基于plc的可变画面广告机控制系统.doc

基于PLC的可变画面广告机控制系统
目 录
1绪论……………………………………………………………………………...…..........1
1.1 基于PLC的可变画面广告机控制系统目的和意义................................................1
1.2 可变画面广告机的现状及存在的问题…………………………………….............1
1.3 本设计的任务……………………………………………………………….............2
2可变画面广告机总体设计……………………………………………………...........…..3
3可变画面广告机控制系统选择………………………………………………….............4
3.1可编程序控制器概述……………………………………………………..................4
3.1.1可编程序控制器的产生与发展………………………………………..........….4
3.1.2可编程序控制器的硬件组成…………………………………………........…...6
3.1.3可编程序控制器的软件组成……………………………………………...........8
3.2 利用可编程序控制器控制………………………………………………….............9
3.3 利用单片机控制…………………………………………………………….............9
3.4 综合比较论证选择控制系统………………………………………………............10
4 可变画面广告机控制系统设计.......................................................................................11
4.1编程序控制器和传感器选择......................................................................................11
4.1.1 可编程序控制器选择.........................................................................................11
4.1.2 传感器选择.........................................................................................................12
4.2 可变画面广告机画面设计........................................................................................14
4.3 控制系统考虑的问题................................................................................................15
4.4 控制要求……………………………………………………………………........…16
4.5 I/O点数计算...............................................................................................................16
4.6 I/O 地址分配表..........................................................................................................17
4.7 接线图........................................................................................................................18
5控制程序设计…………………………………………………….......………….........…19
5.1 手动、自动两种工作状体........................................................................................19
5.2 故障报警功能............................................................................................................19
5.3 手动运行画卷的控制................................................................................................19
5.4 自动运行画卷的控制................................................................................................19
5.5 程序设计梯形图........................................................................................................21
6调试…………………………………………………………………………................…24
结论…………………………………………………………..……………….….…...........31
致谢…………………………………………………………………………...……............32
参考文献…………………………………………………………………..……….…........33
附录………………………………………………………………………………...........34

1 绪论
1.1 基于PLC的可变画面广告机控制系统目的和意义
广告是为了某种特定的需要，通过一定形式的媒体，并消耗一定的费用，公开而广泛地向公众传递信息的宣传手段。
所谓广告，从汉语的字面意义理解，就是“广而告之”，即向公众通知某一件事，或劝告大众遵守某一规定。广告一词，据考证是一外来语。它首先源于拉丁文AdA verture，其意思是吸引人注意。中古英语时代（约公元1300—1475年），演变为Advertise，其含义衍化为“使某人注意到某件事”，或“通知别人某件事，以引起他人的注意”。直到17世纪末，英国开始进行大规模的商业活动。这时，广告一词便广泛地流行并被使用。此时的“广告”，已不单指一则广告，而指一系列的广告活动。静止的物的概念的名词AdverA tise，被赋于现代意义，转化成为“Advertising”。
广告有广义和狭义之分，广义广告包括非经济广告和经济广告。非经济广告指不以盈利为目的的广告，又称效应广告，狭义广告仅指经济广告，又称商业广告，是指以盈利为目的的广告，商业广告主要目的是扩大经济效益。如今广告方式多种多样，需要媒体工具来宣传信息，我觉得可变画面广告机能够成为一种广告很好的宣传工具需要控制系统来控制，基于PLC可变广告机控制系统目的和意义来源于此。
1.2 可变画面广告机的现状及存在的问题
广告作为社会文化与经济发展的晴雨表，无疑与高校学府一样。当代社会广告在产品的销售中占有很大的比重，故目前厂家在销售商品时都运用了大量的广告进行宣传。广告的形式一般有这么几种：电视上的立体画面及声音；广播电台中声音宣传；街头或商场中的大屏幕电子显示系统；报纸上杂志上的文字宣传；街头巷尾的灯箱广告。前面4种形式价格较高，但显示的信息量较多；而普通的灯箱广告画布上印的宣传内容大多静止不动，传递的信息量有限，优点是价格较低。
采用可变画面广告机，用PLC控制将多副画面连接起来装在露天灯箱中，画卷用电动机拖动，可上下移动进行循环显示，信息量大，动态效果好，可以对多种商品进行介绍或宣传，在街头构成一道风景线同时也适用于大商场中对商品信息以及销售情况进行介绍。画卷可以定期更换，方便不同商品需要，而且不仅适合露天广告宣传，也可以用于大型商场中进行产品信息介绍。
可变画面广告机控制装置是一种新型的广告发布设备，为了达到良好的宣传效果。在画卷循环运行过程中，各个画布画面出现的时间都保持一致，展示一定的时间后再改换到下一序号的画面。
1.3本设计的任务
本设计的任务：设计画面可以变换的广告机，让自己所学的知识和现实生活中充分的结合，广告机的设计目的、意义和现状及存在的问题、系统程序设计可变画面广告机硬件及软件设计、控制系统的选择等，本设计就是要用自己所学的知识设计出自己所想要的广告机并且能达到预想的目的。

