PLC实现的彩灯广告牌设计.docx
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PLC实现的彩灯广告牌设计
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
毕业设计（论文）
题目
基于PLC的彩灯广告牌设计
系（院）
自动化系
专业
电气工程与自动化
班级
2008级1班
学生姓名
孙运柱
学号
2008090124
指导教师
孔德平
职称
助教
二〇一二年六月十七日
独创声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:
二〇一二年月日
毕业设计（论文）使用授权声明
本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。
本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。
（保密论文在解密后遵守此规定）
作者签名:
二〇一二年月日
基于PLC的彩灯广告牌设计
摘要
随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速的发展，可编程控制器技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广。
广告灯做为一种现代化的工具，与人们的日常生活紧密相关，随着人们对其要求的提高，广告灯灯光控制得到了快速发展，其逻辑控制已由可编程控制器代替原来的继电器控制。
本文采用可编程逻辑控制器（PLC）对广告灯进行控制，通过合理的选择和设计，提高了广告灯的控制水平，并改善了广告灯灯光控制的可靠性，使广告灯控制达到了较为理想的控制结果。
关键词：
可编程控制器（PLC）、广告灯、自动控制
BasedonthePLClightsadvertisingdesign
Abstract
WiththerapiddevelopmentofChinaeconomy,microelectronictechnology,computertechnologyandautomaticcontroltechnologyhasbeenrapiddevelopment,theprogrammablecontrollertechnologyhasenteredanewera,itsapplicationisbecomingmoreandmorepopular.Advertisinglampasamoderntool,andpeople'sdailylifecloselyrelated,withtheimprovingrequirementofthepeople,theadvertisementlamplightingcontrolobtainedthefastdevelopment,thelogiccontrolbytheprogrammablecontrollertoreplacetheoriginalrelaycontrol.Usingprogrammablelogiccontroller（PLC）totheadvertisinglampcontrol,throughtherationalchoiceanddesign,improvetheadvertisementlampcontrollevel,andtoimprovetheadvertisinglamplightingcontrolreliability,maketheadvertisementlampcontroltoreachamoresatisfactorycontrolresults.
Keywords:
PLC,advertisinglights,automaticcontrol
目录
第一章绪论1
第二章PLC的定义及发展2
2.1PLC的定义2
2.2PLC的的发展历程2
2.3PLC的特点3
2.3.1高可靠性、抗干扰能力强3
2.3.2丰富的I/O接口模块3
2.3.3配套齐全、功能完善、适用性强4
2.3.4系统的设计工作量小、维护方便、容易改造4
2.3.5体积小、重量轻、能耗低4
2.4PLC的功能4
2.4.1为了大量实际应用而开发的的特殊功能4
2.4.2其他功能4
2.5选题意义及PLC型号介绍5
2.5.1选题意义5
2.5.2型号选择6
2.6小结7
第三章三菱PLC特性与认识8
3.1PLC输出端口电路的隔离方式8
3.2输出接口电路的主要技术参数8
3.3PLC电源8
3.4三菱PLC主要技术指标9
