1、中文摘要霓虹燈是城市的美容師，在技術不斷創新的時代，霓虹燈的制造技術及相關零部件 的技術水平也在不斷進步。隨著中國經濟的飛速發展，霓虹燈的品種、規格也已基本系列化，可供各種用途的選擇，其質量已逐步向國際水平靠攏，中國加入 WTO1國際水平 的差距將越來越小，在不久的將來必將趕超國際先進水平。PLC可編程控制器是以微處理器為基礎綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展而來的一種新型的工業控 制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點已廣泛用于工業過程和位置的自 動控制中。據統計可編程控制器是工業自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為可編程控制器將成為今后工業控制的主要手段和重要的基礎

2、設備之一。如今PLC機器人、CAD/CAM1成為工業三大支柱。PLC不僅在工業生產中有著廣泛的應用而且在我們日常 生活中應用也非常廣泛。在商業行業中，各種門面、招牌、字幕廣告、建筑物輪廓等裝 飾照明場都有霓虹燈閃爍的身影。 霓虹燈的光線連續、均勻在商業廣告中已得到廣泛的 應用。關鍵詞：霓虹燈；控制；PLC目錄第1章引言 11.1 設計內容和要求 11.1.1 控制要求 11.1.2 課題要求 11.2 設計總體思路 11.2.1 PLC 簡介 11.2.2 系統的設計思路 5第2章系統硬件設計72.1 硬件設備的選擇 72.1.1 選擇主要的設備 72.1.2 PLC模塊的選擇82.2 系統硬

3、件連接設計 82.2.1 I/O 接口地址分配表 82.2.2 PLC外圍接線圖 8第3章系統軟件設計103.1 編程軟件簡介 103.2 系統軟件的設計 113.2.1 按照控制要求進行編程 113.2.2 軟元件的地址分配表 113.2.3 梯形圖（見附錄） 113.2.4 語句表（見附錄） 113.2.5 程序調試（見附錄）11設計總結 12致謝詞 13附錄 14參考文獻 25引言1.1 設計內容和要求1.1.1 控制要求圖1-1示意圖該廣告屏中間8個燈管亮滅的時序為第1根亮一第2根亮一第3根亮一一第8 根亮，時間間隔為1s,全亮后，顯示10s,再反過來從8一7一一 1順序熄滅。全滅后，

4、 停亮2s,再從第8根燈管開始亮起，順序點亮7f6f代時問間隔為1s,顯示20s, 再從1 一2一一 8順序熄滅。全熄滅后，停亮2s,再從頭開始運行，周而復始。1.1.2 課題要求1 .采用PLC控制，列出輸入輸出點分配表；2 .畫出PLC的輸入輸出設備的接線圖；3 .利用STEP7-Micro/WIN32軟件完成梯形圖、指令表的程序設計與調試。1.2總體設計思路題目要求用PLC控制燈管的動作，下面對PLC做簡單介紹。1.2.1 PLC 簡介1. PLC的產生20世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關 系連接起來組成控制系統，控制各種生產機械，這就是大家熟悉的傳

5、統的繼電器控制系 統。由于它結構簡單、容易掌握、價格便宜，能滿足大部分場合電氣順序邏輯控制的要 求，因而在工業控制領域中一直占據主導地位。但是繼電接觸器控制系統具有明顯的缺點：設備體積大、可靠性差、動作速度慢、功能弱。難于實現較復雜的控制；特別是由 于它是靠硬連接線邏輯構成的系統，接線復雜煩瑣，當生產工藝或對需要改變時，原有 的接線和控制柜就要更換，所以通用性和靈活性較差。到20世紀60年代，由于小型計算機的出現和大規模生產的發展，人們曾試圖用小型計算機來實現工業控制的要求；但由于價格高，輸入、輸出電路信號及容量不匹配、 編程技術復雜等原因，一直未能得到推廣應用。1969年美國數字設備公司(D

