霓虹灯广告屏plc控制系统设计论文

霓虹灯广告屏PLC控制系统设计论文摘要霓虹灯在个大中小城市都在进行着亮化工程各企业为了宣传自己的产品及形象都采用广告的形式来宣传自己霓虹灯的闪烁不能够用人工来控制那样不会呈现给人们美好的视觉而用电气控制的话中间使用的继电器会有机械磨损而霓虹灯的闪烁时间间隔是相当的短几乎是零点几秒这样看来使用电气控制是不太可能了当然随着一种需要必然会有一种东西的出现可编程控制器简称的出现就解决了这个问题因为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它具有独特的优点来控制霓虹灯的闪烁灯的亮和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去控制霓虹灯的可编程控制器PLC霓虹灯摘要1目录2前言4一霓虹灯的概述51霓虹灯的起源及其发展史511霓虹灯的起源512霓虹灯的发展史52霓虹灯的工作原理及特点621霓虹灯的工作原理622霓虹灯的特点63霓虹灯的主要部件以及制作工艺731霓虹灯的主要部件732霓虹灯的制作工艺94霓虹灯的现状与发展10二PLC的概述121PLC的产生与发展1211PLC的产生1212PLC的发展132PLC的结构与特点1421PLC的结构1422PLC的特点16三PLC常见的编程211梯形图编程212指令表编程213逻辑功能图编程214顺序功能图编程21四霓虹灯控制系统及PLC设计221霓虹灯PLC软件控制流程图2211用PLC控制霓虹灯字的明灭具体要求2212根据上述要求做出流程图222IO分配及PLC硬件控制电路图原理图2421IO分配表及PLC类型的选择2422根据流程图及IO表画出PLC硬件控制电路图原理图253霓虹灯PLC硬件控制电路的分析2631系统的控制方式2632系统的配置274霓虹灯PLC软件控制梯形图与指令表2941根据流程图和接口线路图画出梯形图2942指令表34结束语38致谢39参考文献40前言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个大中小城市都在进行亮化工程各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一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种色彩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这些灯的亮灭闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC控制系统来达到控制的要求可编程控制器PLC英文全称PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER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霓虹灯1霓虹灯11霓虹灯的起源霓虹灯是由英文氖灯即NEONSIGN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12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2霓虹21霓虹灯的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这一高压加到霓虹灯管两端电极上时霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极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内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22霓虹灯的特点与其他电光源相比霓虹灯具有以下COM高效率霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的惰性气体击燃它不同于普通光源必须把钨丝烧到高温才能发光造成大量的电能以热能的形式被消耗掉因此用同样多的电能霓虹灯具有更高的亮度霓虹灯因其冷阴极特性工作时灯管温度在60C以下所以能置于露天日晒雨淋或在水中工作同样因其工作特性霓虹灯光谱具有很强的穿透力在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果低能耗在技术不断创新的时代霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平页在不断进步新型电极新型电子变压器的应用使霓虹灯的耗电量大大降低由过去的每米灯管耗电56瓦降到现在的每米灯管耗电12瓦寿命长霓虹灯在连续工作不断电的情况下寿命达一万小时以上这一优势是其他任何电光源都难以达到的制作灵活彩多样霓虹灯是由玻璃管制成经过烧制玻璃管能弯曲成任意形状具有极大的灵活性通过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