霓虹灯控制系统设计

内容摘要
当今社会，竞争日益激烈，为了更好的宣传自己的产品，提高竞争力，广告发挥着越来越重要的作用。

做为一种主要的广告手段，霓虹灯广告屏得到了广泛的发展和应用。

该广告屏实现的是:中间八根灯管从1到8逐个点亮，时间间隔为1S，全部点亮后显示10S，再从8到1逐个熄灭，间隔为1S，全灭后停亮2S，再从8到1逐个点亮，间隔1S，全亮后显示5S,再从1到8逐个熄灭，全灭后停亮2S。

然后重复运行。

同时，周围24个流水灯四个一组，奇数灯两个一组，从1、3开始，轮流亮一秒，移动一定时间后，偶数流水灯两个一组，从24、22开始，倒着轮流亮一秒，移动相同时间，如此循环往复。

启动后，灯管和流水灯同时运行，关闭时，灯管和流水灯可以同时关闭也可以分别关闭。

并且有单步和连续两种模式。

该装置采用PLC控制，与传统的继电器—接触器控制系统相比，具有使用方便、控制灵活、可靠性高等优点。

本程序设计利用顺序控制并且运用了移位指令，大大降低了复杂性。

关键词：霓虹灯；可编程逻辑控制器；顺序控制；移位指令
目录
第1章引言 (1)
第2章系统总体方案设计 (2)
2.1控制要求分析 (2)
2.2总体方案的确定 (2)
第3章PLC控制系统硬件设计 (3)
3.1 确定I/O信号数 (3)
3.2 PLC类型的选择 (3)
3.3 CPU和扩展模块的选择 (3)
3.4 I/O点的分配与编号 (3)
3.5 I/O接线图 (5)
第4章PLC控制系统软件设计 (7)
4.1顺序控制流程图的绘制 (7)
4.2编制程序 (8)
4.3指令表 (18)
结论 (24)
设计总结 (25)
谢辞 (26)
附录 (27)
参考文献 (28)
第1章引言
随着社会主义市场经济的不断繁荣和发展，各个大中小城市都在进行亮化工程。

各企业为宣传自己的企业形象和产品，均采用广告手法之一——霓虹灯广告屏来实现这一目的，当我们夜晚走在大街上，马路两旁各色各样的霓虹灯广告到处可见，一种是利用霓虹灯管做成各种形状和多种色彩的灯，另一种以日光灯管或白炽灯管做为光源，另配合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。

可编程逻辑控制器PLC，英文全称Programmable Logic Controller，是一种专门为在工业环境的应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的内存，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，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。

PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。

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在工业自动化控制特别是在顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

对于该霓虹灯广告屏的的设计，采用PLC控制系统来实现要求。

利用顺序控制结构，主要应用了顺序控制指令、加法指令、传送指令、移位指令以及多个定时器来实现灯的轮流亮灭。

大大降低了程序的复杂性，便于理解和操作。

第2章系统总体方案设计
2.1控制要求分析
给系统一个连续动作信号，当有启动信号输入时，系统能够实现灯管和流水灯同时按要求运行，只要不输入停止信号，灯管和流水灯就会周而复始的运行下去；当给系统一个单步动作信号，并且有启动信号输入时，灯管和流水灯同时按要求运行，循环一个周期后，不再循环；在系统运行的过程中，当有灯管和流水灯同时停止信号输入时，灯管和流水灯同时停止工作，如果输入的信号只是灯管停止信号，则灯管停止工作，流水灯继续运行，如果输入信号是流水灯停止信号，那么只有流水灯停止工作，灯管继续运行。

2.2总体方案的确定
为达到控制要求，这个霓虹灯广告屏需要有连续/单步模式信号、启动信号、同时关闭信号、流水灯关闭信号、灯管关闭信号；并且控制着8个灯管和24个流水灯，所以要采用PLC控制系统，因为一般的继电接触器系统接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高、一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难且继电器触点数量有限；而PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要想改变控制逻辑，只需改变程序即可，灵活性和扩展性好。

该PLC控制系统采用顺序控制的结构，因为顺序控制是一种常见的控制结构，并且结构形式简单，便于理解，容易操作，一般的控制要求都能满足，用移位指令和传送指令实现灯管和流水灯的轮流亮灭，用定时器和SM0.5来实现间隔1S。

第3章 PLC控制系统硬件设计
3.1确定I/O信号数量
本设计需要有连续/单步动作选择开关，启动按钮，同时关闭按钮，流水灯关闭按钮，灯管关闭按钮，共5个输入信号；要控制8个灯管，24个流水灯共32个输出信号。

3.2 PLC类型的选择
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性价比。

选择时主要考虑一下几点：
（1）合理的结构形式
PLC主要有整体式和模块式两种结构形式，整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中。

而模块式PLC的功能扩展灵活，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。

（2）安装方式的选择
PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。

集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但要附加通讯模块。

（3）相应的功能要求
一般小型PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。

对于控制较复杂，要求实现PID运算、死循环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中高档PLC，但价格较昂贵，一般用于大规模控制系统。

（4）系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足，对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。

