霓虹灯的PLC程序的设计循环彩灯设计论文.docx
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霓虹灯的PLC程序的设计循环彩灯设计论文
职业技术学院毕业论文
霓虹灯的PLC程序设计
所在院（系）：
电气工程与自动化
学生：
靳晓斌
班级：
机电A1102班
学号：
1012110239
指导教师：
胡颖
职业技术学院
摘要
随着社会主义市场经济的繁荣和发展，各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，常用霓虹灯广告来实现这一目的。
霓虹灯的亮灭、闪烁时间与流动方向等均可以通过PLC来进行控制。
使用PLC控制霓虹灯，具有使用方便、运行可靠、控制程序设计简单等优点。
关键字：
PLC；霓虹灯；梯形图程序
1.3PLC的特点
霓虹灯的PLC程序设计
引言
随着社会主义市场经济的不断繁荣和发展，各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：
霓虹灯广告来实现这一目的。
本设计就是利用PLC来控制霓虹灯的显示。
1、PLC的简介
1.1PLC的产生和定义
1969年，美国数据设备（DEC）公司，生产出第一台符合十项技术要求的可编程序控制器（ProgrammableLogicalController），简称PLC。
1980年，美国电器制造商协会（NEMA）正式命名其为可编程控制器（ProgrammableController），简称PC。
为避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，因此把它命名为可编程序控制器简称为PLC。
1987年，国际电工委员会（IEC）对PLC进行了定义：
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为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命令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器与其有关的设备都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。
1.2PLC的发展和应用
PLC（可编程控制器）是集自动控制技术、计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控制装置，被认为是现代工业自动化三大支柱之一，主要应用在：
开关逻辑控制，闭环过程控制，运动控制，通信网络与机器人控制中，它由传统的继电器系统发展而来，保留了继电器的优点，称为软继电器。
特点如下：
可编程，可靠性高，抗干扰能力强，编程语言（梯形图）简单、易学、控制能力强；控制系统结构简单，通用性强；采用模块化结构，组合灵活方便，扩展与外部连接方便；体积小，维护操作方便等，用PLC设计系统程序简单直观，可靠性高。
1.3PLC的特点
1）高可靠性，抗干扰能力强
（1）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部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
（7）大型的PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，是可靠性进一步提高。
2）丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号，如：
交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱点等。
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮；行程开关；接近开关；传感器记变送器；电磁线圈；控制阀等直接连。
3）体积小、重量轻、能耗低
以超小型PLC为例，新进出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g。
仅由于体积小很容易装入机械部，是实现机电一体化的理想设备。
1.4PLC的工作原理
PLC通电后，对硬件和软件做一些初始化的工作。
为了使PLC的输出与时地响应各种外部输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务,这种周而复始的循环工作方式称为PLC的扫描工作方式。
其工作模式有两种：
STOP：
CPU不执行用户程序，可以装载程序和配置CPU
RUN：
CPU执行用户程序
一
个
扫
描
周
期
RUN模式STOP模式
图1PLC的工作原理
1.4.1读取输入
在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器，CPU以字节（8位）为单位来读写输入/输出映像寄存器。
在读取输入阶段，PLC把所有外部数字量输入的I/O状态读入输入映像寄存器。
外接的输入电路闭合时，对应的输入映像寄存器为1（ON）状态，梯形图对应的输入点的常开触点闭合，常闭触点断开。
外接的输入电路断开时，对应的输入映像寄存器为０（OFF）状态，梯形图对应的输入点的常开触点断开，常闭触点闭合。
1.4.2执行用户程序
PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按顺序排列。
在“RUN”工作模式下的程序执行阶段，在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序。
在执行指令时，从I/O映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0/1状态，并根据指令的要求执行逻辑运算，运算的结果写入到相应的输出映像寄存器中，各寄存器（只读输入映像寄存器除外）的容随着程序的执行而变化。
在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入变化的状态只能在后一个扫描周期的读取输入阶段被读入。
执行程序时，对输入/输出的存取通常是通过映像寄存器，而不是实际的I/O点，这样做有以下好处：
（1）程序执行阶段的输入值是固定的，执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。
（2）用户程序读写I/O映像寄存器比读I/O点快得多．这样可以提高程序的执行速度。
（3）I/O必须按位来存取，而映像寄存器可按位、字节、字或双字来存取。
1.4.3通信处理
在智能模块通信处理阶段，CPU模块检查智能模块是否需要服务，如果需要，改取智能模块的信息并存放在缓冲区，供下一扫描周期使用。
在通信信息处理阶段．CPU处理通信接收到的信息，在适当的时候将信息传送给通信请求方。
1.4.4CPU自诊断测试
自诊断测试包括定期检查CPU模块和扩展模块的状态等，将监控定时器复位，以与完成一些别的部工作。
1.4.5改写输出
CPU执行完用户程序后，将输出映像寄存器的0/1状态传送到输出模块并锁存起来。
梯形图中某一输出位的线圈“通电”，对应的输出映像寄存器为1状态。
经输出模块隔离和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。
梯形图中输出点的线圈“断电”，对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为0，将它送到继电器型输出模块，对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。