体霓虹灯能得到五彩缤纷多种颜色的光动感强果佳实用霓虹灯画面由常亮的灯管及动态发光的扫描管组成可设置为跳动式扫描渐变式扫描混色变色七种颜色扫描扫描管由装有微电脑芯片编程的扫描机控制扫描管按编好的程序亮或灭组成一副副流动的画面似天上彩虹象人间银河更酷似一个梦幻世界引人入胜使人难以忘怀因此霓虹灯是一种投入较少效果强烈经济实用的广告形式霓虹灯管以规格分有67891012151820毫米等粗细以玻璃材质分钠玻璃管或称石灰料玻璃管这种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在我国使用此种材料的约占80左右铅玻璃管又称红丹料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目前国际上通用大都是这种铅玻璃管我国目前使用量已达2030左右凡是追求质量好的制作厂家用户都选用铅管制作霓虹灯铅玻璃又以含铅量多少分为重铅玻璃中铅玻璃和轻铅玻璃彩色玻璃管这种玻璃管在拉制玻璃管时已充入染料生产出的玻璃管已呈彩色玻璃管以霓虹灯管内涂荧光粉材料分目前使用的多数霓虹灯管喷涂的是普通荧光粉这种粉价格比较便宜一般也能满足各种色彩的要求三基色荧光粉也称稀土荧光粉与普通荧光粉比较其亮度色度鲜度更佳喷涂荧光粉的工艺又分水涂和胶涂二种A水涂即用醇酮溶济混合荧光粉喷涂在灯管内壁让其自然干燥胶涂即用胶液混合荧光粉喷涂再用烘箱烘干其粘度牢度大大优于水涂粉管目前先进国家大都有采用三基色胶涂含铅玻璃管制作霓虹灯我国目前已有部分厂商使用这种霓虹灯管霓虹灯变压器1霓虹灯漏磁变压器又称电感变压器铁芯变压器其特点是可靠性好负载灯管亮度高光色一致寿命长缺点是比较笨重目前国外及上海的户外霓虹灯大多数采用这种变压器电感变压器的规格有3KV6KV9KV12KV15KV18KV2电子变压器也称高频冷启动管形放电灯电子转换器或霓虹灯电源其优点是重量轻制造方便节约金属材料目前国内生产电子变压器质量稳定有一定规模其中有的企业还批量出口但有不少单位生产的电子变压器亮度达不到应有亮度在室外使用就有点相形见绌电子变压器又分直流和交流二种直流电子变压器由于单向导通往往会产生灯管一头亮一头暗的情况又因电子变压器输出频率会受到负载灯管长度的影响在同幅霓虹灯中由于每笔灯管长短不一也会产生灯色不匀等现象有些生产厂家为了降低成本不愿采用高质量高品质的电器元件而且加工工艺简陋故可靠性差寿命短电子变压器的规格有40W60W80W100W等规格也有称4米机6米机8米机10米机12米机等要真正生产符合霓虹灯使用要求的电子变压器也是可以做到的但其价格就会接近电感变压器的价格为了低价竞销获取市场份额一些厂商牺牲霓虹灯的亮度可靠性寿命来获得市场利润程序控制器普通式电子程序控制器2渐变式电子程序控制器霓虹灯高压线普通高压线即塑料高压线这种高压线价格便宜但塑料容易老化室外使用不久塑料就要老化引起拉火等安全性较差2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以上介绍的是组成霓虹灯的主要另部件霓虹灯与其他商品一样品种规格质量优劣区别很大用户在选择霓虹灯制作单位时也要了解他们的制作实力加工工艺和售后服务是否到位凡是较大的霓虹灯工程都应要制作单位详细报价进行核实如有条件应按行业标准进行验收不要只看总价便宜更要看他们提供给用户的是什么样的质量和服务霓虹灯在制作工艺上不论是明管粉管还是彩管其制作工艺基本相同它们都需经过玻管成型封接电极轰击去气充惰性气体封排气孔老炼等工艺玻管成型即制作人员沿着图案或文字的轮廓经过专用火头将直玻璃管烧烤弯成图案或文字的过程制作人员水平的高低可凭肉眼看的出来水平低的人员制成的灯管易出现转弯处凹凸不平太厚或太薄内侧皱折偏歪不成平面等封接电极即将弯成型的灯管经过火头接上电极和排气孔的过程接口不得太薄或太厚接口处须完全烧融否则易出现慢漏气轰击去气制作霓虹灯的关键是通过高压电轰击电极加热电极焚烧灯管电极内肉眼看不见的水蒸气尘土油质等物质排掉这些有害物质将玻管抽成真空的过程轰击去气的温度达不到上述有害物质会除不彻底直接影响灯管的质量轰击去气的温度过高会引起电极过度氧化使其表面产生氧化层引起灯管质量下降轰击去气彻底的玻管充入适当隋性气体经过老练即完成霓虹灯制作过程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霓虹灯问世已有近百年的历史虽然它在原理上仅仅是一种简单的冷阴极辉光放电管但在经济繁荣科学技术发展的进程中不仅没有被淘汰反而日益兴旺1PLC的产生与发展11PLC的产生在60年代汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装随着生产的发展汽车型号更新的周期愈来愈短这样继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装十分费时费工费料甚至阻碍了更新周期的缩短为了改变这一现状美国通用汽车公司在1969年公开招标要求用新的控制装置取代继电器控制装置并提出了十项招标指标即12115V8115V2A以上能直接驱动电磁阀接触器等94K1969年美国数字设