【基于PLC的霓虹灯控制系统设计12000字（论文）】

基于PLC的霓虹灯控制系统设计摘要广告在我们的生活中无处不在，霓虹灯广告作为各企业宣传企业形象与产品的手段之一，采用霓虹灯管做成的多种彩色和各种形状的灯管，通过控制灯的亮灭时间不同与流动方向，另配宣传画或大型广告语来达到宣传的效果。在白天不仅可以起到路牌广告、招牌广告的作用，而且夜晚更是形式各异、五彩缤纷，是城市中一道美丽的风景。本次设计采用西门子S7-1500为控制核心，外加HMI为上位机，结合传感器、继电器、接触器、开关按钮等设计了一套基于PLC的霓虹灯广告屏控制系统。此霓虹灯广告屏控制系统不仅设计了多种工作方案，而且可以对霓虹灯闪烁频率进行调控；通过光电传感器可以检测人流，并且设计了接近模式；针对其可能因为短路情况造成事故，运用了电压传感器检测，设计了故障报警功能；还利用了HMI系统对控制系统进行监控。根据功能分析和控制要求，进行了对系统总体方案的设计及硬件软件电路的设计。经仿真测试，符合设计要求，能满足使用需要。关键词：PLC控制系统；霓虹灯；远程监控；HMI目录TOC\o"1-3"\h\u292751.绪论 644391.1课题研究目的及意义 620961.2PLC的发展 6145751.3课题主要研究内容 8298882.霓虹灯广告屏控制系统设计 9279832.1控制系统设计流程 9320152.2霓虹灯广告屏控制系统功能与外观设计 10105482.2.1控制系统功能设计 10316212.2.2霓虹灯广告屏外观设计 1014102.3霓虹灯广告屏方案设计 1154152.3.1LED屏方案设计 1130932.3.2霓虹灯管闪烁方案 12270482.4报警模式 14117892.5监控系统 1474122.6控制系统元件选型 15250052.6.1控制器PLC选择 15200042.6.2传感器的选择 17194622.6.3霓虹灯管选择 17284122.7控制系统硬件配置 17156072.7.1分配I/0地址 18185252.7.2控制系统硬件设计 19144232.8本章小结 2069993.霓虹灯广告屏控制软件设计 21238713.1控制系统软件编程 2130063.1.1TIAPortalv16介绍 21176123.1.2PLC内部使用地址 22103503.1.3霓虹灯控制 22317023.1.4LED屏控制 25180813.2程序调试及仿真 2659943.2.1调试步骤 26207393.2.2调试结果 2787144.HMI人机界面 28287834.1HMI介绍 28204834.2HMI的建立 28254584.2.1组态连接 2869974.2.2HMI画面的建立 29171605.结论与展望 3211271参考文献 3322485附录 35

绪论课题研究目的及意义随着广告行业的发展，各商店为了对产品和形象进行宣传，大部分都采用了LED霓虹灯广告屏来实现这一目的。查阅相关资料表明，传统霓虹灯的闪烁控制通过人工控制和电气控制，现在多采用单片机作为主控单元。人工控制方式会浪费很多的财力和人力。电气控制中会使用很多继电器，但是继电器控制系统局限在普通逻辑、计数和定时等一些简易的控制，而且它的体积大、耗能多、可靠性差、寿命短、反应慢和扩展性差，还会有机械磨损[]。单片机控制虽能有效地实施监测，但抗干扰能力差，故障率高，容易造成接触不良，维护困难等缺点，同时由于系统的扩展性差使监测容量相对较小，因而系统性价比较低。可编程控制器（ProgrammableLogicController）的出现就解决了这些问题，PLC具有强大的通用性，易于使用，强大的抗干扰，适合广泛的高可靠性，程序设计简单等功能，它对控制霓虹灯的闪烁具有独特的优点。采用PLC控制霓虹灯广告屏不仅可以很好的完成其控制要求，而且还有安装调试方便、电路结构简单的优点。PLC的发展国际电工委员会(IEC)在20世纪80年代初就开始了有关PLC国际标准的制定工作。并发布了数稿草案。在2003年发布(1992年发布第1稿)的PLC国际标准IEC

61131-

1(通用信息)中对PLC有一个标准定义:

“PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的基于用户的指令,并通过数字式和模拟式的输人和输出，控制各种类型的机器或过程。PLC及其相关的外围设备，都应按易于与工业控制系统集成、易于实现其预期功能的原则设计。”

