基于PLC的霓虹灯控制系统的设计

1、湖南工业大学本科生毕业设计（论文）PAGE 湖南工业大学本科毕业设计（论文）PAGE 0（2013届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：基于PLC的霓虹灯控制系统设计 学 院（部）： 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩： 2013届本科毕业设计（论文）资料第一部分 毕业论文（2013届）本科毕业设计（论文）学 院（部）： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学号 指导教师姓名： 职称 最终评定成绩 2013年6月 PAGE I摘 要随着国家的不断改革与发展，市场经济的不断繁荣和进步，各大城市都在进行亮化工程。各大中小企业为了宣传自己的

2、企业产品，基本上均采用霓虹灯广告屏来作为广告手法。每当夜晚，城市里的霓虹灯绝对是一大亮点，它点燃了城市的灵魂与希望。道路两旁的霓虹灯广告牌随处可见，各色各样，十分好看和吸引人。在给它们配上大型的广告语和宣传画，使人一目了然，印象深刻。这些霓虹灯的亮灭，闪烁时间的长短和灯光流动的方向等等都可以通过PLC来达到控制要求。如何快捷，可靠，简单的去达到控制的目的，是人们考虑的重点。而PLC控制系统无疑是最适合的。因为PLC具有通用性强，使用方便，适应面广，可靠性强，抗干扰能力强，编程简单易懂等特点。并且PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，也是无法取代的。在现实生活中，人们也大多是通过PLC去

3、控制霓虹灯的。关键词：西门子S7-200；亮化工程；霓虹灯；祈福雅安PAGE PAGE IVABSTRACTWith the reform and development of the country, rising prosperity and progress of market economy, big cities are in the rope. Each medium enterprises to promote their own products, basically all use neon advertising screen for advertising. Whenev

4、er the night, the city of neon lights is definitely a highlight, it lit the city soul with hope. Neon signs on both sides of the road can be seen everywhere, various, is very nice and attractive. In them with large slogans and propaganda, make the person be clear at a glance, impressive. Length of d

5、estroy the light of the neon lights, flashing lights and the direction of the flow and so on can be controlled by the PLC to achieve the requirements. How fast, reliable, easy to achieve the purpose of control, is the focal point that people consider. The PLC control system is undoubtedly the most a

6、ppropriate. Because PLC has strong commonality, use convenient, adaptation of wide, reliability and anti-interference ability strong, programming of simple features. And PLC in industrial automation control especially sequence control, also cant replace. In real life, people also are mostly by PLC t

7、o control the neon.Keywords: Siemens S7-200; Rope; The neon lights; Blessing of ya an 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357871435 摘 要 PAGEREF _Toc357871435 h I HYPERLINK l _Toc357871436 ABSTRACT PAGEREF _Toc357871436 h II HYPERLINK l _Toc357871437 目 录 PAGEREF _Toc357871437 h III HYPERLINK l _Toc35

8、7871438 第1章 绪论 PAGEREF _Toc357871438 h 1 HYPERLINK l _Toc357871439 1.1 课题的研究意义 PAGEREF _Toc357871439 h 1 HYPERLINK l _Toc357871440 1.2 课题霓虹灯的起源 PAGEREF _Toc357871440 h 1 HYPERLINK l _Toc357871441 1.3 课题的发展与现状 PAGEREF _Toc357871441 h 2 HYPERLINK l _Toc357871442 第2章 霓虹灯的PLC控制系统总体设计方案 PAGEREF _Toc35787

9、1442 h 3 HYPERLINK l _Toc357871443 2.1 霓虹灯的PLC控制系统设计概况 PAGEREF _Toc357871443 h 3 HYPERLINK l _Toc357871444 2.1.1 毕业设计的基本要求与主要内容 PAGEREF _Toc357871444 h 4 HYPERLINK l _Toc357871445 2.1.2 霓虹灯的外观图 PAGEREF _Toc357871445 h 4 HYPERLINK l _Toc357871446 2.1.3 霓虹灯的闪烁变化过程 PAGEREF _Toc357871446 h 5 HYPERLINK l

10、 _Toc357871447 2.2 PLC控制系统功能图概念及构成规则 PAGEREF _Toc357871447 h 5 HYPERLINK l _Toc357871448 2.2.1 霓虹灯的PLC系统设计结构框图 PAGEREF _Toc357871448 h 6 HYPERLINK l _Toc357871449 2.2.2 霓虹灯PLC控制系统的程序流程图 PAGEREF _Toc357871449 h 7 HYPERLINK l _Toc357871450 第3章 霓虹灯控制系统的硬件设计 PAGEREF _Toc357871450 h 9 HYPERLINK l _Toc357

