基于PLC技术的霓虹灯控制设计

1、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岀的优势,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；变

2、压器；控制系统；音乐播放系统摘要i第1章绪论11. 1课题研究意义11. 2霓虹灯的起源11.3霓虹灯的现状与发展11.4 plc的简介1第2章总体方案设计32. 1具体方案32.2方案的可行性4第3章硬件设计53. 1电子变压器的设计53.2硬件的选择73.2. 1 plc 的选择73.2.2高压线的选择73.2.3其他元器件的选择83. 3外部接线图8第4章软件设计94. 1流程图94. 2地址分配表104. 3程序的仿真实验11结论14参考文献15致谢16附录17第1章绪论11课题研究意义随着社会主义市场经济的不断发展，企业的竞争也越发激烈。企业为了展 现自己的形象和产品，各种形式的广告

3、铺面而来，霓虹灯广告屏也是一种非常常 见的宣传形式。这就引出了我们该如何更好的去控制霓虹灯来实现各种动作，成 为人们考虑的重点，在这里我觉得plc最合适，因为plc具有可靠性高、抗干扰 能力强、配套齐全、功能完善、适用性强等特点。这就是我选题的的意义。12霓虹灯的起源霓虹灯始源于法国又称氛气灯或年红灯，是一种气体放电管。在1907年至 1910年期间，科学家克洛德和林德发明的液态空气分惚减缓了气体的消耗速度, 同吋也使它的颜色丰富起来，目前被广泛用于广告、招牌、标识、景观、装饰亮 化。在现代生活屮，霓虹灯作为广告装饰光源，将向高品质方向发展，在目前技 术条件下，还没有一种新光源可全而替代，仍具

4、有独特的生命力。13霓虹灯的现状与发展内霓虹灯的发展很迅猛，各种霓虹灯广告随处可见，但真正有营业执照承接 工程的单位只占市场的30%,大部分都是些专业性不强，产品质量不过关，售后 不到位的单位。以前霓虹灯几乎使用的为普通玻璃管、普通电极，随着经济的发展，技术的进 步，高铅玻璃管、陶瓷环电极、三基色粉管等各种材料逐渐走向市场，使人们的 生活更加精彩、亮丽。霓虹灯营造出夜间城市的绚丽多姿和繁华，俨然成为了现 代化城市商业繁荣的标志之一。1.4 plc的简介可编程序控制器,英文称programmeible logic controller,简称plc。它是 一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系

5、统装置，专为在工业现场应用而 设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、 定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口， 控制各种类型的机械或生产过程。1.4. 1 plc的特点(1)可靠性高，抗干扰能力强 工业生产一般对控制设备要求很高，应具有很强的抗干扰能力和高的可靠性，能 在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间长，故障修复时间短。2) 编程简单，使用方便这是plc优于微机的另一个特点。目前大多数plc采用继电控制形式的“梯 形图编程方式”，即有传统控制线路的清晰直观，又适合电气技术人员的读图习 惯和微机应用水平，易于接受，与常用的汇

6、编语言相比，更受欢迎。3）扩充方便，组合灵活plc产品具有各种扩充单元，可以方便地适应不同工业控制需要的不同输入 输出点及不同输入输出方式的系统。为了适应各种工业控制需要，除了一些小型 plc以外，绝大多数plc均采用模块化结构。plc的各个部件，包括cpu,电源, i/o等均采用模块化设计，由机架及电缆将各个模块连接起来，系统的模块和功 能可根据用户的需要自行组合。4）丰富的i/o接口模块为了实现与工业生产过程控制中的各种工业现场设备的相互连接，plc除具 有普通计算机的基本部分（如cpu,存储器等）夕卜，还有丰富的i/o接口模块。 对不同的工业现场信号（交流或直流，开关量或模拟量，电压或电