上述定义重点说明了3个概念,即PLC是什么、它具备什么功能，以及PLC及其相关外围设备的使用原则。

定义强调了PLC应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了PLC

是“数字运算操作的电子系统”，也是一种计算机，是“专为在

工业环境下应用而设计”的工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，编程方便，能完成逻辑运算、顺序控制定时、计数和算术运算等操作，还具有“数字量和模拟量输人输出"功能，并且非常容易与“工业控制系统连成一体”。易于实现其预期功能。初级阶段从第一台PLC问世到20世纪70年代中期。这个时期的PLC功能简单，主要完成一般的继电器控制系统功能，即顺序逻辑、定时和计数等.编程语言为梯形图。

（2）崛起阶段

从20世纪70年代中期到80年代初期。由于PLC在取代继电器控制系统方面的卓越表现，自从它在电气控制领城开始普及应用后便得到了飞速的发展。这个阶段的PLC在其控制功能方面增强了很多，如数据处理、模拟量的控制等。

（3）成熟阶段

从20世纪80年代初期到90年代初期。在这之前的PLC主要是单机应用和小规模、小系统的应用，但随着对工业自动化技术水平、控制性能和控制范围要求的提高，在大型的控制系统(如冶炼、饮料、造纸、烟草，纺织、污水处理等)中，PLC也展示出了其强大的生命力。对这些大规模、多控制器的应用场合，就要求PLC控制系统必须具备通信和联网功能，这个时期的PLC顺应时代要求，在大型PLC中一般都扩展了遵守一定

协议的通信接口，飞速发展阶段从20世纪90年代初期到90年代末期。由于对模拟量处理功能和网络通信功能的提高。PLC控制系统在过程控制领城也开始大面积使用。随着芯片技术、计算机技术、通信技术和控制技术的发展,PLC的功能得到了进一步提高。现在PLC无论从体积上、人机界面功能端子接线技术，还是从内在的性能(速度存储容量等)、实现的功能(运

动控制、通信网|格和多机处理等)方面都远非过去的PLC可比，

从20世纪80年代以后，是PLC发展最快I的时期，年增长率一直都保持在30%

~

40%。

（5）开放性和标准化阶段

从20世纪90年代中期以后。关于PLC开放性的工作其实在20世纪80年代就已经展开了。但由于受到各大公同的利益用挠和技术标准化难度的影响。这项工作进展并不顺利。因此，PLC诞生后的近30年时间内，各个PLC在通信标准编程语言等万面能井不看不兼容的地方.这给工业自动化中实现互换性互操作性和标准化都带来了极大的不便。现在随着PLC国际标准IEC

61131的逐步完善和实施,特别是IEC

6131-3标准编程语言的推广，使得PLC真正走入了一个开放性和标准化的时代。

目前，世界上有200多个厂家生产300多种PLC产品，比较著名的厂家有美国的AB

(被ROCK

WELL收购)、GE、MODICON(被SCHNEIDER收购)，日本的MITSUBISHI、OMRON，FUJI、松下电工，德国的SIEMENS和法国的SCHNEIDER公司等。随着新一代开放式PLC走向市场，国内的生产厂家，如和利时、浙大中控等生产的基于IEC61131-3编程语言的PLC可能会在未来的市场中占有一席之地。课题主要研究内容本文主要研究霓虹灯广告屏控制系统的设计，利用可编程逻辑控制器（PLC）对LED霓虹灯广告屏进行控制。第一章：绪论；第二章：霓虹灯广告屏控制系统相关器件及技术介绍；第三章：霓虹灯广告屏控制系统总体设计；第四章：霓虹灯广告屏控制软件设计及调试：设计相应软件程序根据控制要求,对程序进行逻辑检测与调试。第五章：5.结论与展望。