2 可变画面广告机总体设计
可变画面广告机是一种机电一体化装置，它适用于大型体育场馆在举行体育比赛时进行商业广告和精神文明宣传，是一种比较实用的媒体工具，做广告宣传效果极佳。其总体设计如图2-1所示：

图2-1 可变画面广告机总体设计图
可变画面广告机可用于城市的公共场所如大型广场、街道两边的广告宣传，也可以用于大型商场的广告信息介绍。它有多幅画面，画面可以交替显示。这种广告媒体发布的信息量大，动态效果好。
可变画面广告机灯箱的上部、下部设有卷轴，滚动画卷缠绕在卷轴上。卷轴由电动机驱动。电动机正转时，卷轴带动画布下行；电动机反转时，卷轴带动画卷上行。滚动画卷中每幅广告画面在灯箱中停止时，要求定位准确，从灯箱窗口看去，画面完整。

3 可变画面广告机控制系统选择
3.1 可编程序控制器的概述
3.1.1 可编程序控制器的产生与发展
20世纪60年代初，控制器还主要是由继电器组成，它所构成的控制系统都是按预先规定的条件或时间顺序地工作。若要改变控制顺序就必须改变控制器的硬件接线，这不仅影响了产品更新换代的周期，而且对于比较复杂的控制系统来说，不但设计制造困难，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是费刊，和困难的。1968年，美国通用汽车公司(GM)根据市场形势与生产发展的需要，提出了多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。依靠原有的工业控制装置显然不行，其想寻求一种新方法，以便尽可能地减少重新设计和重新接线的工作，从而降低成本、缩短周期，这就是用新的控制装置取代继电器控制装置。GM公司用它应当达到的十项功能指标描述了这个设想中的全新的工业控制装置，即：
①编程方便，现场可修改程序
②维修方便，采用模块化结构；
③可靠性高于继电器控制装置；
④体积小于继电器控制装置；
⑤数据可直接送人管理计算机；
⑥成本可与继电器控制装置竞争；
⑦可直接用115V交流输入；
⑧输出为llSV、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；
⑨通用性强，易于扩展；
⑩用户程序存储器容量可扩展到4KB。
1969年，美国数字设备公司(DEC)研制成功第一台PLC，将其应用于美国通用汽车自动装配生产线上，取得了极大的成功。人们根据这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案这一特点，以及专门用于逻辑控制的情况，称这种新的工业控制装置为可编程序控制器(ProgrammableLogicController)，简称为PLC。自1969年第一台可编程序逻辑控制器面世以来，目前可编程序控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。早期PLC是为取代继电逻辑控制而设计，是用于开关控制，具有逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能。进入20世纪70年代之后，出现了微处理器。它的体积小、功能强、价格便宜，很快被用于可编程序控制器，使PLC的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。现代町编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制等功能，模控制器的功能已不限于逻辑运算，还具有连续模拟量处理、高速计数、远程I／O和网络通信等功能，因而用“PLC”是不能描述其多功能的特点的。1980年，美国电气制造商协会(NEMA)给它一个新的名称“ProgrammableControl—let”，简称PC。1982年国际电工协会IEC(Internationa Electrotechnical Commission)专门为PC下了严格的定义。然而PC这一缩写在我国早已成为个人计算机的代名词，为避免造成名词术语混乱，在我国仍沿用PLC来表示可编程序控制器。
1987年，国际电工协会1EC颁布了可编程序控制器标准(第三版)，对可编程序控制器作了如下定义：
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。它采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。定义强调了可编程序控制器是“数字运算操作的电子系统”，即它也是一种计算机，是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作，它还具有“数字式或模拟式的输入和输出控制”的能力，并且非常容易“与工业控制系统形成一个整体”，易于“扩展”。定义强调了可编程序控制器直接应用于工业环境，它需具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。
PLC从诞生至今，虽然只有30多年的历史，但其发展势头十分迅猛。如在