备公司DEC研制出第一台PLC在美国通用汽车自动装配线上试用获的了成功这种新型的工业控制装置以其简单易懂操作方便可靠性高通用灵活体积小使用寿命长等一系列优点很快地在美国其他工业领域推广应用到1971年已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业这一新型工业控制装置的出现也受到了世界其他国家的高度重视1971日本从美国引进了这项新技术很快研制出了日本第一台PLC1973年西欧国家也研制出它们的第一台PLC我国从1974年开始研制于1977年开始工业应用12PLC的发展虽然PLC问世时间不长但是随着微处理器的出现大规模超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步PLC也迅速发展其发展过程大致可分三个阶段1PLC60年代末70年代中期早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制定时等它在硬件上以准计算机的形式出现在IO接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路存储器采用磁芯存储器另外还采取了一些措施以提高其抗干扰的能力在软件编程上采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图因此早期的PLC的性能要优于继电器控制装置其优点包括简单易懂便于安装体积小能耗低有故障指使能重复使用等其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今2PLC70年代中期80年代中后期在70年代微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化美国日本德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元CPU这样使PLC的功能大大增强在软件方面除了保持其原有的逻辑运算计时计数等功能以外还增加了算术运算数据处理和传送通讯自诊断等功能在硬件方面除了保持其原有的开关模块以外还增加了模拟量模块远程IO模块各种特殊功能模块并扩大了存储器的容量使各种逻辑线圈的数量增加还提供了一定数量的数据寄存器使PLC的应用范围的以扩大3PLC80年代中后期至今进入80年代中后期由于超大规模集成电路技术的迅速发展微处理器的市场价格大幅度下跌使的各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高而且为了进一步提高PLC的处理速度各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片这样使的PLC软硬件功能发生了巨大变化2PLC的结构与特点21PLC的结构从结构上分PLC分为固定式和组合式模块式两种固定式PLC包括CPU板IO板显示面板内存块电源等这些元素组合成一个不可拆卸的整体模块式PLC包括CPU模块IO模块内存电源模块底板或机架这些模块可以按照一定规则组合配置2CPU的构成CPU是PLC的核心起神经中枢的作用每套PLC至少有一个CPU它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据并存入规定的寄存器中同时诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等进入运行后从用户程序存贮器中逐条读取指令经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号去指挥有关的控制电路CPU主要由运算器控制器寄存器及实现它们之间联系的数据控制及状态总线构成CPU单元还包括外围芯片总线接口及有关电路内存主要用于存储程序及数据是PLC不可缺少的组成单元在使用者看来不必要详细分析CPU的内部电路但对各部分的工作机制还是应有足够的理解CPU的控制器控制CPU工作由它读取指令解释指令及执行指令但工作节奏由震荡信号控制运算器用于进行数字或逻辑运算在控制器指挥下工作寄存器参与运算并存储运算的中间结果它也是在控制器指挥下工作CPU速度和内存容量是PLC的重要参数它们决定着PLC的工作速度IO数量及软件容量等因此限制着控制规模2IO模块PLC与电气回路的接口是通过输入输出部分IO完成的IO模块集成了PLC的IO电路其输入暂存器反映输入信号状态输出点反映输出锁存器状态输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统输出模块相反IO分为开关量输入DI开关量输出DO模拟量输入AI模拟量输出AO等模块开关量是指只有开和关或1和0两种状态的信号模拟量是指连续变化的量常用的IO分类如下开关量按电压水平分有220VAC110VAC24VDC按隔离方式分有继电器隔离和晶体管隔离模拟量按信号类型分有电流型420MA020MA电压型010V05V1010V等按精度分有12BIT14BIT16BIT等除了上述通用IO外还有特殊IO模块如热电阻热电偶脉冲等模块按IO