11、871451 3.1 霓虹灯的硬件设计 PAGEREF _Toc357871451 h 9 HYPERLINK l _Toc357871452 3.1.1 霓虹灯的特点 PAGEREF _Toc357871452 h 9 HYPERLINK l _Toc357871453 3.1.2 霓虹灯的选型 PAGEREF _Toc357871453 h 10 HYPERLINK l _Toc357871454 3.2 PLC的选型 PAGEREF _Toc357871454 h 11 HYPERLINK l _Toc357871455 3.2.1 PLC的工作原理 PAGEREF _Toc357871

12、455 h 11 HYPERLINK l _Toc357871456 3.2.2 PLC的特点和应用领域 PAGEREF _Toc357871456 h 12 HYPERLINK l _Toc357871457 3.2.3 S7-200系列的PLC选择 PAGEREF _Toc357871457 h 13 HYPERLINK l _Toc357871458 3.3 输入输出模块的选择 PAGEREF _Toc357871458 h 13 HYPERLINK l _Toc357871459 3.4 霓虹灯电源的选择 PAGEREF _Toc357871459 h 14 HYPERLINK l _

13、Toc357871460 3.5 霓虹灯控制系统的PLC端子接线图 PAGEREF _Toc357871460 h 14 HYPERLINK l _Toc357871461 第4章 霓虹灯的软件程序设计 PAGEREF _Toc357871461 h 16 HYPERLINK l _Toc357871462 4.1 霓虹灯系统的控制部分 PAGEREF _Toc357871462 h 16 HYPERLINK l _Toc357871463 4.2 梯形图的编写 PAGEREF _Toc357871463 h 17 HYPERLINK l _Toc357871465 4.3 PLC控制霓虹灯系

14、统的组态环境 PAGEREF _Toc357871465 h 26 HYPERLINK l _Toc357871466 4.3.1 制作工作画面 PAGEREF _Toc357871466 h 26 HYPERLINK l _Toc357871467 4.3.2 编加画面 PAGEREF _Toc357871467 h 28 HYPERLINK l _Toc357871468 4.3.3 组态画面 PAGEREF _Toc357871468 h 31 HYPERLINK l _Toc357871469 4.3.4 变量连接 PAGEREF _Toc357871469 h 31 HYPERLIN

15、K l _Toc357871470 结 论 PAGEREF _Toc357871470 h 35 HYPERLINK l _Toc357871471 参考文献 PAGEREF _Toc357871471 h 36 HYPERLINK l _Toc357871472 致 谢 PAGEREF _Toc357871472 h 37 PAGE 9第1章 绪论1.1 课题的研究意义 霓虹灯具有高效率，寿命长，能耗低的特点，霓虹灯的温度低，使用不受气候的限制，并且霓虹灯的制作灵活，色彩多样，控制简单方便，霓虹灯工程动感强，宣传效果非常突入有效，经济使用。霓虹灯的突出优势受到各行各业的信赖与支持，在现代商业

16、宣传中被广泛的应用。随着经济的不断发展和霓虹灯控制系统等技术的进一步提升，霓虹灯的应用范围会再次等到拓展。因此，霓虹灯控制系统工程的发展潜力是十分巨大的。随着霓虹灯行业的不断发展成熟，霓虹灯逐渐向着绿色环保，持久耐用，颜色丰富的趋势发展。面对激烈的霓虹灯竞争市场和其不断变化的行业趋势，PLC控制系统的技术就显得尤为关键。通过采用PLC控制系统来提高霓虹的工程质量，以美观醒目的色彩搭配和动感十足的变换以及成熟的PLC控制系统技术来提升霓虹灯的宣传效果，促进霓虹灯工程在现代社会中的持续快速发展。随着我国经济的飞速发展，霓虹灯的规格、样式也已经基本系列化、国际化，可供各种用途的选择，其质量也已逐步向

17、国际水平靠拢，随着我国加入WTO与国际水平的差距将越来越小，在不久的将来必将赶超国际先进水平。而PLC控制系统对于霓虹灯的影响，也将深远长久。所以我选择此课题作为研究对象。1.2 课题霓虹灯的起源霓虹灯的起源要追溯到英国化学家和物理学家法拉第对气体的实验与研究，电流通过含有少量正负离子的气体时，受到宇宙射线，紫外线，微量放射物质的作用，在足够高的外电压作用下运动，与中性气体分子碰撞，使中性分子发生电离，从而使离子的数目倍增，产生辉光放电。即电流通过气体时伴有的发光现象。其发光的颜色也会随着填充气体的不同而不同。法拉第的理论和在实验上所作出的贡献，为霓虹灯技术的发展奠定了可靠的理论基础。让电灯像

