基于PLC的霓虹灯控制新版专业系统设计.doc
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1、 继续教育学院毕业设计(论文) 题目: 基于PLC霓虹灯控制系统设计 院、系(站): 机电工程系 学科专业: 机电一体化 学 生: 学 号: 指导老师: 09月基于PLC霓虹灯控制系统设计摘 要伴随改革不停深入,社会主义市场经济不停繁荣和发展,大中小城市全部在进行亮化工程。企业为展现自己形象和产品,通常全部会采取经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,马路两旁各色各样霓虹灯广告随地可见。这就包含到怎样去控制霓虹灯亮灭、闪烁时间及流动方向等很多控制问题,怎样去快捷、可靠、简单去控制,成为大家考虑关键,在这我认为PLC最适合去处理这些问题,因为PLC含有通用性强、使用方便、适应面
2、广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。而且PLC在工业自动化控制尤其是次序控制中方面含有比较突出优势,在现实中大家也是多经过PLC去控制霓虹灯。关键词:西门子S7-200;霓虹灯;发展潜力目 录目 录0第一章 、绪论11.1选题意义11.2霓虹灯起源11.3 霓虹灯现实状况和发展3第二章、霓虹灯变压器设计42.1霓虹灯工作原理42.2霓虹灯结构和部件42.3高可靠性霓虹灯设计7第三章、可编程序控制器介绍(PLC)113.1 PLC介绍113.2 PLC结构113.3 PLC工作原理123.4 PLC应用特点15第四章、霓虹灯控制系统设计174.1需求分析174.2 PLC接线图184.3
3、 I/O分配表及PLC型号选择194.4控制步骤设计204.5梯形图设计21第五章、系统测试255.1调试仿真255.2程序运行原理说明26总 结28致 谢29参考文件30第一章 、绪论1.1选题意义伴随改革不停深入,社会主义市场经济不停繁荣和发展,大中小城市全部在进行亮化工程。企业为展现自己形象和产品,通常全部会采取经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,马路两旁各色各样霓虹灯广告随地可见,一个是采取霓虹灯管做成多种形状和多个彩色灯管,另一个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成宣传效果,大部分是采取霓虹灯。这就包含到怎样去控制霓虹灯亮灭、闪烁时间及流动
4、方向等很多控制问题,怎样去快捷、可靠、简单去控制,成为大家考虑关键,在这我认为PLC最适合去处理这些问题,因为PLC含有通用性强、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。而且PLC在工业自动化控制尤其是次序控制中方面含有比较突出优势,在现实中大家也是多经过PLC去控制霓虹灯。以上就是我选择此题目作为毕业设计关键意义。1.2霓虹灯起源霓虹灯是由英文“氖灯”,即“NEON SIGN”得来,“霓虹”两字实际上是“NEON”译音,而现在大家已经把“霓虹灯”看成专用词利用了。霓虹灯始源于法国。当初所用灯体玻管直径为45毫米,先将玻璃管弯制成所需文字或图案,然后再用1只电压为1万多伏变
5、压器供电,使之发光。当初,灯管两端电极采取石墨制成,内部充入氮气或二氧化碳气体,前者会发红光,后者发白光。因为这两种气体较活泼,很轻易和石墨电极起化学反应,阴极溅散出石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层,并大量吸收充入灯管内气体,使灯管充气压力很快下降,致使霓虹灯寿命很短。当初为了处理这个问题,特在霓虹灯管上加1个特殊电磁阀门,并在霓虹灯使用一段时间以后再往灯内重新补充一定量气体,但这么做并未能在根本上克服上述缺点。所以,这种灯不仅寿命短、制作工艺复杂,而且造价昂贵,极难普及。在19至19期间,科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用这一发明,在霓虹灯内充入一定惰性气体,这么就显著减缓了气体在