点数确定模块规格及数量IO模块可多可少但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力即受最大的底板或机架槽数限制COM电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源同时有的还为输入电路提供24V的工作电源电源输入类型有交流电源220VAC或110VAC直流电源常用的为24VDC2底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架其作用是电气上实现各模块间的联系使CPU能访问底板上的所有模块机械上实现各模块间的连接使各模块构成一个整体2PLC系统的其它设备编程设备编程器是PLC开发应用监测运行检查维护不可缺少的器件用于编程对系统作一些设定监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况但它不直接参与现场控制运行小编程器PLC一般有手持型编程器目前一般由计算机运行编程软件充当编程器2人机界面最简单的人机界面是指示灯和按钮目前液晶屏或触摸屏式的一体式操作员终端应用越来越广泛由计算机运行组态软件充当人机界面非常普及3输入输出设备用于永久性地存储用户数据如EPROMEEPROM写入器条码阅读器输入模拟量的电位器打印机等图21可编程控制器的硬件简化框图22PLC的特点为适应工业环境使用与一般控制装置相比较PLC机有以下特点可靠性高干扰能力强工业生产对控制设备的可靠性要求平均故障间隔时间长2故障修复时间平均修复时间短任何电子设备产生的故障通常为两种偶发性故障由于外界恶劣环境如电磁干扰超高温超低温过电压欠电压振动等引起的故障这类故障只要不引起系统部件的损坏一旦环境条件恢复正常系统也随之恢复正常但对PLC而言受外界影响后内部存储的信息可能被破坏2永久性故障由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障如果能限制偶发性故障的发生条件如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常这样就能提高平均故障间隔时间如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段在永久性故障出现时能很快查出故障发生点并将故障限制在局部就能降低PLC的平均修复时间为此各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施使PLC除了本身具有较强的自诊断能力能及时给出出错信息停止运行等待修复外还使PLC具有了很强的抗干扰能力硬件措施主要模块均采用大规模或超大规模集成电路大量开关动作由无触点的电子存储器完成IO系统设计有完善的通道保护和信号调理电路屏蔽对电源变压器CPU编程器等主要部件采用导电导磁良好的材料进行屏蔽以防外界干扰滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波如LC或型滤波网络以消除或抑制高频干扰也削弱了各种模块之间的相互影响电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的5V电源采用多级滤波并用集成电压调整器进行调整以适应交流电网的波动和过电压欠电压的影响隔离在微处理器与IO电路之间采用光电隔离措施有效地隔离IO接口与CPU之间电的联系减少故障和误动作各IO口之间亦彼此隔离采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复一旦查出某一模块出现故障能迅速更换使系统恢复正常工作同时也有助于加快查找故障原因软件措施有极强的自检及保护功能故障检测软件定期地检测外界环境如掉电欠电压锂电池电压过低及强干扰信号等以便及时进行处理信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时不破坏PLC内部的信息一旦故障条件消失就可恢复正常继续原来的程序工作所以PLC在检测到故障条件时立即把现状态存入存储器软件配合对存储器进行封闭禁止对存储器的任何操作以防存储信息被冲掉设置警戒时钟WDT看门狗如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间预示了程序进入死循环立即报警加强对程序的检查和校验一旦程序有错立即报警并停止执行对程序及动态数据进行电池后备停电后利用后备电池供电有关状态及信息就不会丢失PLC的出厂试验项目中有一项就是抗干扰试验它要求能承受幅值为1000V上升时间1NS脉冲宽度为1的干扰脉冲一般平均故障间隔时间可达几十万上千万小时制成系统亦可达45万小时甚至更长时间通用性强控制程序可变使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置可以组成能满足各种要求的控制系统用户不必自己再设计和制作硬件装置用户在硬件确定以后在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