当CPU的工作模式从RUN变为STOP时，数字量输出被置为系统块中的输出表定义的状态，或保持当时的状态。
默认的设置是将数字量输出清0，模拟量输出保持最后写的值。
1.4.6中断程序的处理
如果在程序中使用了中断，中断事件发生时立即执行中断程序，中断程序可能在扫描周期的任意点上被执行。
1.4.7立即I/O处理
在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。
用立即I/O指令读输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新、用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。
1.4.8输入/输出滞后时间
又称系统响应时间，指PLC的外部输人信号发生变化时至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔．它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。
输入模块的RC滤波电路用来滤除输入端引入的干扰噪声，消除因外接输人触点动作时产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，有的PLC如S7-200的部分输人点的输人延迟时间可以设置。
输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般为10ms左右，场效应管微秒级。
由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达两三个扫描周期。
2、霓虹灯的设计要求
表1“山”、“西”、“职”、“业”、“学”、“院”、“欢”、“迎”、“您”的闪烁表
灯号步序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
HL1
亮
HL2
亮
HL3
亮
HL4
亮
HL5
亮
HL6
亮
HL7
亮
HL8
亮
HL9
亮
HL10
亮
HL11
亮
HL12
亮
HL13
亮
HL14
亮
HL15
亮
HL16
亮
HL17
亮
HL18
亮
2.1霓虹灯控制的几种要求
1、要求用PLC控制“山”、“西”、“职”、“业”、“学”、“院”、“欢”、
“迎”、“您”九个字的LED霓虹灯。
2、按下启动按钮要求九个字显示为红色依次点亮时间间隔为1S，然后全亮
全灭闪烁1S，然后九个字显示为蓝色依次点亮时间间隔为1S，然后全亮
全灭闪烁1S，要求九个字显示为白色依次点亮时间间隔为1S，然后全亮
全灭闪烁1S，再全亮10S，依次循环下去，直到按下停止按钮。
3、系统有单步\连续控制,有启动和停止按钮。
3、霓虹灯的设计方案
3.1PLC的型号选择
霓虹灯控制系统有2个输入信号，18个输出信号，本着够用又不浪费，投资尽量少的原则，采用型号CPU226（24入16出）的小型PLC。
该型号具有24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，13KB字节的程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高数计数器，2路独立的20kHz高数脉冲输出，PID控制器，2个RS-485通讯/编程口，集成了点对点接口PPI通讯协议、多点接口MPI通讯协议和自由口通讯协议。
3.2霓虹灯的I/O地址分配
表2霓虹灯的I/O地址分配
名称
代码
地址
说明
系统启动按钮
SB1
I0.0
系统启动运行
系统停止按钮
SB2
I0.1
系统关机停止运行
“山”红
HL1
Q0.0
“山”红亮
“西”红
HL2
Q0.1
“西”红亮
“职”红
HL3
Q0.2
“职”红亮
“业”红
HL4
Q0.3
“业”红亮
“学”红
HL5
Q0.4
“学”红亮
“院”红
HL6
Q0.5
“院”红亮
“欢”红
HL7
Q0.6
“欢”红亮
“迎”红
HL8
Q0.7
“迎”红亮
“您”红
HL9
Q1.0
“您”红亮
“山”蓝
HL10
Q1.1
“山”蓝亮
“西”蓝
HL11
Q1.2
“西”蓝亮
“职”蓝
HL12
Q1.3
“职”蓝亮
“业”蓝
HL13
Q1.4
“业”蓝亮
“学”蓝
HL14
Q1.5
“学”蓝亮
“院”蓝
HL15
Q1.6
“院”蓝亮
“欢”蓝
HL16
Q1.7
“欢”蓝亮
“迎”蓝
HL17
Q2.0
“迎”蓝亮
“您”蓝
HL18
Q2.1
“您”蓝亮
3.3霓虹灯的梯形图程序设计
（1）启动按钮按下，系统开始运行
（2）“山”、“西”、“职”、“业”、“学”、“院”、“欢”、“迎”、“您”红色依次闪烁各1秒
（3）“山”、“西”、“职”、“业”、“学”、“院”、“欢”、“迎”、“您”红色全闪烁1秒
3.4霓虹灯闪烁的流程图
图2霓虹灯闪烁的流程图
当按下启动按钮，程序开始启动运行。
（1）“山”、“西”、“职”、“业”、“学”、“院”、“欢”、“迎”、“您”九个字显示为红色依次点亮时间间隔为1S，然后全亮全灭闪烁1S；
（2）然后九个字显示为蓝色依次点亮时间间隔为1S，然后全亮全灭闪烁1S；
（3）然后九个字显示为白色依次点亮时间间隔为1S，然后全亮全灭闪烁1S，
（4）最后全亮10S。
依次循环下去，直到按下停止按钮。
3.5霓虹灯的I/O接线图
图3霓虹灯的I/O接线图
4、模拟调试
在STEP7-Micro/WIN32编程环境中输入梯形图程序,编译无错后,在建立上位机和PLC的通讯后将程序下载到PLC中运行,输入用开关来模拟控制,输出用指示灯来代替，进行程序的模拟调试。
5、设计总结
采用PLC来控制霓虹灯，提高了系统运行的可靠性，其梯形图程序简单直观，利用PLC的定时功能，计数功能，步进功能，可灵活地编写，增减和修改程序。
PLC具有很强的自诊断功能，迅速方便的检查判断出故障，缩减检修时间，不需要很多配套的外围设备和大量复杂的接线，大大缩减了设计和施工的周期。
致
这次毕业论文能够得以顺利完成，是指导过我的老师，帮助过我的同学，一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。
在这里我要对他们表示深深的意！
首先，要特别感我的指导老师——朱红老师。
朱老师在我毕业论文的撰写过程中，给我提供了极大的帮助和指导。
从开始选题到中期修正，再到最终定稿，朱老师给我提供了许多宝贵建议。
本论文的完成，离不开她的悉心指导和孜孜不倦地教诲。
其次，我想感激身边始终支持我、关心我的朋友。
我们一起生活，一起学习，为我们的目标而努力。
最后，感各位答辩老师抽出宝贵的时间，各位老师在答辩过程中提出的宝贵意见。
参考文献：
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清华大学,2005.
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电子科技大学,1999.
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机械工业,2000.
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机械工业,2010.
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人民邮电，2009.
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