6、灯管内部消耗速度,颜色也丰富了,可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前夕,光致发光材料被研制出来了。这种材料不仅能发出多种颜色光,而且发光效率也高,我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后,霓虹灯亮度不仅有了显著提升,而且灯管颜色也愈加鲜艳夺目,改变多端,同时也简化了制灯工艺。故在第二世界大战结束后,霓虹灯得到了迅猛发展。1.3 霓虹灯现实状况和发展现在,霓虹灯市场上鱼龙混杂,有营业执照承接工程单位只占市场30%,这类单位有独自设计、制作、安装能力,信誉好、产品质量过关,后期维护到位,是用户首选单位。第二类,没有营业执照挂靠其它单位,这类“单位”专业性不强,产品质量无确保,后期维护
7、不到位。第三类,皮包企业,无任何证件、信誉和能力,打一枪换一地,产品质量和后期维护根本谈不上。霓虹灯是一个专业性比较强行业,正规单位产品质量好,寿命长。可正是第二类和第三类企业扰乱霓虹灯市场,给用户感觉霓虹灯轻易坏。其实霓虹灯寿命比日光灯还长,为了您利益,请选择有执照,有能力,有信誉单位。以前霓虹灯制造企业几乎全部用一般玻璃管、一般电极,伴随大家对产品要求提升,高铅玻璃管、陶瓷环电极、三基色粉管,渐变彩虹霓虹灯正越来越广泛走向大家生活,使大家生活愈加出色、亮丽。霓虹灯以它斑斓夺目标色彩、生动逼真形态、刺眼夺目标照明为夜间城市购物中心招徕用户、文化娱乐中心吸引游客营造气氛,给夜间城市购物活动带来
8、方便,给文化娱乐活动增添情趣。霓虹灯营造了夜间城市绚丽多姿和繁荣,它已成为现代城市商业繁荣标志之一。第二章、霓虹灯变压器设计2.1霓虹灯工作原理霓虹灯采取正常辉光放电形式工作,含有辉光放电基础特征,正离子轰击阴极使阴极发射二次电子来维持放电,阴极电流关键由正离子所贡献。因为是正常辉光放电,所以在一定电流范围内, 阴极电流密度不变,阴极位降不变。阴极位降大约为100一20伏,为正离子加速提供能量。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高压。能激发产生大量电子。这些激发出来电子,在高电压电场中被加速,并和灯管内气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子能量足够大时,就能使气体原
9、子发生电离而成为正离子和电子,这就是气体电离现象。带电粒子和气体原子之间碰撞,多出能量就以光子形式发射出来,这就完成了霓虹灯发光点亮整个过程。霓虹灯开关次数不影响使用寿命,适合制作广告背景扫描。2.2霓虹灯结构和部件通常商品用霓虹灯多采取冷阴极辉光放电形式工作。经典冷阴极霓虹灯结构图2-2所表示。由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。图2-2 霓虹灯结构玻璃灯管依据要求弯制加工成直线状或异形曲线状文字或图案。玻璃管关键用来填充工作气体,限制放电区域,保持真空和透射光线。玻璃灯管以直径规格分为:6、7、8、9、10、12、15、18、20mm等;以玻璃材质分:钠玻璃管(俗称石灰料
10、玻璃管)及铅玻璃管又称红丹料玻璃管)。钠玻璃管稳定性差,受潮后极易变质、泛碱(风化),牢度差易爆裂。现在中国大部分采取是石灰料即钠钙玻璃,和国外采取红丹料玻璃即铅错玻璃质量相差较大,存在问题为:采取钠钙玻璃内氧化锰杂质含量过大;钠钙玻璃化学稳定性差,玻璃表面长久使用后透明度降低,使灯光衰加剧:玻璃中纳原子向玻管内表扩散,溶入荧光粉晶体中,使荧光粉劣化;假如在弯制过程中加温过甚, 玻璃中纳原子析出和汞化合形成黑色吸光纳汞齐膜,使荧光粉光效率大为下降。铅玻璃管其热性能、机械性能、电性能、化学稳定性能、真空性能和光学性能优于钠玻璃,其耐候性、使用寿命大大超出钠玻璃。玻璃管能够是透明(俗称明管),也能