下不必改变PLC的硬设备只需改编程序就可以满足要求因此PLC除应用于单机控制外在工厂自动化中也被大量采用功能强应面广现代PLC不仅有逻辑运算计时计数顺序控制等功能还具有数字和模拟量的输入输出功率驱动通信人机对话自检记录显示等功能既可控制一台生产机械一条生产线又可控制一个生产过程编程简单易掌握目前大多数PLC仍采用继电控制形式的梯形图编程方式既继承了传统控制线路的清晰直观又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平所以非常容易接受和掌握梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近通过阅读PLC的用户手册或短期培训电气技术人员和技术工人很快就能学会用梯形图编制控制程序同时还提供了功能图语句表等编程语言PLC在执行梯形图程序时用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行PLC内部增加了解释程序与直接执行汇编语言编写的用户程序相比执行梯形图程序的时间要长一些但对于大多数机电控制设备来说是微不足道的完全可以满足控制要求减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器时间继电器计数器等器件控制柜的设计安装接线工作量大为减少同时PLC的用户程序可以在实验室模拟调试更减少了现场的调试工作量并且由于PLC的低故障率及很强的监视功能模块化等等使维修也极为方便体积小重量轻功耗低维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品其结构紧凑坚固体积小重量轻功耗低并且由于PLC的强抗干扰能力易于装入设备内部是实现机电一体化的理想控制设备PLC产品种类繁多其规格和性能也各不相同对PLC的分类通常根据其结构形式的不同功能的差异和IO点数的多少等进行大致分类PLC的应用目前在国内外PLC已广泛应用冶金石油化工建材机械制造电力汽车轻工环保及文化娱乐等各行各业随着PLC性能价格比的不断提高其应用领域不断扩大从应用类型看PLC的应用大致可归纳为以下几个方面开关量逻辑控制利用PLC最基本的逻辑运算定时计数等功能实现逻辑控制可以取代传统的继电器控制用于单机控制多机群控制生产自动线控制等例如机床注塑机印刷机械装配生产线电镀流水线及电梯的控制等这是PLC最基本的应用也是PLC最广泛的应用领域运动控制大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块这一功能广泛用于各种机械设备如对各种机床装配机械机器人等进行运动控制过程控制大中型PLC都具有多路模拟量IO模块和PID控制功能有的小型PLC也具有模拟量输入输出所以PLC可实现模拟量控制而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制用于过程控制这一功能已广泛用于锅炉反应堆水处理酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面数据处理现代的PLC都具有数学运算数据传送转换排序和查表等功能可进行数据的采集分析和处理同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置如计算机数值控制CNC设备进行处理通信联网PLC的通信包括PLC与PLCPLC与上位计算机PLC与其它智能设备之间的通信PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元通信转换单元相连构成网络以实现信息的交换并可构成集中管理分散控制的多级分布式控制系统满足工厂自动化FA系统发展的需要霓虹灯控制系统PLC设计11用PLC控制霓虹灯字的明灭具体要求如下1广告字1亮1秒后熄灭2广告字2亮1秒后熄灭3广告字3亮1秒后熄灭4广告字4亮1秒后熄灭5广告字5亮1秒后熄灭6广告字1亮等待1秒7广告字2亮同时保持前字亮等待1秒8广告字3亮同时保持前字亮等待1秒9广告字4亮同时保持前字亮等待1秒10广告字5亮同时保持前字亮等待2秒11五个广告字全部熄灭等待3秒12五个广告字全亮等待3秒13五个广告字全部熄灭等待3秒14五个广告字全亮等待5秒15五个广告字全部熄灭等待3秒16重复过程11512根据上述要求做出流程图见图41图41流程图2IO分配及PLC硬件控制电路图原理图21IO分配表及PLC类型的选择PLC类型的选择首先考虑IO点数的多少准确把统计出被控设备的输入输出点数的总需要量是PLC选形的基础将输入点和输出点详细列出然后再实际统计出IO点总数的基础上再1520的备用量以便今后调整和扩充多数小型PLC是整体式结构除了按点数分成一些档次如32点48点64点80点外还有其他多种模块扩展单元这里选用最常用的欧姆龙C系列PC28PCDRA的PLC它的基本特点如下单元名称C28PCPU电源电压AC100240V输入DC24V16点输出继电器2A12点IO分配表41输入输入口输出输出口启动开关0001广告字1灯的中间继电器KA10500停止