霓虹灯广告屏控制器的设计

内容摘要随着我国经济建设的快速发展，国内各地城镇景观照明也发生了变化，霓虹灯产业发展迅速，据不完全统计，全国霓虹灯企业已逾几千家，年总产值超过 30 亿元人民币，出口创汇方面也有不错的业绩。 中国社会主义市场经济的不断繁荣和发展，西部大开发、振兴东北经济、长三角、珠三角东西互动、各地旅游、商贸、餐饮及文化娱乐事业日益繁荣，越来越多的城市已将亮化、美化工程列入城市建设发展规划，霓虹灯已成为不可缺少的夜间文化，夜间霓虹灯广告也成为不可缺少的媒体，霓虹灯行业迎来一个新的发展机遇。各企业为宣传自己企业的形象和产品, 树立自己的特色品牌，增强自己在社会的影响力和扩大市场的占有率，均采用广告宣传的手法之一-霓虹灯广告屏来实现。夜幕降临华灯初上时，我们走在大街上，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中彩色的灯管,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。21 世纪的今天中国霓虹灯企业不断地走进国际舞台，产品远销欧美等国际市场，在国际这个大舞台上扮演着越来越重要的角色。本文采用 STEP7-Micro/WIN32 软件完成霓虹灯广告屏控制器的设计过程。关键词：PLC；霓虹灯；广告屏；城市夜景1目 录第 1 章 引 言 .11.1. 霓虹灯在生产生活中的应用 .11.2. 设计题目及要求 .2第 2 章 总体方案设计 .3第 3 章 PLC 控制系统设计 .43.1. 流程图 .43.2. 主要设备选择：S7-200PLC .53.3. PLC 模块的选择：采用 CPU224 模块 .53.4. I/O 地址分配表 .63.5. PLC 外围接线图 .63.6. 软元件地址分配表 .73.7. 梯形图 .73.8. 语句表 .73.9. 程序调试 .83.9.1. 载入程序 .83.9.2. 运行过程 .83.9.3. 硬件调试 .143.9.4. 运行结论 .14设计总结 .15谢辞 .16附录 I 梯形图 .17附录 II 语句表 .22参考文献 .241第 1 章 引 言1.1. 霓虹灯在生产生活中的应用可编程控制器 PLC 可编程序控制器：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.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 实验装置采用的是模块化结构，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训练以及多种控制对象的程序设计训练。可编程逻辑控制器(PLC) 是自动控制技术、计算机技术和通讯技术三者结合的高科技产品,它作为一种通用的工业自动化装置,在工业控制各个领域已得到了广泛的应用。本文采用 STEP7-Micro/WIN32 软件完成霓虹灯广告屏控制器的设计过程,并给出了系统梯形图。随着我国经济建设的快速发展，国内各地城镇景观照明也发生了变化，霓虹灯产业发展迅速，据不完全统计，全国霓虹灯企业已逾几千家，年总产值超过 30 亿元人民币，出口创汇方面也有不错的业绩。 中国社会主义市场经济的不断繁荣和发展，西部大开发、振兴东北经济、长三角、珠三角东西互动、各地旅游、商贸、餐饮及文化娱乐事业日益繁荣，越来越多的城市已将亮化、美化工程列入城市建设发展规划，霓虹灯已成为不可缺少的夜间文化，夜间霓虹灯广告也成为不可缺少的媒体，霓虹灯行业迎来一个新的发展机遇。各企业为宣传自己企业的形象和产品, 树立自己的特色品牌，增强自己在社会的影响力和扩大市场的占有率，均采用广告宣传的手法之一-霓虹灯广告屏来实现。夜幕降临华灯初上时，我们走在大街上，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中彩色的灯管,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。21 世纪的今天中国霓虹灯企业不断地走进国际舞台，产品远销欧美等国际市场，在国际这个大舞台上扮演着越来越重要的角色。 21.2. 设计题目及要求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采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管，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。某广告屏有8根灯管，如图 1-1 所示。用 PLC 对霓虹灯广告屏实现控制。