11、够是涂有荧光粉(俗称粉管),依据所需取得光色而定。明管所充工作气体通常为惰性气体,不一样惰性气体有其不一样发光光谱特征。以氖气最为常见,发红色光,此时氖气不仅参与放电,而且也参与发光。粉管内涂多种规格荧光粉,内充氢气及少许金属汞,汞蒸激发辐射2537埃紫外线,被荧光粉吸收而产生荧光,氛气作用提升光效降低着火电压。在玻璃管两端各置一个金属电极,作为发射电子和搜集电荷之用。常见电解铜或镀镍铁制成圆锥形,有足够发射面积,确保散热和降低阴极电位。电极要能经受质量相当大正离子轰击而不致升温过高,不熔化和降低阴极溅射。金属电极外有云母片,其作用一是支撑电极,二是隔热,预防在真空除气过程中,电极升温过高造成
12、外玻璃管炸裂。电极作为霓虹灯管关键部件,其质量和性能优劣将直接影响灯管寿命。质量好灯管除了对真空度有较高技术要求外,更关键是必需有一对发射性能良好电极,因为电极壳表层经过轰击加热过程中,能形成一层很有利于电子发射激活层。若在轰击中,完全丧失了这一激活层,那么真空度再高,其寿命也不会超出1000小时。试验也证实了灯管寿命不是跟真空度成正比关系。霓虹灯电极发射电子是由正子轰击阴极表面而产生二次电子发射。它取决于阴极材质及阴极表面状态。试验证实,当阴极表面被其它单层低逸出功金属原子覆盖时,其二次电子发射系数变大,逸出功降低,发射性能好,溅射少。霓虹灯电极材料大全部使用铜、铁、镀镍铁等金属制作,这些金
13、属逸出功较高,电子发射性能相对较差。假如灯管使用这些纯金属发射电子势必造成其阴极压降大,阴极溅射得快,从而使灯管很快因溅射失效,尤其是铜电极溅射得愈加快。试验证实,纯金属轻易溅散,但在金属表面氧化一层有益氧化膜或涂一层其它逸出功较低金属或其氧化物,这么做能够大大降低其逸出功,提升了电子发射性能,从而减缓了阴极溅散,起到了延长灯管寿命作用。于是大家在制造电极时,大全部把电极进行预处理。常见霓虹灯变压器有两种:漏磁变压器和电子变压器。漏磁变压器既是变压器,和一般变压器有一样结构,在铁芯上绕上初级和次级线圈,一样在铁芯窗口中间部位增加了一个一般变压器所没有磁分路,这个磁分路用小硅钢片叠合而成,且和铁
14、芯之间有空气隙,有意让铁芯中磁通能经过这一分路漏出铁芯。其作用相当于在变压器上安装了一个安全阀,当次级电流增加时,铁芯中磁通就会被这磁分路所旁路,只有少数磁通和次级线圈相联络,使次级感应电动势减小,从而使漏磁变压器取得了霓虹灯变压器所需保持灯管电流不变特征。实际上,灯管寿命和电极性能和结构有着紧密联络着。漏磁变压器经过长久使用和改善,设计及制作工艺全部已达成完善和成熟。它性能可靠,工作稳定,被广泛使用。漏磁式霓虹灯变压器功率高450vA ,重量大于10千克,即使含有工作稳定可靠,负载能力强(可带1米到12米霓虹管),不过漏磁变压器需花费大量铜和钢,粗笨且价高,安装困难,而且功率因数仅为0.5左
15、右。在电力资源日益担心今大,传统漏磁式霓虹灯变压器正被能低、体积小、重量轻电子式霓虹灯变压器所替换。电子式霓虹灯变压器通常6米功耗小于80W,12米功耗小于105W,大型霓虹灯工程中能大幅度节省电力资源,且方便安装维护,但也有缺点,关键是可靠性差、亮度低、恒流性能弱,其中以可靠性问题最为突出。电子变压器原理并不复杂,所用之电经过整流滤波后得到 3OOV左右直流电压,然后经过逆变电路,将直流电转变为高频交流电,再经升压变压器升压到很高电压供霓虹灯启辉工作电路通常设置有保护电路,以确保霓虹灯管开路或短路等异常情况时电路安全。用电子技术制成霓虹灯电子变压器,在霓虹灯工程中得到广泛应用,相当大范围内替
16、换了传统漏磁变压器。变压器经过霓虹灯专用高压绝缘线、杜美丝和玻璃管内电极相连。常见高压线有两种:一是一般高压线即塑料高压线,这种高压线价格廉价,但塑料轻易老化,室外使用很快塑料就要老化易引发拉火等,安全性较差。另一个是硅橡胶绝缘高压线,是现在较理想霓虹灯连接线,安全性强,可靠性好。2.3高可靠性霓虹灯设计针对霓虹灯电子变压器可靠性差问题,本文从性价比及可靠性两方面研究市场上逐步成为主流6到8米电子式霓虹灯变压器,关键考虑关键部件设计、器件优选和易损器件保护,以期提升可靠性和性价比。电子变压器线路及工作原理霓虹灯电子变压器电子线路见图2-3。图2-3 霓虹灯电子变压器线路图工作原理为:220V交
