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钱旭

采用PLC控制的霓虹灯系统

姓名：

学号：

1

班级：

1

专业：

检测

导师：

课题要求

设计一个霓虹灯控制电路，该电路可以控制霓虹灯L1、L2和L3按照如下方式亮灭。

（1）LI亮1s

（2）L2亮1s

（3）L3亮1s

（4）三个灯都灭1s

（5）三个灯都亮1s

（6）三个灯都灭1s

（7）三个灯都亮1s

（8）三个灯都灭1s

目录

一、绪论.................................3

二、PLC的概况...........................4

三、霓虹灯..............................9

四、组态王实现..........................15

5、总结................................18

六、参考文献............................19

第一章绪论

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,大中小城市都在进行亮化工程。

企业为展现自己的形象和产品,一般都会采用通过霓虹灯广告屏来这种广告手法，所以当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告随处可见,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管,另一种为日光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果，大部分是采用霓虹灯。

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。

第二章可编程控制器的概况

第一节可编控制器的产生与应用

可编程控制器（PLC）是集计算机技术、自动控制技术、和通信技术为一体放入新型自动控制技术。

其性能优越，已被广泛的应用于各个领域，并已成为工业自动化的三大支柱（PLC、工业机器人、CAD/CAM）之一。

PLC的应用已成为一个世界潮流，在不久的将来PLC技术在我国将得到更全面的发展。

一、可编程控制器的产生及发展

可编程控制器的产生可追溯到20世纪60年代末，在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统地硬件连线，这样就使其应用在很多方面受到限制，其通用性和灵活性都比较差。

20世纪60年代末，计算机技术开始应用于工业领域，由于价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。

1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。

其主要内容是：

1）   编程简单，可在现场修改程序；

2） 维护方便，最好是插件式；

3） 可靠性高于继电器控制柜；

4） 体积小于继电器控制柜；

5） 可将数据直接送入管理计算机；

6） 在成本上可与继电器控制柜竞争；

7） 输入可以是交流115V；

8） 输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀等；

9） 在扩展时，原系统只需很小变更；

10）用户程序存贮器容量至少能扩展到4K。

这就是著名的GM10条。

如果说各种电控制器、电子计算机技术的发展是可编程序控制器出现的物质基础，那么GM10条就是可编程序控制器出现的直接原因。

1969年，美国数据设备公司（DEC）研制出世界上第一台可编程控制器，并成功地应用在GM公司的生产线上。

其后日本、西德等相继引入，使其迅速发展起来。

但这一时期它主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（ProgrammableLogicController）。

70年代初期诞生的微处理器和微型计算机，经过不断地开发和改进，软、硬件资源和技术已经十分完善，价格也很低廉，因而渗透到各个领域。

可编程序控制器的设计和制造者及时吸收了微型计算机的优点，引入了微处理器和其它大规模集成电路，诞生了新一代的可编程序控制器。

70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，使PLC从开关量的逻辑控制扩展到数字控制及生产过程控制领域，真正成为一种电子计算机工业控制装置，故称为可编程控制器，简称PC（ProgrammableController）。

但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）相混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。

1985年1月国际电工委员会（IEC）对可编程序控制器给出如下定义“可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，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。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计”。

PLC从诞生至今，其发展大体经历了三个阶段：

从20世纪70年代至80年代中期，以单机为主发展硬件技术，为取代传统的继电器—接触器控制系统而设计了各种PLC的基本型号。

到80年代末期，为适应柔性制造系统（FMS）的发展，在提高单机功能的同时，加强软件的开发，提高通信能力。

90年代以来，为适应计算机集成制造系统（CIMS）的发展，采用多CPU的PLC系统，不断提高运算速度和数据处理能力。

PLC与传统的继电器逻辑相比，它具有如下优点：

1）由于采用了大规模集成电路和计算机技术，因此可靠性高、逻辑功能强且体积小。

2）在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC无需增加硬设备，利用微处理器及存储器的功能，就可以很容易地完成这些逻辑组合和运算，大大降低了控制成本。

3）由于PLC采用软件编制程序来完成控制任务，所以随着要求的变更对程序进行修改显得十分方便，具有很好的柔性。

继电器线路则是通过许多真正的“硬”继电器和它们之间的硬接线达到的，要想改变控制功能，必须变更硬接线，重新配置，灵活性差。

4）新一代PLC除具有远程通讯功能以及易于与计算机接口实现群控外，还可通过附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂的控制功能，这对于布线逻辑的继电器控制系统是无法办到的。