工业自动化领域中PLC已无处不在。今后，PLC主要在如下几个方面发展：
1.小型化、专用化、低成本方向发展
　　随着微电子技术的发展，新型器什被大幅度地提高功能和降低价格。PLC的功能不断加强，将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上。PLC结构更为紧凑、小巧，体积更小，而安装和操作使用十分简便。由于PLC中主要部件成本的不断下降，这样在大幅度提高PLC功能的同时，也大幅度降低了PLC的整体成本。价格的不断下降，使得PLC真正成为继电器控制系统的替代产品。
　　2.系列化、标准化、模块化方向发展
　　每个生产PLC的公司几乎都有自己的系列化产品，同一系列的产品指令及使用向上兼容，以满足新机型的推广和使川。为了推动技术标准化的进程，一些国际性组织，如国际电工协会(IEC)，不断为PLC的发展制定一些新的标准，对各种类型的产品有一定的规格。
3.1.2 可编程序控制器的硬件组成
1.中央处理器(CPU)
与一般计算机一样，CPU是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。它解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能。
具体地说，CPU主要完成下列工作：
①接收，存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据；
②用扫描的方式通过I／O部件接收现场的状态或数据，并存入输人映像存储器或数据存储器中；
③诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误；
④PLC进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指令规定的各种操作；　
⑤响应各种外围没备(如编程器、打印机等)的请求。
不同型号PLC的CPU芯片是不同的，现代PLC使用的CPU主要有：通用中央处理器(如8080、6800、Z80A、8086等)，它价格便宜，通用性强，还可以借用计算机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源；单片机(如8031等)，单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地
用于PLC的智能I／O模块；位片式中央处理(如AMD2900系列等)，它主要追求运算速度快，它以4位为一片，用几个位级联，可以组成任意字长的中央处理器，改变程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统，位片式结构可以使用多个位中央处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个中央处理器同时进行处理。目前，小型PLC为单CPU系统，而中型及大型PLC则为双CPU或多CPU系统。
2.存储器
PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分：
①系统存储区
系统存储区包括系统程序存储区和内部工作状态区两部分，系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改(常用EPROM)。它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分：第一部分为系统管理程序，它主管控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作；第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令；第三部分为标准程序模块与系统凋用，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。内部工作状态区是为CPU提供的临时存储区，用于存放相对少量的供内部计算用的数据。一般将快速访问的数据不放在主存中，而放在这一区域里，以节省访问时间。
②用户存储区
用户存储区包括用户程序存储区(程序区)和用户功能存储器(数据区)两部分：
用户程序存储区用来存放用户用规定的PLC编程语言编写输入的指令、控制程序，其内容町以由用户任意修改或增删。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM(有掉电保护)、EPROM或EZPROM存储器。
用户数据存储器存储区用来存放与控制用户程序中使用的相关数据，它构成PLC的各种内部器件，也称“软元件”。
在PLC中使用的两种类型存储器：一种是只读类型的存储器，如ROM、PROM、EPROM和E2PROM等；另一种是町读写的随机存储器RAM。
③输入、输出接口
