畢業(yè)論文---可編程序控制器plc對大型霓虹燈的控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 課題概述2</p><p>　　1.1 霓虹燈起源及其發(fā)展史2</p><p>　　1.1.1 霓虹燈的起源2</p><p>　　1.1

2、.2 霓虹燈的發(fā)展史2</p><p>　　1.1.3 采用霓虹燈的意義和目的3</p><p>　　1.1.4 本次設計的主要內(nèi)容3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件設計4</p><p>　　2.1 PLC的選型4</p><p>　　2.1.1 PLC介紹4</p><p&

3、gt;　　2.1.2 可編程控制器的基本概念與基本結構4</p><p>　　2.1.3 可編程控制器的基本特點5</p><p>　　2.1.4 可編程控制器的選擇6</p><p>　　2.2 S7-200 CN系列6</p><p>　　2.3 PLC接線圖7</p><p>　　2.4 可編程序

4、控制器I/O分配表8</p><p>　　2.5 材料清單8</p><p>　　2.6 霓虹燈硬件展示9</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設計10</p><p>　　3.1 控制程序設計10</p><p>　　3.1.1 霓虹燈的控制要求10</p><p>　　3

5、.1.2 程序流程圖10</p><p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試16</p><p>　　4.1 調(diào)試程序16</p><p>　　4.2 霓虹燈效果展現(xiàn)17</p><p><b>　　總結19</b></p><p><b>　　前 言</b></p

6、><p>　　霓虹燈在夜市中雖不能說獨領風騷但也出盡了風頭。每當黃昏之際各種霓虹燈就迫不及待地閃閃爍爍發(fā)出絢麗的顏色入夜后更是爭相輝映轟然出一派五彩繽紛的都市生活情調(diào)。從商店招牌、廣告牌到裝飾燈光凡是夜市營業(yè)的商店都離不開它為夜晚的城市平添了許多國際大都似的氣息。 </p><p>　　中國的霓虹燈最早出現(xiàn)在1926年的上海當時在上海的南京東路伊文思圖書公司以陳列櫥窗的形式為“皇家”牌打字機做

7、廣告。解放后中國的霓虹燈行業(yè)曾一度停止發(fā)展。隨著中國的改革開放霓虹燈行業(yè)也隨之發(fā)展許多霓虹燈生產(chǎn)、制作的公司像雨后春筍紛紛建立起來。深圳作為改革開放的前哨它的霓虹燈行業(yè)也緊跟時代步伐快速地發(fā)展起來。目前深圳的霓虹燈廣告的制作水平在國內(nèi)還是一流的加上各種高新技術、高新材料的結合應用更為城市的戶外霓虹燈增光添彩。</p><p>　　霓虹燈是漂亮的為了設計出變化更豐富控制更容易的霓虹燈我嘗試并設計制作了可編程序控制器

8、PLC對大型霓虹燈的控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破饕匀毡救夤窘陙硗瞥龅木哂泻芨咝阅軆r格比的FX系列為例突出介紹了程序的設計方法和編程軟件的應用并比較詳細地介紹了可編程序控制器對霓虹燈的控制方法。</p><p><b>　　第一章 課題概述</b></p><p>　　1.1 霓虹燈起源及其發(fā)展史 </p><p>　　1.1.1 霓虹燈的

9、起源</p><p>　　霓虹燈是由英文“氖燈”，即“NEON SIGN”得來的，“霓虹”兩字實際上是 “NEON”的譯音，而現(xiàn)在人們已經(jīng)把“霓虹燈”當作專用詞運用了。 霓虹燈自 1910 年問世以來，歷經(jīng)百年不衰。它是一種特殊的低氣壓冷陰極輝 光放電發(fā)光的電光源，而不同于其它諸如熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、水 銀燈、白熾燈等弧光燈。霓虹燈是靠充入玻璃管內(nèi)的低壓惰性氣體，在高壓電場 下冷陰極輝光放電而發(fā)光。霓

10、虹燈的光色是由充入惰性氣體的光譜特性決定：光 管型霓虹燈充入氖氣，霓虹燈發(fā)紅色光；熒光型霓虹燈充入氬氣及汞，霓虹燈發(fā) 藍色、黃色等光，這兩大類霓虹燈都是靠燈管內(nèi)的工作氣體原子受激輻射發(fā)光。</p><p>　　1.1.2 霓虹燈的發(fā)展史 </p><p>　　霓虹燈的發(fā)展可以追溯到英國物理學家和化學家法拉第對氣體放電的研究， 電流通過含有少量正負離子的氣體時，受紫外線、宇宙射線、微量放射物