3.4.1三菱FX2N系列可编程控制器简介9
3.4.2可编程控制器的主要性能指标9
3.5三菱PLC的编程软件10
3.5.1GXDeveloper的特点10
3.6小结10
第四章PLC在彩灯控制中的应用11
4.1用PLC控制一个自动闪烁的广告牌11
4.2PLC控制流水灯12
4.3确定PLC的输入/输出点数12
4.4PLC的外部接线图12
4.5小结13
第五章编写PLC梯形图14
5.1PLC程序的设计14
5.2PLC程序一些指令简单说明15
5.3小结16
第六章安装与调试17
6.1调试的相关说明17
6.2实物图17
6.3小结18
结束语19
致谢20
参考文献21
第一章绪论
随着当今社会的不断繁荣和发展，各种彩灯以不同的形式出现在我们的生活中或是广告或是装饰。
在一些大型派对或晚会的现场，彩灯更是装饰整个现场的一道亮丽的风景线。
小型彩灯装饰多以霓虹灯做成样式繁多多姿多彩的灯管，还可以用日光灯或白炽灯等作为光源，另外配宣传画和广告语来达到宣传、装饰的效果。
一般以数字电路控制这些灯管的亮灭和亮度这。
但是在现代社会生活中，许多大型楼宇的轮廓和大型派对或晚会的灯光装饰，由于彩灯装饰变化繁多、功率大，数字电路不能满足彩灯变化的控制要求。
随着科技的发展与进步，PLC日益得到广泛应用，并且逐步走进了彩灯控制领域。
本文将介绍PLC在不同变化类型的彩灯控制中如何控制彩灯的亮灭、闪烁时间及流动方向。
彩灯的应用多种多样，其中包括：
装饰灯、布景灯、广告灯等，但根据其工作模式，可将其分为三种主要类型：
长明灯、流水灯和变幻灯。
其中长明灯的主要特点是只要灯开始投入工作，负载即长期接通，在彩灯装饰中一般用以照明或衬托底色，几乎没有频繁的动态切换过程，因此可用数字电路或开关直接控制彩灯亮灭，不需要通过PLC控制。
流水灯的主要特点是负载变化频率高速度快，使人有眼花缭乱的感觉，其中又分为多灯流动和单灯流动等情形。
变幻灯的变幻内容多种多样，其中主要包括字形变化、色彩变化和位置变化等，其主要特点是在整个工作过程中负载进行周期性地花样变化，但变化频率不高。
基于流水灯及变幻灯的变化特点数字电路无法满足其控制需求，但均适宜采用PLC控制。
第二章PLC的定义及发展
2.1PLC的定义
可编程控制器（ProgrammableController）简称PC；个人计算机（PersonalComputer）也简称PC；为了避免混淆，目前都习惯将最初多用于逻辑控制而发展起来的可编程控制器叫做PLC（ProgrammableController）。
[103]
2.2PLC的的发展历程
PLC自诞生以来，经过几十年的发展，其各种功能与性能均获得了很大的提高与改进。
目前，PLC集数据处理、程序控制、参数调节及网络数据通信等功能于一体，不论是较为简单的单机逻辑与顺序控制，还是复杂系统的控制，选择适当的PLC都能获得满意的控制效果。
在计算机集成制造系统与计算机集成过程控制系统中，PLC也起到了重要的作用。
在网络化的多级工业控制系统中，PLC在设备级与控制级有着其他控制装置无可比拟的优势，因此得到了广大工业控制界的青睐。
随着我国经济的迅速发展，PLC技术在冶金、化工、交通、电力、机械等各行各业中的应用越来越广泛。
对于即将走上工作岗位或已从事机电专业的工程技术人员来说，熟悉和掌握电气自动化领域中的PLC技术已成为非常紧迫的任务。
在工业生产中，需要大量的开关量顺序控制，开关量按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行特定动作的控制，和大量离散数据的采集。
在传统的工业生产中，这些功能主要是通过气动控制系和电气控制系统来实现的。
1969年美国模拟数字公司应GM（通用汽车）公司于1968年提出的取代继电气控制设备的要求，研制出了基于电力电子技术和集成电路技术的控制设备，首次将程序化手段取代了电气控制技术在某些方面的应用，Programmable Controller—可编程序控制器因此而诞生。
随着计算机技术的发展，为了方便区别算机与Programmable Controller（可编程控制器），同时也为了反映Programmable Controller（可编程控制器）的功能特点，将其命名为Programmable Logic Controller（简称PLC）。
国际社会上不同组织对PLC有不同的定义，其中IEC（国际电工委员会）对PLC的定义是：
PLC是进行数字、模拟运算操作的一种电子系统。
PLC使用程序存贮器，并且在程序存贮器内部存贮执行逻辑和算数运算、计数、顺序控制和定时等指令，并通过数字量的输入、输出和模拟量的输入、输出，控制各类的机械的运转过程。