霓虹灯广告屏控制系统设计本次设计的霓虹灯广告屏控制系统包含了数据采集、设备控制、远程监控于一体的自动化控制系统。控制系统应实现自动保护、自动控制、自动报警。通过HMI对广告屏中的运行状况进行实时监控，HMI监控系统操作简单、界面友好、能及时汇报系统情况，从而确保控制系统能安全、准确的运行。完成对本设计的霓虹灯广告屏控制系统需求分析后，分析广告屏的工艺流程和控制流程，依次展开霓虹灯广告屏控制系统的总体设计，包括控制系统设计流程、控制系统功能设计、霓虹灯广告屏外观设计、控制系统硬件选型、控制系统硬件配置等。控制系统设计流程PLC控制霓虹灯广告屏的控制系统设计过程中，首先设计外观以及功能要求，然后明确被控对象以及分析其控制要求，根据控制要求合理的对PLC进行选择，并且对I/O接口进行分配；再根据设计的技术方案绘制硬件电气控制的接线图；通过编程软件对程序进行编写，并反复进行模拟调试，在确保系统一切安全和设备正常的前提下可以撰写技术文件，并投入使用。PLC控制设计的流程如图2-1所示：图STYLEREF1\s2-SEQ图\*ARABIC\s11控制系统流程图霓虹灯广告屏控制系统功能与外观设计控制系统功能设计PLC作为霓虹灯广告屏系统的控制器，其主要任务是控制霓虹灯广告屏工作，通过传感器采集广告屏附近是否有人接近和广告屏灯管电压等信息，以此为依据判断并发出相应操作命令，确保系统可以安全、可靠的运行。此外采用HMI为上位机对系统进行远程控制与监控，达到远程、高效、便捷的管理。如图2-2，下位机控制部分包括以下部分：通过传感器对数据的采集及传输部分，包括对广告屏附近人流情况与灯管电压等环境数据；A/D转换装置转换分析部分，将传感器采集的数据转化成能够被PLC控制器识別的信号，然后经PLC转换成机器能够识别的信号进而分析，再发出控制命令；执行机构霓虹灯广告屏等。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s12系统控制方框图霓虹灯广告屏外观设计本次设计的霓虹灯广告屏整个完整的硬件包括：长方体部分、半圆部分、物电学院字体、柱状灯管、LED显示屏。长方体尺寸为750㎝×150㎝×30㎝,扇形半径为375㎝，共用冷阴极管46个，其中每个字、每个图案都是用若干个冷阴极管并联而成，组成了一个小的单独体，其中有红、绿、蓝三色冷阴极管，如图3-3所示。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s13霓虹灯广告屏外观图霓虹灯广告屏方案设计LED屏方案设计当PLC启动后，LED显示屏开始工作。光电传感器检测有信号时，PLC控制显示屏更改内容，光电传感器无信号后，显示屏继续工作与原来模式。工作流程图如图3-4：图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s14LED屏工作流程图（1）无人接近模式本次设计对于LED屏内容的设计，以时间顺序进行设计，内容包括：早上（6:30--8:30）：显示屏显示“一日之计在于晨”；上午（8:30--12:00）：显示屏显示“尚德勤学求是创新”；中午（12:00--13:30）：显示屏显示“中午休息啦”；下午（13:30--18:30）：显示屏显示“遇到困难时不要抱怨”；晚上（18:30--24:00）：显示屏显示“送走忙碌忘掉烦恼”。（2）有人接近模式当光电传感器检测到有人接近时，显示屏无论在那一时间都会显示“欢迎您”。霓虹灯管闪烁方案霓虹灯能够进行自动的循环闪烁，可以达到美观、亮化、和宣传的目的。而本次设计设计了多样的霓虹灯闪烁方案，可以进行选择。对于设计的五种方案各自有启动按钮，可以任意选择一种方案闪烁。（1）霓虹灯闪烁流程图如图3-5：图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s15霓虹灯闪烁流程图（2）方案一方案一设计使霓虹灯实现连续闪烁的效果。方案一的的亮灭时序为每根灯管第一根灯管亮1s后第二根灯管再亮1s，依次至灯管全亮，然后全灭。半圆部分:在全灭的情况下，从内往外一位紧接着一位连续点亮，直至全部点亮，然后全部熄灭。长方体部分：在全灭的情况下，从左往右一位紧接着一位连续点亮，直至全部点亮。然后全灭。（3）方案二此方案实现一种跳跃的闪烁效果。方案设计为：霓虹灯闪烁顺序为左到右依次闪烁，灯管的亮灭时序为第一根灯管以亮1s后灭1s的顺序循环，第二根灯管1s后以亮1s灭1s的顺序循环，第三根灯管2s后以亮1s灭1s的顺序循环，依次类推。半圆部分:在全灭的情况下，从内往外依次闪烁。从一号灯管至六号管，循环闪烁。长方体部分：在全灭的情况下，从左往右依次点亮，从八号灯管至二十四号灯管，循环闪烁。（4）方案三此方案长方体部分与半圆部分以不同方式闪烁。半圆部分：在全灭的情况下，从一号灯管开始亮1s灭，二号灯管亮1s灭，至六号灯管亮1s灭，然后五号灯管亮1s灭至一号灯管，循环闪烁。长方体部分：在全灭的情况下，灯管先从两端同时闪烁，闪烁至中心后，再从中心向两端闪烁，达到一种波浪的效果。