基于PLC的霓虹灯控制系统设计毕业设计
XX职业技术学院毕业论文 20 目 录摘 要21. PLC的简介31.1 PLC基本概念31.2 PLC的分类31.3 PLC的结构组成51.4 PLC的工作原理71.5 PLC的特点82.霓虹灯的发展历程92.1霓虹灯的起源92.2霓虹灯的现状与发展113.霓虹灯变压器的设计123.1霓虹灯的工作原理123.2霓虹灯的主要部件133.3霓虹灯特点144.霓虹灯控制系统设计154.1控制求要154.2设计思路154.3 PLC外部接线图164.4 I/O分配表165. 个人总结19参考文献20摘 要随着改革的不断深入，社会主义市场的不断繁荣和发展，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这种广告手法来展示广告，所以当我们夜晚走在大街上，马路两边各色各样的霓虹灯广告随处可见。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、可靠性强、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的方面具有比较突出的优势，在现实中人们也是通过PLC去控制霓虹灯的。关键词：西门子S7-200 霓虹灯 发展潜力 1. PLC的简介1.1 PLC基本概念早期的可编程控制器乘坐可编程逻辑控制器（programmable Logic controller PLC）,主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC。但是为了避免与个人计算机（personal computer）的简称混淆，所以讲可编程控制器简称PLC，PLC自1969年美国数据设备公司(DEC)研制出现，现行美国，日本，德国的可编程程序控制器质量优良，功能强大。1.2 PLC的分类目前PLC的产品种类很多，型号规格也不统一，通常可分为3种形式。1.按IO点数和程序容量分类PLC按IO点数和程序容量可分为小型机、中型机和大型机3类。（1）小型机输入输出点数在256点以下的PLC称为小型机。有时把64点以下的叫微型机，其用户程序容量一般小于4K字。以开关量输入输出为主，主要功能有逻辑运算、定时、计数和算术运算。其特点是价格低廉、体积小巧、结构紧凑，适合于替代继电器、接触器控制的单机控制场合。（2）中型机中型PLC的IO点数在2562048点之间，也以开关量输入输出为主，用户程序容量一般小于32K字。它除了具有小型机功能外，还具有模拟量控制功能和通信联网功能，有较丰富的指令系统、更大的内存容量和更快的扫描速度。可应用于较为复杂的连续生产过程控制。（3）大型机大型机PLC的IO点数在2408点以上，用户程序容量大于32K字，并可扩展。除一般类型的输入输出模块外，还有特殊类型的型号除了模块和智能控制单元，能进行数学计算、PID调节、整数、浮点运算和二进制、十进制转换运算等；还具有自诊断功能、通信联网功能，可构成三级通信网。适合于自动化控制、过程控制和过程监控系统，实现生产管理的自动化。2.按结构形式分根据PLC的外形和硬件安装结构的特点，PLC可分为整体式、模块式和混合式3种。（1）整体式结构整体式结构又称箱体式或单元式结构，它是把PLC的CPU、存储器、IO接口、电源、通信端口等都合装在一个金属或塑料机壳内，结构紧凑。机壳内的两侧安装输入、输出接线端子和电源进线，并有相应的指示灯显示。面板上有编程器插座、通信口插座、外存储器插座和扩展单元接口插座等，同时也配有多种功能的扩展单元。体积小、质量轻、价格低，适用于工业生产中的单机控制。（2）模块式结构为了扩展方便，大中型PLC和部分小型PLC采用模块式结构。PLC由机架和模块两部分组成，模块安插在插座上，模块插座焊在机架总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，各机架之间用接口模块和电缆相连。模块式结构的PLC通常把CPU、存储器、输入输出接口等均作成各自相互独立的模块，功能单一、品种繁多。系统规模可根据实际要求配置。这种结构PLC具有较多的输入输出点数，且具有扩展方便和模块组合灵活的特点，适用于复杂的过程控制。3.PLC的主要技术性能指标各公司产品的技术性能指标不同，各有特色。一般可按CPU档次、IO点数、存储容量、扫描速度、网络功能等方面来衡量PLC的性能。PLC性能指标是控制系统设计选型的重要依据。（1）IO点数IO点数是PLC最重要的一项技术指标，是指PLC能够处理的输入、输出端子的总数（它通常开关量的输入、输出用点数来表示，模拟量的输入、输出用通道数来表示）。它决定了PLC在实际应用中的规模大小。IO点数包括主机的IO点数和最大的可扩展的点数，IO点数越多，越能够控制的器件和设备越多。（2）内存容量PLC的存储器包括系统软件存储器和用户应用存储器两部分，主要用来存储程序和系统参数。系统软件由生产家编制并已固化在内部的存储器中。PlC的存储存储容量通常指应用存储器的容量，即所谓的”内存容量“。在PLC中，程序指令是按”步“存放的，1”步“占用1个地址单元，一个地址单元一般占2字节。如一个内存容量为2KB的PLC，可存放指令1000步。用户程序容量与最大IO点数大体成正比，其大小决定了用户所能编写程序的最大程度。因此，用户必须根据实际情况来选择足够的内存容量。绝大多数PLC都配置有较大容量的存储器，一般能够满足对实际控制要求。（3）扫描速度PLC是以循环扫描方式运行的。