基于PLC的霓虹灯控制新版专业系统设计.doc

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 1
1.1选题意义 1
1.2霓虹灯起源 1
1.3 霓虹灯现实状况和发展 3
第二章、霓虹灯变压器设计 4
2.1霓虹灯工作原理 4
2.2霓虹灯结构和部件 4
2.3高可靠性霓虹灯设计 7
第三章、可编程序控制器介绍（PLC） 11
3.1 PLC介绍 11
3.2 PLC结构 11
3.3 PLC工作原理 12
3.4 PLC应用特点 15
第四章、霓虹灯控制系统设计 17
4.1需求分析 17
4.2 PLC接线图 18
4.3 I/O分配表及PLC型号选择 19
4.4控制步骤设计 20
4.5梯形图设计 21
第五章、系统测试 25
5.1调试仿真 25
5.2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:Ф6、Ф7、Ф8、Ф9、Ф10、Ф12、Ф15、Ф18、Ф20mm等;以玻璃材质分:钠玻璃管(俗称石灰料玻璃管)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， 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。
⑴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Ф12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
正常亮度电压/电流
240V电流
BUT11A
6M
120V/230mA
150V/270mA
381mA
7M
150V/315mA
170V/325mA
422mA
8M
180V/354mA
200V/387mA
430mA
D1403
BU508
6M
105V/230mA
150V/276mA

7M
140V/308mA
180V/326mA

8M
180V/346mA
190V/375mA

BU508
7M
150V/284mA

8M
190V/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。
⑵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3.3Ω/W，8米负载，改变R7阻值，在确定R7阻值情况下，输入交流电电压逐步增加，观察统计起始保护线路工作时电流，结果见表2.4。 当R7阻值确定后，起始保护动作仅和工作电流相关，和工作电压及负载管长没相关系。R7阻值越大，起始保护线路电流越大。R7阻值取6.5K，此时8米负载输入 电
压大于240V，起始保护电流500MA，5分钟后起保。试验中发觉不一样功率管对R7取值很不相同，表2.2是BU508 结果，改用BUT11A，R7有大改变。即使同一型号功率管，不一样厂家生产R7也不一样。
表2-3（2） R7阻值和起始保护电流关系
R7阻值（KΩ）
3
4
5
6
6.5
8
起始保护电流（MA）
430
450
465
490
500
515
⑶使用情况
依据以上讨论设计霓虹灯电子变压器使用后发觉可靠性显著增加，即使全天候使用情况下返修率已达成能接收程度，尤其是下雨使用时电子变压器能可靠动作，第二天不下雨又能正常工作，用户对此也能接收。同时发觉气温升高和电子变压器使用环境散热差使得电子变压器损坏率显著增加。仔细分析原因是工作电流长时间超出正常值，但又没有达成起始保护电流，使得功率管温升过高烧毁。R7阻值下降调整能够降低起始保护电流，但会使电子变压器保护线途经于敏感，影响正常使用。所以在保护线路增加正温度系数开关型热感电阻，当功率管温升达成居里点时触发保护线路工作，从而达成保护功率管目标。 当然还能够深入保护功率管，在功率管CE间反向并联FR107二极管，预防CE反向击穿。C2C3耐压要到275V，预防C2C3击穿损坏。

第三章、可编程序控制器介绍（PLC）
3.1 PLC介绍
可编程序控制器PC（Programmable Controller）又称可编程序控制器PLC（Programmable Logic Controller），是微机技术和继电器常规控制技术相接合产物，是在次序控制器和微机控制器基础上发展起来新型控制器，是一个以微处理器为关键用作数字控制专用计算机。它不仅充足利用微处理器优点来满足多种工业领域实时控制要求，同时也照料到现场电器操作维护人员技能和习惯，摈弃了微机常见计算机编程语言表示形式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础形象编程语言和模块化软件结构，使用户程序编制清楚直观、方便易学，调试和查错全部很轻易。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、逻辑功效强、体积小、可在线修改控制程序、含有远程通信联网功效、易于和计算机接口、能对模拟量进行控制、含有告诉计数和位控等高性能模块等优异性能，日益替换由大量中间继电器、时间继电器、计数继电器等组成传统继电－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应用深度和广度已经成为一个国家工业优异水平关键标志之一。
3.2 PLC结构
PLC和通常微型计算机基础相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。PLC硬件系统由微处理器(CPU)、存放器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其它外围设备组成。各部分经过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图以下
输出部件
外设I/O接口
存放器
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