输入、输出接口是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触电、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号；另一类是由电位器、测速、发电机和各种变换器等传来的模拟信量输入信号。输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如继电器、电磁阀、指示灯、调节阀、调速装置等。
输入、输出接口有数字量输入、输出和模拟量输入、输出两种形式。数字量输入、输出接口的作用是将外部控制现场的数字信号，与PLC内部信号的电平相互转换；而模拟量输入、输出接口作用是将外部控制现场的模拟信号与PLC内部的数字信号相互转换。输入、输出接口一般都具有光电隔离和滤波，其作用是把PLC与外部电路隔离开，以提高PLC的抗干扰能力。通常PLC的开关量输入接口按使用的电源不同有三种类型：直流12~24V输入接口，交流100~120V或200~240V输入接口与交流（AC/DC）12~24V输入接口。输入开关可以是无源触点或传感器的继电器的集电极开路的晶体管。PLC开关量输入接口按输入开关器件种类不同常有三种形式：第一种是继电器输出型，CPU输入时接通或断开继电器的线圈，使继电器触电闭合或断开，再去控制外部电路的通断，第二种是晶体管输出型，通过光耦合使开关晶体管截止或饱和导通以控制外部电路；第三种是双向晶闸管输出型，采用的是光触发型双向晶闸管，按照负载使用电源不同，分为直流输出接口、交流输出接口和交直流输出接口。
3.1.3 可编程序控制器的软件组成
1.系统程序
系统程序重要包括三部分。第一部分为系统管理程序，他控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作。第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令程序，将PLC的变成语言变为机器语言指令，再有CPU执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用程序，包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序。
2.用户程序
用户程序即应用程序，是可编程序控制器的使用者针对具体控制对象编制的应用程序。根据不同控制要求编写不同的程序，相当于改变可编程序控制器的用途，也就相当于继电接触器控制设备的硬件接线线路进行重设计和重接线，这就是所谓的“可编程序”。程序既可由编程器方便的送入PLC内部储存器，也能通过他方便地读出、检查与修改。
3.2 利用可编程序控制器控制
可编程逻辑控制器(PLC)是20世纪60年代末期在硬接线逻辑控制技术和计算机技术基础上逐步发展起来的一种新型工业控制装置。其具有功能强、可靠性高、配置灵活、编程简单及体积小、结构紧凑、安装维修方便等优点，被广泛应用于自动化控制的各个领域。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、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、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关设备，都应按易于工业控制形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC的主要特点是可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、设计、安装容易，维护工作量少、功能完善、功用性强、体积小、能耗低和性价比高。
PLC的工作原理是循环扫描的工作原理，也就是从自诊断→与编程器通信→读入现场信号→解用户程序→输出结果→自诊断的周而复始地重复。
PLC采用的是典型的计算机结构，它主要包括：⑴中央处理单元CPU；⑵存储器；⑶输入/输出存储器；⑷输入、输出接口；⑸电源；⑹总线系统。
中央处理单元（CPU）的主要任务：⑴从存储器中读取指令；⑵执行指令；⑶取下一条指令；⑷处理中断；⑸自诊断。
输入/输出接口（I/O）的主要任务：⑴获取现场信号；⑵对信号进行处理；⑶转换电信号；⑷隔离CPU电信号。
存储器主要类型有：⑴系统存储器ROM；⑵用户存储器RAM、EPROM、EEPROM。
3.3 利用单片机控制
单片机诞生于20世纪70年代末，单片机是把构成一台微型计算机所必须的功能部件集成到一个芯片内，它由CPU、片内储存器、寄存器、I/O接口、定时/计数器、串行口和一套完善的中断管理和处理系统。目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。不同的是它的部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，作为控制部分的核心部件。
单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
将传感器的检测输入到单片机，在运用内部计算，程序控制输出使电机运转，让画面移动。在本设计中利用单片机控制构成框图如3-1所示：