PLC虽然采用了计算机技术和微处理器，但是它与工业控制计算机相比又具有如下特点：

1）PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，采用了面向控制过程和操作者的逻辑语言，以继电器逻辑梯形图为编程语言，梯形图符号和定义与常规继电器展开图完全一致，容易学习和掌握。

并作了大量的扩展改进，可以视为继电器系统的超集，所以，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。

2）PLC是从针对工业顺序控制并扩大应用而发展起来的，一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，其硬件结构专用，标准化程度低，各厂家的产品不通用。

工业控制计算机是指能够与现场工业控制对象的传感器、执行机构直接接口，能够提供各种数据采集和控制功能，并能在恶劣的工业环境中可靠运行的计算机系统，简称工业控制机或工控机。

工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。

它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。

3）PLC的运行方式与工业控制机不同，它对逻辑顺序控制很适应，虽也能完成数据运算、PID调节等功能，但微机的许多软件还不能直接使用，须经过二次开发。

它采用的梯形图编程语言很受熟悉继电器控制而不熟悉计算机的电气技术人员的欢迎。

工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，因而其软件资源十分丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。

但它对使用者的技术水平要求较高，即应具有一定的计算机专业知识。

4）PLC和工业控制机都是专为工业现场应用环境而设计的。

PLC 在结构上采取整体密封或插件组合型，并采取了一系列的抗干扰措施，使其具有很高的可靠性。

工业控制机对各种模板的电气和机械性能也有严格的考虑，因而可靠性也较高。

5）PLC一般具有模块结构，可以针对不同的对象进行组合和扩展，以满足工业控制的需要，因而具有很好的性能／价格比。

6）由于PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，易于装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。

它是一种面向生产过程控制的数字电子装置。

不仅可以取代传统的继电器控制系统，还可构成复杂的工业过程控制网络。

作为一种先进而又成熟的技术，目前PLC被广泛地应用到机械、冶金、化工、电力、轻纺等各个领域，产品遍及世界各地。

这种新型的电控装置极大地提高了劳动生产率和自动化程度。

可编程控制器将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来，成为工业自动化领域中最重要，应用最多的控制设备，并已跃居工业生产自动化三大支柱（即PLC，机器人和计算机辅助设计／制造CAD/CAM）的首位。

二、可编程控制器的特点及应用

可编程控制器是现代计算机技术与传统继电器-接触器控制技术相结合的产物，专用于工业控制的环境，具有许多其他控制器件所无法相比的优点。

（1）可靠性高、抗干扰能力强

工业生产中对控制器的可靠性要求很高，可靠性也是用户选择控制装置的首要条件。

为保证PLC能在工业环境下可靠工作，在设计和生产过程中，从硬件和软件都采用了抗干扰的措施，使PLC能在恶劣的环境中可靠德工作，其平均故障间隔时间一般可达到几十万小时。

1）硬件方面：

I／O通常采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而抑制或消除了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁的干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。

2），软件方面：

PLC采用扫描方式，减少了由于外界环境干扰引起的故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路的故障实现检测和判断；当外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。

（2）功能完善、扩展方便、组合灵活、实用性强

现代PLC具有数字量和模拟量的输入输出（I/O）接口、各种扩展单元和特殊功能模块，可以方便灵活的组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。

（3）编程简单、使用方便

PLC采用面向控制过程和操作者的“自然语言”—梯形图作为基本编程语言，容易学习和掌握。

PLC控制系统采用软件编程来实现控制功能，当生产工艺流程改变或生产设备更新时，可在不改变硬件设备的情况下，方便地改变控制程序，具有很强的灵活性和“柔性”。

（4）体积小、质量轻，是实现“机电一体化”的理想产品

由于PLC内部电路主要采用微电子技术设计，因此它具有结构紧密、体积小巧、质量轻等特点，易于装入机械设备内部，可简化机械结构设计，因而成为实现机电一体化的理想设备。