6、EC根據美國通用汽車公司(GM對新的汽車流水線 控制系統提出的具體要求,研制開發出世界上第一臺可編程序控制器,并在GM公司汽車生產線上應用成功。這是世界上第一臺可編程序控制器，型號為 PDP-14人們把它 稱做可編程序控制器(PLC Programmable Logic Controller )，簡稱 PLG隨著微電子技術的發展，20世紀70年代中期出現了微處理器和微型計算機，人們 將微機技術應用到PLC中，使得它更多地發揮計算機的功能，不僅用邏輯編程取代了硬 連線邏輯，還增加了運算、數據傳送和處理等功能，使其真正成為一種電子計算機工業 控制設備。2. PLC的定義PLC一直在飛速發展中，因此

7、到現在為止，還未能對其下一個十分確切的定義。國 際電工委員會(IEC)曾于1982年11月頒發了可編程序控制器標準草案第一稿，1985 年1月發表了第二稿，1987年2月頒布了第三稿。終稿中對可編程控制器的定義是： “可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為工業環境而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作 的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程；而有關的外圍設備，都應按易于與工業系統連成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。3. PLC的應用初期的PLC主要在以開關量居多的電氣順序控制系統中使用，但在

8、20世紀90年代后，PLC也被廣泛地在流程工業自動化系統中使用，一直到現在的現場總線控制系統， PLC更是其中的主角,起應用面越來越廣的作用。PLC被廣泛使用,起主要原因是：(1)價格越來越低由于微處理器芯片及有關元件的價格大大下降，使得 PLC的本下降；(2)功能越來越強隨著計算機、芯片、軟件、控制等技術的飛速發展也使得PLC的功能大大增強。它不僅能更好地完成原來得心應手的順序邏輯控制任務，也能處 理大量的模擬量，解決復雜的計算和通信聯網問。(3)與時俱進的發展在當前最熱的現場總線控制系統中，主站和幾乎都有PLC的身影，PLC的通信技術又往前發展了一大步。現在開放式、標準化的PLC也已走到前

9、臺，為適應現在和未來自動化技術的發展要求做好了準備。目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車、糧食加工、化 學/制藥、金屬/礦山、紙漿/造紙等行業。PLC的主要應用范圍通常可分成以下幾種：一、中小型單機電氣控制系統：這是 PLC應用最廣泛的領域，例如塑料機械、印刷 機械、包裝機械、組合機車、磨床、電鍍流水線及電梯控制等。這些設備對控制系統的 要求大都屬于邏輯順序控制，所以這也是最適合PLC的使用領域。在這里PLC用來取代 傳統的繼電器順序控制，應用于單機控制、多機群控等。二、制造業自動化：制造業是典型的工業類型之一，在該領域主要對物體進行品質 處理、形狀加工、組裝，以位

10、置、形狀、力、速度等機械量和邏輯控制為主。由于 PLC 性能的提高和通信功能的增強，使得它在制造業領域中的大型控制系統中也占絕對主導 的地位。三、運動控制：為適應高精度的位置控制，現在的 PLC制造商為用戶提供了功能完 善的運動控制功能。現在工業自動化領域基于PLC的運動控制系統和其他的控制手段相 比，功能更強、裝置體積更小、價格更低、速度更快、操作更方便。四、流程工業自動化：流程工業是工業類型中的重要分支，如電力、石油、化工、 造紙等，具特點是對物體(氣體、液體為主)進行連續加工。過程控制系統中以壓力、 流量、溫度、物位等參數進行自動調節為主，大部分場合還有防爆要求。4. PLC的系統組成(

11、1) PLC的結構PLC的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通 常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC接觸器 電磁閥 指示燈 電源圖1-2 PLC的硬件系統結構圖的硬件系統結構如圖1-2所示。按 鈕選擇開關限位開關電 源(2) PLC的各組成元素的構成及功能一、CPU的構成及功能-CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，主要由運算 器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPUI元還包 括外圍芯片、總線接口及有關電路。每套 PLC至少有一個CPU它按PLC的系統程序賦 予的功能接收并存貯用戶程序和數

12、據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或 數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程 中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經分析后再按指令 規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。二、I/O模塊- PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。 I/O模塊集成了 PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖 存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC系統，輸出模塊相反。I/O種類 有開關量輸入（DI）,開關量輸出（DO,模擬量輸入（AI）,模擬量輸出（AO等。三、內存 內