图3-1 单片机控制框图
3.4 综合比较论证选择控制系统
综上两种所述，本设计的控制系统需要在露天环境下工作，要求抗干扰强，编程简单，成本低廉，安装容易，工作稳定和维护工作量少等要求，利用PLC构成控制系统比较符合本设计的要求。而单片机的I/O控制不容易，难以实现，内部程序指令也比较复杂不太符合本设计的要求；因此，本设计选用PLC控制系统对广告机进行电气部分控制。

4 可变画面广告机控制系统设计
4.1 可编程序控制器和传感器选择
4.1.1 可编程序控制器选择
可编程序控制器是以中央处理器为核心的数字式电子、电气自动控制装置，其实质是一种工业控制专用计算机。目前可编程序控制器的品种很多，各种不同型号的产品结构也各不相同。但其基本组成原理却基本相同。
PLC实质上是一种工业控制计算机，PLC与计算机的组成十分相似。只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口，以及更直接的适应于控制要求的编程语言。从硬件结构看，它也有中央处理器(CPU)、存储器、输入／输出(I／O)接口、电源等组成，可编程序控制器的基本组成如图4-1所示：

图4-1 PLC控制系统示意图
1.输入部分: 如按钮开关、限位开关等，直接与PLC输入端子相连接，用以产生输入控制信号，这些信号一般来自操作台上的人工指令。PLC以重复扫描方式执行用户处理程序，在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态(输入信号)读入输入映象寄存器中，然后开始执行用户处理程序.在执行过程中，即使输入信号发生变化，输入映象寄存器的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才重新读取输入状态。
2.程序控制:在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序，每执行一条程序所需要的信息都从输入映象寄存器和其他内部寄存器中读出并参与计算，然后将执行结果写入有关输出映象寄存器中。
3.输出部分:当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出。
SIMATIC S7-200系列可编程序控制器是德国西门子（Siemens)公司生产的具有高性能价格比的微型可编程序控制器。由于它具有机构小巧，运行速度高，价格低廉及多功能多用途等特点。
SIMATIC系列PLC有S7-400、S7-300和S7-200三种子系列，分别为S7系列的大、中、小（微）型PLC系统。
综上所述：由于控制系统在露天工作，工作空间狭小，工作需要稳定，节能等因素的考虑，所以选择S7-200系列PLC作为控制器，S7-200属于微小型PLC，符合本设计的要求。
4.1.2 传感器选择
本设计采用位置检测的霍尔传感器，价格在50-120之间不算太昂贵，霍尔开关具有无触点、低功耗、长使用寿命、相应频率高等特点，
1.霍尔效应
如图4-2所示，当半导体薄片置于磁场强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片。
当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应，该电动势为霍尔电势，上述半导体称为霍尔原件。霍尔传感器的工作原理就是应用了半导体材料的霍尔效应。

图4-2 霍尔效应
原理简述：激励电流I从a、b端输入，磁场B由正上方作用于薄片，这时电子e的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹里FL的作用，向内侧偏移，该侧形电子的堆积，从而在薄片的c、d方向产生电场。电子积累的越多，FL也越大，半导体薄片c、d方向的断面之间建立的电动势EH就是霍尔电动势。其表达式为
EH=KIB/d
其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片的厚度。
由此可知，流入激励电流端的电流I越大、作用在薄片上的磁场强度B越强，霍尔电动势越高。磁场方向相反，霍尔电动势的方向随之改变。
2.霍尔元件
根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
3.霍尔传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。
4.霍尔传感器的分类
霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。
①线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。
②开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。
本设计选用的霍尔传感器主要参数是
1.尺寸：32mmX11mmX20mm
2.芯片：LM393、霍尔开关3144
3.电压：直流4-6V
特点：
①具有信号输出指示
②单路信号输出
③输出有效信号为低电平
④有磁场切割就有信号输出
⑤可用于电机测速/位置检测等场合
4.2 可变画面广告机画面设计
可变画面广告机的灯箱内，上下分别设有两个转动轴，由轴承支撑转动，电动机通过带轮带动转动轴转动，画卷绕在其转动轴上面，画卷有三幅。每幅画面设有传感器的感应点。在其中由于可变画面广告机工作是要求画面能够移动并且定位，所以需要检测装置来对其画面定位。
可变画面广告机的定位装置选择接近开关，那么对其画面的定位就有了详细的要求，广告机画面示意如图4-3所示：