7、流，脉冲或电 位，强电或弱电），设计有相应的i/o模块与工业现场的器件或设备直接连接。 由于plc是工业控制的专用计算机，其结构紧密、坚固、体积小巧，并由于具备 很强的抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现“机电一体化” 较理想的控制设备。由于plc具备了以上特点，它把微计算机技术与继电器控制技术很好地融合 在一起，最新发展的plc产品，还把直接数字控制（ddc）技术加进去，并具有 监控计算机联网的功能。因而它的应用儿乎覆盖了所有的工业企业，既能改造传 统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适用于生产过程控制，实现工业生 产的优质、高产、节能与降低成本。第2章总体设计方案2. 1

8、具体的方案木设计具体的方案：在高楼外墙设计一串霓虹灯字语，并由plc来控制其具 体内容如图2-1所示，具体内容如下：霓虹灯开始工作上和善字亮，同时边框流 水灯i亮，2秒后若和水字亮边框流水灯ii亮，上和善字灭，边框流水灯i灭, 2秒后厚和德字亮，同吋边框流水灯iii亮，若和水字灭，边框流水灯tt灭， 再过2秒载和物字亮，同时边框流水灯iv亮，厚和德字灭，边框流水灯iii灭, 再过2秒 上善若水 亮，同时边框流水灯v亮，载和物字灭，边框流水灯iv灭, 再过2秒厚徳载物亮，同时边框流水灯vi亮，上善若水灭，边框流水灯v 灭，再过2秒流水框灯全亮，上善若水，厚徳载物亮并闪烁 厚徳载物灭，边 框流水灯

9、vi灭。2秒后 上字亮，同时边框流水灯i亮，流水框灯全灭，上善若 水，厚德载物灭1秒后，“善”字亮，同时边框流水灯ii亮，“上”字灭，边框 流水灯i灭，1秒后“若”字亮，同时边框流水灯hi亮，“善”字灭，边框流 水灯ii灭，1秒后“水”字亮，同吋边框流水灯tv亮，“若”字灭，边框流水 灯iii灭，1秒后“厚”字亮，同时边框流水灯v亮，“水”字灭，边框流水灯 iv灭，1秒后“德”字亮，同时边框产上善若水 厚德载物图2-1霓虹灯分布图流水灯仃亮，“厚”字灭，边框流水灯v灭，再过0.5秒，边框流水灯vi灭， 再过0.5秒，“载”字亮，同吋边框流水灯全亮，“德”字灭，再过0.5秒，边框流水灯全灭，再过

10、0.5秒，“物”字亮，边框流水灯全亮，“载”字灭，再过0.5秒边框流水灯全灭，再过0.5秒，“物”字灭，上和善字亮，边框流水灯i 亮，如此循环。第3章硬件设计3. 1电子变压器的设计常见的霓虹灯变压器有两种：磁漏变压器和电子变压器。磁漏变压器与普通 变压器有同样的结构，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， 口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一个安全阀，当次级电流增加时，铁芯屮的磁通就会被这 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

11、减小，从 而使磁漏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。实际上， 灯管的寿命与电极的性能和结构有着紧密的联系。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。磁漏变压器 通过长期的使用和改进，设计及制作工艺都以达到完善和成熟。它的性能可靠， 工作稳定，被广泛使用。磁漏式霓虹灯变压器功率高，重量大，虽然具有工作稳 定可靠，负载能力强，但磁漏变压器需要耗费人量的铜与钢，笨重ii价高，安装 困难，而且功率因数仅为0. 5左右。在电力资源益紧张的今天，传统的磁漏式 霓虹灯变压器正在被低能、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

12、器一般6米的功率不大于80w, 12米的功率不大于105w, 大型霓虹灯工程中能大幅度节约电力资源，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岀。电子变压器原 理并不复杂，所用之电经过整流滤波后得到300v左右的直流电压，然后通过逆 变电路，将直流电转为高频交流电，再经升压变压器升压到很高的得电压供霓虹 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 屯路的安全。用电子技术制成的霓虹灯电子变压器，在霓虹灯工程屮得到广泛应 用，相当大范圉内取代了传统的磁漏变压器。实际上，灯管的寿命与电极的性能 和结构有着紧密的联系，所有的气体

13、放电灯，除了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。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。常见的高压线有两种：一是普通高压线这种高 压线价格便宜，但塑料易老化，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。霓虹灯电子变压器出现故障人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1t线路不同tl、t2功率管带不同长度 霓虹灯管做比较试验，结果见表3-1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

