霓虹灯广告屏的设计.docx
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霓虹灯广告屏的设计
毕业论文（设计）
题目：
霓虹灯广告屏的设计
系别：
机械电子与信息工程系
专业：
机电一体化
学生姓名：
学号：
20090200730104
指导教师：
职称：
完成时间：
2011.09.01-----2012.06.05
目录
引言3
一、选题意义及PLC型号的介绍3
二、PLC的特点5
三、FX系列PLC性能比较及介绍6
四、PLC的应用领域7
五、PLC的主要构成8
六、PLC控制器的发展趋势8
七、设计要求9
（一）控制要求9
（二）其他要求10
八、PLC控制系统的程序设计10
（一）I/O分配10
（二）PLC端子接线图11
（三）指令表12
（四）梯形图14
（五）改为闪烁20
（六）调试与完善21
九、结束语21
参考文献21
致谢21
霓虹灯广告屏的设计
张大国
（达州职业技术学院机电与信息工程系09机电一体化）
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。
本文选用了日本三菱公司FX系列的PLC，它是一种高性能小型可编程控制器，它具有较高的性能价格比，采用了整体式和模块式相结合的迭装式结构。
关键词：
可编程控制器（PLC）、广告灯、自动控制、迭装式
引言
随着微处理器，计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛的应用在所有的工业领域。
现在社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本、和高质量的产品。
为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。
可编程序控制器（ProgrammableLogicController）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
可编程序控制器简称PLC，它的应用面广，功能强大，使用方便，已经成为当代工业自动化的主要的支柱之一。
PLC广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化中也得到了迅速的发展。
国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作出如下定义：
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其每部存储执行逻辑运算、顺许控制、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设备，都应按照易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”可以预料：
在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供应用平台，同时还为PLC可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理，用户程序由用户自己设计，这样可以满足大多数用户的需要
一、选题意义及PLC型号的介绍
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来达到控制的要求.。
（一）选题意义
选择这个题目作为毕业设计，即能通过设计熟悉学习过的PLC知识，还能提高自己的设计能力，并且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。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
在一定程度上提高自己以后在找工作的成功率。
所以我选择了这个题目。
（二）PLC型号的选择
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。
不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。
因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。
选择时主要考虑以下几点：
（1）合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
（2）安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I／O式以及多台PLC联网的分布式。
集中式不需要设置驱动远程I／O硬件，系统反应快、成本低；远程I／O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I／O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I／O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。
（3）响应的功能要求
一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。
但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。
（4）响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。
如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I／O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
（5）系统可靠性要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。
对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。
（6）机型尽量统一
一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。
主要考虑到以下三方面问题：
①机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。
②机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。
③机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。
二、PLC的特点
（一）可靠性高、抗干扰能力强
为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC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PC具有了很强的抗干扰能力。
（二）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。
（三）功能强、适用面广