它在一个扫描周期内， 执行系统内部处理、B输入采样、输出刷新所需要的时间是基本固定的，但它所执行的用户程序所需的时间随程序长短和指令复杂程度而变化。扫描速度一般以扫描1KB的用户程序所需时间来衡量，其单位为msKB；也有用1步指令的执行时间计，以s步为单位;有时也用扫描时间表述,即CPU按逻辑顺序，从开始到结束扫描一次所需的时间。（4）指令种类和数量这是衡量PLC软件功能强弱的重要指标。指令的种类和数量决定了用户编辑程序的方式和PLC的处理能力和控制能力。指令的种类和数量越多，控制能力就越强。（5）内部寄存器种类和数量PLC内部寄存器用以存放变量状态、中间结果、数据等，还有许多辅助寄存器可供用户使用。内部寄存器主要有定时器、计数器、中间继电器、数据寄存器和特殊寄存器等。PLC寄存器种类和数量配置情况是衡量PLC硬件功能的一个指标。（6）扩展能力PLC扩展能力是指IO点数和类型的扩展、特殊信号处理的扩展、存储容量和控制区域（联网）的扩展等。考虑到实际情况的变化，在选择PLC时要为系统的扩展留有适量的余地。（7）智能模块PLC除主控模块外，还可配接各种智能模块，完成多种特殊的控制，如模拟量控制、远程控制及通信等。其种类和数量越多，说明PLC功能越强大。1.3 PLC的结构组成PLC结构多种多样。但其组成的般原理基本相向，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几部分组成，其结构框图如图1-1所示图1-1 结构图1、中央处理单元(CPU)可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。通用微处理器如8080、8086、80286、80385等、单片机如8031、8096等、位片式微处理器(如AM2900、AM 2901、AM2093等)。可编程控制器的档次越高CPU的位数也越多、运算进度也越快，功能指今越强。FX2系列可编程控制器使用的微处理器是l 6位的8096单片机。2、存储器可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器存放系统管理程序，用户存储器存放用户编制的控制程序。小型可编程控制器的存储器容量般在8K字节以下。常用的存储器有CMOS RAM 和EPROM、EEPROM。CMOS RAM是种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。CMOS RAM存储器是种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作备用电源。掉电时，可以有效地保持存储的信息。锂电他的寿命一般为(530)年，若经常带负载可维持(25)年。EPROM、EEPROM都是只读存储器。往往用这些类型存储器固化系统管理程序和用户程序，EEPROM存储器又可写成E2PROM，它是一种电可擦除可编程的只读存储器既可按字节进行擦除。又有可整片擦除的功能。3、输入输出单元(I/O单元)实际生产过程中的信号电平是多种多样的，外部执行机构所需的电平也是干差万别的，而可编程控制器的CPU所处理的信号只能是标准电平。正是通过输入输出单元实现了这些信号电平的转换。I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC上输入接口的输人器件是各种开关、按钮、传感器等。PLC的各种输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流型和直流型，高电压型和低电压型、电压型和电流型之分。 (1)、输入接口电路各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种类型：一种是直流(12-24)v输入。另一种是交流(100-120)v、(200-240)V输入，第三种是交直流12一24V输入。外界输入器件可以是无源触点或者有源传感器的集电极开路的晶体管，这些外部输入器件是通道PLC输人端子与PLC相连的。PLC输人电路中有光耦合器隔离。并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。当输入开关闭合时，一次电路中流过电流，输入指示灯亮光耦合器被激励三极管从截止状态变为饱和导通状态，这是一个数据输入过程。 (2)、输出接口电路PLC的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输比。 通常，PLC的制造厂商为用户提供多种用途的I/O单元。从数据类型上看有开关量和模拟量；从电压等级上看有直流和交流；从速度上看有低速和高速，从点数上看有多种类型；从距离上看可分为本地I/O和远程I/O。远程I/O单元通过电缆与CPU单元连接、可放在距CPU单元数百米远的地力。4、电源单元PLC的供电电源是一般市电、也有用直流24v供电的。PLC对电源稳定度要求不高，一般允许电源电压额定值在+10%-15%的范围内波动。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电小型PLC电源往往和CPU单元合为体，中大型PLC都有专门电源单元，有些PLC电源部分还有以24v DC输出，用于对外部传感器供电，但电流往往是毫安级。5、编程器编程器是PLC的最重要外围设备，利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序、修改程序；利用编程器还可以监视PLC的工作状态。编程