18、天上彩虹一样，发出七彩的光来！这个大胆而新鲜的想法，在英国著名化学家拉姆赛的脑子里酝酿了好长时日了。拉姆赛为此进行了不懈的研究和试验，直到 年 月的一个晚上，奇迹终于发生了！在拉姆赛的试验室里，他和他的助手们在真空玻璃管里注进一种稀有的气体，然后把封闭在真空玻璃管中的两个金属电极，连接在高压电源上。这时，拉姆赛预想的奇迹出现了，真空玻璃管内的稀有气体不仅可以导电，最重要的是玻璃管呈现出迷人的红光。这就是全世界第一支霓虹灯。拉姆赛所注入玻璃管内的稀有气体，就是现在我们所说的氖气。在当时，拉姆赛给它起了个名称叫“”（即“新”的意思）。以后，拉姆赛继续他的这项研究，先后发现氙气能发出白光，氩能发出蓝

19、光，氦能发出黄光，氪能发出深蓝光。由于这些灯光五颜六色，色泽纷呈，好似雨后天上的彩虹。根据拉姆赛第一次为这种灯的气体命名的“”读音，人们便把这种灯，统称为“霓虹灯”了。霓虹灯自从1910年问世以来，就一直在发展进步。它是利用特殊的低气压冷阴极辉光放电发光的点光源，不同于其他的弧光灯。霓虹灯的光色是由充入惰性气体的光谱特性决定的。充入氖气，霓虹灯会发红色光，充入氩气及汞，霓虹灯会发蓝色等光。最早的霓虹灯首先应用于军事，当时主要用来做信号灯，第二次世界大战前夕，新型发光的材料被研究了出来。这种材料不仅发光效率很高，而且能发出不同颜色的光，也就是我们俗称的荧光粉。自从荧光粉被应用在了霓虹灯中，霓虹灯

20、的亮度有了明显的提高，而且灯的颜色也变得更加的绚丽多彩，五光十色，同时大大提高了灯的制作工艺。在二战结束后，霓虹灯得到了迅猛的发展，被商人广泛应用于广告和商店的装饰中。1.3 课题的发展与现状目前，霓虹灯市场比较混乱，各种各样的制作单位都有，其中有营业执照的单位只占市场的30%，这类单位有自己独特的设计风格，信誉过关，产品质量稳定，后期维护到位，是广大用户的首选单位。剩余的就是没有营业执照甚至没有任何证件的单位，这类单位的专业性不强，产品质量和后期维护不到位，建议用户不要选择这类单位。霓虹灯制作是一个专业性很强的行业，正规的单位产品质量好，使用寿命长。可是一些没有执照的霓虹灯公司给用户感觉霓虹

21、灯很容易损坏。其实霓虹灯的寿命比日光灯还要长，为了广大消费者的利益，请大家选择有执照，有能力，有信誉的单位。以前的霓虹灯制造企业几乎全部都是用普通的玻璃管，普通的电极，但是随着社会的发展，人们对产品的要求越来越高，高铅玻璃管、三基色分管等越来越广泛的走进人们的生活，使人们的生活更加绚丽多彩。霓虹灯以它独特的魅力为夜间城市的购物中心招来顾客，给文化娱乐中心吸引游客营造氛围。霓虹灯给夜间城市添上了一层魅力的外衣，它已成为现代城市商业繁荣的标志之一。未来的世界变化莫测，霓虹灯的发展越来越趋向节能，环保这一方向。有创意的设计、有新意的题材将会成为今后霓虹灯的设计理念。第2章 霓虹灯的PLC控制系统总体

22、设计方案2.1 霓虹灯的PLC控制系统设计概况本设计之所以采用PLC控制系统是因为PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。早期的可编程控制器称作 HYPERLINK /view/3180185.htm t _blank 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），它主要用来代替

23、HYPERLINK /view/39560.htm t _blank 继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用 HYPERLINK /view/3868074.htm t _blank 微型计算机技术的工业控制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 HYPERLINK /view/13621.htm t _blank PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 HYPERLINK /view/13561.htm t _blank PLC。PLC从诞生至今，仅有30年的历史，但是得到了异常

24、迅猛的发展，并与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。PLC具有以下特点：（1）抗干扰能力强，可靠性高PLC专门为工业环境而设计，具有很高的可靠性。PLC具有较高的抗干扰抗干扰能力，因此运行稳定、可靠，抗干扰能力强。与继电器接触装置和通用计算机相比，PLC更能适应工业现场较为恶劣的生产环境。（2）控制系统结构简单，通用性强PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。当控制要求改变时，可用编程器离线或者在线来更改程序，一个PLC用于不同的控制对象，只是输入、输出组件和应用软件的不同。在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输

25、入/输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量且繁杂的硬接线线路。PLC的输入/输出可直接和强电相连接。（3）编程方便，易于使用PLC是广大用户使用的设备，PLC的设计者要全面的考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，因此PLC程序的编制采用梯形图或简单的指令控制形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言非常形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识，只需要具有相关的电工知识就可在短时间内掌握。（4）功能完善现在PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能，还能完成A/D转换、D/A转换、模拟量处理、高速计数、联网通信等功能，可以通过上位计算机进行显示、报警、记录，使控制水平大