开关0000广告字2灯的中间继电器KA20501广告字3灯的中间继电器KA30502广告字4灯的中间继电器KA40503广告字5灯的中间继电器KA5050422根据流程图及IO表画出PLC硬件控制电路图原理图电路图见图42原理图见图43图42PLC硬件控制电路图由接口图可知输入端24V直流电启动按钮停止按钮外部220V电源输出端五个发光字的中间继电器KA1KA2KA3KA4及KA5PLC电源可以为110V或220V3霓虹灯控制电路的分析PLC的硬件主要是由中央处理器CPU存储器输入单元输出单元通信接口扩展接口电源等部分组成系统控制具有自动半自动和手动检修3种工作方式自动时由PLC自动完成每个灯得运行不需要人工参与半自动工作方式时有工作人员选择那几个小灯PLC自动完成每个小灯亮灭手动为故障检修和最终的停止当某个小灯及其附属设备发生故障时该小灯将会自动退出运行不影响其他小灯运行PLC柜上有该小灯的禁止启动安扭启动时禁止其他人员靠近以保证系统正常运行和安全可靠系统的配置PLC的硬件主要是由中央处理器CPU存储器输入单元输出单元通信接口扩展接口电源等部分组成其中CPU是PLC的核心输入单元与输出单元是连接现场输入输出设备与CPU之间的接口电路通信接口用于与编程器上位计算机等外设连接典型PLC组成框图如图图采用工控机作为上位机PLC系统作为下位机的两级控制模式PLC控制系统是该程控系统的核心工控机作为监控机械手的运行状态使用1上位机计算机作为上位机用于完成状态显示打印输出向PLC发送分类控制信号等功能从而实现对控制系统的实时监控同时计算机还是图象处理的核心2下位机PLC作为下位机用来完成状态判别输出控制等工作它直接控制继电器从而实现对各执行元件的控制本系统采用价格适中可靠性高维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器欧姆龙C28PCDRA型PLC来实现霓虹灯工艺的控制要求的欧姆龙PLC是由电源中央处理器和IO元件组成的严密高速的程序控制器配有丰富的指令系统易于用户编程具有丰富的特殊模块和通信能力可以满足生产自动化的多级要求本系统采用C28PCDRA是一种功能完善的紧凑型PLC大程序容量和存储单位另外CPU单元带RS232C接口具有PPIMPI等通信协议可实现程序传送数据通信等功能3通信方式C28PCDRACPU支持多样的通信协议点到点POINTTOPOINT接口PPI多点接口MULTIPOINTMPI这些都基于系统内通信结构模型都是异步基于字符的协议其中PPI方式是非常简单方便的通信协议只需要一根RS232C线进行数据信号的传递不需要额外再配置模块或软件因此本系统选择PPI方式简单且能满足通信要求C28PCDRA型PLC上配有RS232C的通信接口因此在不增加任何硬件的情况下可以很方便地将PLC和计算机互联上位机与下位机之间通过RS232连接构成HOSTLINK协议进行通信RS232又称为EIA232C或RS232C是最通用的一种串行通讯标准它是一种点到点的通信方式只能连接两个通信设备19200波特率时最大距离为75米9600波特率时最大距离为900米计算机的串口即为标准的RS232接口使用RS232转换器可以免掉一个RS422串行接口板系统结构如图图系统控制设计选用了日本欧姆龙公司C28PCDRA型PLC为控制主机该机为模块化结构由PLC机架CPU数字IO模拟量输入电源通讯等模块构成PLC自动化控制系统灯的亮灭建立数学模型合理调度时间自动准确发出启停小灯命令控制个灯运行646梯形图42指令表将梯形图图46转换成指令表形式1LD00002OUT02003LD02244ANDTIM145LD00016ORLD7LD02018ORLD8ANDNOT02029ANDNOT020010TIM00001011OUT020111LD020113ANDTIM0014LD020215ORLD16ANDNOT020317ANDNOT020018TIM01001013OUT020220LD020221ANDTIM0122LD020323ORLD24ANDNOT020425ANDNOT020026TIM02001027OUT020328LD020329ANDTIM0230LD020431ORLD32ANDNOT020533ANDNOT020034TIM03001035OUT020436LD020437ANDTIM0338LD020539ORLD40ANDNOT021041ANDNOT020042TIM04001043OUT020544LD020545ANDTIM0446LD021047ORLD48ANDNOT021149ANDNOT020050TIM05001051OUT021052LD021053ANDTIM0554LD021155ORLD56ANDNOT021257ANDNOT020058TIM06001059OUT021160LD021161ANDTIM0662LD021263ORLD64ANDNOT021365ANDNOT020066TIM07001067OUT021268LD021269ANDTIM0770LD021371ORLD72ANDNOT021