13、存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。不 同機型的PLC期內存大小也不盡相同，除主機單元的已有的內存區外，大部分機型還可 根據用戶具體需要加以擴展。四、電源模塊PLC 電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時， 有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VACE 110VAC, 直流電源（常用的為24VAC 0五、底板或機架 大多數卞K塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上， 實現各模塊間的聯系，使CPUtt訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接， 使各模塊構成一個整體。5. PLC的工作原理PLC是采用“順序掃描，不斷循環”

14、的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU艮據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至程序 結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成 對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必經輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端 子的通斷狀態或輸入數據讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態寄存器中，即刷新輸入。 隨即關閉輸入端口，進入程序執行階段。PLC在程序執行階段：按用戶程

15、序指令存放的先后順序掃描執行每條指令，經相應 的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態寄存器中， 輸出狀態寄存器中所有的內容隨著 程序的執行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執行完畢，輸出狀態寄存器的通斷狀態在輸出刷新階段 送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸 出設備工作。6. PLC的特點現代工業生產過程是復雜多樣的，它們對控制的要求也各不相同。PLC專為工業控制應用而設計，一經出現就受到了廣大工程技術人員的歡迎。其主要特點有：(1)抗干擾能力強，可靠性高在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數字濾波等抗 干擾和故障診斷措施，采用信息保

16、護和恢復技術，實時報警和運行信息顯示等。所有這 些使PLC具有較高的抗干擾能力。PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電 子存儲器來完成，所以PLC控制系統的可靠性大大提高。(2)控制系統結構簡單，通用性強PLC及擴展模塊的品種多，可靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統。 PLC控 制系統實質性的好處是當控制要求改變， 需要變更控制系統的功能時，只需要對程序進 行簡單的修改，對硬件部分稍作改動即可，所以說 PLC控制系統的通用性強。(3)編程方便，易于使用PLC是面向底層用戶的智能控制器，其編程語言采用了和傳統控制系統中電氣原理 類似的梯形圖語言，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需

17、要專門的計算機知識語言， 只要具有一定的電氣和工藝知識的人員都可以在短時間學會。(4)功能強大，成本低現在PLC幾乎能滿足所有的工業控制領域的需要。在今天的現場總線控制系統中， PLC也發揮著重要作用。PLC控制系統不需要進行專門的抗干擾設計，所以和其他控制 系統相比，其成本較低，而且這種趨勢還將持續下去。(5)設計、施工、調試的周期短PLC是通過程序完成控制任務的，采用了方便用戶的工業變成語言，且都具有強制 和仿真的功能，故程序的設計、修改和調試都很方便，這樣可大大縮短設計和投運周期。(6)維護方便PLC的輸入/輸出端子能夠直觀的反映現場信號的變化狀態，通過編程工具可以直 觀地觀察控制程序和

18、控制系統的運行狀態， 極大地方便了維護人員查找故障，縮短了對 系統的維護時間。1.2.2 系統的設計思路根據設計要求，選定一定型號的 PLC,利用對PLC的編程，既可以實現控制要求， 由于設計內容比較簡單，基本思路如下：(1)選定PLC的型號。(2) 選定CPUS號。(3)對模塊進行編譯(4)設計外圍接線圖。(5)利用仿真軟件對設計的程序進行仿真調試。(6)修改后再次調試直至成功。第2章系統硬件設計2.1 硬件系統設備的選擇2.1.1 選擇主要的設備：S7-200PLC按要求選擇西門子生產的S7-200O下面對S7-200做出簡要的說明：S7-200系列是 一類可編程邏輯控制器（Micro P

19、LC。這一系列產品可以滿足多種多樣的自動化控制需 要，圖2-1展示一臺S7-200 Micro PLC的CPU22標列PLC的CPL#型圖，具有緊湊的 設計、良好的擴展性、低廉的價格以及強大的指令，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規模的控制要求。止匕外，豐富的CPltt型和電壓等級使其在解決用戶的工業自動化問 題時，具有很弓®的適應性。S7-200 CPU模塊包括一個中央處理器單元（CPU、電源以 及數字量I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。1/OLED圖2-1 S7-200 CPU 外型圖CPlfe責執行程序和存儲數據,以便對工業自動控制任務或過程進行控制。輸入和輸