1

2

3
接近开关1
接近开关2
接近开关3
灯箱
感应点4
感应点3
感应点2
感应点1

图4-3 可变画面广告机画面示意图
首先对画面进行设计，本设计有3幅画面，灯箱为大方框，在图中方框内为广告机显示出的一幅画面，出于画面定位设计，用于画面精确定位的感应点，分别位于三幅画面的中，分别为感应点1、感应点2、感应点3、感应点4，第一幅画面的右上角设计有一个感应点1，是用于当霍尔接近开关2检测到信号，使电机反转的感应点，第三幅画面的右下角也设有一个感应点4，用于当霍尔接近开关3检测到信号使电机反转的感应点，感应点2、感应点3分别用于第二幅画面来回定位这是我对于画面感应点的设计。
然后，传感器的布置如上图所示，霍尔接近开关1用于画面的定位，霍尔接近开关2和霍尔接近开关3用于电机的正/反转的检测。
4.3 控制系统考虑的问题
设计控制程序时，应考虑下面的问题：
1.手动和自动两种工作状态可以相互转换。由手动切换到自动，由自动切换到手动。
2.由于运行的惯性，画布停止时其上面的感应点有可能冲过检测点的感应区，也就是说画布停止时，检测点的信号并非一直接通的。
3.头帧画面、尾帧画面的停止时间和中间帧画面停止时间相同，这样做是为了保证每一帧画面总的停留时间是相同的。
4.为了防止自动运行时画布从卷轴上被拽出来，程序设置了保护功能。在自动状态下，出现情况时，电机应停止运行，给出报警信号。
4.4 控制要求
1.按下启动按钮，电动机延时50秒启动。
2.启动电动机带动画面转动，当灯箱中间的接近开关1，检测到第二幅画面已到指定位置的时候，画面停止移动。
3.画面到达指定位置时，在其指定位置停留50秒，然后启动。
4.当画面转动到第3幅的时候，接近开关3检测到信号，画面停止移动当第一幅画面到达指定位置的时候，在其指定位置停留50秒接近开关2检测到信号，画面停止移动，在其指定位置停留50秒，并然后重复上述过程。
5.广告机画面可以手动控制向上/下运行。
6.为了防止自动运行时画布从卷轴上被拽出来，程序设置了保护功能。在自动状态下，电机应停止运行，给出报警信号。
7.任何时候停电或按下总停按钮，电机停止转动，画面停止移动。
4.5 I/O点数计算
手动选择开关，需要1个输入端；
手动方式工作时，控制画卷上/下行各需要1个输入端，共计2个输入端；
3个霍尔传感器，需要3个输入端；
电机正转，需要1个输出端；
电机反转，需要1个输出端；
故障报警，需要1个输出端。
上面是主要功能的输入输出部分，在实际当中，还应该考虑自动手动状态下分别输出要有指示灯，而且在排除故障的时候还要有消除按钮用作输入；再考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以一般情况下需要留出10%—15%的备用点；
此外该设计需要大量的计数器定时器还有保持继电器，故需要占用不小的存储空间。
I/O点数=输入、输出点数之和*（10%——15%备用点数）=10*15%=12
4.6 I/O地址分配表
表5-1 I/O地址分配表
输入部分
输出部分
序号
功能
符号
地址
序号
功能
符号
地址
1
启动
SB1
I0.0
1
电机正传
KM1
Q0.0
2
手动上行
SB2
I01
2
电机反转
KM2
Q0.1
3
手动下行
SB3
I0.2
3
报警指示
KL
Q0.2
4
上检测点
SQ1
I0.3

5
下检测点
SQ2
I.04

6
中间检测点（正）
SQ3
I0.5

7
中间检测点（反）
SQ3
I0.7

8
急停
SB4
I0.6

4.7 接线图
系统输入输出图如4.4所示:

图4-4 系统输入输出图

5 控制程序设计
5.1 手动、自动两种工作状态
手动和自动两种工作状态可以相互转换。当I0.1/I0.2接通时，手动工作方式；当I0.1/I0.2断开时，为自动工作方式。手动状态下用于画布初始安装及运行过程中的维护，也可使用上行按钮/下行按钮强制画面上行或下行。
5.2 故障报警功能
为了使系统正常工作，程序设置了保护功能。在自动状态下，当出现情况时，系统工作不正常，电动机应停止运行，给出报警信号。
5.3 手动运行时画卷的控制
手动运行方式相对自动运行方式要简单。主要用在系统出现故障进行维修以及更换画布广告的时候。手动状态下，各种记忆标志清零