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。
（四）编程简单、容易掌握
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。
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。
（五）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。
（六）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。
三、FX系列PLC性能比较及介绍
尽管FX系列中FXOS、FX1S、FX1N、FX2N等在外形尺寸上相差不多，但在性能上有较大的差别，其中FX2N和FX2NC子系列，在FX系列PLC中功能最强、性能最好。
FX系列PLC主要产品的性能比较如表1所示
型号
I/0点数
基本指令执行时间
功能指令
模拟模块量
通信
FX0S
10～30
1.6～3.6μs
50
无
无
FX0N
24～128
1.6～3.6μs
55
有
较强
FX1N
14～128
0.55～0.7μs
177
有
较强
FX2N
16～256
0.08μs
298
有
强
表1 FX系列PLC主要产品的性能比较
我简单介绍一下PLC的三大主流，即美国、欧洲、和日本，欧美在大型机方面见长，而日本在小型机方面比较占优势。
日本的小型PLC最具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。
在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。
日本有许多PLC制造商，如三菱、奥姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70％的份额。
三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品。
其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。
F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力。
继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出FX系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。
FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。
FX2N几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升。
近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC，如FXOS、FX1S、FX0N、FX1N及α系列等产品。
FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。
其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。
它们采用整体式和模块式相结合的迭装式结构。
四、PLC的应用领域
由于PLC自身的特点和优势，在工业控制中PLC已得到广泛应用，包括机械、冶金、化工、电力、运输建筑等众多领域。
以下有PLC主要应用领域包括的几个方面。
1）逻辑控制
逻辑控制是PLC最基本的应用，它取代了传统的继电器控制装置。
PLC的逻辑控制功能相当完善可用于单机控制，也可用于多机群控制以及自动生产线控制，其用于领域已遍及各行各业。
2）模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制
3）运动控制
PLC使用专用的运动控制模块，可对直线运动或圆周运动的位置，实现单轴，双轴和多轴位置控制，并使运动控制和顺序控制有机结合在一起。
4）闭环过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量看闭环控制。
PLC通过其模拟量I/O模块，及数据处理和数据运算等功能，实现对模拟量的闭环控制。
5）数据处理
现代PLC具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可以完成数据的采集、分析和处理等操作。
6）通信联网
PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC与其他智能设备（计算机、变频器、数控装置等）之间的通信。
PLC与其他智能控制设备一起可以组成“集中管理，分散控制”式控制系统。
当然不是所有的PLC都具有上述的全部功能一些小型的PLC只具有上述的部分功能，但价格价格较低，而大型PLC具备的功能较为完善。
五、PLC的主要构成
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、I/O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、I/O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。
四大部件：
中央处理单元——系统的控制中枢，起着总指挥作用
存储器——用于存放系统程序、用户程序、工作数据等信息
输入/输出（I/O）单元——信号分为数字量（包括开关量）和模拟量
电源、编程器及智能模块——根据PLC配置的一些装置
整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内
模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成
I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合
另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的内存内
PLC的基本组成框图
图1PLC组成框图
六、PLC控制器的发展趋势
1.向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向发展
PLC的应用领域是自动化，不同的企业对自动化的要求、规模及投资数额都不相同，存在着不同层次的需求。
因此，PLC将朝着两个方向发展：
一是向小型化、微型化的方向发展，以适应小型企业技术改造的需求，提供性能价格比更高的小型PLC控制系统；二是向大型化、多功能方向发展，为大、中型企业提供高水平的PLC控制系统。
2.过程控制功能不断增强
在PLC发展的初期，它只能完成开关量逻辑控制。
随着PLC技术的发展，出现了模拟量I/O模块和专门用于模拟量闭环控制（过程控制）的智能PID模块。
3.大力开发智能型I/O模块
智能I/O模块是以微处理器和储存器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的CPU并行工作,占用主CPU的时间很少,有利于提高PLC的扫描速度。
