调光型、书写型等，配用特殊人灯管还可以实现变色、滚丝等功能。m _dj%6|0 1.2.4AqG9k!yJ uv0新型霓虹灯电子变压器简介1O$f3B!zs#I0 照明工程师社区TB ciZ6xM 1小型霓虹灯电子变压器的电路设计上从以下几方面考虑：照明工程师社区LPE$z&KUR m:o(%M7mI6JN01)不接灯管负载不启动，或停振、自动关闭。照明工程师社区 sD&hbH UO.H Wk7l照明工程师社区5_1u6b07%eN!Y (2)短路自动保护，功耗仅15w左右。 t2t0a6x82|*_OG:O0 照明工程师社区 R)XVcM5M (3)根据负载灯管长度自动调整功率，超载时减少输出电流，实现保护功能因而它在安装使用上有以下优点：照明工程师社区PO-Vx$Rx-rbZ2tnxG8v/cC0价格低、体积小，输出电压低，连接引线短，对环境的电磁干扰小。照明工程师社区 apic$ec+ojQQ,FWn n%b0对绝缘的要求降低，可减少高压打火等危险事故发生，从而提高安全性。照明工程师社区F dXn8XK)h,j9p |+vnQ W#w&q0多只小型机联用，可以加大灯管密度，避免高频高压使用时因电流不恒定导致的两端亮中间暗现象。照明工程师社区?wt w q;Kw4y$Q8K-T:sm5F&E!l_0更易于七彩渐变扫描等控制，因而较适用于城市亮化工程中的灯光护栏，变色、广告轮廓等使用场合。照明工程师社区;m UL0ofUy,VEn2eV:J02交流高亮超高亮系列的特点是功率大、输出电流大、功率因数高*d4efQi/sg0 照明工程师社区Dm Z1llfy:V*P 电路设计时增加了功率因数提升电路、去谐波电路及抗电磁干扰(EMI)措施，以减少对电网的污染、抑制来自电网的浪涌，按整流电路中有无大的直流滤波电解电容分为两种；#_v$fvM j :n9G:bn0 照明工程师社区z:P3Dd5 hl (1)电源电路中有大电解电容，启动或关断时冲击电流大，扫描控制时有可能不同步，使用寿命受到限制。照明工程师社区 3(y.yk/A 照明工程师社区)vubxLz S l (2)电源电路中无电解电容，启动或关断时冲击电流小、功率凶数很高(095以上)，恒流特性好，适用于彩渐变扫描等场合。9_ A5vn8x.IX n0 1.2.5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。 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。 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。11.2.6霓虹灯长盛不衰的原因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任何要求，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并且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。1.2.7 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。22 PLC霓虹灯控制电路设计2.1 AUTOCAD2006简介AUTOCAD是世界领先的计算机辅助设计软件提供商AUTODESK公司的产品,它开创了绘图和设计领域的一个新纪元,它拥有数以百万计的具有巨大基础的用户群体,广泛应用于机械、电子、土木、建筑、航空、航天、轻工、纺织等行业，多年来积累了无法估量的设计数据资源.受到世界各地工程设计人员的青睐。 2.1.1 AUTOCAD2006发展AUTOCAD2006是AUTODESK公司推出的最新版本。它扩展了AUTOCAD以前版本的优势和特点，并且在用户界面、性能、操作、用户定制、协同设计、图形管理、产品数据管理等方面得到进一步加强，而且AUTOCAD2006简体中文版为中国的使用者提供了更高效、更直观的设计环境，并定制了与我国国标相符的样板图、字体、标注样式等，使得设计人员能更加得心应手地应用此软件。 AutoCAD是由美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完美，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。 AutoCAD可以绘制任意二维和三维图形，并且同传统的手工绘图相比，用AutoCAD绘图速度更快、精度更高、而且便于个性，它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用，并取得了丰硕的成果和巨大的经济效益。 AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。3 AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320200到20481024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。2.1.2定义计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。 2.1.3功能1 系统功能： (1)设计组件重用(Reuse of design components) (2)简易的设计修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning) (3)设计的标准组件的自动产生(Automatic generation of standard components of the design) (4)设计是否满足要求和实际规则的检验(Validation/verification of designs against specifications and design rules) (5)无需建立物理原型的设计模拟(Simulation of designs without building a physical prototype) (6)装配件(一堆零件或者其它装配件)的自动设计 (7)工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表(Bill of Materials) (8)设计到生产设备的直接输出 (9)到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出 2 基本功能 （1） 平面绘图 能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。 （2） 绘图辅助工具 AutoCAD提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等 图2.1 AutoCAD的操作界面绘图辅助工具。正交功能使用户可以很方便地绘制水平、竖直直线，对象捕捉可 帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容易。（3） 编辑图形 AutoCAD具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。 （4）标注尺寸 可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。 （5）书写文字 能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。 （6）图层管理功能 图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。 （7）三维绘图 可创建3D实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。 （8）网络功能 可将图形在网络上发布，或是通过网络访问AutoCAD资源。 （9）数据交换 AutoCAD提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。 2.2 PLC简介PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller）。