26、为提高。所以，PLC具有很强的适应性，能够很好地满足各种类型控制的需要，是目前工厂中应用最广的自动化设备。（5）体积小、维护操作方便PLC的体积相对来说较小，质量也比较轻，非常便于安装和调试。PLC的输入/输出系统能够很直接地反映现场信号的变化情况，还能通过不同方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有明确的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监控和维修。2.1.1 毕业设计的基本要求与主要内容 本课题以霓虹灯控制系统为研究对象，采用PLC做为霓虹灯控制系统的控制器，对霓虹灯控制系统总体结构和功能、系统硬件组成、监测和控制软件进

27、行分析，提出霓虹灯控制系统的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行设计和程序的编写，监测方面通过监控软件的设计，能够将PLC对霓虹灯控制系统的控制实时监控。（1）设计要求画出本系统的控制系统框图，硬件接线图；（2）对硬件部分进行选型（包括PLC、各种传感器及其外围设备、数模和模数转换器件等）；（3）编写控制程序；（4）在机房对所编写的程序进行调试；（5）撰写毕业设计论文，论文要符合学校关于毕业设计的规范要求。2.1.2 霓虹灯的外观图根据设计任务的要求，绘制出霓虹灯的外观图，其中，1到18号为18个流水灯，中间为4个字形灯，其寓意不言而喻。为雅安祈福，为在地震中热情伸出双手的人们

28、致敬。其具体图形如下图2.1所示。218安雅福 祈218安雅福 祈17311731164164155155146146713 713 8910121189101211图2.1 霓虹灯的外观图2.1.3 霓虹灯的闪烁变化过程其中，1到18围成一个心形灯，其能按照一定的顺序逐渐点亮或者熄灭，并且中间的四字也能同时闪烁。用PLC对该霓虹灯实现控制，其具体方式如下：（1）首先，心形中间四字“祈”、“福”、“雅”、“安”逐渐点亮，间隔为1s，之后常亮。（2）周围的心形灯从1到18号逐渐点亮，间隔1s，随后从18到1号逐渐熄灭，间隔为1s。（3）周围的心形灯以1号和10号为对称轴，左侧从1到10号逐渐点亮

29、，右侧从18到10号逐渐点亮，间隔为1s。（4）周围的心形灯以1号和10号为对称轴，左侧从1到10号逐渐熄灭，右侧从18到10号逐渐熄灭，间隔为1s。（5）从（2）步骤开始一直循环。（6）系统霓虹灯字，白炽灯的电压及供电电源均为220V。2.2 PLC控制系统功能图概念及构成规则功能图又称为状态图，它是一种能够准确描述顺序控制系统的图形方式，专用于工业顺序控制程序设计的一种功能性语言，能够直观地显示出工业控制中基本顺序步骤。功能图的主要元素主要包括以下几个方面：（1）状态初始状态：它是功能图的起点，任何一个控制系统都至少要有一个初始状态。初始状态的图形符号为双线的矩形图。但有的时候为了方便也会

30、用单线矩形框或一条横线表示开始。工作状态：它是控制系统正常运行时的状态。根据系统是否运行，状态可分为动状态和静状态两种。动状态是指当前正在运行的状态，静状态是指没有运行的状态。在每个稳定的状态下，可能会出现与状态相对应的动作。（2）转移用有向线段表示转移的方向。两个状态之间的有向线段上用一段横线表示转移。转移是一种条件，当此条件成立时，就成为转移使能。该转移如果能够使状态发生转移，则称之为触发。一个转移能够称之为触发必须满足：状态为动状态及转移使能。转移条件是指使系统从一个状态向另一个状态转移的必要条件，通常用文字、逻辑方程及符号来表示。绘制功能图必须满足下面4条规则：（1）状态与状态不能相连

31、，必须用转移分开。（2）转移与转移不能相连，必须用状态分开。（3）状态与转移、转移与状态之间的连接应采用有向线段，从上向下画时，可以省略箭头，当从下向上画时，必须画上箭头，用来表示方向。（4）一个功能图至少需要有一个初始状态。2.2.1 霓虹灯的PLC系统设计结构框图本人按照设计的执行顺序把设计的主要内容用图形表示出来，使设计思路更加清晰。如图2.2.1所示 开关开关“祈”、“福”、“雅”、“安”四字逐渐点亮，间隔1s周围心形灯从1到18号逐渐点亮，间隔1s周围心形灯从18到1号逐渐熄灭，间隔1s周围心形灯以1号和10号为对称轴，从1到10号逐渐点亮，间隔1s周围心形灯以1号和10号为对称轴，

