娇儿基于PLC的霓虹灯控制系统的设计

基于PLC的霓虹灯控制系统的设计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。选择这个题目作为毕业设计，既能通过这次设计复习学过的PLC知识，而且还能提高自己的设计水平，并且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。第二章霓虹灯的概况第一节霓虹灯的发展一、1926年霓虹灯初期发展阶段霓虹灯（NEONLAMP）是一种低气压冷阴极辉光放电灯，又称冷阴极管。被广泛用于广告、招牌、标识、景观、装饰亮化;冷阴极管还被高档豪华酒店、文化娱乐场所用于照明以及特种灯等。霓虹灯发明于19世纪末、20世纪初，1910年世界上第一支商业性霓虹灯用于巴黎的皇宫大厦作照明装饰获得成功。1926年，霓虹灯传入中国，在上海南京东路伊文思图书公司橱窗内出现第一幅英文“皇家牌（ROYAL）打字机”霓虹灯广告。1927年，我国第一家霓虹灯制造厂—上海远东化学制造厂为上海中央大旅社制作安装第一块“中央大旅社”中英文对照的霓虹灯招牌。1930年，我国自制成功电感式霓虹灯变压器。1948年，上海开明霓虹制造厂与台湾工商广告公司合伙在台北市开设台湾第一家霓虹灯制作工厂—公明霓虹灯厂。1951年，我国试制成功氩、氖等惰性气体。1956年，复旦大学蔡祖泉教授试制成功我国第一只立式三级玻璃油扩散泵。1958年，上海市贸易信托公司霓虹灯行业改组为国营上海霓虹电器厂，是当时中国最大的集霓虹灯、霓虹器材生产、制作、安装的工厂。1966年，文化大革命使中国霓虹灯除制作政治宣传标语外，基本处于停顿状态。二、1978年霓虹灯进入恢复和初步发展阶段以十一届三中全会为标志，改革开放的市场经济使中国霓虹灯进入恢复和初步发展阶段。以上海霓虹电器厂为主的生产基地，在全国主要城市的广告公司系统、灯泡厂、事业单位、集体企业迅速建立起了大批霓虹灯厂，为当地霓虹灯的发展做出了贡献。1972年，上海文汇报发表“为广告正名”文章，上海霓虹灯电器厂逐步扩大霓虹灯、霓虹器材生产，供应全国并开始为其他城市广告公司和企业培训制灯技工和协助建厂。1981年，市场经济发展，促使霓虹行业从传统的直销进入商品经营时代，在上海安远路逐步形成霓虹灯市场一条街，最多时有30多家经销厂店。1985年，日商“东芝”霓虹灯广告在上海最高楼“国际饭店”亮灯，引发争议。1990年，上海霓虹电器厂委托南京轻工机械厂设计生产的“自动化粉管生产流水线”投产，提高了霓虹灯粉管质量。1993年，在广州召开的新技术、新材料交流会议之际，上海、北京、广州等全国主要霓虹灯企业就筹备成立中国霓虹技术协作会进行商讨。三、1994年霓虹灯进入快速发展阶段1992年邓小平同志南巡讲话及党的十四大明确建立社会主义市场经济体制的目标，使霓虹灯进入快速发展阶段。1994年，中国第一个跨地区、跨部门、跨所有制的全国霓虹灯行业的民间组织—中霓会（中国广告协会广告公司委员会霓虹技术协作会）在成都成立。成立时全国霓虹灯经营单位约3000家左右。1995年，中科院北京科电高技术公司研制的“高分子真空系统”投向市场，提高了霓虹灯的真空技术。2003年，国家标准GB19149-2003《空载输出电压超过1000V的管形放电灯用变压器(霓虹灯变压器)一般要求和安全要求》发布、实施。2004年，中国霓虹灯已从单一的手工作坊式生产、制作霓虹灯，形成专业化、系列化、现代化生产方式。全国形成以上海、江苏为主要的霓虹灯广告、店招、标牌制作中心;以广东为主要的电子变压器生产中心;以北京、山东为主要的制灯设备中心。全国各类企业达1万余家，从业人员10万人以上。据2003年统计，全国霓虹灯变压器生产量达1500万台，霓虹灯荧光粉管超过8000万支，霓虹灯电极14000万对。霓虹灯年产值已达30亿元左右。全国霓虹灯拥有量99280个，是十年前1994年的34817个的2.85倍，已成为霓虹灯及霓虹器材世界产量最高国家之一。四、2005年霓虹行业进入多元化发展时期中国霓虹灯发展创历史新高后，由于LED挤压，大、中城市户外广告整治拆除行动和世界经济危机的影响以及霓虹灯大发展带来的低价竞争，部分质量良莠不全等使霓虹灯发展受阻。霓虹行业以“科学发展观”指导企业生产经营，在坚持做好、做优、发展霓虹灯同时研究、开发LED等产品以及景观灯、亮化工程等，形成新的利润增长点。2005年，经民政部核准成立“中国广告协会霓虹灯广告委员会”“中国照明学会霓虹技术专业委员会”“中国照明电器协会霓虹灯生产专业委员会”。在中国第一次出现三个全国性的行业组织。在现代生活中，霓虹灯作为广告装饰光源，将向高品质发展，在目前技术条件下，还没有一种新光源可全面替代，仍具有独特的生命力。霓虹灯又是冷阴极灯管照明，作为艺术品的一种，成为光的雕塑产品，将向高品质、高档产品发展。第三章变频器的现状、发展、结构及内容第一节变频器的现状及其发展随着国民经济的迅速发展，国内对变频器产品的需求越来越大，同时，变频器由于其节能环保的特性，受到国家政策的大力支持。变频器是一种高技术含量、高附加值、高回报的高科技产品。变频器最初的使用并不是为了节能，而是交流传动代替直流传动，并满足过程化控制的要求。随着自动化、电力电子等技术的发展，变频器作为电机调速节能关键设备，改变了普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无需任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗，达到系统高效运行的目的。