霓虹灯广告屏控制器的设计

中文摘要霓虹灯是城市的美容师,在技术不断创新的时代，霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平也在不断进步。随着中国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢，中国加入WTO与国际水平的差距将越来越小，在不久的将来必将赶超国际先进水平。PLC可编程控制器是以微处理器为基础综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型的工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。如今PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业三大支柱。PLC不仅在工业生产中有着广泛的应用而且在我们日常生活中应用也非常广泛。在商业行业中，各种门面、招牌、字幕广告、建筑物轮廓等装饰照明场都有霓虹灯闪烁的身影。霓虹灯的光线连续、均匀在商业广告中已得到广泛的应用。关键词：霓虹灯；控制；PLC1目录第1章引言………………………………………………………………………………11.1设计内容和要求……………………………………………………………………11.1.1控制要求……………………………………………………………………11.1.2课题要求……………………………………………………………………11.2设计总体思路……………………………………………………………………11.2.1PLC简介……………………………………………………………………11.2.2系统的设计思路……………………………………………………………5第2章系统硬件设计……………………………………………………………………72.1硬件设备的选择……………………………………………………………………72.1.1选择主要的设备……………………………………………………………72.1.2PLC模块的选择……………………………………………………………82.2系统硬件连接设计…………………………………………………………………82.2.1I/O接口地址分配表………………………………………………………82.2.2PLC外围接线图……………………………………………………………8第3章系统软件设计…………………………………………………………………103.1编程软件简介……………………………………………………………………103.2系统软件的设计…………………………………………………………………113.2.1按照控制要求进行编程…………………………………………………113.2.2软元件的地址分配表……………………………………………………113.2.3梯形图（见附录）…………………………………………………………113.2.4语句表（见附录）…………………………………………………………113.2.5程序调试（见附录）………………………………………………………11设计总结…………………………………………………………………………………12致谢词………………………………………………………………………………………132附录…………………………………………………………………………………………14参考文献…………………………………………………………………………………251引言1．1设计内容和要求1.1.1控制要求图1-1示意图该广告屏中间8个灯管亮灭的时序为第1根亮→第2根亮→第3根亮→…→第8根亮，时间间隔为1s,全亮后，显示10s,再反过来从8→7→…→1顺序熄灭。全灭后，停亮2s,再从第8根灯管开始亮起，顺序点亮7→6→…→1，时间间隔为1s，显示20s,再从1→2→…→8顺序熄灭。全熄灭后，停亮2s,再从头开始运行，周而复始。1.1.2课题要求1.采用PLC控制，列出输入输出点分配表；2.画出PLC的输入输出设备的接线图；3.利用STEP7-Micro/WIN32软件完成梯形图、指令表的程序设计与调试。1.2总体设计思路题目要求用PLC控制灯管的动作，下面对PLC做简单介绍。1.2.1PLC简介1.PLC的产生20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家熟悉的传统的继电器控制系统。由于它结构简单、容易掌握、价格便宜，能满足大部分场合电气顺序逻辑控制的要求，因而在工业控制领域中一直占据主导地位。但是继电接触器控制系统具有明显的缺点：设备体积大、可靠性差、动作速度慢、功能弱。难于实现较复杂的控制；特别是由于它是靠硬连接线逻辑构成的系统，接线复杂烦琐，当生产工艺或对需要改变时，原有2的接线和控制柜就要更换，所以通用性和灵活性较差。到20世纪60年代，由于小型计算机的出现和大规模生产的发展，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制的要求；但由于价格高，输入、输出电路信号及容量不匹配、编程技术复杂等原因，一直未能得到推广应用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）对新的汽车流水线控制系统提出的具体要求，研制开发出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上应用成功。这是世界上第一台可编程序控制器，型号为PDP-14。人们把它称做可编程序控制器（PLC，ProgrammableLogicController）,简称PLC。随着微电子技术的发展，20世纪70年代中期出现了微处理器和微型计算机，人们将微机技术应用到PLC中，使得它更多地发挥计算机的功能，不仅用逻辑编程取代了硬连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备。2.PLC的定义PLC一直在飞速发展中，因此到现在为止，还未能对其下一个十分确切的定义。国际电工委员会（IEC）曾于1982年11月颁发了可编程序控制器标准草案第一稿，1985年1月发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。终稿中对可编程控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程；而有关的外围设备，都应按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。3.PLC的应用初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在20世纪90年代后，PLC也被广泛地在流程工业自动化系统中使用，一直到现在的现场总线控制系统，PLC更是其中的主角，起应用面越来越广的作用。PLC被广泛使用，起主要原因是：（1）价格越来越低由于微处理器芯片及有关元件的价格大大下降，使得PLC的本下降；（2）功能越来越强随着计算机、芯片、软件、控制等技术的飞速发展也使得PLC的功能大大增强。它不仅能更好地完成原来得心应手的顺序逻辑控制任务，也能处理大量的模拟量，解决复杂的计算和通信联网问。（3）与时俱进的发展在当前最热的现场总线控制系统中，主站和几乎都有PLC的身影，PLC的通信技术又往前发展了一大步。现在开放式、标准化的PLC也已走到前台，为适应现在和未来自动化技术的发展要求做好了准备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车、粮食加工、化学/制药、金属/矿山、纸浆/造纸等行业。PLC的主要应用范围通常可分成以下几种：3一、中小型单机电气控制系统：这是PLC应用最广泛的领域，例如塑料机械、印刷机械、包装机械、组合机车、磨床、电镀流水线及电梯控制等。这些设备对控制系统的要求大都属于逻辑顺序控制，所以这也是最适合PLC的使用领域。在这里PLC用来取代传统的继电器顺序控制，应用于单机控制、多机群控等。二、制造业自动化：制造业是典型的工业类型之一，在该领域主要对物体进行品质处理、形状加工、组装，以位置、形状、力、速度等机械量和逻辑控制为主。由于PLC性能的提高和通信功能的增强，使得它在制造业领域中的大型控制系统中也占绝对主导的地位。三、运动控制：为适应高精度的位置控制，现在的PLC制造商为用户提供了功能完善的运动控制功能。现在工业自动化领域基于PLC的运动控制系统和其他的控制手段相比，功能更强、装置体积更小、价格更低、速度更快、操作更方便。四、流程工业自动化：流程工业是工业类型中的重要分支，如电力、石油、化工、造纸等，其特点是对物体（气体、液体为主）进行连续加工。过程控制系统中以压力、流量、温度、物位等参数进行自动调节为主，大部分场合还有防爆要求。4.PLC的系统组成(1)PLC的结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如图1-2所示。图1-2PLC的硬件系统结构图(2)PLC的各组成元素的构成及功能一、CPU的构成及功能------CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包输入模块CPU模块输出模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源电源限位开关选择开关按钮4括外围芯片、总线接口及有关电路。每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。二、I/O模块------PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O种类有开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等。三、内存--------内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。不同机型的PLC期内存大小也不尽相同，除主机单元的已有的内存区外，大部分机型还可根据用户具体需要加以扩展。四、电源模块-------PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。五、底板或机架-------大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。5.PLC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。56.PLC的特点现代工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了