4.与个人计算机日益紧密结合
PLC的计算机化，大型PLC具备个人计算机的功能，是另一发展趋势。
这类PLC采用功能强大的微处理器和大容量的存储器，将逻辑控制、模拟量控制数学运算和通信功能紧密结合在一起，使控制系统的性能价格比不断提高。
5.编程语言趋向标准化
6.通信与联网能力不断增强
PLC的通信与联网功能可以使PLC与PLC之间、PLC与个人计算机等式逻辑其他智能设备之间能够进行数字信息交换，形成一个统一的整体，实现分散控制与集中控制。
七、设计要求
（一）控制要求
（1）该广告屏中间8根灯管亮灭的时序为第1根亮——2亮——3亮……第8根亮,时间间隔均为1S,8根灯管全亮后,显示10S,再反过来从8——7……——1按1S间隔顺序熄灭.全灭后,停亮2S,再从第8根开始亮,顺序点亮8-7……1,时间间隔为1S,全亮后显示5S.再从1-2…8按1S间隔顺序熄灭.全熄灭后,停亮2S,然后重复运行运行,周而复始。
（2）24只流水灯,4个一组分成6组,I——II——……——VI按1S时间间隔依次向前移动,且点亮时每相隔1灯为亮，即从I“①、③”亮——II“⑤、⑦”亮，同时I“①、③”灭——III“、”亮，同时II“⑤、⑦”灭……，如此移动一段时间后（如30S）,再反过来移动一段时间：
VI“、”亮——V“、”亮,同时VI“、”灭,……如此循环往复。
（3）系统有单步\连续控制,有启动和停止按钮。
（4）启动时，灯管和流水灯同时启动，关闭时，可同时也可分别关闭。
（5）在控制要求1中，若要求将全亮后显示10S改为以0.5S间隔同时闪烁5S，试修改程序。
（二）其他要求
用FX2N型PLC控制，并阐述其控制原理；绘制PLC外部接线图（含主电路、外部控制电路、I/O接线图等）；编制PLC梯形图程序。
八、PLC控制系统的程序设计
（一）I/O分配
根据控制要求,PLC控制霓虹灯广告显示屏的输入\输出（I\0）地址编排如下表所示,其中SB1（X0）为启动开关,SB2（X1）为总停止开关,SB3（X2）为灯管停止开关,SB4（X3）为流水灯停止开关。
Y0--Y7为控制8根灯管,Y10--Y23为控制6组流水灯泡。
流水灯编号如下：
第一组：
1、2、3、4第二组：
5、6、7、8
第三组:
9、10、11、12第四组:
13、14、15、16
第五组：
17、18、19、20第六组:
21、22、23、24
I/O分配如下：
X0
启动开关SB1
Y13
13、15号流水灯
X1
总停止开关SB2
Y14
17、19号流水灯
X2
灯管停止开关SB3
Y15
21、23号流水灯
X3
流水灯停止开关SB4
Y16
2、4号流水灯
Y0----Y7
对应灯管第1根------第8根
Y17
6、8号流水灯
Y20
10、12号流水灯
Y10
1、3号流水灯
Y21
14、16号流水灯
Y11
5、7号流水灯
Y22
18、20号流水灯
Y12
9、11号流水灯
Y23
22、24号流水灯
表2I/O分配
PLC型号的选择：
由于共有20个端口输出，并且用是用交流电的，所以我选择用FX2N-48MR-001。
FX2N-48MR-001的主要的技术参数：
输入继电器有24点，输出继电器有24点。
电源电压为AC100—240V50/60Hz。
说明图如下：
图2说明图
（二）PLC端子接线图
图3接线图
（三）指令表
表3指令表
（四）梯形图
图4梯形图
（1）运行说明：
X0为总的启动按钮，M8013；1S时钟，1S周期振荡
1到4步；分别将M10、M30至1，将M20、M40至0；
5到30步；采用位左移指令，为正续依次点亮八根灯管，至全亮，十分钟；
31到50步；采用位右移指令，八根灯管反序依次熄灭，全灭后停亮两分钟；
51到68步；采用位右移指令，反序依次点亮八根灯管，全亮后保持五分钟；
69到86步；采用位左移指令，顺次依次熄灭各灯管，熄灭后保持两分钟，然后通过T3跳转回第七步，实现循环；
87到152；为每组灯依次移动点亮，下一组亮的同时上一组就熄灭，间隔为10秒；
153到158步；为M1到M16的复位；
159到175步；M1到M16的带进位循环左移；
176到183步；对于要停止或时间到，复位M1到M16，使该段程序停止运行；
184到249步；为反序的依次移动点亮，下一组亮的同时上一组就熄灭，间隔为10秒；
250到255步；为M20到M35的复位；
256到272步；为M20到M35的带进位循环左移；
273到274步；为程序跳转到该段程序的初始状态，使M1至1，循环开始；
275到282步；对于要停止或时间到时，复位M20到M35。
（五）改为闪烁
在论文要求中，第五点（5）在控制要求1中，若要求将全亮后显示10S改为以0.5S间隔同时闪烁5S，试修改程序。
原程序的第28步到30步改为OUTTOK50在31步前插入以下步
表4指令表图5梯形图
（六）调试与完善
我的程序在调试的时候是出现了很大的问题的，第一个就是程序的步数太多了，原来有400步，后来我把程序简化了一下，把很的多的状态都合并了起来，并用定时器来控制灯的亮灭，但是大体的思路还是一样的。
但是由于我对于应用指令不是很熟悉，所以老师提出修改意见后我会再进行修改的。
九、结束语
经过这次的课程设计，使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC它们的理解，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。
在这次的课程中，我发现PLC在工业控制中的作用很大，它能使人的控制转变成电脑的控制，大大地降低了产品的成本，很大地提高生产效率。
在此过程中我还发现到修改完善程序的重要性。
当时编完一个程后感觉是正确的。
就是这样还要仔细检查自己的程序。
考虑到各种可能发生的情况。
经过这次课程设计培养了我们的设计能力以及全面的考虑问题能力。
学习的过程是痛苦的但是收获成功的喜悦更是让人激动的。
相信通过这次课程设计它对我以后的学习及工作都会产生积极的影响。
参考文献
[1]史国生，《电气控制与可编程控制器技术》，北京:
化学工业出版社，2005-2
[2]张万忠，《可编程控制器应用技术》，北京：
化学工业出版社，2002
[3]张凤珊，《电器控制及可编程控制器》，北京：
中国轻工业出版社，2001
[4]张鹤鸣等，《可编程控制器原理及应用教程》，北京：
北京大学出版社，2006-11
致谢
感谢帮助过我的老师们，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；在他们循循善诱的教导下，我受到了无尽的启迪。
老师们渊博的科学知识、丰富的科研经验以及一丝不苟的科研精神将永远成为我今后工作学习的指针，在此谨表由衷的谢意。
其次要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。
在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！
我一定会好好孝敬和报答他们。
最后再次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者们。
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