11、質(zhì)的作 用，在足夠高的外加電壓作用下運動，并與中性氣體分子碰撞后，使中性分子發(fā) 生電離，因而離子的數(shù)目倍增。電流通過氣體時還伴有發(fā)光現(xiàn)象，即所謂的輝光 放電。其發(fā)光的顏色隨所充氣體的不同而不同。法拉第的理論及其在實驗上的成就，為霓虹燈技術的發(fā)展奠定了堅實的基礎。霓虹燈始源于法國，當時所用的燈體玻管的直徑為 45 毫米，先將玻璃管彎制 成所需的文字或圖案，然后再用 1 只電壓為 1 萬多伏的變壓器供電，使之發(fā)光。當時，燈管兩端電極采用石墨

12、制成，內(nèi)部充入氮氣或二氧化碳氣體，前者會發(fā)紅光，后者發(fā)白光。由于這兩種氣體較活潑，很容易和石墨電極起化學反應，陰極 濺散出的石墨很快在玻璃管內(nèi)壁形成黑色薄膜層，并大量吸收充入燈管內(nèi)的氣體，使燈管的充氣壓力很快下降，致使霓虹燈的壽命很短。當時為了解決這個問題，特在霓虹燈管上加 1 個特殊的電磁閥門，并在霓虹燈使用一段時間以后再往燈內(nèi)重新補充一定量的氣體，但這樣做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，這種燈不僅壽命短、制作工藝復雜，</p

13、><p>　　1.1.3 采用霓虹燈的意義和目的 </p><p>　　隨著社會市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各種裝飾霓虹燈，廣告霓虹燈越來越多的 出現(xiàn)在城市中。在大型的晚會現(xiàn)場，霓虹燈更是不可缺少的一道景觀。小型的 霓虹燈多為采用霓虹燈管和各種各樣和多種彩色的燈管，或是以日光燈，白熾 燈做為光源。而現(xiàn)代生活中大型樓宇的輪廓裝飾或大型晚會的燈光布景，由于 其變化多，功率大數(shù)字電路則不能勝任。針對 PLC

14、 日益日益得到廣泛應用的現(xiàn) 狀，本文介紹 PLC 在不同變化類型的霓虹燈控制中的應用，燈的亮滅，閃爍時 間及流動的控制均通過 PLC 來達到控制要求。</p><p>　　1.1.4 本次設計的主要內(nèi)容</p><p>　　本次設計要求我利用在學校學的 PLC 知識，應用于霓虹燈控制系統(tǒng)中。通 過本次設計，讓我掌握如何應用PLC 來設計一套霓虹燈自動控制的系統(tǒng)的方法 以及設計中對 PLC

15、機型的選擇，PLC 輸入/輸出點數(shù)的選擇和PLC 程序的編制， 為我們今后今進入社會工作，打下一定基礎。本次設計是用PLC 來控制霓虹燈。PLC 控制霓虹燈是根據(jù)一定的變化方式和周期進行程序的編寫，變化燈隨著時間變化燈的亮滅也隨之變化。其特點是在整個工作過程中周期性的花樣變化，但頻率不高。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　2.1 PLC的選型</p&

16、gt;<p>　　2.1.1 PLC介紹</p><p>　　編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控(Programmable Logic Controller)，簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏 輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱

17、作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC,PLC 自 1966 年出現(xiàn)，美國，日本，德國的可編程控制器質(zhì)量優(yōu)良，功能強大。</p><p>　　2.1.2 可編程控制器的基本概念與基本結構</p><p>　　隨著微處理器、計算機和數(shù)字通訊技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)擴展到了幾乎所有的工業(yè)領域。&

18、lt;/p><p>　?。ㄒ唬?可編程控制器的基本概念</p><p>　　國際電工委員會對PLC作了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形

19、成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　?。ǘ?可編程控制器的基本結構 </p><p>　　圖2-1 可編程控制器的基本結構圖</p><p>　　PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成，如圖2.2所示。PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。 </p><p><b>　?。?）

20、CPU模塊</b></p><p>　　CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?） I/O模塊</b></p><p>　　輸入（Input）模塊和輸出（Ou