此闪烁方案中灯管的亮灭时序为从八号灯管和二十四号灯管同时亮1s后灭，二号灯管和二十三号灯管再同时亮1s后灭，依次亮至十六号和十七号灯管，循环闪烁。（5）方案四此闪烁方案将各部分灯管分为单数灯管与双数灯管，使其闪烁达到一种循序渐进的视觉效果。半圆部分：在全灭的情况下，一号灯管亮，1s后三号灯管亮，1s后五号灯管亮，1s后六号灯管亮，1s后四号灯管亮，1s后二号灯管亮，然后全灭，1s后循环闪烁。长方体部分：在全灭的情况下，八号灯管亮，1s后十号灯管亮，至二十四号灯管亮，1s后二十五号灯管亮，至九号灯管亮，1s后全灭，然后循环闪烁。（6）方案五此方案将各部分灯管按颜色划分，每一组有红绿蓝三根灯管，每组灯的闪烁规律是从每组灯的第一根开始亮，依次亮至第三根，然后后再依次从第三根灭至第一根。半圆部分：可分两组，在全灭的情况下，每一组红灯亮1s灭，绿灯亮1s灭，1s后蓝灯亮1s灭。长方体部分：可分六组，在全灭的情况下，每一组红灯亮1s灭，绿灯亮1s灭，蓝灯亮1s灭，然后反序依次灭。（7）接近模式传感器检测到有人接近时，将检测信号反馈到PLC，PLC控制所有霓虹灯按照亮1s然后灭1s，然后在亮1s灭1s，循环操作直至传感器无信号后停止操作，并且转换到原来的方案。字“物电学院”与二十五号灯管常亮，每根霓虹灯管的供电电源为220V。报警模式霓虹灯广告屏短路危害及为严重，其危害如下：短路电流通常要超过正常工作电流的十几至几十倍，这样的大电流将使电气设备过热，绝缘受到损伤，甚至烧毁电气线路和设备，引起火灾；短路电流非常大，会使电气设备产生巨大的电动力，导致电气设备发生扭曲、变形等情况，严重损坏设备；如果系统发生不对称短路，会产生不平衡的交变磁场，对其周围的铁路信号、通讯线路产生影响，导致系统闭塞。自动控制系统以及可控硅触发系统就可能被产生的干扰破坏；短路电流产生电压降影响其它设备正常工作，影响照明负荷的正常工作(白炽灯骤暗，气体放电灯熄灭等）。已经有多例因霓虹灯短路发生火灾，并造成人员伤亡的事故。所以本次对于霓虹灯广告屏控制系统设计了报警模式，其利用短路时电压很小（几乎为零）的特点，运用电压传感器检测，使PLC控制报警。其工作流程如图3-6：图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s16报警流程图监控系统远程监控系统中远程控制霓虹灯广告屏控制系统与现场控制系统组成有PLC控制器、传感器、执行设备、控制开关、PC、HMI（HumanMachineInterface）等。霓虹灯广告屏现场位置一般较高，所以此系统可以实时监控现场显得非常灵活、适用。PLC远程监控是强大而易于实现的技术，能够适时地远程诊断与修复,实现自动化数据采集,并可以及时生成问题通知，通过互联网任何地方即可远程控制、监视工业设备。HMI产生、投入使用后，受到了用户的好评。HMI系统具有简便、安全、直观等特点。并且其具有监控、故障诊断和打印等功能，很大程度提高了生产运行的可靠性。实践证明，HMI必将在工厂自动化中发挥出越来越大的作用，在PLC控制系统中有着广泛的应用前景。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s17监控系统结构图控制系统元件选型控制器PLC选择PLC的系统组成虽然目前PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。使用PLC进行控制，本质是按控制功能要求，通过用户程序计算出相应的输出结构,并将该结构以物理实现应用于工业现场。PLC专为工业现场应运而生,采用了典型的计算机框架架构，主要由微处理器CPU、电源存储器和专门设计的输人输出接口电路等组成。PLC的结构框图如图所示。微处理器CPU是PLC的核心，一般由控制器、运算器和寄存器组成。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路相连接。当PLC处于运行状态时，CPU按照循环扫描方式执行用户程序。现在大多数PLC都采用了32位的PLC。存储器包括系统存储器与用户存储器：系统存储器用来存放PLC生产厂家编写的系统程序，并且固化在ROM中，用户一般不可更改；用户存储器用来存放用户针对具体控制任务而编写的应用程序，其大小关系到用户程序容量的大小，是PLC性能的重要指标之一。PLC使用存储器有三种类型，即ROM、E²PROM和RAM。输入输出接口单元有与被控设备相连的接口的电路和输入输出的映像寄存器。输入单元接收来自用户设备的各种控制信号，控制信号可以是数字量也可以是模拟量。外部接口电路讲这些信号转换为CPU能够识别的信号，并存入输入映像寄存器。输出接口的电路将弱点控制信号转换为强电信号输出，以驱动执行元件。电源部分：PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部开关电源为PLC的CPU、存储器等电路提供5V、±12V、24V等直流电源，整体式的小型PLC还提供一定容量的直流24V电源，供外部有源传感器使用。扩展接口用于将扩展单元或功能模块与基本单元相连，以满足不同的控制系统要求。