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PLC论文 控制系统设计

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基于PLC的霓虹灯控制系统设计

目 录
第一章 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1

第二章 霓虹灯变压器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2
2.1霓虹灯的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2
2。2霓虹灯的结构与部件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2

第三章 可编程序控制器简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3
3。1 PLC简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3
3。2 PLC的结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
3.3 PLC的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4
3.4控制器简介：S7-200系列PLC．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3。5 PLC应用特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5

第四章 霓虹灯控制系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
4。1任务分析及功能阐述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 6
4。2 PLC接线图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
4。3 I\O分配表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8
4。4控制流程的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
4。5梯形图的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

第一章 绪论

在现阶段，可编程控制器在工业控制领域已经起着举足轻重的作用,其方便快捷,准确等功能决定了它的主导地位，它将逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本课题可以说是对可编程控制器在自动控制方面的一个简单的应用。
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。
可编程控制器PLC英文全称Programmable Logic Controller，是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等方面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。作为自动控制装置的核心，它具有功能强，可靠性高等诸多优点，PLC实验装置采用的式模块化结构，主要模块有可编程序控制器、编程器模块，九种实验模块，按钮、开关输入模块和继电器输出模块，以及四层电梯模型。该装置可以完成各种指令系统以及多种控制对象的程序设计训练。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。以上就是我选择此题目作为本学期PLC应用系统设计的意义。
本次设计的主要任务是利用可编程控制器对霓虹灯进行控制，采用的是SIEMENS公司生产的S7-200系列可编程控制器,与其对应的编程软件是STEP7—Micro/WIN.
第二章 霓虹灯变压器
2。1 霓虹灯的工作原理
霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。气体放电发光是自然界的一种物理现象。通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线,是霓虹灯工作重要的基本过程.气体在强电场、光辐射、例子轰击和高温加热等条件下,气体分子可能发生电离,产生了可以自由移动的代电粒子，并在电场作用下行程电流,使绝缘的气体成为良导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程 
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。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时,霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，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.
2。2 霓虹灯的结构与部件
霓虹灯是一种冷阴极辉光放电管，其幅射光谱具有极强的穿透大气的能力，色彩鲜艳绚丽、多姿，发光效率明显优于普通的白炽灯,它的线条结构表现力丰富，可以加工弯制成任何几何形状，满足设计要求,通过电子程序控制，可变幻色彩的图案和文字。   
霓虹灯的主要部件：  
  图2-1霓虹灯的结构
一、霓虹灯管  
   (一）以规格分：有6、7、8、9、10、12、15、18、20毫米等粗细. 
（二）以玻璃材质分：  
   (1)钠玻璃管 （2）铅玻璃管 (3) 彩色玻璃管，  
二、霓虹灯变压器  
（一）霓虹灯漏磁变压器，。  （二）电子变压器.  
三、程序控制器 
（一）普通式电子程序控制器  （二）渐变式电子程序控制器  
四、霓虹灯高压线 
（一)普通高压线(二）硅橡胶绝缘高压线

第三章 可编程序控制器简介（PLC)
3。1 PLC简介
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，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。
3.2 PLC的结构
PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器（EPROM，ROM)、输入输出(I/O）部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线）连接而成.其结构简图如下：
输出部件
外设I/O接口
存储器
EPROM
微处理器
运算器
控制器
电源
输入部件
I/O
扩展接口
I/O
扩展单元
受控元件
输入信号
外部设备

图3—2 PLC硬件结构图

图3-1PLC硬件结构图
3。3 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。
3.4控制器简介:S7-200系列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。

3.5 PLC的特点 
（一）可靠性高，抗干扰能力强 
(二）配套齐全，功能完善，适用性强 
（三）易学易用，深受工程技术人员欢迎 
（四）系统的设计、建造工作量小，维护方便,容易改造。 
（五）体积小，重量轻，能耗低.
第四章 霓虹灯控制系统设计
4.1任务分析及功能阐述
本控制系统主要是用于控制霓虹灯和边框流水灯按顺序的闪烁.输入程序后可以通过硬件进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图3-1，八个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时闪烁。

图4-1霓虹灯现实
用PLC对霓虹灯广告屏实现控制,其具体要求如下:
⑴该广告屏中间8个霓虹灯字亮灭的时序为“鼎”字亮到“承”字亮到“大”字亮……“工”字亮，时间间隔均为1S,8个霓虹灯字全亮后,显示10S,再反过来从“工"字到“天”字…“鼎”字顺序熄灭.全灭后,停亮2S, 再从头开始运行,周而复始。
⑵广告屏四周的流水灯共24只，一直亮。
⑶系统有单步\连续控制,有启动和停止按钮。
⑷系统霓虹灯字，白帜灯的电压及供电电源均为市电220V.
4.2 PLC接线图
P L C
COM
220v
I0.0
I0.1
I0.2
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
SB1
SB2
SB3

图4—2 PLC电气原理图的设计

4.3 I/O分配表
根据控制要求，PLC控制霓虹灯广告显示屏的输入\输出（I\0)地址编排如下表所示,见表4.3.

地址
注释
I0。0
启动按钮
I0.1
停止按钮
I0.2
单步/连续开关
Q0。0
霓虹灯1
Q0.1
霓虹灯2
Q0.2
霓虹灯3
Q0.3
霓虹灯4
Q0.4
霓虹灯5
Q0.5
霓虹灯6
Q0。6
霓虹灯7
Q0。7
霓虹灯8

表4-3 I/O分配表

通过以上资料分析，我选择了S7—200系列中的CPU224，CPU224是S7-200系列中具有较强控制能力的小型控制器。S7-200系列CPU224集成了14点输入/10点输出，共有24点数字量I/O.它适合本次设计的要求，并且具有较强的控制能力的小型控制器,相对于其它系列CPU224能更好的应用于本次设计中的任务，并且具有较高的性能价格比,应用广泛。

4。4控制流程的设计

开 始

返 回

图4—4流程图的设计

4.5梯形图的设计

图4—5梯形图的设计
程序运行原理说明
本程序是用S7_200所写的，在启动按钮按下以后，程序开始运行,霓虹灯字的开始亮灭，在按下启动按钮以后，八个字会按要求亮灭，主要是计时器控制的，开始时灯的正序亮,然后是灯的反序灭.霓虹灯的亮灭，状态比较多，我是把每一种亮的情况都纳入一个状态的，最后，会由正序的亮转换成反序的灭.
总 结
经过本学期的PLC应用系统设计我学到了不少关于PLC的知识。虽然在以前的学习中，我们学习过PLC的相关课程，但是只是一些基础知识，做的实验也是很有限的。在这次设计中,我查阅了许多有关PLC的书籍，同时也在网上搜索了不少PLC方面的资料，使我对PLC的认识有了很大的提高，培养了我的设计能力以及全面的考虑问题能力，使得我对PLC的掌握进一步的增强，加深了对PLC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。PLC在未来很有发展潜力，我们必须要很好的掌握这门技术。
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.相信通过这次设计它对我以后的学习及工作都会有很大的帮助,最后感谢冯老师在本学期的悉心教导.

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