20、出是系統的控制點：輸入部分從現場設備（例如傳感器或開關）中采 集信號，輸出部分則控制泵、電機、以及工業過程中的其他設備。電源向CPUS其所連接的任何模塊提供電力。通訊端口允許將S7-200CPLR編程器或一些設備連接起來。狀態信號或T顯示了 CPU的工作模式（運行或停止），本機的I/O的當前狀態， 以及檢查出來的系統錯誤。通過擴展模塊可以增加CPU勺I/O點數（CPU22杯可以擴展）。通過擴展模塊可以提供其通訊功能。一些CPUM有內置實時時鐘，其他CPU!要實時時鐘卡。EEPRO附可以存儲CPU®序，也可以將一個CPU中的程序傳送到另一個CPU 中。通過可選的插入式電池盒可延長 RA

21、Mfr的數據存儲時間。2.1.2 PLC 模塊的選擇根據初步設計，需要有1個輸入,8個輸出，而CPU224t 14個輸入和10個輸出，雖 然它可以滿足條件，但是因為有13個輸入是空著的，比較浪費，因此用CPU222tl口 EM222 擴展來滿足設計要求會更為合理。2.2 系統硬件連接分配設計2.2.1 I/O地址分配表：輸入/輸出的地址分配表如下根據設計的程序為PLC模塊分配地址，因為電路中沒有用到繼電器，所以使用晶體 管輸出，現分配地址如表2-1所示。表2-1輸入/輸出的地址編程元件I/O端子電路器件作用輸入繼電器I0.0SB1啟動/停止按鈕輸出繼電器Q0.0HL1彩燈1Q0.1HL2彩燈2

22、Q0.2HL3彩燈3Q0.3HL4彩燈4Q0.4HL5彩燈5Q1.0HL6彩燈6Q1.1HL7彩燈7Q1.2HL8彩燈82.2.2 PLC 外圍接線圖在CAD乍圖軟件中繪制，圖2-1為CADMCPU222HLlHL£心FL4HL324VdF+ 012,3/M m HC5C5 1 ml HQQQQ QoMa 41 T1 M LJSB10 12 I QI,Q1,Q1ML+圖2-1 PLC外圍接線圖第3章系統軟件設計3.1編程軟件簡介因為設計中要用到 STEP7-MICRO/WIN V4.0而且在此次設計中起到重要作用，下 面對該軟件進行簡單介紹。2.2.3 件的應用STEP7-MICRO

23、/WIN V4.0STEP7- MICRO/WIN®程軟件，是強大的工才5編程組態軟件，在 Windows平臺運行 的SIMATIC S7-200軟件簡單、易學。能夠解決復雜的自動化任務，可以快速進入，節省編程時間，具有擴展功能。基于標準的 Windows軟件(類似于word, Outlook等標準應用軟件，STEP 7-Micro/WIN編程軟件為用戶開發、編輯和監控自己的應用程序 提供了良好的編程環境。1)基本功能：(1) STEP 7-Micro/WIN 是在 Windows平臺上運行的 SIMATIC S7-200 PLC 編程軟 件，簡單、易學，能夠解決復雜的自動化任務。(

24、2)適用于所有SIMATIC S7-200 PLC機型軟件編程。(3)支持IL、LAD FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時切換。(4)具有密碼保護功能。STEP 7-Micro/WIN提供軟件工具幫助您調試和測試您的程序。這些特征包括：監視S7-200正在執行的用戶程序狀態，為S7-200指定運行程序的掃描次數，強制變量值 等。指令向導功能：PID自整定界面；PLC內置脈沖用輸出(PTO)和脈寬調制(PWM指令 向導；數據記錄向導；配方向導。 支持TD 200和TD 200C文本顯示界面(TD 200向 導)。2)其他功能(1)運動控制S7-200提供有開環運動控制的三種方式：脈寬調制(P