通信接口：利用通讯接口与触摸屏、计算机、其它PLC、打印机等相连，实现“人—机”或“机—机”之间对话。本次设计我选用了西门子系列S7-1500CPU1518-4PN/DN。带显示屏的CPU；工作存储器可存储4MB代码和20MB数据；位指令执行时间1ns；具有4级防护机制，功能有：计数与测量；运动控制，闭环控制，跟踪功能；运行系统选件；等时同步模式（集中）；适用于所有PROFINET接口：传输协议TCP/IP，开放式用户安全通信。传感器的选择（1）传感器原理传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成，如图2-2所示。图STYLEREF1\s2-SEQ图\*ARABIC\s12传感器结构图被测量由敏感元件直接感受，然后转换为与被测量有关系的物理量信号输出；敏感元件输出的物理量信号经过转换元件转换为电信号；变换电路的功能是将放大调制转换元件输出的电信号；辅助电源给转换元件和变换电路供电。（2）传感器选择根据设计要求，需要检测人流信息与灯管电压，所以选择光电传感器与电压传感器。光电传感器选择欧迪龙EK51-R6M4，参数为：检测距离6m-20m；工作电压为自由的电源AC/DC24-240V；检测物体为不透明体；输出24V电压；使用温度为-20℃-60℃。电压传感器选择Risym电压检测模块，参数为:电压输入范围0-25V；电压检测范围DC0.02445-25V；输出5V/3.3V；霓虹灯管选择考虑到外观的谐调性本设计采用12mm灯管。这种彩色玻璃管，在拉制玻璃管时已充入染料，生产出的玻璃管己呈彩色玻璃管，而本设计是由三种不同颜色灯管构成的，所以采用红，绿，蓝彩色玻璃管。对于霓虹灯变压器采用电源输入电压为交流220V，高压输出电压为15000伏，容量为450伏安的电感变压器。控制系统硬件配置PLC的单元式硬件结构将PLC的I/O系统和电源等主要部分全部安装在一个机箱内。其模块式硬件结构将PLC的主要硬件部分分别制成模块，然后由用户根据需要将所选用的模块插入PLC机架上的槽内，构成一个PLC系统。[[][]分配I/0地址不管运用哪一种硬件结构，用于连接PLC的I/O映象区与工业现场的各个输入/输出点之间的对应关系都必须确立，即I/O寻址方式：给每一个输入/输出点分配明确的地址确立这种对应关系所采用得方式。本次设计的控制系统共使用了8路数字量输入、26路数字量输出、2路模拟量输入。如下表3-1、3-2、3-3，对PLC的数字量、模拟量输入和输出分配表:表STYLEREF1\s3-SEQ表\*ARABIC\s11PLC数字量输入表名称PLC地址外部编号启动I0.0SB1停止I0.1SB2单步/循环I0.2SB3方案一I0.3SB4方案二I0.4SB5方案三I0.5SB6方案四I0.6SB7方案五I0.7SB8加速I1.0SB9减速I1.1SB10表STYLEREF1\s3-SEQ表\*ARABIC\s12PLC模拟量输入名称PLC地址外部编号电压传感器I1.5SA1光电传感信号I1.6SA2表STYLEREF1\s3-SEQ表\*ARABIC\s13PLC数字量输出表名称PLC地址名称PLC地址名称PLC地址名称PLC地址1号灯Q0.09号灯Q1.017号灯Q2.025号灯Q3.02号灯Q0.110号灯Q1.118号灯Q2.126号灯Q3.13号灯Q0.211号灯Q1.219号灯Q2.2早上Q3.24号灯Q0.312号灯Q1.320号灯Q2.3上午Q3.35号灯Q0.413号灯Q1.421号灯Q2.4中午Q3.46号灯Q0.514号灯Q1.522号灯Q2.5下午Q3.57号灯Q0.615号灯Q1.623号灯Q2.6晚上Q3.68号灯Q0.716号灯Q1.724号灯Q2.7有人Q3.7控制系统硬件设计本次设计的霓虹灯广告屏控制系统主要包括控制器PLC、霓虹灯变压器、霓虹灯管、LED显示屏、光电传感器等设备。为了实现有效的控制，控制系统的电气设计应遵循：合理的选择电气元件，保证控制系统可以安全稳定的运行；充分发挥PLC功能，满足生产工艺和控制要求；制定控制方案时，应考虑控制系统的美观、实用、经济、和维护简便；当遵循上述的原则，我们进行对霓虹灯广告屏控制系统的电气设计，霓虹灯广告屏控制系统的电气设计内容包括：PLC的L和N分别接220V交流电，为PLC提供工作电源。输入的公共端接PLC输入的COM端，PLC输出的COM1、COM2公共端接24V直流电，给PLC的输出提供24V直流电源。PLC的模拟量输入和模拟量输出的24+和24-接24V直流电，提供24V直流电源给模拟量的输入和输出。对应的PLC的输入和输出接线图如图3-8所示。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s18PLC硬件接线图本章小结本章首先介绍了霓虹灯广告屏控制系统设计流程和功能设计，然后对LED显示屏、霓虹灯管闪烁、报警模式、远程监控进行了方案设计，并结合项目需要对所需器件进行了硬件选型。然后对霓虹灯控制系统输入输出进行I/O分配、并且绘出了电气接线以及对远程监控硬件进行了设计。