473ANDNOT020074TIM08001075OUT021376LD021377ANDTIM0878LD021479ORLD80ANDNOT022081ANDNOT020082TIM09002083OUT021484LD021485ANDTIM0986LD022087ORLD88ANDNOT022189ANDNOT020090TIM10003091OUT022092LD022093ANDTIM1094LD022195ORLD96ANDNOT022297ANDNOT020098TIM11003099OUT0221100LD0221101ANDTIM11102LD0222103ORLD104ANDNOT0223105ANDNOT0200106TIM120030107OUT0222108LD0222109ANDTIM12110LD0223111ORLD112ANDNOT0224113ANDNOT0200114TIM130050115OUT0223116LD0223117ANDTIM13118LD0224119ORLD120ANDNOT0201121ANDNOT0200122TIM140030123OUT0224124LD0201125LD0210126ORLD127LD0211128ORLD129LD0212130ORLD131LD0213132ORLD133LD0214134ORLD135LD0221136ORLD137LD0223138ORLD139OUT0500140LD0202141LD0211142ORLD143LD0212144ORLD145LD0213146ORLD147LD0214148ORLD149LD0221150ORLD151LD0223152ORLD153OUT0501154LD0203155LD0212156ORLD157LD0213158ORLD159LD0214160ORLD161LD0221162ORLD163LD0223164ORLD165OUT0502166LD0204167LD0213168ORLD169LD0214170ORLD171LD0221172ORLD173LD0223174ORLD175OUT0503176LD0205177LD0214178ORLD179LD0221180ORLD181LD0223182ORLD183OUT0504184END结束语通过这次设计我掌握了PLC的相关知识加深了对PLC的了解尤其是对PLC在现代工业中的作用如今设计是做完了可是我的学习之路还没有完这次设计让不仅学习了不少与自己专业相关的知识而且还懂得了团队的力量并且让自己更相信一分努力一分收获积极的学习态度在以后的学习工作中是永远缺少不了的并明白人这一辈子不能仅仅局限于那一点点满足感要放眼望去通过去参与各种实践提升自己的动手能力创造属于自己的未来使得我对PLC的掌握进一步的增强加深了对PLC的理解并对PLC产生了浓厚的兴趣但是我也深深的知道自己的不足之处比如说对应用指令的不熟悉大大地加深了我的程序复杂程度多在学习过程中不能想通的问题在PLC调试过程中终于得以解决可以看出它对理论教学起到了必要的补充和额外拓宽作用对培养既具有扎实理论功底又具有相当实践能力的人才必不可少经过这次毕业设计培养了我的设计能力以及全面的考虑问题能力虽然设计的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦却是如此的让人激动相信这次课程设计对我以后的学习及工作都会产生积极深远的影响致谢这次设计说明书的完成首先要感谢学院提供一个让我自我总结的机会也要感谢带领我的指导教师刘炜老师在毕业设计说明书编制过程中给予了精心的指导并讲解了各项专业要领提出了宝贵的专业意见程序编制过程中也是他们的精心指导才使我的毕业设计能够按期完成也要感谢同学们在我做毕业设计过程中对我提出的宝贵意见和建议在完成整个论文期间对各位老师同学朋友亲人辛勤劳动以及他们在治学和人品上给予我的深刻影响我同样铭记在心并表示由衷的感谢在此我向所有在学业上生活上帮助理解支持我的老师同学朋友和亲人致以最真诚的谢意最后感谢各位专家学者在百忙之中审阅我的拙作参考文献1廖常初PLC编程及应用M北京机械工业出版社20042顾战松陈铁年可编程控制器原理与应用M北京国防工业出版社20013廖常初FX系列PLC编程及应用M北京机械工业出版20054刘晓霞孙金根田兆福用可编程控制器PLC实现模糊控制的方法研究J沈阳工业学院学报20035王志凯郭宗仁李块用PLC实现模糊控制的两种程序设计方法J工业控出版社2002156汪小澄方强基于PLC的模糊控制研究J武汉大学学报2002袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肃芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀荟袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀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