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1、目 录前 言1第一章 课题概述21.1 霓虹灯起源及其发展史21.1.1 霓虹灯的起源21.1.2 霓虹灯的发展史21.1.3 采用霓虹灯的意义和目的31.1.4 本次设计的主要内容3第二章 系统硬件设计42.1 PLC的选型42.1.1 PLC介绍42.1.2 可编程控制器的基本概念与基本结构42.1.3 可编程控制器的基本特点52.1.4 可编程控制器的选择62.2 S7-200 CN系列62.3 PLC接线图72.4 可编程序控制器I/O分配表82.5 材料清单82.6 霓虹灯硬件展示9第三章 系统软件设计103.1 控制程序设计103.1.1 霓虹灯的控制要求103.1.2 程序流程图
2、10第四章 系统调试164.1 调试程序164.2 霓虹灯效果展现17总结19前 言霓虹灯在夜市中虽不能说独领风骚但也出尽了风头。每当黄昏之际各种霓虹灯就迫不及待地闪闪烁烁发出绚丽的颜色入夜后更是争相辉映轰然出一派五彩缤纷的都市生活情调。从商店招牌、广告牌到装饰灯光凡是夜市营业的商店都离不开它为夜晚的城市平添了许多国际大都似的气息。 中国的霓虹灯最早出现在1926年的上海当时在上海的南京东路伊文思图书公司以陈列橱窗的形式为“皇家”牌打字机做广告。解放后中国的霓虹灯行业曾一度停止发展。随着中国的改革开放霓虹灯行业也随之发展许多霓虹灯生产、制作的公司像雨后春笋纷纷建立起来。深圳作为改革开放的前哨它
3、的霓虹灯行业也紧跟时代步伐快速地发展起来。目前深圳的霓虹灯广告的制作水平在国内还是一流的加上各种高新技术、高新材料的结合应用更为城市的户外霓虹灯增光添彩。霓虹灯是漂亮的为了设计出变化更丰富控制更容易的霓虹灯我尝试并设计制作了可编程序控制器PLC对大型霓虹灯的控制系统。可编程序控制器以日本三菱公司近年来推出的具有很高性能价格比的FX系列为例突出介绍了程序的设计方法和编程软件的应用并比较详细地介绍了可编程序控制器对霓虹灯的控制方法。第一章 课题概述1.1 霓虹灯起源及其发展史 1.1.1 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，
4、而现在人们已经把“霓虹灯”当作专用词运用了。 霓虹灯自 1910 年问世以来，历经百年不衰。它是一种特殊的低气压冷阴极辉 光放电发光的电光源，而不同于其它诸如荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯、水 银灯、白炽灯等弧光灯。霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场 下冷阴极辉光放电而发光。霓虹灯的光色是由充入惰性气体的光谱特性决定：光 管型霓虹灯充入氖气，霓虹灯发红色光；荧光型霓虹灯充入氩气及汞，霓虹灯发 蓝色、黄色等光，这两大类霓虹灯都是靠灯管内的工作气体原子受激辐射发光。 1.1.2 霓虹灯的发展史 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
5、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
6、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
7、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。1.1.3 采用霓虹灯的意义和目的 随着社会市场经济的不断发展，各种装饰霓虹灯，广告霓虹灯越来越多的 出现在城市中。在大型的晚会现场，霓虹灯更是不可缺少的一道景观。小型的 霓虹灯多为采用霓虹灯管和各种各样和多种彩色的灯管，或是以日光灯，白炽 灯做为光源。而现代生活中大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的灯光布景，由于 其变化多，功率大数字电路则不能胜任。针对 PLC 日益日益得到
8、广泛应用的现 状，本文介绍 PLC 在不同变化类型的霓虹灯控制中的应用，灯的亮灭，闪烁时 间及流动的控制均通过 PLC 来达到控制要求。1.1.4 本次设计的主要内容本次设计要求我利用在学校学的 PLC 知识，应用于霓虹灯控制系统中。通 过本次设计，让我掌握如何应用PLC 来设计一套霓虹灯自动控制的系统的方法 以及设计中对 PLC 机型的选择，PLC 输入/输出点数的选择和PLC 程序的编制， 为我们今后今进入社会工作，打下一定基础。本次设计是用PLC 来控制霓虹灯。PLC 控制霓虹灯是根据一定的变化方式和周期进行程序的编写，变化灯随着时间变化灯的亮灭也随之变化。其特点是在整个工作过程中周期性
9、的花样变化，但频率不高。第二章 系统硬件设计2.1 PLC的选型2.1.1 PLC介绍编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控(Programmable Logic Controller)，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻 辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC,PLC 自 1966 年出现，美国，日本
10、，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。2.1.2 可编程控制器的基本概念与基本结构随着微处理器、计算机和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制已经扩展到了几乎所有的工业领域。（一） 可编程控制器的基本概念国际电工委员会对PLC作了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来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的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。（二） 可编程控制器的基本结构 图2-1
11、 可编程控制器的基本结构图PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成，如图2.2所示。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。 （1） CPU模块CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于人的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。（2） I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块它们是联系系统外部设备和CPU模块的桥梁。（3） 编程器编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监控用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能
12、输入和编辑指令表程序。一般用于小型机或用于现场调试和维护。使用编程软件可以在计算机上直接生成梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后通过PC/PPI电缆可以下载到PLC中去，也可以将PLC当中的程序上传到计算机当中来。（4）电源PLC一般使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各种模块提供不同电压等级的直流电源。2.1.3 可编程控制器的基本特点随着科技的迅速发展，可编程控制器的功能日益更新，其特点也随之也展现出来。（一）可靠性高PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平
13、均无故障时间长。（二）使用方便灵活PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定，而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多，这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。（三）编程简单PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言，如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁、明了，适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的也能统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机容易控制。2.1.4 可编程控制器的选择根据
14、输入信号及输出信号的数量，经过初略计算， 输人点数为 2点，输出点数为 7点；输人、输出信号都是数字量。增加 20%备用量，以便随时增加控制功能：输入点数为： 2(1+20%)=2.4输出点数为： 7(1+20%)=8.4根据 I/O 点数，可选西门子 s7-200 cpu224型可编程控制器，其输入点14 点，输出点10点，扩展模块可用点数为 8 点。2.2 S7-200 CN系列S7-200系列PLC的基本构成包括PLC主机、编程设计、人机界面和根据实际需要增加的扩展模块。PLC本身包含一定数量的I/O端口，同时还可以扩展各种功能模块。故 S7-200系列PLC可以单机运行，也可以输入/输
15、出扩展，还可以连接功能扩展模块。S7-200系列PLC主机外观及基本构成分别如图3-2和图3-3所示。图 2-2 S7-200 系列PLC主机外观图 图2-3 S7-200 系列PLC的基本构成图2.3 PLC接线图图2-4 PLC接线图 2.4 可编程序控制器I/O分配表编辑元件编辑地址电路器件说明输入元件I0.0SB1启动按钮I0.1SB2停止按钮输出元件Q0.0HL1彩灯“无”Q0.1HL2彩灯“锡”Q0.2HL3彩灯“是”Q0.3HL4彩灯“个”Q0.4HL5彩灯“好”Q0.5HL6彩灯“地”Q0.6HL7彩灯“方”表2-1 I/O分配表2.5 材料清单元器件参数数量备注发光二极管额定电压3.23.6V电流5mA20mA300个蓝、绿各150个绕线式电阻额定功率10w 电阻1.5k7个万能板6cm*9cm8块直流电源额定电压24V1