霓虹灯广告屏控制软件设计在前文已完成了霓虹灯广告屏控制系统的设计选型、功能设计、I/O分配，各部分方案设计等。下面进行对PLC控制软件编程与设计，以实现霓虹灯广告屏控制系统的功能。控制系统软件编程TIAPortalv16介绍TIA

Portal(中文

名为“博途"

)组态设计框架将全部自动化组态设计系统完美地组合在一个单一的开发环境之中。这是软件开发领域的一-

个里程碑,是工业领域第一个带有“组态设计环境”的自动化软件。TIA

Portal在单个跨软件平台中提供了实现自动化任务所需的所有功能。作为首个用于集成工程组态的共享工作环境，TIA

Portal

在单一的软件应用程序中集成了各种SIMATIC系统。因此,TIA

Portal支持可靠且方便的跨系统协作，所有必需的软件包，包括从硬件组态和编程到过程可视化，都集成在一个综合的工程组态。TIA产品在TIA

Portal中协同工作，能够在创建自动化解决方案所需的各个方面为使用者提供支持,进一步提高生产力和效率。

典型的自动化解决方案包括:借助程序来控制过程的PLC;用来操作和可视化过程的HMI设备。图STYLEREF1\s5-SEQ图\*ARABIC\s11\t"/item/TIA%E5%8D%9A%E9%80%94/_blank"TIAportalV16编程环境PLC内部使用地址为了编程和使用方便，定义了部分PLC内部使用地址，如下表。表STYLEREF1\s4-SEQ表\*ARABIC\s11内部地址使用表名称数据类型PLC地址名称数据类型PLC地址启动信号Bool%M0.01S连续脉冲Bool%M1.2连续模式Bool%M0.11S脉冲Bool%M1.4方案一信号Bool%M0.2单步模式Bool%M3.0方案二信号Bool%M0.3脉冲发生信号Bool%M3.1方案三信号Bool%M0.4上午延时Bool%M0.7方案四信号Bool%M0.5下午时间Bool%M1.0霓虹灯控制本设计对霓虹灯管闪烁设计了五种方案，而且系统有单步/连续控制。工作模式为连续控制时，系统按照方案一、方案二、方案三、方案四、方案五的顺序工作。工作模式为单步控制时，需对五种方案进行选择，选择其中一种进行工作。五种方案分别有各自的启动按钮方案一I1.0、方案二I1.1、方案三I1.2、方案四I1.3、方案五I1.4，五种方案共用一个停止按钮I0.1。1、单步/连续选择的实现如图4-5，单步/连续选择程序由启动信号M0.0、停止信号I0.1、光电信号I1.5、单步/连续信号I0.2，进行控制。M0.0为1，I0.1为0，I1.5为0，I0.2为0时系统连续工作模式启动。M0.0为1，I0.1为0，I1.5为0，I0.2为1时系统单步工作模式启动。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s12单步/连续选择程序2、方案选择的实现系统工作于单步模式时，需要对闪烁方案进行选择，有五种工作模式进行选择。有设计程序可知：五种方案的选择是由复位优先型SR双稳态触发器实现的。例如方案一的选择如图4-6：单步模式启动，选择方案一（I1.0为1），SR进行置位，方案一启动；当变换方案时，SR进行复位，方案一关闭，所选方案启动。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s13方案一选择程序3、循环控制的实现系统在工作时，霓虹灯需要在某种方案下进行循环闪烁。本设计循环控制如下（以方案一为例）：脉冲产生本次设计生成1s连续脉冲，1s脉冲两个脉冲信号。如图4-9，1s连续脉冲采用两个接通延时定时器TON生成。1s脉冲采用生成脉冲定时器TP生成。1s连续脉冲生成：M3.1激活此脉冲发生器，接通延迟定时器DB1输出M1.1初始值为“False”，因此，下面一条接通延迟定时器DB2开始计时。当接通延时时间到达的时候，输出