PLC软件系统是指PLC所使用多种程序集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必需包含部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户依据控制需要而编写程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整PLC系统，她们是相辅相成，缺一不可。
3.3 PLC工作原理
PLC是采取“次序扫描，不停循环”方法进行工作。即在PLC运行时，CPU依据用户按控制要求编制好并存于用户存放器中程序，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次序实施用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号采样和对输出状态刷新等工作。
PLC一个扫描周期必经输入采样、程序实施和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方法按次序将全部暂存在输入锁存器中输入端子通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序实施阶段。
PLC在程序实施阶段：按用户程序指令存放前后次序扫描实施每条指令，经对应运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中全部内容伴随程序实施而改变。
输出刷新阶段：当全部指令实施完成，输出状态寄存器通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并经过一定方法（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动对应输出设备工作

S7-200系列PLC:

S7-200是一个小型可编程序控制器，适适用于各行各业，多种场所中检测、监测及控制自动化。S7-200系列强大功效使其不管在独立运行中或相连成网络皆能实现复杂控制功效所以。S7-200系列含有极高性能/价格比。S7-200系列在集散自动化系统中充足发挥其强大功效。使用范围可覆盖从替换继电器简单控制到更复杂自动化控制。 应用领域极为广泛，覆盖全部和自动检测，自动化控制相关工业及民用领域， 包含多种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。
现在S7-200系列PLC关键有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种CPU。档次最低是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。PLC档次最高应属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。

S7-200系列PLC四种CPU外部结构大致相同，见图3-3。

图3-3 S7-200 PLC结构
⑴CPU221
本机集成6输入/4输出共10个数字量I/O点。无I/O扩展能力。6K字节程序和数据存放空间。4个独立30kHz高速计数器，2路独立20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，含有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。很适合于小点数控制微型控制器。
⑵CPU222
本机集成8输入/6输出共14个数字量I/O点。而且可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存放空间。4个独立30kHz高速计数器，2路独立20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，含有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。很适合于小点数控制微型控制器。
⑶CPU224
本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存放空间。6个独立30kHz高速计数器，2路独立20kHz高速脉冲输出，含有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，含有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力。I/O端子排可很轻易地整体拆卸。是具
有较强控制能力控制器。
⑷CPU226
本机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。能够连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存放空间。6个独立30kHz高速计数器，2路独立20kHz高速脉冲输出，而且含有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，并含有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方法通讯能力等。I/O端子排可很轻易地整体拆卸。用于较高要求控制系统，含有更多输入/输出点，更强模块扩展能力，愈加快运行速度和功效更强内部集成特殊功效。可完全适应于部分复杂中小型控制系统。
3.4 PLC应用特点
可编程序控制器是一个以微机处理器为关键工业通用自动控制装置，其实质是一个工业控制用专用计算机。中国外现有机械手系统，它们控制形式大全部采取可编程序控制器控制，尤其是在智能化要求程度高容量大现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其关键原因是因为PLC含有以下优点：
1）、灵活、通用
在继电器控制系统中，使用控制器件是大量继电器，整个系统是依据设计好电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成，其过程费时费力。假如因为工艺上稍许改变，需要改变电器控制系统话，那么原先整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，浪费了大量人力、物力和时间。而可编程控制器是经过存放在存放器中程序实现控制功效，假如控制功效需要改变话，只需要修改程序和改动极少许接线即可。而且，同一台可编程控制器还能够用于不一样控制对象，只要改变软件就能够实现不一样控制要求，所以含有很大灵活性、通用性。
2）、可靠性高、抗干扰能力强

对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是很关键指标，怎样能在多种工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠工作，将故障率降至最低，是研制每一个控制系统必需考虑问题。现代PLC采取了集成度很高微电子器件，大量开关动作由无触点半导体电路来完成，其可靠性程度是使用机械触点继电器所无法比拟。为了确保PLC能在恶劣工业环境可靠工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面抗干扰方法，使其能够适应恶劣工业应用环境。
3）、操作方便、维修轻易
PLC采取电气操作人员熟悉梯形图和功效助记符编程，使用户十分方便读懂程序和编写、修改程序。对于使用者来说，几乎不需要专门计算机知识。工程师编好程序十分清楚直观，只要写好操作说明书，操作人员经短期学习就能够使用。
4）、功效强
现代PLC不仅含有条件控制、计时、计数和步进等控制功效，而且还能完成A/D、D/A转换、数字运算和数据处理和通信联网和生产过程监控等。所以，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。
5）、体积小、重量轻和易于实现机电一体化
因为PLC采取了半导体集成电路。所以含有体积小、重量轻、功耗低特点。且PLC是为工业控制设计专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并因为含有很强可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，所以成为实现机电一体化十分理想控制设备。
一样，可编程序控制器控制也有其不足地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片机，而且通用性不好，不一样厂家可编程序控制器和其隶属单元全部是固定专用等等。

