彩灯广告屏PLC控制器--S7-200PLC

一、绪论（一）任务来源随着我国经济建设的快速发展，国内各地城镇景观照明也发生了变化，霓虹灯产业发展迅速，据不完全统计，全国霓虹灯企业已逾几千家，年总产值超过30亿元人民币，出口创汇方面也有不错的业绩。

中国社会主义市场经济的不断繁荣和发展，西部大开发、振兴东北经济、长三角、珠三角东西互动、各地旅游、商贸、餐饮及文化娱乐事业日益繁荣，越来越多的城市已将亮化、美化工程列入城市建设发展规划，霓虹灯已成为不可缺少的夜间文化，夜间霓虹灯广告也成为不可缺少的媒体，霓虹灯行业迎来一个新的发展机遇。

各企业为宣传自己企业的形象和产品, 树立自己的特色品牌，增强自己在社会的影响力和扩大市场的占有率，均采用广告宣传的手法之一--霓虹灯广告屏来实现。

夜幕降临华灯初上时，我们走在大街上，马路两旁各色各样的霓虹灯广告均可以见到,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多中彩色的灯管,另一种为日光灯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。

这些灯的亮灭，闪烁时间及流动方向等均可以通过PLC来达到控制的要求。

21世纪的今天中国霓虹灯企业不断地走进国际舞台，产品远销欧美等国际市场，在国际这个大舞台上扮演着越来越重要的角色。

（二）方案对比与选择1.用单片机实现该方案时有以下缺点和不足：首先，单片机实现该方案所需要的外围电路多，工作量相当于PLC较大；其次，它的可靠性以及抗干扰性也显然不如PLC；再次，它的中断优先级不明确，相对于PLC而言用起来较复杂；最后，它的配套设施和功能没有可编程控制器PLC完善。

2.用可编程控制器PLC优势是很明显的（1）可靠性高，抗干扰能力强：（2）配套齐全，功能完善，适用性强；（3）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；（4）体积小，重量轻，能耗低。

综上所述，我选择用PLC控制器制作彩灯广告屏。

（三）PLC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，Programmable Logic Controller）,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。

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：a.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。

b.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c.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。

d.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 的硬件系统结构如下图所示：图1 PLC 的硬件系统结构图(2) PLC 的各组成元素的构成及功能a 、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，诊断电源接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮和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。

b、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。

c、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。

d、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）。

e、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。

f、PLC系统的其它设备------i) 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编写程序、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。

某些PLC也配有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

ii) 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面也非常普及。

iii)输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

g、PLC的通信联网--------依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。

PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。

对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。

首先,网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议和机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。

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。