M1.2获得

“True”信号。

M1.2的“True”信号将触发DB1开始计时,当第二次接通延时时间到达的时候，标志DB1输出M1.1被置位,M1.1的

“True”信号将断开DB2，同时使标志

“M1.2”被复位。M1.2的

“False”信号将中断DB1,标志

M0.1

的

“False”信号将重新触发下面一条“TON"”指令，然后整个过程再次重新开始。

其时序图如图4-7。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s141s连续脉冲时序图1s脉冲生成：M3.1激活TP，TP输出端M1.4置位，1s后输出端M1.4复位。输入端检测到下一个上升沿时，再次产生一个脉冲。

其时序图如图4-8。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s151s脉冲时序图图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s16脉冲产生程序循环控制本次设计利用计数器实现方案的循环，如图4-11为方案一半圆部分循环控制程序。其利用设置计数器线圈“SC”、降值计数器线圈“CD”、接通延时定时器“SD”实现循环，控制如下：方案一信号M0.2与1s脉冲M1.4都为“1”时计数器C1预置为5，当C1检测1s连续脉冲信号M1.2有上升沿时C1计数值减1，计数值大于0时输出C1与M1.3为1。如果C1计数值减为0，则C1复位，此时定时器T6接通延时，1s后置位且C1重新预置为5，实现循环。时序图如图4-10。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s17循环时序图图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s18循环控制程序（3）霓虹灯闪烁时间的实现五种闪烁方案，每一种方案霓虹灯都有不同的闪烁时间，所以需要对每一种方案情况下的霓虹灯时间分别进行设计。此次设计利用接通延时定时器“SD”对其时间进行了控制，以达到所需要的效果。如梯形图见附录主程序程序段9、程序段10、程序段11、程序段12、程序段13.LED屏控制LED屏的控制分为：早上控制模式、上午控制模式、中午控制模式、下午控制模式、晚上控制模式，系统控制模式通过PLC的本地时间来决定。采用PLC的RD_LOC_T(读取本地时间)指令，将PLC的本地时间写入OUT。读取本地时间指令读当前时间和日期并把它装入一个缓冲区（起始地址是DT）。地址由小到大分别存放年、月、日、小时、分钟、秒、0。读取本地时间输出的数据类型为Date-And-Time，利用T_CONV（转换时间并提取）指令将OUT中的数据转换为Time类型。将RD_LOC_T指令读取的PLC本地时间后小时数存放在T_CONV的OUT中，然后运用OUT与TOD#06:30:00、TOD#08:30:00、TOD#12:00:00、TOD#13:30:00、TOD#18:30:00比较，当OUT大于等于TOD#06:30:00且小于TOD#08:30:00为早上、大于等于TOD#08:30:00且小于TOD#12:00:00为上午、大于等于TOD#12:00:00且小于TOD#13:30:00为中午、大于等于TOD#13:30:00且小于TOD#18:30:00为下午、大于等于TOD#18:30:00为晚上。图STYLEREF1\s3-SEQ图\*ARABIC\s19读取本地时间程序调试及仿真调试步骤（1）打开STEP7-PLCSIMV16版编程软件，新创建一个项目。（2）选择PLC的型号为S7-1500CPU1518-4PN/DN。（3）设置组态（4）编写梯形图。（5）编译程序。（6）启动仿真。（7）运行PLC，监视程序状态。观察能流变化是否正确。（8）观察PLC的LED亮的次序是否正确。（9）利用状态表，监视输出变化是否正确。调试结果（1）仿真输入输出SIM表如下:图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s110输入SIM表图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s111输出SIM表（2）调试过程及结果测试分为单步模式与循环模式验证。首先进行了单步模式验证，单步验证主要对霓虹灯管闪烁方案进行选择，然后观察各个方案是否可以正确工作，检查其逻辑控制是否符合要求。其操作步骤如下：点击启动按钮，检查是否可以正常启动；点击单步/循环按钮，观察是否可以实现单步与循环的转换；分别点击五种方案按钮，观察每一种方案下霓虹灯的亮灭是否符合控制要求，并检查能否正确的对方案进行选择。然后进行了循环模式的验证，其操作步骤如下：点击启动按钮；观察输出是不是按照方案一、方案二、方案三、方案四、方案五的顺序进行工作。最后对接近模式与报警模式按照操作进行了验证。通过每一步测试，结果完全符合逻辑控制要求，可以实现设计功能及方案。HMI人机界面HMI介绍从广义上说，人机界面(Human