PLC 控制系统要求：该广告屏中间 8 个灯管亮灭的时序为第 1 根亮第 2 根亮第 8 根亮，时间间隔为 1s，全亮后，显示 10s，再反过来从 871 顺序熄灭，全灭后，停亮2s，再从第 8 根灯管开始亮起，顺序点亮 761，时间间隔为 1s，显示 20s，再从 128 顺序熄灭。全熄灭后，停亮 2s,再从头开始运行，周而复始。系统霓虹灯的电压及供电电源均为市电 220V。图 1-1 霓虹灯顺序排列图3第 2 章 总体方案设计PLC 是以计算机技术为核心的电子电气控制器,其控制算法是通过在 PLC 中植入预先编好的程序来实现的。梯形图是 PLC 编程中最常用的方法。PLC 编程应遵循以下基本原则:(1) 输入/ 输出继电器、内部辅助继电器、定时器、计数器等器件的触点可以多次重复使用,无需复杂程序结构来减少触点的使用次数。(2) 梯形图每一行都是从左母线开始,线圈终止于右母线。触点不能放在线圈的右边。(3) 除步进程序外,任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。(4) 在程序中,不允许同一编号的线圈两次输出。(5) 不允许出现桥式电路。(6) 程序的编写顺序应按自上而下、从左至右的方式编写。广告屏中间部分有 8 根彩灯管.从左到右排列,编号 1 到 8 号 系统启动后,灯管点亮的顺序依次为;1 号到 2 号到 3 号.8 号时间隔为 1S,8根彩灯全亮后,持续 10S,然后按照 8 号到 7 号到 6 号.1 号开始顺序依次熄灭时间为 1S,灯管全部熄灭后等待 2S,再从 8 号灯管开始按照 1 号到 2 号.8 号顺序依次点亮时间隔为 1S,全部点亮后持续 20S,再按照 1 号到 2 号到.8 号顺序熄灭,时间为 1S,灯管全部熄灭后,等待 2S 再重新开始上述过程的循环。故这次系统设计主要需要使用计时器及循环设计方案。4第 3 章 PLC 控制系统设计3.1. 流程图NYYYYNNNNNY8 个灯间隔 1s 逐个倒序亮2s 是否到？开始8 个灯间隔 1s 逐个正序亮8 个灯是否全亮？全亮 10s10s 是否到？8 个灯间隔 1s 逐个倒序灭8 个灯是否全灭？全灭 2s8 个灯是否全亮？全亮 20s20s 是否到？AB5YYYYNNN8 个灯间隔 1s 逐个正序灭8 个灯是否全灭？全灭 2s2s 是否到？是否按下停止？停止3.2. 主要设备选择：S7-200PLC目前国内应用最广的 PLC 有三菱，西门子等。综合经济、安全、高效等因素，本设计用西门子 STEP7-Micro/WIN32 软件进行设计。我们选取的 PLC 是西门子生产的 S7-200.下面对 S7-200 做出简要的说明：S7-200系是一类可编程逻辑控制器（Micro PLC） 。这一系列产品可以满足多种多样的自动化控需要，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得 S7-200以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外，丰富的 CPU 类型和电压等级使其在解决户的工业自动化问题时，具有很强的适应性。3.3. PLC 模块的选择：采用 CPU224 模块由于实际控制中，总共有 1 个输入点和 8 个输出点，而 CPU224 有 14 个输入点和10 个输出点，所以它完全可以满足条件。CPU224:本机集成 14 输入/10 输出，I/O 共计 24 点。AB图 3-1 霓虹灯控制流程图63.4. I/O 地址分配表根据控制要求,PLC 控制霓虹灯广告显示屏的输入输出(I0)地址编排如下表所示,其中 SB 为启动停止开关。HL1HL8 为 8 根霓虹管,如表 1-1。表 3-1 I/O 地址分配表编程元件 I/O 端子 电路器件 作用输入继电器 I0.0 QS 启动/停止转换按钮Q0.0 HL1 霓虹灯 1Q0.1 HL2 霓虹灯 2Q0.2 HL3 霓虹灯 3Q0.3 HL4 霓虹灯 4Q0.4 HL5 霓虹灯 5Q0.5 HL6 霓虹灯 6Q0.6 HL7 霓虹灯 7输出继电器 Q0.7 HL8 霓虹灯 83.5. PLC 外围接线图本次霓虹灯 PLC 控制系统采用西门子 CPU224 模块，具体 PLC 外围接线图如图 3-2所示。图 3-2 PLC 外围接线图73.6. 软元件地址分配表本次霓虹灯 PLC 控制系统一共需要通电延时计时器 32 个，具体分配表如表 3-2 所示。表 3-2 软元件地址分配表编程元件T32(1s) T42(13s) T52(7s) T62(27s)T33(2s) T43(14s) T53(8s) T63(2s)T34(3s) T44(15s) T54(9s)T35(4s) T45(16s) T55(20s)T36(5s) T46(17s) T56(21s)T37(6s) T47(2s) T57(22s)T38(7s) T48(3s) T58(23s)T39(10s) T49(4s) T59(24s)T40(11s) T50(5s) T60(25s)通电延时器(TON)T41(12s) T51(6s) T61(26s)3.7. 