32、从1到10号逐渐熄灭，间隔1s图2.2.1 设计程序的结构框图2.2.2 霓虹灯PLC控制系统的程序流程图根据设计要求，制定合理的方案。在进行设计霓虹灯的程序时可以去观看一下真正的霓虹灯的外观，必要时可以借助一些特殊效果来处理，使霓虹灯更加绚丽。在进行PLC程序的编写时应该先分配PLC的I/O点，确定每个小灯的接口，然后对每个小灯分别进行设计工作，经调试后完成整个系统的设计。总的来说，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制整个霓虹灯的流动和亮灭，让霓虹灯运转起来。开始“开始“祈”“福”“雅”“安”四字按顺序逐渐点亮，间隔1sQ3.0-Q3.3依次=1“安”字是否点亮？Q3.3=1?周围心形灯从1

33、到18号按顺序逐渐点亮，间隔1sQ0.0-Q2.7依次=1按下开关。I0.0=118号灯是否点亮？Q2.7=1？周围心形灯从18到1号按顺序逐渐熄灭，间隔1sQ2.7-Q0.0依次=01号灯是否熄灭？Q0.0=0？周围心形灯以1号和10号为对称轴，从1到10号逐渐点亮，间隔1sQ0.0-Q1.1左右依次=110号灯是否点亮？Q1.1=1？周围心形灯以1号和10号为对称轴，从10到1号逐渐熄灭，间隔1sQ1.1-Q0.0左右依次=01号灯是否熄灭？Q0.0=0？YYYYYNN图2.2.2霓虹灯程序流程图 PAGE 49第3章 霓虹灯控制系统的硬件设计3.1 霓虹灯的硬件设计霓：有时在虹的外侧还能

34、看到第二道虹，光彩比第一道虹稍淡，色序是外紫内红，与虹相反。 虹：原意也是一种自然现象，就是彩虹，也是七彩的，色序从外至内分别为：赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。 霓虹灯：夜间用来吸引顾客，或装饰夜景的彩色灯，所以用“霓虹”这两种美丽的东西来作为这种灯的名字。 霓虹是英文NEON的音译。霓虹灯是一种冷阴极辉光放电管，其辐射光谱具有极强的穿透大气的能力，色彩鲜艳绚丽，发光效率比普通的白炽灯优秀很多，它的线条结构表现力很强，可以加工成任何几何形状，通过PLC控制，可变幻不同的彩色图案和文字，深受大家的喜爱。霓虹灯的多种特点，是目前任何光源所不能替代的，在各类新型光源不断的竞争中独领风骚。一支质量合格的

35、霓虹灯寿命可达2000030000小时。目前我国最常用的 HYPERLINK /index.aspx o 霓虹灯 t _blank 霓虹灯技术主要有四种，即传统制作工艺、日本制作工艺、美国制作工艺和俄罗斯制作工艺。其中，中国制作工艺的 HYPERLINK o 霓虹灯 t _blank 霓虹灯制作以立式进行弯制灯管和铜制独孔对火焊接灯头为主要特征，分布主要以上海为主，覆盖全国。 HYPERLINK /index.aspx o 霓虹灯 t _blank 霓虹灯制作过程主要是灯管、变压器和控制器几大部分，技术发展过程中控制技术相当关键。当前来看，可以进行远距离遥控 HYPERLINK /index.

36、aspx o 霓虹灯 t _blank 霓虹灯制作变化的控制器应该是先进的，其技术原理依据遥感、定位、监视和监控等。3.1.1 霓虹灯的特点（1）效率高霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的 HYPERLINK /view/30601.htm t _blank 稀有气体击燃，它和普通光源不同。普通光源必须把钨丝烧到很高的温度才能发光，所以会造成大量的电能以热能的形式被浪费掉，因此，用同样多的电能，霓虹灯比普通的光源亮度更高。 （2）温度低霓虹灯由于它独特的性质，工作时灯管温度在60C以下，因此能在各种恶劣的天气中工作而不会引起自身的损坏。同样由于其工作特性，霓虹灯发出的光具有很强的穿

37、透力，在大雨天或可视度很低的雾天仍能保持较好的视觉效果。（3）低能耗在技术不断发展的时代，霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平在不断进步。新型电极、新型电子变压器的使用，使霓虹灯的耗电量大大降低，由每米灯管耗电56瓦降到每米灯管耗电12瓦，并且在不断的降低。（4）寿命长霓虹灯最大的优势就是寿命比一般的光源长很多，它在连续工作不断电的情况下，寿命可以达一万小时以上，这是任何光源都不可能取代的。（5）灵活多样霓虹灯是由玻璃管制成的，经过烧制和加工，玻璃管能弯曲成人们所需要的各种形状，具有极大的灵活性，而且通过选择不同类型的管子以及充入不同类型的惰性气体，霓虹灯就能发出五彩缤纷、多种颜色的光。（6