PLC及其有关设备，都具有易于与工业控制系统配套融合成一个整体，其功能易于扩充的设计原则。
PLC在上世纪80年代至90年代中期，得到了飞速的发展，这段时期又被称为PLC发展的黄金时期，其年增长率一直保持在30%~40%之间。
在这段时期，PLC在处理模拟量的能力、数字运算的能力、人机接口能力和网络能力都得到大幅的提高，从此PLC逐渐走进过程控制领域，在某些应用上甚至取代了在过程控制领域一直处于统治地位的DCS系统。
2.3PLC的特点
2.3.1高可靠性、抗干扰能力强
（1）PLC所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间实现电气上隔离，从而提高了PLC的可靠性和抗干扰能力。
（2）PLC各输入端均装有R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
（3）为了防止辐射干扰影响PLC性能，PLC各模块均采用屏蔽措施。
（4）为了提高可靠性和抗干扰能力，PLC采用可靠性抗干扰性能良好的开关电源。
（5）PLC对采用的器件都进行严格的筛选。
（6）PLC具有良好的自诊断功能，一旦PLC运行出现异常情况，CPU会立即采取有效措施阻止事故扩大造成更大的损失。
（7）大型的PLC还可以用双CPU构成冗余系统或用三CPU构成表决系统，从而使可靠性更进一步提高。
2.3.2丰富的I/O接口模块
PLC会根据不同的现场信号，如：
交流信号或直流信号；开关量信号或模拟量信号；电压信号或电流信号；脉冲信号或电位信号；强电信号或弱电信号等。
制定相应的I/O模块和工业现场的设备直接连接。
另外为了提高PLC的操作性能，PLC还具有多种人——机对话接口模块；为了使PLC能组成工业局部网络，PLC还具有多种通讯联网接口模块，等等。
2.3.3配套齐全、功能完善、适用性强
PLC历经风雨经过几代人的共同努力发展到今天，PLC除了具有逻辑处理的能力以外大多数PLC还具有完善的运算数据的能力，因此可应用在各种数字控制领域。
各种各样的功能单元大量在PLC身上涌现，使PLC不断地发展壮大，并逐步渗透到了CNC、温度控制、位置控制等各种控制场合中。
随着PLC通信能力的增强和人机界面技术的不断发展，使PLC可以非常容易的组成各种控制系统。
2.3.4系统的设计工作量小、维护方便、容易改造
PLC具有接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受；梯形图的图形符号和表达方式与继电器电路图的图形符号和表达方式都非常的接近。
以上两点为不熟悉电子电路、不懂PLC原理和程序编译的人从事由PLC构成的工业控制打开了方便之门，同时也为PLC能广泛的得到应用打下了坚实的基础。
PLC硬件可靠性高、软件程序编译简单、并可以随控制需求随时更改、外部接线方式灵活多变等特点，这些特点使PLC具有了系统设计工作量小、维护方便、易于改造的优异性能。
2.3.5体积小、重量轻、能耗低
以超小型PLC为例，PLC底部尺寸小于100mm、重量小于150g、能耗仅数瓦。
由于PLC体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想设备。
2.4PLC的功能
2.4.1为了大量实际应用而开发的的特殊功能
为了满足不同的需要，专门为PLC开发了各个范围的特殊功能模块，模拟I/O模块，温度传感器等模块。
对于每个FX2n主单元可配置多个特殊的功能模块。
连接CC-Link,ProfibusDP和DeveiceNet。
2.4.2其他功能
PLC在国内外广泛应用与钢铁、石化、机械制造、汽车装配、电力、电子信息产业等各行各业。
目前典型的PLC功能有以下几点。
顺序控制：
这是PLC应用最广泛的领域，完美的取代了传统的继电气控制，例如铸磨床。
印刷机械、订书机械、组合机床、塑机、切纸机、包装、装配生产线、电镀流水线和电梯控制等。
过程控制：
在工业生产中，有许多连续变化的量，如电流、液体压力、液体流量、液体流速、速度、压力、温度和电压等，称为模拟信号。
PLC有A/D和D/A转换设备，这样，PLC可以作为模拟控制用于程控。
数据处理：
PLC具有逻辑运算指令，可以非常方便的对生产过程中收集到的资料进行整理、分析和处理。
还可以用PLC组成监控系统，对数据进行采集和处理从而有效地控制生产过程。
通信网络：
PLC的通信模块可以将多台PLC连接在一起，甚至能够将PLC与PC连接起来组成分布式控制系统，从而满足某些特殊控制系统的控制需求。