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。国外各大品牌的变频器生产商，均形成了系列化的产品，其控制系统也已实现全数字化。几乎所有的产品均具有矢量控制功能，完善的工艺水平也是国外品牌的一大特点。目前，在发达国家，只要有电机的场合，就会同时有变频器的存在。其现阶段发展情况主要表现如下：①技术开发起步早，并具有相当大的产业化规模。②能够提供特大功率的变频器，目前已超过10000KW。③变频调速产品的技术标准比较完备。④与变频器相关的配套产业及行业初具规模。⑤能够生产变频器中的功率器件，如IGBT、IGCT、SGCT等。⑥高压变频器在各个行业中被广泛应用，并取得了显著的经济效益。⑦产品国际化，当地化加剧。⑧新技术，新工艺层出不穷，并被大量的、快速的应用于产品中。目前，在国内有不低于200家的低压变频器厂商，其大部分为AC380V的低压产品，而在高压大功率变频器方面，在30家左右。由于罗宾康没有在中国申请专利保护，因此绝大多数厂家都采用美国罗宾康的技术即单元串联多重化结构。随着技术研究的进一步深入，在理论上和功能上国产高压变频器已经可以与进口变频器相比肩，但是受工艺技术的限制，与进口产品的差距还是比较明显。这些状况主要表现在如下几个方面：①国外各大品牌的产品正加紧占领国内市场，并加快了本地化的步伐。②具有研发能力和产业化规模的逐年增加。③国产高压变频器的功率也越做越大，目前国内最大的应用做到了20000KW。④国内高压变频器的技术标准还有待规范。⑤与高压变频器相配套的产业很不发达。⑥生产工艺一般，可以满足变频器产品的技术要求，价格相对低廉。⑦变频器中使用的功率半导体关键器件完全依赖进口，而且相当长时间内还会依赖进口。⑧与发达国家的技术差距在缩小，具有自主知识产权的产品正应用在国民经济中。⑨已经研制出具有瞬时掉电再恢复、故障再恢复等功能的变频器。⑩部分厂家已经开发出四象限运行的高压变频器一般变频器的节电率在20%-30%左右，最高甚至可超过50%，变频器的节能效果与应用环境的工况参数十分相关。电动机运行工况的参数设置是否合理、所带负载的变化特性，以及设备最初的调节、调速方式均可以直接影响变频器的节电效果。随着变频技术的高速发展与产品功能的拓展，变频器在水泥、电梯、印刷、电力等现代化产业以及医学、通讯、交通、运输、电力、电子、环保等领域得到空前的发展和应用，几乎国民经济各行各业都与变频器密不可分。按照720元/KW价格估计，即使在不考虑新增电动机的情况下，我国变频器市场规模已达到731亿元，发展空间十分广阔。交流变频调速技术是强弱电混合，机电一体的综合技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它必定会分成功率和控制两大部分。前者要解决与高压大电流有关的技术问题，后者要解决的软硬件控制问题。因此，未来高压变频调速技术也将在这两方面得到发展，其主要表现为：①高压变频器将朝着大功率，小型化，轻型化的方向发展。②高压变频器将向着直接器件高压和多重叠加（器件串联和单元串联）两个方向发展。③更高电压、更大电流的新型电力半导体器件将应用在高压变频器中。④现阶段，IGBT、IGCT、SGCT仍将扮演着主要的角色，SCR、GTO将会退出变频器市场。⑤无速度传感器的矢量控制、磁通控制和直接转矩控制等技术的应用将趋于成熟。⑥全面实现数字化和自动化：参数自设定技术；过程自优化技术；故障自诊断技术。⑦应用32位MCU、DSP及ASIC等器件，实现变频器的高精度，多功能。⑧相关配套行业正朝着专业化，规模化发展，社会分工将更加明显。第二节变频器的结构及其内容变频器实际上就是一个逆变器.它首先是将交流电变为直流电.然后用电子元件对直流电进行开关.变为交流电.一般功率较大的变频器用可控硅.并设一个可调频率的装置.使频率在一定范围内可调.用来控制电机的转数.使转数在一定的范围内可调.变频器广泛用于交流电机的调速中.变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。因此，交流变频调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水等领域。一般分为整流电路、平波电路、控制电路、逆变电路等几大部分。1.整流电路整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块.2.平波电路平波电路在整流器、整流后的直流电压中含有电源6倍频率脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动，为了抑制电压波动采用电感和电容吸收脉动电压(电流)，一般通用变频器电源的直流部分对主电路而言有余量，故省去电感而采用简单电容滤波平波电路。3.控制电路现在变频调速器基本系用16位、32位单片机或DSP为控制核心，从而实现全数字化控制。变频器是输出电压和频率可调的调速装置。提供控制信号的回路称为主控制电路，控制电路由以下电路构成:频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”。运算电路的控制信号送至“驱动电路”以及逆变器和电动机的“保护电路变频器采取的控制方式，即速度控制、转拒控制、PID或其它方式4逆变电路逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压变换为所要频率的交流电压，以所确定的时间使上桥、下桥的功率开关器件导通和关断。从而可以在输出端U、V、W三相上得到相位互差120°电角度的三相交流电压。第三章可编程控制器的概况第一节