25、WM-內置于S7-200,用于 速度、位置或占空比控制；脈沖用輸出(PTO -內置于S7-200,用于速度和位置控制； EM25的控模塊-用于速度和位置控制的附加模塊。為了簡化您應用程序中位控功能的使用，STEP7-Micro/WIN提供的位控向導可以幫 助您在幾分鐘內全部完成 PWM PTO或位控模塊的組態。該向導可以生成位控指令，您 可以用這些指令在您的應用程序中對速度和位置進行動態控制。對于位控模塊，STEP7-Micro/WIN還提供了一個控制面板，可以控制、監視和測試您的運動操作。（2）創建調制解調模塊程序使用EM241調制解調模塊可以將 S7-200直接連到一個模擬電話線上，并且支

26、持 S7-200與STEP 7-Micro/WIN的通訊。該調制解調模塊還支持 Modbus從立RTU協議， 該模塊與S7-200之間的通訊通過擴展I/O總線實現。STEP 7-Micro/WIN提供一個調制解調擴展向導，它可以幫助您設置一個遠端的調 制解調器，或者設置將S7-200連向遠端設備的調制解調模塊。3.2系統軟件的設計3.2.1 按照控制要求進行編程在S7-200軟件中進行編程，根據要求只需要若干定時器即可實現，順序開始只要 把每個定時器的設定值調到相應的數值即可實現。如要實現逆序熄滅，也只需把定時器 設置到相應的數值即可。3.2.2 軟元件的地址分配表表3-1軟元件的地址分配表編

27、程元件通電延時器T101(1s)T111(13s)T121(7s)T131(27s)T102(2s)T112(14s)T122(8s)T32(2s)T103(3s)T113(15s)T123(9s)T104(4s)T114(16s)T124(20s)T105(5s)T115(17s)T125(21s)T106(6s)T116(2s)T126(22s)T107(7s)T117(3s)T127(23s)T108(10s)T118(4s)T128(24s)T109(11s)T119(5s)T129(25s)T110(12s)T120(6s)T130(26s)3.2.3 梯形圖（見附錄）3.2.4 語

28、句表（見附錄）3.2.5 調試程序（見附錄）經過多次的調試，反復的查找原因，最終程序得以順利運行。具截圖在附錄中呈現設計總結通過這次霓虹燈的PLC控制，讓我了解了 PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更 好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出最 適合的設計方法。雖然本次課程設計是要求自己獨立完成， 但是，彼此還是脫離不了集體的力量， 遇 到問題和同學互相討論交流。多和同學討論。我們在做課程設計的過程中要不停的討論 問題，這樣，我們可以盡可能的統一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向， 并且這樣也是為了方便最后設計和在一起。 討論不僅是一些思想的問題，

29、還可以深入的 討論一些技術上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些， 少走彎路。多改變自己 設計的方法，在設計的過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題。致謝詞感謝我的指導老師王老師，他嚴謹細致、一絲不茍的作風是我今后工作、學習中的 榜樣，他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及 一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成， 有 多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！附錄附錄

30、一 梯形圖（軟件截圖）網絡6I四個開關控制第壞行T104T111Q0.4網絡8I四個開關控制第泠燈T106T109Q1.1網絡9I四個開關控制第丞而網絡10逆序熄滅IT107為逆序熄滅的觸發開關，每隔1秒，逆序熄滅T107T108網絡11逆序戛起動1門15為逆序啟然岐按鈕，每隔1秒，逆序啟動T115T116網絡12 W旃熄滅I T12為演序熄滅的觸發按鈕，每隔1秒，順序熄滅T123T124網絡13循環卜熄滅死，然后循環上述動作附錄二語句表TITLE=霓虹燈控制器的設計Network 1 /順序啟動/ I0.0為啟動按鈕LDI0.0ANT32TONT101, 10TONT102, 20TONT103, 30TONT104, 40TONT105, 50TONT106, 60TONT107, 70Network 2 /逆序熄滅/四個開關控制第1個燈LDI0.0ANT115LDT123ANT124OLD=Q0.0Network 3/四個開關控制第2個燈LDT101ANT114LDT122ANT125OLD=Q0.1Network 4/四個開關控制第3個燈LDT102ANT113LDT121ANT126OLD=Q0.2Network 5/四個開關控制第4個燈LDT103ANT112LDT120ANT127OLD=Q0.3Network 6/四個開關控制第