（5）性价比高

PLC完善的功能、可靠的性能以及诸多实用的特点，使其具有较高的性价比。

第三章霓虹灯

霓：

有时在虹的外侧还能看到第二道虹，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。

霓虹灯是城市的美容师，每当夜幕降临时，华灯初上，五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽。

那么，霓虹灯是怎样发明的呢？

霓虹灯户外亮化装饰，图2（这是个LED灯）

据说，霓虹灯是英国化学家拉姆赛在一次实验中偶然发现的。

那是1898年6月的一个夜晚，拉姆赛和他的助手正在实验室里进行实验，目的是检查一种稀有气体是否导电。

拉姆赛把一种稀有气体注射在真空玻璃管里，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，聚精会神地观察这种气体能否导电。

突然，一个意外的现象发生了：

注入真空管的稀有气体不但开始导电，而且还发出了极其美丽的红光。

这种神奇的红光使拉姆赛和他的助手惊喜不已，他们打开了霓虹世界的大门。

霓虹灯户外亮化装饰，图1

拉姆赛把这种能够导电并且发出红色光的稀有气体命名为氖气。

后来，他继续对其他一些气体导电和发出有色光的特性进行实验，相继发现了氙气能发出白色光，氩气能发出蓝色光，氦气能发出黄色光，氪气能发出深蓝色光……不同的气体能发出不同的色光，五颜六色，犹如天空美丽的彩虹。

霓虹灯也由此得名。

制造霓虹灯的办法，是采用低熔点的钠——钙硅酸盐玻璃做灯管，根据需要设计不同的图案和文字，用喷灯进行加工，然后烧结电极，再用真空泵抽空，并根据要求的颜色充进不同的稀有气体而制成。

现代的霓虹灯更加精致，有的将玻璃管弯曲成各种各样折形状，制成更加动人的图形；还有的在灯管内壁涂上荧光粉，使颜色更加明亮多彩；有的霓虹灯装上自动点火器，使各种颜色的光次第明灭，交相辉映，使城市之夜变得绚丽多彩。

霓虹灯户外亮化装饰——天津海河风景图

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。

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稀有气体击燃，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

霓虹灯户外亮化装饰，图3

亮度。

温度低

霓虹灯因其冷阴极特性，工作时灯管温度在60°C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也在不断进步。

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，由每米灯管耗电56瓦降到每米灯管耗电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。

灵活多样

这是当今的广告用品案例

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

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、多姿，发光效率明显优于普通的白炽灯，它的线条结构表现力丰富，可以加工弯制成任何几何形状，满足设计要求，通过电子程序控制，可变幻色彩的图案和文字受到人们的欢迎。

霓虹灯的亮、美、动特点，是任何电光源所不能替代的，在各类新型光源不断涌现和竞争中独领风骚。

由于霓虹灯是冷阴极辉光放电，因此一支质量合格的霓虹灯其寿命可达20000--30000小时。

随着中国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢，随着中国加入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，但在市场竞争的条件下，也确有少数厂商缺乏诚信，在一些用户不懂霓虹灯的性能、质量的情况下，生产、制作低劣产品在市场上低价倾销，影响霓虹灯的声誉。

为了使大用户熟悉霓虹灯，了解霓虹灯，我们在此简要介绍一些霓虹灯的品种、规格以及制作霓虹灯的主要器材，以帮助用户识别“霓虹灯”

霓虹灯户外亮化装饰，天津海河之桥

的优劣。

[1] 

第4章组态王实现

组态王：

组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

组态王kingview6.55是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。

该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。

组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。

组态王kingview6.55提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。

组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。

此外，还可以实现值的行列统计功能。

组态王在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：

IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。

组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。

KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。

具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20,000条记录的强大功能。

能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。

组态王程序：

位置摆放图：

组态王运行效果：

总结

通过这次PLC应用技术课程设计的完成，对PLC应用技术的理论有了更深入的了解，特别是PLC控制器在霓虹灯定时控制上的应用。

学好PLC应用技术这门课程对做好本课程设计有着至关重要的作用。

同时在具体的制作设计过程中发现现在书本上的知识与实际的应用存在着不小的差距。

本论文设计的是一个用PLC控制器来控制设备的开关，能够在满足一定条件下产生输出来控制执行机构。

此设计具有硬件少，结构简单，性能稳定可靠，成本低等特点。

本设计使用组态王来编写程序，明白了PLC应用技术这门课程对于检测的课程设计的重要性。

好好的学习并利用我们所学的知识，综合运用各科知识，在这次的设计中，扮演重要的角色。

在完成这篇课程设计后，我学到了很多知识，特别是对可编程软件的学习。

参考文献

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机械工业出版社，2006.

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化学工业出版社，1998.

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