梯形图广告屏中间 8 个灯管亮灭的时序为第 1 根亮第 2 根亮第 8 根亮，时间间隔为 1s，全亮后，显示 10s，再反过来从 871 顺序熄灭，全灭后，停亮 2s，再从第 8 根灯管开始亮起，顺序点亮 761，时间间隔为 1s，显示 20s，再从128 顺序熄灭。全熄灭后，停亮 2s,再从头开始运行，周而复始。具体设计的梯形图见附录 I。3.8. 语句表霓虹灯梯形图设计完成后，由 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP4 软件自动生成语句表。生成的语句表见附录 II。83.9. 程序调试 3.9.1. 载入程序按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器 ROM 中，进行下一步的调试。如图 3-3 所示。 3.9.2. 运行过程1. 软件进行 run 启动。如图 3-4 所示。图 3-4 软件 run 启动调试图图 3-3 载入程序调试图92. 闭合开关 I0.0， 8 个霓虹灯间隔 1s 正序亮。如图 3-5 所示。3. 8 个霓虹灯全亮 10s，如图 3-6 所示。图 3-5 8 个霓虹灯间隔 1s 正序亮调试图图 3-6 8 个霓虹灯全亮 10s 调试图104. 8 个霓虹灯间隔 1s 反序灭。如图 3-7 所示。5. 8 个霓虹灯全灭 2s，如图 3-8 所示。图 3-7 8 个霓虹灯间隔 1s 反序灭调试图图 3-8 8 个霓虹灯全灭 2s 调试图116. 8 个霓虹灯间隔 1s 反序亮，如图 3-9 所示。7. 8 个霓虹灯全亮 20s，如图 3-10 所示。图 3-9 8 个霓虹灯间隔 1s 反序亮调试图图 3-10 8 个霓虹灯全亮 20s 调试图128. 8 个霓虹灯间隔 1s 正序灭，如图 3-11 所示。9. 8 个霓虹灯全灭 2s，如图 3-12 所示。图 3-11 8 个霓虹灯间隔 1s 正序灭调试图图 3-12 8 个霓虹灯全灭 2s 调试图1310.再一个循环开始，如图 3-13 所示。11.按下停止，如图 3-14 所示。图 3-13 又一循环开始调试图图 3-14 程序停止调试图143.9.3. 硬件调试由软件设计模拟运行成功后，对设计进行实物硬件调试。接通电源，检查 S7-200 PLC 可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。3.9.4. 运行结论整个 PLC 调试过程正确无误，满足设计要求。15设计总结通过这次霓虹灯的 PLC 控制，让我了解了 PLC 梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于 PLC 设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。 虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。16谢辞感谢我的指导老师王宗才老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 17附录 I 梯形图 A18 B A19 C B20 D C21 D22附录 II 语句表Network 1 / Network Title/ Network CommentLD I0.0AN T63TON T32, 1000TON T33, 200TON T34, 300TON T35, 400TON T36, 500TON T37, 60TON T38, 70Network 2 LD I0.0AN T46LD T54AN T55OLD= Q0.0Network 3 LD T32AN T45LD T53AN T56OLD= Q0.1Network 4 LD T33AN T44LD T52AN T57OLD= Q0.2Network 5 LD T34AN T43LD T51AN T58OLD= Q0.3Network 6 LD T35AN T42LD T50AN T59OLD= Q0.4Network 7 LD T36AN T41LD T49AN T60OLD= Q0.5Network 8 23LD T37AN T60LD T48AN T61OLD= Q0.6Network 9 LD T38AN T39LD T47AN T62OLD=