21、tput）模塊簡稱I/O模塊它們是聯(lián)系系統(tǒng)外部設備和CPU模塊的橋梁。</p><p><b>　　（3） 編程器</b></p><p>　　編程器用來生成用戶程序，并用它進行編輯、檢查、修改和監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序。一般用于小型機或用于現(xiàn)場調(diào)試和維護。</p><p>　　使用

22、編程軟件可以在計算機上直接生成梯形圖或指令表程序，并且可以實現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后通過PC/PPI電纜可以下載到PLC中去，也可以將PLC當中的程序上傳到計算機當中來。</p><p><b>　?。?）電源</b></p><p>　　PLC一般使用AC 220V電源或DC 24V電源。內(nèi)部的開關電源為各種模塊提供不同電壓等級的直流電源。<

23、/p><p>　　2.1.3 可編程控制器的基本特點</p><p>　　隨著科技的迅速發(fā)展，可編程控制器的功能日益更新，其特點也隨之也展現(xiàn)出來。</p><p><b>　?。ㄒ唬┛煽啃愿?lt;/b></p><p>　　PLC作為一種通用的工業(yè)控制器，它必須能夠在各種不同的工作環(huán)境中正常工作。對工作的環(huán)境要求較低，抗外部干擾

24、能力強，平均無故障時間長。</p><p><b>　　（二）使用方便靈活</b></p><p>　　PLC采用了基本單元擴展或者是模塊化的結構形式，因此，輸入/輸出信號的數(shù)量，形式，驅(qū)動能力等都可以根據(jù)實際控制要求進行選擇與確定，而且在需要時可以隨時更換，近年來，PLC的特殊模塊增多，這些可以滿足不同的控制要求，使PLC的使用更加靈活與多變。</p>

25、<p><b>　　（三）編程簡單</b></p><p>　　PLC的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在它采用了獨特的，多種面向廣大工程設計人員的編程語言，如指令表，梯形圖，邏輯功能圖，順序功能圖等，程序簡潔、明了，適合各類技術人員的傳統(tǒng)習慣，即使是沒有計算機知識的也能統(tǒng)一掌握，特別是梯形圖與邏輯功能圖，形象直觀，動態(tài)監(jiān)測效果逼真，且與計算機容易控制。</p><p>　

26、　2.1.4 可編程控制器的選擇</p><p>　　根據(jù)輸入信號及輸出信號的數(shù)量，經(jīng)過初略計算， 輸人點數(shù)為 2點，輸出點數(shù)為 7點；輸人、輸出信號都是數(shù)字量。增加 20%備用量，以便隨時增加控制功能：</p><p>　　輸入點數(shù)為： 2×(1+20%)=2.4</p><p>　　輸出點數(shù)為： 7×(1+20%)=8.4</p>

27、<p>　　根據(jù) I/O 點數(shù)，可選西門子 s7-200 cpu224型可編程控制器，其輸入點14 點，輸出點10點，擴展模塊可用點數(shù)為 8 點。</p><p>　　2.2 S7-200 CN系列</p><p>　　S7-200系列PLC的基本構成包括PLC主機、編程設計、人機界面和根據(jù)實際需要增加的擴展模塊。PLC本身包含一定數(shù)量的I/O端口，同時還可以擴展各種功能模

28、塊。故 S7-200系列PLC可以單機運行，也可以輸入/輸出擴展，還可以連接功能擴展模塊。S7-200系列PLC主機外觀及基本構成分別如圖3-2和圖3-3所示。</p><p>　　圖 2-2 S7-200 系列PLC主機外觀圖</p><p>　　圖2-3 S7-200 系列PLC的基本構成圖</p><p>　　2.3 PLC接線圖</p>

29、<p>　　圖2-4 PLC接線圖</p><p>　　2.4 可編程序控制器I/O分配表</p><p>　　表2-1 I/O分配表</p><p><b>　　2.5 材料清單</b></p><p>　　表2-2 材料清單</p><p>　　2.6 霓虹燈硬件展示&

30、lt;/p><p>　　圖2-5 “無錫是個好地方”霓虹燈圖</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　3.1 控制程序設計</p><p>　　3.1.1 霓虹燈的控制要求</p><p>　?。ㄒ唬㏄LC投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)準備好啟動；</p><p>　?。ǘ?/p>

31、啟動時A亮B亮C亮D亮E亮F亮G亮</p><p>　?。ㄈ?2秒后ABCDEFG全亮</p><p>　?。ㄋ模?5s后，ABCDEFG閃爍3s</p><p>　?。ㄎ澹?8秒后，AB亮BC亮CD亮DE亮EF亮FG亮</p><p><b>　?。┳詈笱h(huán)</b></p><p>　　圖