14、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是整个负载长度都达到正常亮度时的输 入交流电压/电流。从表3.1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6-8米负载能力，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220v时电子变 压器也能正常工作。保护电路的设计直接影响霓虹灯电子变压器可靠性。霓虹灯在使用过程屮难 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

15、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。试验中用增加工作电压的方法模拟增加的异常电流。依然用 图3. 1线路，输出变压器匝数为100/2875,选择li、l2匝数均为5匝，l3匝数 为8匝，r8、r9阻值表3. 1不同功率管点亮不同长度霓虹灯灯管比较试验tl、t2型号负载长度全亮电压/电流正常亮度电压/电流240v电流but 11a6m120v/230ma150v/270ma381ma7m150v/315ma170v/325ma422ma8m180v/354ma200v/387ma430mad1403bu 5086m105v/230ma150v/276m

16、a7m140v/308ma180v/326ma8m180v/346ma190v/375mabu 5087m150v/284ma8m190v/338ina图3.1电子变压器电路图均为3.3q/w, 8米负载，改变r7阻值情况下，输入交流电电压逐渐增加，观察 记录起始保护电路工作时的电流。当r7阻值确定后，起始保护动作仅与工作电 流有关，与工作电压及负载管长没有关系。r7的阻值越大，起始保护线路电流 越大。r7阻值取6. 5k,此时8米负载输入电压大于240v,起始保护电流500ma, 5分钟后起保。试验中发现不同功率管对r7取值很不相同，表3. 2是bu508的 结果，改用but11a, r7有

17、大的改变。及时同一型号功率管，不同厂家生产的r7 也不相同。表3.2 r7阻值与起始保护电流的关系r7阻值(kq)34566.58起始保护电流(ma)43045046549050051532硬件的选择3. 2. 1 plc的选择设计中有1个输入点和14个输出点。按plc使用的选择要求输入和输出端 是都要有10%20%的扩展空间，在校学习的是西门子s7-200, cpu的输入/输出 过程变量映像区人小：128 di/128 do；16 ai/16 ao (cpu 221/222)；32 al/32 ao (cpu 224 以上)、cpu 本体的 1/0 点数：cpu221c6di/4d0)； c

18、pu222 (8di/6d0)； cpu224/cpu224 xp (14di/10d0)； cpu226 (24di/16d)。所以选择 s7-200 cpu2263.2.2高压线的选择常见的高压线有两种：一是普通高压线这种高压线价格便宜，但塑料 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-种硅橡胶 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。3.2.3其他元器件的选择所有元器件的选择如表3. 3所示。表3. 3元件目录表元器件个数fs-23按钮开关1霓虹灯12字型霓虹灯81. fs-23按钮开关一个,2. 连接导线若干，3. 霓虹灯12个,5.字型霓虹灯8个

19、，3.3外部接线图通过plc控制八个字型灯和边框流水灯的闪烁,plc的外部接线图如图3-1所示。上等若水母徒我物mmtrs%恥图3-1外部接线图第4章软件设计4. 1流程图霓虹灯开始工作的流程图为4-1 :±和善字亮，同时边框流水灯i亮，2秒后 若和水字亮边框流水灯口亮，上和善字灭，边框流水灯i灭，2秒后厚和德字 亮，同时边框流水灯iii亮，若和水字灭，边框流水灯h灭，再过2秒载和物 字亮，同时边框流水灯iv亮，厚和德字灭，边框流水灯iii灭，再过2秒 上善 若水亮，同时边框流水灯v亮，载和物字灭，边框流水灯iv灭，再过2秒厚 徳载物 亮，同时边框流水灯vi亮，上善若水 灭，边框流水

