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1、. . .基于plc的霓虹灯设计毕业论文目 录摘 要1Abstract2目 录4第1章 绪论11.1霓虹灯的起源11.2 霓虹灯的现状与发展21.3霓虹灯控制方式的改革2第2章 系统设计方案的确定42.1霓虹灯的工作原理42.2霓虹灯的结构与部件42.3设计的方案确定72.4功率管的选择82.5保护线路的设计92.6使用情况9第3章 可编程序控制器简介（PLC）113.1 PLC简介113.2 PLC的结构113.3 plc工作原理123.4 PLC的应用特点143.5 S7-200PLC部元器件介绍163.5.1读取输入163.5.2.执行用户程序163.5.3通信处理173.5.4 cpu
2、自诊断测试173.5.5中断程序的处理173.5.6立即I/O处理173.5.7输入/输出滞后时间183.5.8程序组成18第4章 霓虹灯控制系统设计204.1需求分析204.2 I/O分配表和plc选型204.4系统控制流程图214.5 S7-200硬件接线电路图214.6霓虹灯闪烁功能流程图234.7霓虹灯梯形图程序编写24结 论28参考文献29致 谢30.参考资料. . .第1章 绪论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
3、告随处可见,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管,另一种为日光等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，大部分是采用霓虹灯。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。以上就是我选择此题目作为毕业设计的重要意义。1.1霓虹灯的起源霓虹灯是由英文“氖灯”，即
4、“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，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壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管的气体，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重新
5、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，在霓虹灯充入一定的惰性气体，这样就明显减缓了气体在灯管部的消耗速度，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。1
6、.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。以前霓虹灯制造企业几乎全部用普
7、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。1.3霓虹灯控制方式的改革随着工业生产的迅速发展，市场竞争激烈，产品更新换代的周期日趋缩短。由于传统的继电器控制系统存在着设计制造周期长，维修和改变控制逻辑困难的缺点，因此越来越不能适应工业现代化发展的
8、需求，迫切需要新型相应的自动控制装置。PLC控制霓虹灯闪烁的编程语言容易掌握，是电控人员熟悉的梯形图语言，使用术语依然是“继电器”一类术语，大部分与继电器触头的连接相对应，使电控人员一目了然。PLC控制使用简章，它的I/O已经做好，输入输出信号可直接连接，非常方便，而输出口具有一定驱动能力，当工作程序需要改变时，只需改变PLC的部，无需对外围进行重新改动，从这些方面突出了使用PLC控制霓虹扥闪烁的优越性。所以本设计用plc来控制霓虹灯来代替传统的继电器控制。.参考资料. . .第2章 系统设计方案的确定2.1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
9、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，所以在一定的电流围， 阴极的电流密度不变，阴极位降不变。阴极位降大约为10020伏，为正离子加速提供能量。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。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。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