32、3-1“無錫是個好地方”霓虹燈圖</p><p>　　3.1.2 程序流程圖</p><p>　　圖3-2 霓虹燈控制流程圖</p><p>　　PLC 投入運行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準備好啟動。按下啟動A點亮；2s后B點亮；2s后C點亮；2s后D點亮；2s后E點亮；2s后F點亮；2s后G點亮；ABCDEFG全亮；然后，ABCDEFG閃爍6s；在AB點亮；2s后BC點

33、亮；2s后CD點亮；2s后DE點亮；2s后EF點亮，2s后FG點亮，最后循環(huán)。</p><p>　　3.1.3 梯形圖分析</p><p>　　圖3-3 PLC控制系統(tǒng)的梯形圖</p><p>　　按下啟動按鈕I0.0，M0.0得電自鎖，“無”字這時正常導通發(fā)光；同時，計時器T37開始計時，2S后，T37閉合，“錫”字這時正常導通發(fā)光；同時，計時器T38開始計時

34、，2S后，T38閉合，“是”字這時正常導通發(fā)光；同時，計時器T39開始計時，2S后，T39閉合，“個”字這時正常導通發(fā)光；同時，計時器T40開始計時，2S后，T40閉合，“好”字這時正常導通發(fā)光；同時，計時器T41開始計時，2S后，T41閉合，“地”字這時正常導通發(fā)光；同時，計時器T42開始計時，2S后，T42閉合，“方”字這時正常導通發(fā)光；同時，計時器T43開始計時，2S后，全部熄滅。計時器T44和計時器T45開始計時，形成一個振蕩電

35、路，“無錫是個好地方”閃爍3S，同時，計時器T46開始計時，3S后，使得振蕩電路停止， “無錫是個好地方” 熄滅；這時計時器T47開始計時，2S后,“無錫”這時正常導通發(fā)光 ；同時T48開始計時，2S后，“無”字滅，“是”字正常導通發(fā)光；同時，T49開始計時 ，2S后 ，“錫”字滅 ，“個”字這時導通發(fā)光；同時，計時器T50開始計時 ，2S后， “是”子滅 ，“好” 字這時正常導通發(fā)光，同時</p><p>&l

36、t;b>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　4.1 調(diào)試程序</b></p><p>　　（一）常規(guī)檢查。在通電之前要耐心細致地作一系列的常規(guī)檢查(包括接線檢查、絕緣檢查、接地電阻檢查、保險檢查等)，避免損壞PLC模塊(用STEP7的診斷程序?qū)λ心K進行檢查)。</p><p>　　（二）按圖2-4

37、將PLC與對應輸入輸出的設備連接起來。</p><p>　?。ㄈ┯肧TEP 7-Micro/WIN軟件編制系統(tǒng)的梯形圖程序，并且進行全部編譯后，再將編制無誤的程序下載到PLC中，并將模式選擇開關撥至RUN狀態(tài)。STEP 7-Micro/WIN編程軟件運行開始界面如下圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 STEP 7-Micro/WIN編程軟件運行界面</p>&l

38、t;p><b>　?。ㄋ模┱{(diào)試運行。</b></p><p>　　按下啟動開關，A點亮；2s后B點亮；2s后C點亮；2s后D點亮；2s后E點亮；2s后F點亮；2s后G點亮；ABCDEFG全亮；然后，ABCDEFG閃爍6s；在AB點亮；2s后BC點亮；2s后CD點亮；2s后DE點亮；2s后EF點亮，2s后FG點亮，最后循環(huán)。 </p><p><b>　

39、?。ㄎ澹┍O(jiān)控運行。</b></p><p>　　當PLC運行時，可以使用STEP 7-Micro/WIN軟件中的監(jiān)視功能監(jiān)控整個程序的運行過程，以方便調(diào)試程序。在STEP 7-Micro/WIN軟件上，單擊 “Debug”—“Start Program Status”，可以全畫面監(jiān)控PLC的運行，這時可以觀察到定時器的定時值會隨著程序的運行而動態(tài)變化，通電閉合的觸點和線圈會變藍。借助于STEP 7-M

40、icro/WIN軟件的監(jiān)控功能可以檢查哪些線圈和觸點該通電時沒通電，從而為進一步修改程序提供幫助。</p><p>　　4.2 霓虹燈效果展現(xiàn)</p><p>　　圖4-2 霓虹燈調(diào)試圖</p><p>　　圖4-3 霓虹燈效果圖</p><p><b>　　總結</b></p><p>　