38、）动感强霓虹灯的画面由 HYPERLINK /view/256183.htm t _blank 常亮的灯管和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，把编好的程序写入，扫描管就会按照程序发出各种不同的光，形成一副副流动的画面，似繁星点点、如人间天堂、更像一个梦幻的世界，使人置身于梦幻的七彩世界，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。霓虹灯的亮、美、动态等特点，是任何电光源所不能替代的，在各类新型光源不断涌现的当今社会，霓虹灯具有极大的优势，独领风骚 。3.1.2 霓虹灯的选型随着LED的广泛

39、使用，LED发光字的种类也越来越多，下面来介绍一下目前市面上广泛应用的几种发光字：（1）树脂发光字是由字壳、发光源两部分组成。其中外壳部分采用液态高分子树脂材料 一体浇筑成型，或者用金属围边树脂倒面; 发光光源采用的是超高亮度半导体发光二极管（LED）,21世纪的绿色光源。目前树脂发光字可以制作出的品种很多，有通体发光字、普通发光字、平面套色发光字，最独具特色的是龙祥的专利产品多层立体套色LED树脂发光字。（2）LED吸塑发光字由压克力吸塑面板、发光字箱体、及发光字光源三部分组成。字面板是由吸塑机在亚克力板材上吸出一个面，箱体由金属或者PVC围好，发光字光源是采用超高亮度LED光源。（3）外露

40、发光字按颜色分为单色，七彩，全彩发光字。单色发光字是由打好孔的字壳，和单色外漏灯组成。七彩外露发光字是由打好孔的字壳，和七彩外漏灯，七彩控制器构成，打灯之后可以七彩渐变。全彩外露发光字由打好孔的字壳，和全彩外漏灯，全彩控制器构成，利用专业软件制作程序文件置入SD卡，SD卡插入全彩控制器，打灯之后外漏发光字，可以播放FLASH动画，人物动画，效果档次极高。考虑到不同字灯的制作成本和制作工艺的复杂程度，本设计采用LED吸塑发光字灯，和18个简单的流水灯。3.2 PLC的选型PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序

41、运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。早期的可编程控制器称作 HYPERLINK /view/3180185.htm t _blank 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），它主要用来代替 HYPERLINK /view/39560.htm t _blank 继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用 HYPERLINK /view/3868074.htm t _blank 微型计算机技术的工

42、业控制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 HYPERLINK /view/13621.htm t _blank PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称 HYPERLINK /view/13561.htm t _blank PLC。PLC从诞生至今，仅有30年的历史，但是得到了异常迅猛的发展，并与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。3.2.1 PLC的工作原理单的说，PLC由CPU，存储器、I/0接口、内嵌的精简高效操作系统组成。用户可以根据自己的需要配置（扩

43、展）自己的I/0(输入、输出)的类型及数量，用户按自己的控制需求编写控制程序下载到PLC的存储器内，PLC在运行的时候，PLC内的操作系统能运行用户的程序，根据用户程序通过输入端子完成输入信号（开关、触点、传感器等）的读取，并进行处理运算，把运算处理的结果输出到输出端子，以控制用户的执行机构（阀门、线圈、指示灯等）。从而完成用户所需的控制功能。PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编号并存于用户存储器中的程序，按指令步序号作周期性循环扫描，其特点可以分为以下几点。（1）每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。（2）输入刷

44、新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。（3）一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。（4）元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。（5）扫描周期的长短由三条决定。即CPU执行指令的速度、指令本身占有的时间、指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。（6）由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。3.2.2 PLC的特点和应用领域可编程控制器PLC因为其体积小并且功能强大，所以广泛应用于工业领域。它不仅可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控

45、制、数字运算、数据处理等功能，并且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是现如今，由于信息、网络时代的全面来袭，PLC的功能得到了很大的扩展，从而使它具有很强的联网通讯能力，因此更广泛地应用于众多行业。（1）顺序控制 顺序控制是PLC最基本、应用最广泛的领域。它主要是根据操作按扭、限位开关及其它现场给来的指令信号和传感器信号，控制机械运动部件进行相应的操作，从而达到了自动化生产线控制。（2）闭环过程控制对于过程控制的模拟量采用PLC控制系统，选用模拟量控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性更高，容易实现复

46、杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。（3）运动位置控制 PLC可以支持数控机床的控制和管理，在机械加工行业，可编程控制器与计算机数控（CNC）集成在一起，用以完成机床的运动位置控制，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经处理与计算，发出相应的脉冲给驱动装置，通过步进电机或伺服电机，使机床按预定的轨道运动，以完成多轴伺服电机的自控。（4）数据处理与通信网络在机械加工中，PLC作为主要的管理和控制系统用于CNC和NC系统中，从而可以完成大量的数据处理工作。PLC的通信包括了主机和远程I/O之间的通信，多台PLC之间的通信，PLC和其他智能控制系统之间的通信。3.2.

