霓虹灯广告屏的plc控制系统设计(编辑修改稿)

霓虹灯广告屏的plc控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

广泛的走向人们的生活，使人们的生活更加精彩、亮丽。 霓虹灯以它斑斓夺目的色彩、生动逼真的形态、耀眼夺目的照明为夜间城市的购物中心招徕顾客、文化娱乐中心吸引游客营造气氛，给夜间城市的湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 11 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的绚丽多姿和繁华，它已成 为现代城市商业繁荣的标志之一。 霓虹灯问世已有近百年的历史，虽然它在原理上仅仅是一种简单的冷阴极辉光放电管，但在经济繁荣、科学技术发展的进程中，不仅没有被淘汰，反而日益兴旺。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 12 二 PLC 的概述 1 PLC 的产生与发展 PLC 的产生 在 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。 当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。 随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时， 费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。 为了改变这一现状，美国通用汽车公司在 1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： （ 1） 编程方便现场可修改程序； （ 2） 维修方便采用模块化结构； （ 3） 可靠性高于继电器控制装置； （ 4） 体积小于继电器控制装置； （ 5） 数据可直接送入管理计算机； （ 6） 成本可与继电器控制装置竞争； （ 7） 输入可以是交流 115V； （ 8） 输出为交流 115V 2A 以上能直接驱动电磁阀接触器等； （ 9） 在扩展时原系统只要很小变更； （ 10） 用 户程序存储器容量至少能扩展到 4K。 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获的了成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。 到 1971 年，已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。 1971 日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 13 1973 年西欧国家也研制出它们的第一台 PLC。 我国从 1974 年开始研制，于1977 年开始工业应用。 PLC 的发展 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步， PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： （ 1） 早期的 PLC（ 60 年代末 — 70 年代中期） 早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。 这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。 它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。 装 置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。 另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。 在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 — 梯形图。 因此，早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。 其中 PLC 特有的编程语言 — 梯形图一直沿用至今。 （ 2） 中期的 PLC（ 70 年代中期 — 80 年代中后期） 在 70 年代微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。 美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理 器作为 PLC 的中央处理单元（ CPU）。 这样，使 PLC 的功能大大增强。 在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。 在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。 并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 的应用范围的以扩大。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 14 （ 3） 近期的 PLC（ 80 年代中后期至今） 进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场 价格大幅度下跌，使的各种类型的 PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。 而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。 这样使的 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 2 PLC 的结构与特点 PLC 的结构 从结构上分， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。 固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置 ： CPU 的构成 ： CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，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，从用户程序存贮器中逐条读取指令，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。 CPU 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。 内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。 但工作节奏由震荡信号控制。 运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度， IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 15 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 分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。 开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。 常用的 I/O 分类如下： 开关量：按电压水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分 ，有电流型（ 420mA,020mA）、电压型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 I/O 外，还有特殊 I/O 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 I/O 点数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 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 110 VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。 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。 PLC 系统的其它设备： （ 1） 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，用于编程、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。 小编程器 PLC 一般有手持型编程湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 16 器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 （ 2） 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）充当人机界面非常普及。 （ 3） 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。 图 21 可编程控制器的硬件简化框图 PLC 的特点 为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较， PLC 机有以下特点： 可靠性高 、 干扰能力强 工业生产对控制设备的可靠性要求： （ 1）平均故障间隔时间长。 （ 2）故障修复时间（平均修复时间）短。 任何电子设备产生的故障，通常为两种： （ 1）偶发性故障 ： 由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。 这类故障，只要不引起系统部件的损湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 17 坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。 但对 PLC 而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。 （ 2）永久性故障 ： 由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。 如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使 PLC 在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使 PLC 在恶劣条件消失 后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在 PLC 上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低 PLC 的平均修复时间。 为此，各 PLC 的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使 PLC 除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使 PLC 具有了很强的抗干扰能力。 硬件措施： 主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成， I/O 系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 —— 对电 源变压器、 CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。 —— 对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如 LC 或 π 型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。 —— 对微处理器这个核心部件所需的 +5V 电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。 —— 在微处理器与 I/O 电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离 I/O 接口与 CPU 之间电的联系，减少故障和误动作；各 I/O 口之间亦彼此隔离。 —— 这种结构有助于在故障情况下短时修复。 一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。 软件措施： 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 18 有极强的自检及保护功能。 —— 软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。 以便及时进行处理。 —— 当偶发性故障条件出现时，不破坏 PLC 内部的信息。 一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。 所以， PLC 在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的 任何操作，以防存储信息被冲掉。 WDT（看门狗） —— 如果程序每循环执行时间超过了 WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。 —— 一旦程序有错，立即报警，并停止执行。 —— 停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。 PLC 的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。 它要求能承受幅值为1000V，上升时间 1ns，。