20、灯v灭，再过2秒流 水框灯全亮，上善若水，厚徳载物亮并闪烁 厚徳载物 灭，边框流水灯vi灭。 2秒后上字亮，同时边框流水灯i亮，流水框灯全灭，上善若水，厚德载物灭1 秒后，“善”字亮，同时边框流水灯ii亮，“上”字灭，边框流水灯i灭，1秒 后“若”字亮，同吋边框流水灯iii亮，“善”字灭，边框流水灯tt灭，1秒后“水”字亮，同吋边框流水灯iv亮，“若”字灭，边框流水灯iii灭，1秒后“厚” 字亮，同时边框流水灯v亮，“水”字灭，边框流水灯iv灭，1秒后“德”字亮, 同时边框流水灯vi亮，“厚”字灭，边框流水灯v灭，再过0.5秒，边框流水灯 vi灭，再过0. 5秒，“载”字亮，同时边框流水灯全亮

21、，“徳”字灭，再过0. 5秒, 边框流水灯全灭，再过0.5秒，“物”字亮，边框流水灯全亮，“载”字灭，再过 0.5秒边框流水灯全灭，再过0.5秒，“物”字灭，上和善字亮，边框流水灯i 亮，如此循环。krk mb子竇.已討 rj iv<. a2電？*»«养111#玄事傀4訂m,x3n -. t边抵波水灯 全灭牛类iim死.书代边框流水灯 vi灭-fw.k<级it.w at|f x ee1l/卄rrnv af：*n±r-mcw><m4q x-幻"轨vrxr<； 7*t hht pnx.«fjn k. 7«e边

22、松流水灯 全火物.字灭图4-1工作流程图4. 2地址分配表：plc的地址分配如表4-1所示。表4-1 plc的i/o接口功能表xo10. 0上q0. 0善q0. 1若q0. 2水q0. 3厚q0. 4德q0. 5载q0. 6物q0. 7灯1q1.0灯2q1. 1灯3q1.2灯4q1.3灯5q1.4灯6q1. 54. 3程序的仿真实验经过反复仿真实验，此程序在仿真软件上已无错误。餉(p) w(v)配員(c) plcszf(d)帮助(h)卜 aftawl kop db1twii 笛siemens0 1 2 3 4 5 6 7runstop0 1 2 3 4 5 6 7portofort1simat

23、ics7-2000 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 72 3 4 5 6 7cpu 226r 1milmri nhdt it" it n it it ik it n m t n a n " " a 北 it n < i程序(p)奁看(v)配置(c) plc显示(d)務助(h)it n it n n n it n " n iu t n n it n it n n n n n isiemenssrcpu 2260 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7runstop0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4

24、 5 6 7portoro*rt1simatic s7-200坞-s/.200awl kop db1012345670123456701234567>tc'p0 1 2 3 4 5 6 7portl w1 h 讥 kop db1需isiemenssimatic s7-200cpu 226lnjinjinjinnnnnnnji|i|i|i|i|i|i|i|i|i|i|i|r mi it it n n n it n it n n jm l it n n n it n it it n “ i012345670123456701234567a & q a<|虹“。，旳忆急苗

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26、期学习plc,自己能理解、掌握一些简单控制系统的编程，掌 握一些编程语言：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表等。通过该设计了解 到更多的plc类型的i/o点数及其功能特点，设计一个实际的程序需要考虑plc 的选型，其选择plc类型所需要的注意事项如下：1、plc选型主要根据所需功能和容量进行选择，并考虑维护的方便性，备 件的选型：通用性，是否易于扩展，有无特殊功能要求等。plc输入/输出点确 定：i/o点数选择吋要留出适当余量；plc存储容量：系统有模拟量信号存在或 进行大量数据处理吋容量应选择大一；plc的扩展：可通过增加扩展模块、扩展 单元与主单元连接的方式。扩展模块有输入单元、输出单元、输入/输岀一体单 元。扩展部分超岀主单元驱动能力时选用带电源的扩展模块或另外加电源模块给 以支持。2、充分合理利用软、硬件资源：尽量利用plc内部功能软元件，充分调用 中间状态，使程序具有完整连贯性，易于开发，同吋也减少硬件投入，降低了成 本；条件允许的情况下最好独立每一路输出，便于控制和检查，也保护其它输出 冋路；当一个输出点出现故障时只会导致相应输出冋路失控；输出若为正/反向 控制的负