47、3 S7-200系列的PLC选择考虑到西门子公司的产品应用非常广泛，其功能也比较全面和典型，结合本设计的需求，我准备选择S7-200系列的PLC来完成设计。目前，提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM。其中CPU224是使用最多的S7-200产品。它有14输入/10输出，I/O共计24点。可以有7个扩展模块，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力。所以本设计的PLC将采用CPU224，并选用2个EM222扩展。3.3 输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、

48、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、影响时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求一致。根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。因此我选择继电器输出模块。I/O口分配如图3.3所示。输入I0.0SB1电源接通I0.1SB2电源关断输出Q0.01号灯Q1.110号灯Q3.0“祈”字型灯Q0.12号灯Q2.011号灯Q3.1“福”字型灯Q0.23号灯Q2.112号灯

49、Q3.2“雅”字型灯Q0.34号灯Q2.213号灯Q3.3“安”字型灯Q0.45号灯Q2.314号灯Q0.56号灯Q2.415号灯Q0.67号灯Q2.516号灯Q0.78号灯Q2.617号灯Q01.09号灯Q2.718号灯图3.3I/O口分配图3.4 霓虹灯电源的选择（1）霓虹灯电源的特点电压高、电流小、功耗低。（2）霓虹灯变压器的选择霓虹灯电源由单相变压器变压提供，而发光冷阴极管的启动电压时15KV，流过的电流应该控制在每根管50mA-60mA之间，但是这么高的电压不经过升压是不容易得到的，所以需要一个变压设备来提供电源。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

50、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：3KV、6KV、9KV、12KV、15KV、18KV。因此我采用的电源输入电压时交流220V，高压输出电压为15000伏，容量为450伏。3.5 霓虹灯控制系统的PLC端子接线图1 M 1 L1 M 1 LI0.0 Q0.0I0.1 Q0.1 Q0.2 Q0.3 2 L Q0.4 C P U Q0.5 2 2 4 Q0.6 3 L Q0.7 Q1.0 Q1.1 GNDM NL+ L 1HL1HL2HL3HL4HL5HL6HL7HL8HL9HL1000000SB1SB2 1 L

51、1 L Q2.0 Q2.1 E M Q2.2 2 2 2 Q2.3 2 L Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7HL11HL12HL13HL14HL15HL16HL17HL18 1 L 1 L Q3.0 Q3.1 E M Q3.22 2 2 Q3.3 “祈”“福”“雅”“安”图3.5霓虹灯控制系统的PLC端子接线图第4章 霓虹灯的软件程序设计4.1 霓虹灯系统的控制部分根据本控制系统的设计要求，设计中需要用到定时器、计数器等存储区，主要用到了循环移位指令，置位复位等指令。（1）定时器的功能输入端（IN）接通是，接通延时定时器开始计时，当定时器当前值等于或大于设定值（PT）时，该定时器位被置为

52、1.定时器累计值达到设定时间后，继续计时，一直计到最大值。当输入端（IN）断开时，定时器复位，即当前值为0，定时器位为0。（2）计数器的功能由于本设计主要应用了增计数器（CTU），所以在此主要介绍增计数器。当增计数器的计数输入端（CU）有一个计数脉冲的上升沿信号时，增计数器被启动，计数值加1，计数器作递增计数，计数至最大值时停止计数。当计数器的当前值等于或大于设定值时，该计数器位被置位。复位输入端（R）有效时，计数器被复位，计数器位为0，并且当前值被清零。（3）循环移位指令本设计主要应用了循环左移位指令，即把输入端（IN）指定的数据循环左移N位，结果存入OUT单元中。数据类型分为有字节、字和双

53、字3种类型，N为字节型数据。（4）置位复位指令置位指令：从bit开始的N个元件置1并保持；复位指令：从bit开始的N个元件清零并保持。对位元件来说一旦被置位，就会保持在通电状态，除非对它复位；而一旦被复位就保持在断电状态，除非再对它置位。如果对计数器和定时器复位，则计数器和定时器的当前值被清零。4.2 梯形图的编写（1）“祈”、“福”、“雅”、“安”四字点亮（2）1-18号灯逐渐点亮（2）1-18号灯逐渐点亮（3）1-18号灯逐渐熄灭（4）以1号灯和10号灯为对称轴逐渐点亮（5）以1号灯和10号灯为对称轴逐渐熄灭4.3 PLC控制霓虹灯系统的组态环境4.3.1 制作工作画面（1）双击桌面MCG

54、S组态环境图标，进入组态环境，在文件中选择“新建工程”。（2）单机“用户窗口”选项卡，进入“用户窗口”页。单机“新建窗口”按钮，出现“窗口0”图标，如图4.3.1所示图4.3.1 新建用户窗口（3）单击界面右侧“窗口属性”按钮，进入“用户窗口属性设置”窗口，如图4.3.2所示。图4.3.2设置用户窗口的属性在该属性设置中的窗口标题改为“霓虹灯画面”；窗口位置选中“最大化显示”，其他不变，单击“确认”，关闭窗口。（4）观察“工作台”的“用户窗口”，“窗口0”图标已变为“霓虹灯画面”。在“用户窗口”中，选中“霓虹灯画面”单击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载