第四章、霓虹灯控制系统设计
4.1需求分析
本控制系统关键是用于控制霓虹灯和边框流水灯按次序闪烁。输入程序后能够经过硬件进行灯自动闪烁，达成宣传目标。图3-1，八个字能按次序地进行亮灭，而且边框灯能同时闪烁。

图4-1霓虹灯现实
用PLC对霓虹灯广告屏实现控制,其具体要求以下:
⑴该广告屏中间8个霓虹灯字亮灭时序为“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”字次序熄灭.全灭后,停亮2S, 再从头开始运行,周而复始。
⑵广告屏四面流水灯共24只,一直亮。
⑶系统有单步\连续控制,有开启和停止按钮。
⑷系统霓虹灯字,白帜灯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接线图设计

4.3 I/O分配表及PLC型号选择

依据控制要求,PLC控制霓虹灯广告显示器输入\输出(I\0)地址编排以下表所表示,见表4.3。

地址
注释
I0.0
开启按钮
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

经过以上资料分析，我选择了S7-200系列中CPU224，CPU224是S7-200系列中含有较强控制能力小型控制器。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。它适合此次设计要求，而且含有较强控制能力小型控制器，相对于其它系列CPU224能愈加好应用于此次设计中任务，而且含有较高性能价格比，应用广泛。
4.4控制步骤设计

开 始

返 回

图4-4步骤图设计
4.5梯形图设计

图4-5梯形图设计

第五章、系统测试
5.1调试仿真
我程序在调试时候是出现了很大问题，第一个就是程序步数太多，存在误差太大，以后在老师和同学指导下，我把程序简化了一下，不过大致思绪还是一样，仿真图以下：
霓虹灯正序亮图5-1所表示。

图5-1 系统仿真图一
霓虹灯正序全亮10S图5-2所表示。

图5-2系统仿真图二
霓虹灯反序灭图5-3所表示。

图5-3系统仿真图三
霓虹灯反序全灭1S图5-4所表示。

图5-4系统仿真图四
5.2程序运行原理说明
本程序是用S7_200所写，在开启按钮按下以后，程序开始运行，霓虹灯字开始亮灭，在按下开启按钮以后，八个字会按要求亮灭，关键是计时器控
制，开始时灯正序亮，然后是灯反序灭。霓虹灯亮灭，状态比较多，我是把每一个亮情况全部纳入一个状态，最终，会由正序亮转换成反序灭。

总 结
经过这次毕业设计培养了我设计能力和全方面考虑问题能力，使得我对PLC掌握深入增强，加深了对PLC了解，并对PLC产生了浓厚爱好，不过我也深深知道自己不足之处，比如说对应用指令不熟悉，大大地加深了我程序复杂程度。多在学习过程中不能想通问题，在PLC调试过程中，最终得以处理，能够看出它对理论教学起到了必需补充和额拓宽作用，对培养既含有扎实理论功底又含有相当实践能力人才必不可少。在这次课程中，我发觉PLC在工业控制中作用很大，它能使人控制转变成电脑控制，大大地降低了产品成本，很大地提升生产效率。PLC在未来很有发展潜力，我们必需要很好掌握这门技术。

致 谢
时光急忙如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真轻易。离校日期已日趋临近，毕业论文完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文顺利完成，一直全部离不开老师、同学、好友给我热情帮助，在这里请接收我真挚谢意!
这次毕业设计说明书完成，首先要感谢学院提供一个让我自我总结机会，也要感谢率领我指导老师吴巧荣老师，在毕业设计零件加工及其说明书编制过程中，给了精心指导，并讲解了各项专业要领，提出了宝贵专业意见，程序编制过程中，也给了我很大帮助，是她精心指导才使我毕业设计能够按期完成，也要感谢同学们在我做毕业设计过程中对我提出宝贵意见和提议。

参考文件
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[2] 西门子S7-200可编程序控制器系统手册[M].西门子,1999
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[5] 吴爱萍. PLC控制设计技巧[M]. 工业控制计算机,
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[12] 魏志精．可编程控制器应用技术[M]，北京：电子工业出版社．．
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