显示打印：
PLC还可以连接显示终端和打印等外围设备，从而实现显示和打印的功能。
2.5选题意义及PLC型号介绍
2.5.1选题意义
随着全球经济一体化的不断深入,社会主义经济的不断发展,各城市都在进行美化城市建设的亮化工程。
企业为达到宣传自己企业的形象和企业产品的宣传目的,均采用的广告手法之一是:
采用霓虹彩灯广告屏来实现这一目的。
当我们夜晚与亲朋好友漫步在大街上，马路两旁各色各样的霓虹灯广告牌为整个夜晚添加了一道绚丽的风景，彩灯广告牌大致分为两种，一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管，另一种为日光等管或白炽灯管作为光源，另配大型广告语和宣传画来达到宣传效果。
这些灯的闪烁时间、亮灭及流动方向等都是通过PLC的控制达到的。
选择此题目作为毕业设计，不仅能通过设计熟悉学习过的电气知识，同时能提高自己的设计能力，而且PLC具有通用性强、适应面广、使用方便、抗干扰能力强、可靠性高、编程简单等特点。
并且PLC在工业自动化控制特别是在顺序控制中的地位，在不久的将来将是无法取代的。
以此为毕业设计在一定程度上提高自己以后在找工作的质量与成功率。
所以选择这个题目。
2.5.2型号选择
随着PLC技术的不断发展，PLC系列产品的种类也随之越来越多。
不同型号的PLC，其结构形式、容量、性能、编程方式、指令系统、价格等性能参数也各有不同，适用的控制场合也各有不同。
因此，合理的选用PLC，对于提高PLC控制系统的性能指标、技术指标和经济指标都有着重要意义。
PLC的选择应主要从PLC的型号、容量、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力、I/O模块等方面加以综合考虑。
PLC型号选择的基本原则就是在尽可能满足功能要求、保证性能可靠、维护方便的前提下，力争达到最佳的性价比。
选择时应主要考虑到以下几点：
1.合理的结构型式
PLC的结构型式主要包括整体式和模块式两种结构型式。
相对而言整体式PLC的I／O点的平均价格比模块式的便宜一些，并且体积相对较小,一般应用于系统控制工艺过程比较固定的小型控制系统中；模块式PLC的功能扩展相对整体式更灵活方便,在I／O点的点数、输入点的点数与输出点的点数的比例、I／O模块的种类等各方面选择余地更大，并且维修方便，一般应用于于比较复杂的控制系统。
2.安装方式的选择
PLC的安装方式大致可分为远程I／O式、集中式以及多台PLC联网的分布式，三种安装方式。
相对于其他两种安装方式而言，集中式系统反应更快、成本更低；远程I／O式可以分散的安装在控制现场设备的附近，连线短因此更适用于大型的控制系统，系统设备的分布范围更加广泛，但是需要另外安装远程I／O电源和驱动器；多台PLC联网的分布式更适用于设备独立且相互联系的控制场合，但是必须要另外安装通讯模块。
3.相对应功能的要求
一般低档（小型）PLC拥有计数、定时、逻辑运算等功能，能够满足用开关量去控制的设备的控制需求。
对于那些主要以以开关量为主，同时带少量模拟量去控制的系统，可以选用同时具有A／D转换单元、D／A转换单元、逻辑运算和数据传送功能的PLC。
对于那些控制相对复杂的系统，要求控制器能够实现闭环控制、通信联网、PID运算等功能，可以根据控制规模的大小和控制场合复杂的程度，应选用中、高档的PLC。
由于中、高档的PLC价格相对比较贵，所以中高档的PLC一般都应用于大规模过程控制系统等场合。
4.响应速度要求
PLC是专门针对于工业自动化设计的通用控制器，不同档次的PLC响应的速度一般情况下都能满足在其应用范围内的控制需求。
有时需要跨范围使用PLC，或者某些功能、信号对速度有特殊的要求时，则应该仔细考虑PLC响应的速度问题，这种情况下应选用具有较高速I／O处理能力的PLC，或者选用同时具有中断输入和快速响应模块的PLC。
5.控制系统对PLC可靠性的要求
对于一般的控制系统来说PLC的可靠性一般都能能满足其控制要求。
对于一些控制系统对可靠性的要求相对比较高，应该考虑是否应该采用热备用和冗余系统。
6.PLC机型应尽量的统一
对于一个企业，应该尽量的做到PLC机型的统一。
主要考虑到以下几个方面的问题：
①机型统一则各模块可以相互备用，便于设备的维修、采购和管理。
②机型统一则各种功能和使用方法都非常类似，更有利于技术水平的提高和技术力量的培训。
③机型统一则各外部设备通用，同时资源可以共享，易于相互间联网通信，在配备上位计算机后容易形成一个多级分布式的控制系统。
2.6小结
