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引言霓虹灯是城市的美容师,在技术不断创新的时代，霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平也在不断进步。随着中国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢，中国加入WTO与国际水平的差距将越来越小，在不久的将来必将赶超国际先进水平。PLC可编程控制器是以微处理器为基础综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型的工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。PLC不仅在工业生产中有着广泛的应用而且在我们日常生活中应用也非常广泛。在商业行业中，各种门面、招牌、字幕广告、建筑物轮廓等装饰照明场都有霓虹灯闪烁的身影。霓虹灯的光线连续、均匀在商业广告中已得到广泛的应用。１．概述1.1系统概述图1-1示意图该广告屏中间8个灯管亮灭的时序为第1根亮→第2根亮→第3根亮→…→第8根亮，时间间隔为1s,全亮后，显示10s,再反过来从8→7→…→1顺序熄灭。全灭后，停亮2s,再从第8根灯管开始亮起，顺序点亮7→6→…→1，时间间隔为1s，显示20s,再从1→2→…→8顺序熄灭。全熄灭后，停亮2s,再从头开始运行，周而复始。1.2总体设计思路11.2.1PLC简介1.PLC的产生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，ProgrammableLogicController）,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，起应用面越来越广的作用。PLC的主要应用范围通常可分成以下几种：(1)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。(2)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PLC2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。(3)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。(4)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的硬件系统结构如图1-2所示。图1-2PLC的硬件系统结构图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。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。输入模块CPU模块输出模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源电源限位开关选择开关按钮3PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。6.PLC的特点现代工业生产过程是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。PLC专为工业控制应用而设计，一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。其主要特点有：（1）抗干扰能力强，可靠性高在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施，采用信息保护和恢复技术，实时报警和运行信息显示等。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力。PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器来完成，所以PLC控制系统的可靠性大大提高。（2）控制系统结构简单，通用性强PLC及扩展模块的品种多，可灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。PLC控制系统实质性的好处是当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只需要对程序进行简单的修改，对硬件部分稍作改动即可，所以说PLC控制系统的通用性强。（3）编程方便，易于使用PLC是面向底层用户的智能控制器，其编程语言采用了和传统控制系统中电气原理类似的梯形图语言，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识语言，只要具有一定的电气和工艺知识的人员都可以在短时间学会。（4）功能强大，成本低现在PLC几乎能满足所有的工业控制领域的需要。在今天的现场总线控制系统中，PLC也发挥着重要作用。PLC控制系统不需要进行专门的抗干扰设计，所以和其他控制系统相比，其成本较低，而且这种趋势还将持续下去。4（5）设计、施工、调试的周期短PLC是通过程序完成控制任务的，采用了方便用户的工业变成语言，且都具有强制和仿真的功能，故程序的设计、修改和调试都很方便，这样可大大缩短设计和投运周期。（6）维护方便PLC的输入/输出端子能够直观的反映现场信号的变化状态，通过编程工具可以直观地观察控制程序和控制系统的运行状态，极大地方便了维护人员查找故障，缩短了对系统的维护时间。2、系统硬件设计2.1I/O地址分配表：输入/输出的地址分配表如下根据设计的程序为PLC模块分配地址，因为电路中没有用到继电器，所以使用晶体管输出，现分配地址如表2-1所示。表2-1输入/输出的地址编程元件I/O端子电路器件作用输入继电器I0.0SB1启动/停止按钮输出继电器Q0.0HL1彩灯1Q0.1HL2彩灯2Q0.2HL3彩灯3Q0.3HL4彩灯4Q0.4HL5彩灯5Q1.0HL6彩灯6Q1.1HL7彩灯7Q1.2HL8彩灯82.2PLC外围接线图在CAD作图软件中绘制，图2-1为CAD截图。5图2-1PLC外围接线图3编程软件设计3.1编程软件简介编程软件的应用STEP7-MICRO/WINV4.0STEP7－MICRO/WIN编程软件，是强大的工控编程组态软件，在Windows平台运行的SIMATICS7-200软件简单、易学。能够解决复杂的自动化任务，可以快速进入，节省编程时间，具有扩展功能。基于标准的Windows软件(类似于word,Outlook等标准应用软件，STEP7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。6基本功能：（1）STEP7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATICS7-200PLC编程软件，简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。（2）适用于所有SIMATICS7-200PLC机型软件编程。（3）支持IL、LAD、FBD三种编程语言，可以在三者之间随时切换。（4）具有密码保护功能。3.2系统软件的设计3.2.1按照控制要求进行编程在S7-200软件中进行编程，根据要求只需要若干定时器即可实现，顺序开始只要把每个定时器的设定值调到相应的数值即可实现。如要实现逆序熄灭，也只需把定时器设置到相应的数值即可。3.2.2软元件的地址分配表表3-1软元件的地址分配表编程元件通电延时器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梯形图（见附录）设计总结通过这次霓虹灯的PLC控制，让我了解了PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。7附录梯形图(软件截图)8910111213