10、。2.2霓虹灯的结构与部件 一般的商品用霓虹灯多采用冷阴极辉光放电形式工作。典型的冷阴极霓虹灯结构如图所示。由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。图2.1 霓虹灯的结构图玻璃灯管根据要求弯制加工成直线状或异形曲线状的文字或图案。玻璃管主要用来填充工作气体，限制放电区域，保持真空和透射光线。玻璃灯管以直径规格分为:6、7、8、9、10、12、15、18、20mm等;以玻璃材质分:钠玻璃管(俗称石灰料玻璃管)及铅玻璃管又称红丹料玻璃管)。钠玻璃管稳定性差，受潮后极易变质、泛碱(风化)，牢度差易爆裂。目前国大部分采用的是石灰料即钠钙玻璃，与国外采用的红丹料玻璃即铅错玻璃质量相差较大，
11、存在问题为:采用的钠钙玻璃氧化锰杂质含量过大;钠钙玻璃的化学稳定性差，玻璃表面长期使用后的透明度降低，使灯的光衰加剧:玻璃中的纳原子向玻管的表扩散，溶入荧光粉晶体中，使荧光粉劣化;如果在弯制过程中加温过甚， 玻璃中的纳原子析出与汞化合形成黑色的吸光纳汞齐膜，使荧光粉的光效率大为下降。铅玻璃管其热性能、机械性能、电性能、化学稳定性能、真空性能和光学性能优于钠玻璃，其耐候性、使用寿命大大超过钠玻璃。玻璃管可以是透明的(俗称明管)，也可以是涂有荧光粉的(俗称粉管)，依据所需获得光色而定。明管所充的工作气体通常为惰性气体，不同的惰性气体有其不一样的发光光谱特性。以氖气最为常见，发红色光，此时氖气不仅参
12、与放电，而且也参与发光。粉管涂各种规格荧光粉，充氢气及少量金属汞，汞蒸激发辐射2537埃紫外线，被荧光粉吸收而产生荧光，氛气作用提高光效降低着火电压。在玻璃管两端各置一个金属电极，作为发射电子和收集电荷之用。常用电解铜或镀镍铁制成圆锥形，有足够的发射面积，保证散热和降低阴极电位。电极要能经受质量相当大的正离子轰击而不致升温过高，不熔化和减少阴极溅射。金属电极外有云母片，其作用一是支撑电极，二是隔热，防止在真空除气过程中，电极升温过高导致外玻璃管炸裂。电极作为霓虹灯管的核心部件，其质量与性能的优劣将直接影响灯管的寿命。质量好的灯管除了对真空度有较高的技术要求外，更重要的是必须有一对发射性能良好的
13、电极，因为电极壳的表层通过轰击加热的过程中，能形成一层非常有利于电子发射激活层。若在轰击中，完全丧失了这一激活层，那么真空度再高，其寿命也不会超过1000小时的。实验也证明了灯管寿命不是跟真空度成正比关系。霓虹灯的电极发射电子是由正子轰击阴极表面而产生二次电子发射的。它取决于阴极的材质及阴极的表面状态。实验证明，当阴极表面被其它单层低逸出功金属原子覆盖时，其二次电子发射系数变大，逸出功降低，发射性能好，溅射少。霓虹灯电极材料大都使用铜、铁、镀镍铁等金属制作的，这些金属的逸出功较高，电子发射性能相对较差。如果灯管使用这些纯金属发射电子势必造成其阴极压降大，阴极溅射得快，从而使灯管很快因溅射失效，
14、特别是铜电极溅射得更快。实验证明，纯金属容易溅散，但在金属表面氧化一层有益的氧化膜或涂一层其它逸出功较低的金属或其氧化物，这样做可以大大降低其逸出功的，提高了电子发射性能，从而减缓了阴极溅散，起到了延长灯管寿命的作用。于是人们在制造电极时，大都把电极进行预处理。常见的霓虹灯变压器有两种：漏磁变压器和电子变压器。漏磁变压器既是变压器，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，且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了一个安全阀，当次级电流增加时
15、，铁芯中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减小，从而使漏磁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着的。漏磁变压器通过长期的使用和改进，设计及制作工艺都已达到完善和成熟。它的性能可靠，工作稳定，被广泛使用。漏磁式霓虹灯变压器功率高450vA ，重量大于10公斤，虽然具有工作稳定可靠，负载能力强(可带1米到12米霓虹管)，但是漏磁变压器需耗费大量的铜和钢，笨重且价高，安装困难，而且功率因数仅为0.5左右。在电力资源日益紧的今大，传统的漏磁式霓虹灯变压器正被能低、体积小、重量轻的电子式霓虹灯变压器所取代。 电子式霓虹灯变压器一般6米的功耗不大于80W，12米的功耗不大于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出。电子变压器原理并不复杂，所用之电经过整流滤波后得到 3OOV左右的直流电压，然后通过逆变电路，将直流电转变为高频交流电，再经升压变压器升压到很高的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电路的安全。用电子技术制成的霓虹灯电子变压器，在霓虹灯工程中得到广泛应用，相当大围取代了传统的漏磁变压器。变