55、的窗口，如图4.3.3所示。 图4.3.3设置启动窗口画面4.3.2 编加画面选中“霓虹灯画面“窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编加画面。（1）制作文字框图单击工具条中的“工具箱”图标，弹出绘图工具箱。选择“工具箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口顶端中心位置拖曳鼠标，根据需要拉出一个一定大小的矩形，在光标闪烁位置输入文字“霓虹灯画面”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标单击一下，文字输入完毕。选中文字框，作如下设置:单击“填充色”按钮，设定文字框的背景颜色为：没有填充。单击“线色”按钮，设置文字框的边线颜色为：没有边线。单击“字符字体”按钮，设置文字字体为：黑体

56、；字型为：粗体；大小为：24。单击“字符颜色”按钮，将文字颜色设为：红色。单击“字体位置”按钮，选择：居中。(2)画霓虹灯单击绘图工具箱中图标，“弹出对象元件管理”窗口。单击窗口左侧中的“指示灯”，展开该列表项，单击“指示灯16”，图形外围出现矩形，表明该图形被选中，单击“确定”按钮。霓虹灯画面窗口中出现“指示灯16”的图形。如图4.3.4所示。根据设计需要，选择“指示灯16”的个数，调整它们的位置和大小，在“霓虹灯画面”窗口中组成一个心形图案。如图4.3.5所示。图4.3.4 图库中的指示灯图4.3.5 霓虹灯的图案(3)制作字形霓虹灯单击工具条中的“工具箱”图标，弹出绘图工具箱。选择“工具

57、箱”内的“标签”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在心形图案中间对称的位置拖曳鼠标，根据需要拉出四个相同大小的矩形，在光标闪烁的位置分别输入“祈”，“福”，“雅”，“安”四个字。如图4.3.6所示。图4.3.6霓虹灯的整体图形(4)画开关单击画图工具箱的“标准按钮”，在画面中画出两个大小相同的按钮，调整其大小和位置，如图4.3.7所示。图4.3.7霓虹灯按钮图4.3.3 组态画面（1）列出该组态工程中要用到的数据对象。（2）单击屏幕左上角的工作台图标，弹出“工作台”窗口。（3）单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口页。单击工作台右侧“新增对象”按钮，在数据对象列表中立刻出现了一

58、个新的数据对象。（4）选中该数据对象，单击右侧“对象属性”按钮，弹出“数据对象属性设置”窗口。（5）将“对象名称”改为：启动按钮；“对象初值”改为：0；“对象类型”改为：开关型。单击“确定”按钮。（6）重复上述步骤，定义其他的数据对象。如图4.3.8所示。图4.3.8数据对象定义4.3.4 变量连接画面编辑好以后，需要将画面与前面定义的数据对象关联起来，以便运行时，画面上的内容能随变量变化。(1)按钮的动画连接双击“启动按钮”，弹出“属性设置”窗口，单击“操作属性”选项卡，显示该页，选中“数据对象值操作”。单击第一个下拉列表框按钮，弹出按钮动作下拉菜单，单击“取反”。单击第二个下拉列表框按钮，

59、弹出当前用户定义的所有数据对象列表，双击“启动按钮”。用同样的方法建立复位按钮与对应变量之间的动画连接，单击“保存”按钮。现在这两个按钮已经和对应的变量建立了关系。“取反”的意思是：如果变量“启动按钮”初始值为0，则在画面上单击按钮，变量值变为1；在单击，值变为0。这和在霓虹灯控制系统上操作SB1和SB2的效果完全相同。(2)霓虹灯的动画连接双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。单击“动画连接”选项卡，进入该页，如图4.3.9所示。图4.3.9霓虹灯动画连接1单击“组合图符”，出现“？”和“”按钮，单击“”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡，进入该页，如图4.4所示

60、。图4.4指示灯动画连接2选中“可见度”项，单击“可见度”选项卡，进入该页，在“当表达式非零时”一栏，选择“对应图符可见”。在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列表，如图4.4.1所示，双击“心形1号霓虹灯”。图4.4.1数据对象选择窗口按照上述步骤，把所有霓虹灯全部进行数据对象选择。选择完成后，单击“确定”按钮，然后退出。结 论这次毕业设计的课题是基于PLC的霓虹灯控制系统的设计，采用PLC来实现对霓虹灯变化的控制效果。经过这次的课程设计，使得我对PLC的理解进一步的增强，并且对PLC产生了浓厚的兴趣，通过翻阅相关文献资料，了解PLC与霓虹灯的各方面理论知识，将理