41、　經(jīng)過四個星期的努力我的自主創(chuàng)新項目設計終于完成了,但是現(xiàn)在回想起來做自主創(chuàng)新項目設計的整個過程，頗有心得，其中有苦也有甜，艱辛同時又充滿樂趣,不過樂趣盡在其中！通過本次自主創(chuàng)新項目設計，沒有接受任務以前覺得自主創(chuàng)新項目設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做自主創(chuàng)新項目設計發(fā)現(xiàn)自主創(chuàng)新項目設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高，也是為最后的畢業(yè)設計做了鋪墊。</p><p>

42、;　　這次自主創(chuàng)新項目要求是設計一個霓虹燈的控制，自行設計這對我將來的自主創(chuàng)新項目有很大的幫助和啟迪，在將來踏上工作崗位也是非常有幫助的。在整個過程中，我發(fā)現(xiàn)很多細節(jié)上的東西，特別是起初對整個設計還不怎么清楚，只知道買一些發(fā)光二極管進行串串并并就行了。到正式測試的時候才發(fā)現(xiàn)有一系列的問題出現(xiàn)。例如：在進行直流電源24V檢測時，要考慮發(fā)光二極管的限流電阻和額定電壓，是否承受得住24V直流電源。在此期間，我要在電路中進行計算，如何在發(fā)光二極

43、管之間要串一個多大的電阻等等。這些細節(jié)上的問題，往往會被人忽略。</p><p>　　在程序設計的時候，我需要進行設計，不是單方面的想要那些效果，進行憑空的想象。都要一步步的設計，這些所需的效果要用流程圖的設計理念進行描述出來。對于電氣原理圖的設計，我參考了很多書籍，特別是如何使用西門子S7-200，要進行全方面的了解，對其內(nèi)部的組成和輸入輸出口的使用等等。</p><p>　　在使用ST

44、EP 7-Micro/WIN軟件編制系統(tǒng)的梯形圖程序時，在對西門子PLC又有了全新的認識。在我們之前用的西門子S7-1200的PLC和三菱的PLC中的計時器都是以T0開始的，而西門子S7-200的PLC卻偏偏不同，那一刻真的是難以駕馭。于是，就對西門子S7-200的PLC使用的程序進行全面的了解。在學習期間，發(fā)現(xiàn)自己也在進步，對于一些新事物的理解感覺越來越深了。</p><p>　　在最后的調(diào)試中，自己所做的實物

45、成果的實現(xiàn)了自己想要的結果，那一刻確實很有成就感。在此期間，我要感謝我的指導老師，在我進行電路分析的時候，出了一些問題，老師幫我分析、解決，真的是幫了我很大的忙。</p><p>　　下面我對整個自主創(chuàng)新項目的過程做一下簡單的總結。</p><p>　　一、接到任務以后進行選題。選題是自主創(chuàng)新項目的開端，選擇恰當?shù)?、感興趣的題目。</p><p>　　二、題目確定后

46、就是找資料了。查資料是做自主創(chuàng)新項目的前期準備工作，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的?？傊?，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。</p><p>　　三、通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。</p><p>　　四、有了研究方向，就要動手

47、實現(xiàn)。編寫源代碼的時候最好是編寫一個小模塊就進行調(diào)試，這樣可以避免設計的最后出現(xiàn)太多的錯誤而亂成一團糟。一步步地做下去之后，你會發(fā)現(xiàn)要做出來并不難，只不過每每做一會兒會發(fā)現(xiàn)一處錯誤要修改，就這樣在不斷的修改調(diào)試，再修改再調(diào)試。</p><p>　　五、寫論文能提升以下幾個方面的能力：</p><p>　　1、文字表述:論文里的語言非常講究，這方面需要繼續(xù)加強。</p><

48、;p>　　2、交流、討論:文章的大致內(nèi)容寫完后，一定要和老師、其他同學多交流，讓他們多提點建議。一些計量軟件使用方法，可以向?qū)W長們請教。</p><p>　　3、細心:模型公式編輯、標點符號、文章各段格式等，都需要細心。</p><p>　　4、搜索:需要搜索很多資料，如何在短時間找到你想要得資料，得在搜索關鍵詞上有所設置才行。一些好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)網(wǎng)站，需要隨時記錄下來，以便日后繼續(xù)使