本系统I/O点数少于256点，都是开关量控制，控制较简单，所以综合考虑，选用西门子公司的一种小型PLC，S7-200系列，其价格便宜，具有多种功能模块，还具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。

3.3 CPU和扩展模块的选择
该控制系统有5个输入，32个输出，所以采用CPU224,由于输出点较多，因此要再增加3个EM222扩展模块。

3.4 I/O点的分配与编号
I/O点的分配和编号见表3-1 I/O地址分配表。

表3-1 I/O地址分配表
续表3-1 I/O地址分配表
3.5 I/O接线图I/O接线图见图3-1 I/O接线图
图3-1 I/O 接线图
第4章 PLC控制系统软件设计
4.1顺序控制流程图的绘制
该控制系统采用顺序控制结构，顺序控制图见图4-1顺序控制流程图。

图4-1 顺序控制流程图
4.2编制程序具体梯形图见图4-2 梯形图。

图4-2 梯形图
4.3指令表指令表见图4-3 指令表。

图4-3 指令表
结论
本设计利用可编程逻辑控制器，整体采用顺序控制结构，启动和关闭都利用常开按钮，连续/单步模式的转换应用了选择开关。

编程过程中应用了大量的加法指令、移位指令、传送指令，来实现灯的轮流亮灭，利用定时器来实现间隔1S等要求。

由于移位指令的运用，大大缩短了程序的长度。

这个程序虽然长，但是采用的是顺序控制，一句指令执行完毕，接着执行下一句，理解起来比较简单，容易操作。

能够满足控制要求。

但其中也存在着一些问题和不足之处，虽然经过多次修改，不断简化程序，但最终成稿的设计还是过长。

另外流水灯的控制中，为了减小难度，奇数灯转一圈，紧接着就是偶数灯反过来转一圈。

如果加入一些计数器，可能会实现奇数灯转n（n>6）秒，偶数灯再反过来转相同的时间。

如果利用循环控制结构，是不是会使程序更简单等，这些都是以后应该要改进和研究的方向。

由于课程设计的时间较短，程序中也许还存在一些考虑不周到的地方。

这都是要注意的，在以后的工作中应该力求尽善尽美。

设计总结
为期两周的课程设计转眼间就接近了尾声，在这个过程中，我遇到了许多困难。

刚拿到课题的时候，不知道该从何做起，幸好同组的同学耐心的给我讲解。

初次进行PLC 的设计，对我来说还是有很大的挑战性的，为了弄清设计的步骤，开始两天我查阅了大量的资料，并且翻看了许多实例，这样一来，就明白了设计的大致方向。

刚开始虽然做的很慢，但随着对指令的熟悉，渐渐感觉比较得心应手。

两周的时间真的很短，但是在匆忙中我还是完成了本次设计，由于初次接触，设计中难免有不合理，不完美的地方。

通过这次设计，我也有了很大的收获，首先，遇到困难不要轻言放弃，只要付出努力，一定能找到解决问题的方法。

其次，对于那些常用的指令，能够比较熟练的应用。

巩固了理论知识，提高了实际应用所学知识的能力。

积累了许多设计的经验。

同时我也认识到PLC程序设计具有很大的实用性，遍布我们日常生活的各个方面，它与传统的继电接触器系统相比，具有很大的优越性。

采用PLC控制系统，能使控制更加灵活方便，能够实现更加复杂的控制。

这是一门很有用的学科，我们一定要好好学习。

谢辞
首先要感谢我的父母，感谢他们二十多年来对我的养育之恩，他们不辞劳苦供我上学，不求回报；然后要感谢河南工业大学的领导，给我们提供良好的学习环境和资源；其次要感谢我们的班主任及任课老师，不仅在整个课程设计的过程中，老师耐心的辅导我们，给我们答疑，教会我们很多东西。

在生活上，老师也给予了我们无微不至的关怀。

老师是个认真负责的好老师，每天都花很多时间在教室帮同学们解决问题，风雨无阻。

老师也是一个很严谨的老师，对我们的设计力求完美，毫不含糊，总是想让我们学到更多的东西。

最后，也要感谢我同组的同学，给我的设计提供了很大的帮助。

在此谨代表我个人对所有帮助过我的良师益友再一次表达我深深的谢意！感谢你们！
附录
SM0.0:运行监视。

始终为“1”状态。

SM0.1：初始化脉冲。

线圈接通一个扫描周期。

SM0.5：占空比为50%的时钟脉冲。

产生周期为1S的时钟脉冲。

I:输入
Q:输出
T：定时器
S:置位指令
R:复位指令
SCR：顺控开始指令
SCRT：顺控转换指令
SCRE：顺控结束指令
ADD：加法指令
MOV:传送指令
SHR/SHL:右/左移位指令
P:上升沿脉冲
参考文献
[1]王宗才.机电传动与控制.北京：电子工业出版社，2011
[2]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京：清华大学出版社，2004
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[5]史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：化学工业出版社，2003
[6]阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：人民邮电出版社，2006
[7]李缓.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2009
[8]陈在平.可编程序控制器技术及应用系统设计.北京：机械工业出版社，2002
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