本章大体的介绍了PLC的定义以及PLC的发展历程；并着重对PLC的优点进行了比较详细的介绍，对我们认识PLC的功能和特点有一定的帮助。
第三章三菱PLC特性与认识
3.1PLC输出端口电路的隔离方式
PLC输出端口电路的隔离方式如图3-1所示。
继电器光电耦合器晶闸管输出
图3-1PLC输出端口电路的隔离方式
3.2输出接口电路的主要技术参数
响应时间：
响应时间是指PLC从ON状态转变成OFF状态或从OFF状态转变成ON状态所需要的时间。
输出电流：
继电器输出型具有较大的输出电流，AC250V以下的电路电压可驱动纯电阻负载2A/1点、感性负载80VA以下（AC100V或AC200V）及灯负载100W以下（AC100V或200V）的负载；Y0、Y1以外每输出1点的输出电流是0.5A，但是由于温度上升的原因，每输出4合计为0.8A的电流，输出晶体管的ON电压约为1.5V，因此驱动半导体元件时，请注意元件的输入电压特性。
Y0、Y1每输出1点的输出电流是0.3A，但是对Y0、Y1使用定位指令时需要高速响应，因此使用10—100mA的输出电流；
开路漏电流：
当输出处于OFF状态时，输出回路中的电流。
输出公共端（COM）：
与输出各组之间形成回路，从而驱动负载。
3.3PLC电源
PLC的电源在整个控制系统中起到了很重要的作用。
具有一个性能良好的电源是支持整个控制系统是正常工作的保障，因此PLC生产商对PLC电源的设计和制造都是非常的重视的。
正常情况下交流电压在+10%（+15%）范围内波动时，可以将PLC直接连接到交流电网。
PLC的电源输出一般分为两部分：
一部分为PLC内部电路供电；一部分作为现场传感器等的工作电源。
因此对PLC的电源有以下的基本要求：
1）能够有效地控制并且消除来自电网电源的各种干扰；
2）当PLC电源发生故障时不会因此导致系统其它部分发生故障；
3）要求PLC电源能够适应较宽的电压范围；
4）电源的发热量小，功耗低；
5）两部分电源完全隔离；
6）有较强的自保护功能。
3.4三菱PLC主要技术指标
3.4.1三菱FX2N系列可编程控制器简介
三菱PLC可分为F、F1、F2、FX0、FX2、FX0N、FX0S、FX2N等几个系列，F系列是其中早期的产品，现在已经停产，FX2系列是三菱公司在1991年推出的产品，属于加强型小型PLC，具有叠装式结构，一个16位的微处理器和一个专门的逻辑运算处理器，是目前运动速度最快的小型PLC之一（执行速度为0.00048ms/步）。
FX2N系列产品是三菱公司近期的产品，具有叠装式配置，是高性能小型机中的代表作。
FX2N系列PLC的基本构成
FX系列PLC又可以划分为4个大类：
FX0、FX2、FX2C和FX2N系列，PLC的构成单元包括：
基本单元、扩展单元和特殊单元。
其中基本单元又包括CPU、存储器I/O和电源；扩展单元用于增加和改变I/O的点数和比例，内部无电源，由基本单元供给；特殊功能单元包括一些具有特殊用途的装置。
3.4.2可编程控制器的主要性能指标
PLC的性能指标比较多，以下主要介绍与构建控制系统关系比较直接的几个。
（1）输入、输出点数
PLC的输入和输出点数决定了在PLC组成的控制系统中能够接入点输入和输出信号的最大数量，同时决定了PLC组成系统的最大规模。
（2）应用程序的存储容量
应用程序的存储容量是指用于存放用户程序的存储器的容量。
一般用KB或K位来表示（1KB=1024B）。
在一些文献中也有“步”来表示程序的容量，往往以最简单的基本指令为单位，称为步。
一般小型机内存1KB到几KB，大型机一般几十KB，有的甚至可达1024KB到2048KB。
（3）扫描速度
一般是指PLC执行1000条基本指令所需的时间，单位为ms/千步，也有以执行一步指令时间计的，如μs/步。
一般情况下执行逻辑指令与运算指令的时间有很大差别，因此在描述PLC扫描速度时还往往需要标明PLC执行的是哪些程序。
3.5三菱PLC的编程软件
GXDeveloper是三菱PLC主要的编程软件它适用于多种系列的PLC。
同时支持梯形图、SFC、指令表、STFB和Label语言程序设计，程序可以在线上进行调试、监控和更改，同时有能力进行PLC程序的异地读写。
3.5.1GXDeveloper的特点
作为三菱PLC主要的编程软件GXDeveloper主要具有以下特点
1）软件的共通化：
能够同时应用于多种型号系列的PLC。
2）能够充分利用Windows及其软件带来的便利条件。
3）程序的标准化。
4）能够用各种方法和可编程控制器CPU连接。
5）丰富的调试功能。
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