2.2.1 PLC的基本概念PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 “PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义： “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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 4总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.2.2 PLC的未来展望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成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）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。2.2.3 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。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。2 永久性故障，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，还能使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。 （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，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。 5 2.2.4 PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下： 步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。 步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。 PLC内部运作架构 2.2.5 PLC使用注意事项 PLC程序加密 各个应用PLC的厂家都会保护自己的程序不被别人抄写，和设备厂家为了能控制使用和回收货款.在程序内设定一些参数进行控制。各厂家都有各自的加密方式：三菱PLC的解密最简单，其中以西门子S7-200CN的加密最复杂，只有拆机从芯片破解。2.3霓虹灯控制电路的总体分析PLC的硬件主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元，通信接口、扩展接口电源等部分组成。2.3.1 系统的控制方式系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式：自动时，由PLC自动完成每个灯得运行，不需要人工参与，半自动工作方式时，有工作人员选择那几个小灯，PLC自动完成每个小灯亮灭，手动为故障检修和最终的停止，当某个小灯及其附属设备发生故障时，该小灯将会自动退出运行，不影响其他小灯运行。PLC柜上有该小灯的禁止启动安扭，启动时禁止其他人员靠近，以保证系统正常运行和安全可靠。62.3.2硬件连接本系统采用了欧姆龙的CPM2A型号PLC，其主机上有12点输入，8点输出。2.3.3 系统的配置PLC的硬件主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元，通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。典型PLC组成框图如图1.1所示。4 图2.2 典型PLC组成框图采用工控机作为上位机、PLC系统作为下位机的两级控制模式。PLC控制系统是该程控系统的核心，工控机作为监控机械手的运行状态使用。 1上位机计算机作为上位机，用于完成状态显示、打印输出、向PLC发送分类控制信号等功能，从而实现对控制系统的实时监控。同时，计算机还是图象处理的核心。2下位机 PLC作为下位机，用来完成状态判别、输出控制等工作。它直接控制继电器，从而实现对各执行元件的控制。本系统采用价格适中、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器欧姆龙CPM2A型PLC来实现霓虹灯工艺的控制要求的。欧姆龙PLC是由电源、中央处理器和I/O元件组成的严密高速的程序控制器，配有丰富的指令系统，易于用户编程，具有丰富的特殊模块和通信能力，可以满足生产自动化的多级要求。本系统采用CPM2A是一种功能完善的紧凑型PLC，大程序容量和存储单位。另外CPU单元带RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信协议可实现程序传送，数据通信等功能。欧姆龙公司C系列的小型机CPM2A型PLC 20点输入/输出，配有CX-Programmer软件用于控制部分编程时使用。3通信方式CPM2A CPU支持多样的通信协议：点到点（Point-to-Point）接口（PPI）、多点接口（Multi-Point）（MPI）。这些都基于系统内通信结构模型，都是异步、基于字符的协议。其中PPI方式是非常简单方便的通信协议，只需要一根RS-232C线进行数据信号的传递，不需要额外再配置模块或软件。因此，本系统选择PPI方式，简单且能满足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和计算机互联。上位机与下位机之间通过RS-232连接构成HOST LINK协议进行通信。RS-232又称为EIA-232C或RS-232C，是最通用的一种串行通讯标准。它是一种点到点的通信方式，只能连接两个通信设备。19200波特率时，最大距离为75米；9600波特率时，最大距离为900米。计算机的串口即为标准的RS-232接口。使用RS-232转换器可以免掉一个RS-422串行接口板。系统结构如图1.5所示。图2.3 系统结构系统控制设计选用了日本欧姆龙公司C200HE型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机 架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制系统小灯的亮灭，建立数学模型，合理调度时间，自动准确发出启、停小灯命令，控制3个小灯运行。3霓虹灯控制系统PLC设计3.1霓虹灯控制电路控制要求：设计一个霓虹灯控制电路如图5所示，该电路可以控制霓虹灯L1，L2，L3按照如下方式亮灭：（1）L1亮1s （2）L2亮1s （3）L3亮1s （4）三个灯都灭1s （5）三个灯都亮1s （6）三个灯都灭1s （7）三个灯都亮1s （8）三个灯都灭1s （9）18循环直到按下关断按钮。图3.1 霓虹灯控制示意图3.2输入/输出分配 表3.1 出入/输出分配输入 输出 辅助继电器及其它器件 操作功能 地址 操作功能 地址 操作功能 地址启动按钮SB1 0.00 灯L1 10.02 辅助继电器1 200.00停止按钮SB2 0.01 灯L2 10.03 辅助继电器2 200.01 灯L3 10.04 辅助继电器3 200.02 辅助继电器4 200.03 辅助继电器5 200.04 辅助继电器6 200.05 辅助继电器7 200.06 辅助继电器8 200.07 辅助继电器9 201.00 移位寄存器 SFT 3.3霓虹灯控制系统接线图 图3.2霓虹灯控制系统接线图3.4 PLC控制柜图PLC控制柜图如下图所示； 3.3 PLC控制柜图主视图 3.5 霓虹灯控制系统流程图开始始0.00按下201.00保持灯全亮延时1秒延时1秒灯1亮灯全灭延时1秒延时1秒灯2亮灯全亮延时1秒延时1秒灯3亮灯全灭延时1秒灯全灭结束始延时1秒图3.4流程图3.6 霓虹灯控制系统的梯形图程序设计图3.5实现功能：按下启动按钮0.00，中间继电器点201.00通电保持，同时中间继电器201.00的常开触点闭合，