霓虹灯内页解析.doc
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长春大学霓虹灯PLC控制系统设计
霓虹灯PLC控制系统设计
[摘要]本设计主要是介绍由PLC控制的多种模式闪烁的霓虹灯设计，并具有水波纹和旋转模式，本文用西门子s7-200的可编程控制器控制霓虹灯循环点亮来说明可编程控制器硬件、软件的设计。
并简要介绍了控制系统的控制要求及梯形图的绘制，并对梯形图做出了相应的说明。
西门子系列的的可编程序控制器和传感技术来实现对霓虹灯的智能循环控制。
通过软件编程实现了霓虹灯闪烁效果。
[关键词]PLC（可编程控制器）；西门子s7-200；霓虹灯；梯形图
DesignofPLCcontrolsystemforneonlamp
[Abstract]ThisdesignismainlyintroducedthedesignoftheflashingneonlightsbyavarietyofmodePLCcontrol,butalsohasthewaterripplesandrotationmode,withSiemensS7-200programmablecontrollertocontroltheneonlightcycletoillustratethedesignoftheprogrammablecontroller,thehardwareandsoftware.Andbrieflyintroducesthecontrolrequirementsofthecontrolsystemandprogramdiagramandladderdiagram,andmakethecorrespondingexplanationtotheladderdiagram.SIEMENSseriesmaybetorealizetheintelligentloopcontrolofneonlightsprogramcontrollerandsensortechnologyseries.Throughsoftwareprogrammingtorealizetheeffectofneonlightsfrominsidetooutsideofthefireworkslike.
[Keyword]PLC（programmablelogiccontroller）SiemensS7-200NeonlampLadderdiagram
目录
第1章绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.1.1霓虹灯的发展史 1
1.1.2采用霓虹灯的意义和目的 2
1.1.3霓虹灯工作原理 2
第2章课程设计的方案 3
2.1硬件设计 3
2.1.1理论课题要求 3
2.1.2PLC简介 3
2.1.3PLC的工作原理 4
2.1.5S7-200的介绍 4
2.2PLC型号选择和I/O分配表 6
2.2.1PLC外部接线图 6
第3章系统软件设计 7
3.1梯形图 7
3.2调试与完善 11
第4章结论 12
参考文献 13
II
第1章绪论
1.1课题研究背景
PLC技术是现代工业自动化三大支柱之一，它融自动化技术、计算机技术、通讯技术为一体。
PLC是这三者结合的高科技产品，它作为通用工业自动化装置，在工业控制领域已经广泛应用。
利用组态软件全真模拟PLC的控制对象，读者不需要实物而仅通过微机的显示器就可以检验所编程序的正确与否和执行结果，这给PLC的学习者提供了很大的方便，也为PLC的实验教学提供了一条新的途径。
利用组态软件仿真的PLC被控对象，不仅可接收多种由PLC发出的控制信号，也可向PLC发出各种命令信号，还可与PLC之间进行各种状态数据的传输，从而反应了PLC与被控对象（仿真的被控对象）及控制结果的关系。
1.1.1霓虹灯的发展史
霓虹灯的发展史可以追溯到英国物理学家和化学家法拉第对气体放电的研究，电流通过含有少量正负离子的气体时，受紫外线、宇宙射线、微量放射物质的作用，在足够高的外加电压下运动，并与中性气体碰撞后，使中性分子发生电离，因而离子的数目增加。
电流通过气体时还伴有发光现象，即所谓的辉光放电。
其发光的颜色随所充入的气体的不同而不同。
法拉第的理论及其在实验上的成就，为霓虹灯的技术发展奠定了坚实的基础。
霓虹灯始源于法国，当时所用的灯体玻管的直径为45毫米，现将玻璃管弯制成所需的文字或者图案，然后再有一只电压为一万多伏的变压器供电，使之发光。
当时灯管两级采用石墨做成，内部充入氮气或二氧化氮气体，前者会发红光后者会发白光，由于这两种气体比较活波，很容易和石墨电极发生反应，阴极溅出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管内的气体，使灯管内气压很快下降，致使霓虹灯的寿命很短。
当时为了解决这个问题，特在霓虹灯灯关上加了一个特殊的电磁阀门，并在霓虹灯使用一段时间以后充入一定量的气体，但这样并未根本上克服这个缺点。
这种灯不仅寿命短、制作精艺复杂，而且造价昂贵，很难普及。
科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。
利用这一发明在霓虹灯内充入一定的惰性气体，这就明显减缓了气体在灯管内部的消耗速度，颜色也多种多样。
第二次世界大战前期，光致发光的材料被研究出来，这种材料不仅能发出各种颜色的光，发光率也高，我们称之为荧光粉。
荧光粉被应用在霓虹灯制作中后，亮度不仅有了明显的提高，灯管的颜色也光彩夺目，变化多端，同时也简化了制作的工艺。
二战之后，霓虹发展的速度便一发不可收拾。
1.1.2采用霓虹灯的意义和目的
随着社会市场经济的不断发展，各种霓虹装饰灯，广告霓虹灯越来越多的出现在城市中。
在大型的晚会现场，霓虹灯更是不可缺少的一种景观，霓虹灯多为采用霓虹灯管和各种各样和多种彩色的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源。
而现代大型楼宇的轮廓装饰或大型晚会的布景，由于其变化多，功率大数字电路不能胜任。
针对PLC日益得到广泛的应用的现状。
本文介绍PLC在不同变化类型的霓虹灯控制中的应用，灯的亮灭，闪烁时间流动的控制均通过PLC来达到控制要求。
1.1.3霓虹灯工作原理
霓虹灯采用正常辉光放电形式工作，具有辉光放电的基本特征，正离子轰击阴极使阴极发射二次电子来维持放电，阴极电流主要由正离子所贡献。
由于是正常辉光放电，所以在一定的电流范围内阴极的电流密度不变，阴极位降不变。
阴极位降大约为100一20伏，为正离子加速提供能量。
当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。
能激发产生大量的电子。
这些激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。