Machine

Iterfee

HMI)泛指计算机(包括PLC)与操作人员交换信息的设备。在控制领域，

人机界面般特指用于操作人员与控制系统之间进行时话和相互作用的专用设备，人机界面可以在恶劣的工业环境中长时间连续运行，是PLC。最住格档。

人机界面可以用字符、图形和动画动态地显示现场数据和状态，操作人员可以通过人机界面来控制现场的被控对象。此外，人机界面还有报警、用户管理、数据记录、趋势图、福方管理、显示和打印报表、通信等功能。

随着技术的发展和应用的普及，近年来人机界面的价格已经大幅下降，.

个大规模应用人机界面的时代正在到来，人机界面已经成为现代工业控制系统必不可少的设备之一。

触摸屏是人机界面的发展方向，用户可以在触摸屏的屏幕上生成满足自己要求的触摸式按键。触摸屏使用直观方便，易于操作。画面上的按钮和指示灯可以取代相应的硬件元件，减少PLC需要的I/O点数，降低系统的成本，提高设备的性能和附加价值。

现在的触摸屏一般使用

TFT液品显示器，每液晶像

素点都用集成在其后的薄膜品体管来驱动，其色彩逼真、亮度高、对比度和层次感强、反应时间短、可视角度大。HMI的建立组态连接CPU和HMI默认的IP地址分别为192.

168.0.1和192.

168.0.2,子网掩码均为.生成PLC和HMI设备后，双击项目树中的“设备和网络”，打开网络视图，此时还没有图4-1中的网络。单击工具栏上的“连接”按钮，它右边的选择框显示连接类型为“HMI连接”。单击选中PLC中的以太网接口(绿色小方框)，按住鼠标左键，移动鼠标，拖出条浅蓝色直线。将它拖到HMI的以太网接口，松开鼠标左键，生成图中的“PN/IE_2”。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s11组态连接打开项目视图，打开从右到左弹出的视图中的《连接”选项卡，可以看到生的HMI连接的详细信息，在参数框下将访问点设为“S7ONLINE”如图4-2。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s12连接画面HMI画面的建立根据工艺和控制要求建立HMI画面，建立霓虹灯广告屏相应的灯管，建立启动、停止、自动手动、急停和复位等开关按钮，运行指示灯、故障指示灯建立电压传感器和电压显示、电压设定等，建立画面切换按钮，用于切换画面。连接PLC变量，组态动画，做出的主菜单如下4-3图所示。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s13主菜单画面建立监控画面，连接PLC变量，对设置启动、方案、加/减速等进行相应设定，如下图4-4所示。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s14监控画面建立压力参数设定画面，主要用于对压力值的设定和压力的测量范围进行设定如下图所示。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s15参数设定如下图4-6所示进行建立报警画面，添加报警控件，然后设置报警相应的参数，调整大小和位置，双击报警控件对报警控件的属性进行设置。如图所示顶部有报警测试按钮，用来进行报警测试。图STYLEREF1\s4-SEQ图\*ARABIC\s16报警画面

结论与展望本文采用的是基于PLC控制的霓虹灯广告屏系统，现有的霓虹灯广告屏