17、流电经Dl-D4整流、C2和C3滤波后变成直流电,供给后面振荡线路,C2和C3联接点电压在15V左右,R1、R2稳定155V电压。 A1是按保险丝,起短路及大电流保护作用。R1、C1消除交流电高频干扰。振荡起振线路由R5、R6、C4、D6和D7组成,220V直流电经R5、R6对C4充电,当C4电压上升到某一个值时,触发二极管D7导通,使得三极管T2基极和发射极得到正向偏置电压而导通,注意R5功率要有2W。振荡根本路由T1、T2、L1、L2、L3、R8和R9组成,因为起振线路触发使得T2导通,一旦T2导通,C3经过B初级、L3 和T2放电。L1、L2和L3绕在同一个高频铁氧体磁芯上,且同名端图1
18、所表示,因为有电流流过L3,L1和L2上感应电压使得T2由导通变为截止,而T1由截止变为导通。一旦T1导通,C2经过T1、L3和B初级放电,此时经过L3和B初级放电电流方向和先前恰好相反,造成T1由导通变为截止,而T2由截止变为导通,如此周而复始,使电路产生振荡。R8、R9分别是三极管T1、T2基极限流保护电阻,D6作用是把触提议振后C4上依旧存在充电电压释放掉,R10和C6有保护T1、 T2三极管和改善波形作用。R4、C1、D5、R7、C5、R11及SCR组成过流及开路保护线路,R4是过流电压取样电阻,C1作用是使得保护电路工作可靠,C5可消除干扰信号及开机保护,一旦出现过流,保护线路工作,
19、 单向可控硅SCR导通,振荡线路停振不工作,保护T1T2。保护线路一旦起作用,待故障排除后,重新开机才能恢复正常工作。功率管选择霓虹灯电子变压器出现故障大多数原因是功率管损坏,功率管选择直接关系到霓虹灯电子变压器可靠性, 用图2-2线路不一样T1T2功率管带不一样长度霓灯管做比较试验,结果见表2.1。表中负载是12霓虹灯管,全亮电压/电流是指霓虹灯电子变压器刚好使整个负载长度全部点亮时输入交流电压/电流, 而正常亮度电压/电流指霓虹灯电子变压器是整个负载长度全部达成正常你正常亮度时输入交流电压/电流表2-3(1)不一样功率管点亮不一样长度霓虹灯灯管比较试验T1T2型号负载长度全亮电压/电流正常
20、亮度电压/电流240V电流BUT11A6M120V/230mA150V/270mA381mA7M150V/315mA170V/325mA422mA8M180V/354mA200V/387mA430mAD1403BU5086M105V/230mA150V/276mA7M140V/308mA180V/326mA8M180V/346mA190V/375mABU5087M150V/284mA8M190V/338mA从表2-3(1)能够得到以下结论:不一样功率管带负载能力是不一样,伴随负载长度增加霓虹灯电子变压器全亮电压/电流及正常亮度电压/电流均增加,D1403、BU508、BUT11A全部含有带6到
21、8米负载能力,即使D1403和BU508混合使用,其全亮及正常亮度电压/电流也没有多大改变, 输入电压高达220V时电子变压器也能正常工作。保护线路设计保护线路设计直接影响霓虹灯电子变压器可靠性。霓虹灯在使用过程中难免会出现灯管破裂、灯头线脱落、潮湿天气高压对地打火等异常现象,造成电子变压器电流剧增,功率管发烧烧毁。所以保护线路必需在电流大于某阀值时立即工作,保护功率管。试验中用增加工作电压方法模拟增加异常电流。仍然用图2.2线路,输出变压器匝数为100/2875,选择L1L2匝数均为5匝,L3匝数为8匝,R8R9阻值均为3.3/W,8米负载,改变R7阻值,在确定R7阻值情况下,输入交流电电压
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