当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。
带电粒子与气体原子之间的碰撞，多余的能量就以光子的形式发射出来，这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。
第2章课程设计的方案
2.1硬件设计
2.1.1理论课题要求
1.系统应具备下列几项控制功能：
1）可以选择多种模式闪烁，模式不少于4种；
2）其中水纹波、旋转两种模式必须完成。
2.系统提供的输入控制信号：
YX运行/停止开关
1M模式选择开关1
2M模式选择开关2
3M模式选择开关3
M模式选择开关4
2.1.2PLC简介
可编程序控制器PC（Programmable Controller）又称可编程序控制器PLC（Programmable Logic Controller），是微机技术与继电器常规控制技术相接合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电器操作维护人员的技能和习惯，摈弃了微机常用的计算机编程语言的表达形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。
PLC现已成为现代工业控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小、可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能、易于与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备告诉计数与位控等高性能模块等优异性能，日益取代由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成的传统继电－接触控制系统在机械、化工、石油、冶金、电力、轻工、电子、纺织、食品、交通、等行业得到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
2.1.3PLC的工作原理
PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。
然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段：
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。
随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段：
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
输出刷新阶段：
当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。
2.1.4PLC的特点
（1）可靠性高，抗干扰能力强；
（2）配套齐全，功能完善，试用性强；
（3）系统的设计、建造工作量小，易于维护；
（4）体积小，重量轻，耗能低。
2.1.5S7-200的介绍
选用西门子S7-200系列的PLC,S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中或相连成网络皆能实现复杂控制功能因此。
S7-200系列具有极高的性能/价格比。
S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。
使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。
应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种CPU。
档次最低的是CPU221，其数字量输入点有6点，数字量输出点书有4点，是控制规模最小的。
PLC档次最高的应属CPU226，CPU226集成了24点输入16点输出，共有40点数字量I/O，可连接7个扩展模块，最大扩展数字量I/O 248点或模拟量I/O35路。
本控制系统主要是用于霓虹灯按照不同顺序的闪烁来实现一定的需求，通过输入程序，可以自行实现闪烁过程。
图2-1霓虹灯模型
用PLC对霓虹灯实现控制，具体显示过程如下：
显示方式一：
霓虹灯显示从L1→L9开始依次亮完，间隔100ms。
显示方式二：
霓虹灯L1先亮，100ms之后L2→L5一起亮，再过100ms，L6→L9一起亮。
显示方式三：
霓虹灯显示L1→L9一起亮。
显示方式四：
霓虹灯L1→L5一起点亮，100ms之后，L6→L9顺序点亮。
系统有启动和停止按钮，霓虹灯的电压为24V。
2.2PLC型号选择和I/O分配表
输入输出
起动按钮：
I0.0L1：
Q0.0L6：
Q0.5
停止按钮：
I0.1L2：
Q0.1L7：
Q0.6
L3：
Q0.2L8：
Q0.7
L4：
Q0.3L9：
Q1.0
L5：
Q0.4
2.2.1PLC外部接线图
图2-2PLC外部接线图
第3章系统软件设计
3.1梯形图
图2-5梯形图
3.2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，原来有很多步，后来在杜丽敏老师的点拨下，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，所以不会用移位来做，老师说移位的话会简单很多，我会再想想用移位来做。
第4章结论
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]史国生主编《电气控制与可编程控制器技术》北京:
化学工业出版社2005.
[2]尹宏业主编《PLC可编程控制器教程》北京:
航空工业出版社1997.
[3]廖常初主编《PLC编程及应用》北京:
机械工业出版社2002.
[4]张万忠主编《可编程控制器应用技术》北京:
化学工业出版社2002.
[5]张凤珊主编《电器控制及可编程控制器》北京:
中国轻工业出版社2001.
[6] 吴明洞. PLC控制的设计技巧[J]. 工业控制计算机学报,2003 .
[7] 廖常初. S7-200 基础教程[M]. 北京：
机械工业出版社，2006.
[8] 廖常初. PLC应用技术问答[M].北京：
机械工业出版社，2006.
[9] 孙平.2003年1月.《可编程控制器原理及应用》. 高等教育出版社.
[10] 常晓玲．电气控制系统与可编程控制器[M]，北京：
机械工业出版社，2004.
[11] 魏志精．可编程控制器应用技术[M]，北京：
电子工业出版社．2000．
[12] 顾战松，陈铁年.可编程控制器原理与应用[M]北京:
国防工业出版社.2001.
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