基于plc控制的霓虹灯广告屏控制系统毕业论文

基于plc控制的霓虹灯广告屏控制系统毕业论文内容摘要：

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。 PLC 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。 FX 系列 PLC: （ 1） FX 系列 PLC 性能介绍 尽管 FX 系列中 FXOS、 FX1S、 FX1N、 FX2N 等在外形尺寸上相差不多，但在性能上有较大的差别，其中 FX2N 和 FX2NC 子系列，在 FX 系列 PLC 中功能最强、性能 最好。 FX系列 PLC 主要产品的性能如表 12 所示。 表 12 FX 系列 PLC 主要产品的性能比较 型号 I/0点数 基本指令执行 时间 功能指令 模拟模块量 通信 FX0S 10～30 ～ s 50 无 无 FX0N 24～128 ～ s 55 有 较强 FX1N 14～128 ～ s 177 有 较强 FX2N 16～256 s 298 有 强 基于 PLC 控制的霓虹灯广告屏控制系统 8 （ 2） FX 系列 PLC 的环境指标 FX 系列 PLC 的环境指标要求如表 13 所示。 表 13 FX 系列 PLC 的 环境指标 环境温度 使用温度 0～ 550C，储存温度 20～ 700C 环境湿度 使用时 35%～ 85%RH（无凝露） 防震性能 JISC0911 标准， 10～ 55HZ， ㎜ (最大 2G),3 轴方向各 2 次 (但用 DIN 导轨安装时为 ) 抗冲击性能 JISC0912 标准 ,10G,3 轴方向各 3 次 抗噪声能力 用噪声模拟器产生电压为 1000 伏 (峰－峰值 )、脉宽 1ц s、 30～ 100Hz 的噪声 绝缘耐压 AC1500V,1min(接地端与其他端子间 ) 绝缘电阻 5MΏ 以上（ DC500V 兆欧表测量，接地端与其 他端子间） 接地电阻 第三种接地，如接地有困难，可以不接 使用环境 无腐蚀性气体，无尘埃。 （ 3） FX 系列 PLC 的输入技术指标 FX 系列 PLC 对输入信号的技术要求如表 14 所示。 表 14 FX 系列 PLC 的输入技术指标 输入端项目 X0～ X3（ FX0S） X4～ X17（ FX0S） X0～ X7（ FX0N、 1S、1N、 2N） X10~ （ FX0N、 1S、 1N、 2N） X0～ X3（ FX0S） X4～ X17（ FX0S） 输入电压 DC24V177。 10% DC12V177。 10% 输入电流 7mA 5mA 9mA 10mA 输入阻抗 kΩ kΩ 1 kΩ kΩ 输入 ON 电流 以上 以上 以上 以上 以上 输入 OFF 电流 以下 以下 以下 以下 以下 输入响应时间 约 10ms, 其中： FX0S、 FX1N 的 X0~X17和 FX0N的 X0~X7为 0~15ms 可变，FX2N 的 X0~X17 为 0~60ms 可变 输入信号形式 无电压触点，或 NPN 集电极开路晶体管 电路隔离 光电耦合器隔离 输入状态显示 输入 ON 时 LED 灯亮 毕业论文 9 （ 4） FX 系列 PLC 的输出技术指标 FX 系列 PLC 对输出信号的技术要求如表 15 所示。 表 15 FX 系列 PLC 的输出技术指标 项目 继电器输入 晶闸管输出 晶体管输出 外部电源 AC250V 或 DC30V 以下 AC85～ 240V DC5V～ 30V 最大电阻负载 2A/1 点、 8A/4 点、8A/8 点 、 （ 1A/1点 2A/4 点） 、 （ 、 ）（ 1A/1 点、 2A/4 点）（ 、 ） 最大感性负载 80VA 15VA/AC100V、30VA/AC200 V 12W/DC24V 最大灯负载 100W 30W 开路漏电流 ─ 1mA/AC100V 2mA/AC200v 以下 开路漏电流 ─ 1mA/AC100V 2mA/AC200v 以下 开路漏电流 ─ 1mA/AC100V 2mA/AC200v 以下 响应时间 约 10ms ON： 1ms， OFF： 10ms ON： 、 OFF： 大电流 OFF 为 以下 电路隔离 继电器隔离 光电晶闸管隔离 光电耦合器隔离 输出动作显示 输出 ON 时 LED 亮 通过以上资料分析，我选择了 FX2N48MR001，虽说 FX1N 也可以完成此项设计，但FX2N 是 FX 系列最先进的产品，在这我没有考虑到成本问题，主要考虑到就业以后从事设计的需要， FX 系列是日本三菱的产品，在这我简单介绍一下 PLC 的三大主流，即美国、欧洲、和日本，欧美在大型机方面见长，而日本在小型机方面比较占优势。 日本的小型PLC 最具特色，在小型机领域中颇具盛名，某些用 欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决。 在开发较复杂的控制系统方面明显优于欧美的小型机，所以格外受用户欢迎。 日本有许多 PLC 制造商，如三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型 PLC 市场上，日本产品约占有 70％的份额。 三菱公司的 PLC 是较早进入中国市场的产品。 其小型机 F1/F2 系列是 F 系列的升级产品，早期在我国的销量也不小。 F1/F2 系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比 F 系列有了更强的控制能力。 继 F1/F2 系列之后， 20 世纪 80 年代末三菱 基于 PLC 控制的霓虹灯广告屏控制系统 10 公司又推出 FX 系列，在容 量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强。 FX2 系列是在 90 年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。 FX2N 几年推出的高功能整体式小型机，它是 FX2 的换代产品，各种功能都有了全面的提升。 近年来还不断推出满足不同要求的微型 PLC，如 FXOS、 FX1S、 FX0N、 FX1N 及α 系列等产品。 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原 F、 F F2 系列 PLC 产品。 其中 FX2 是 1991 年推出的产品， FX0 是在 FX2 之后推出的超小型 PLC，近几 年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的 FX0S、 FX1S、FX0N、 FX1N、 FX2N、 FX2NC 等系列 PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。 它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。 霓虹灯变压器的设计 霓虹灯采用正常辉光放电形式工作，具有辉光放电的基本特征，正离子轰击阴极使阴极发射二次电子来维持放电，阴极电流主要由正离子所贡献。 由于是正常辉光放电，所以在一定的电流范围内， 阴极的电流密度不变，阴极位降不变。 阴极位降大约为 100一 20伏，为正离子加速提供能量。 工作电流 依赖于灯管直径、电极种类、气体种类及充气压强，一般在 1560mA，太小使霓虹灯发光暗淡，太人又会进入异常辉光放电，加重阴极溅射而缩短灯的寿命。 相对于霓虹灯管管径，霓虹灯的灯管一般总是比较长，可以使正柱区足够长，使正柱区得到比电极损耗更大的电压降，从而提高光效。 一般使用漏磁变压器的霓虹灯管启动电压达 15000V，工作电压也有 7500V，均相当的高。 为提高变压器的使用效率，实际工作时，总是把几支霓虹灯串接起来，共用一台变压器，常见的铁芯变压器可以带动多达十米的霓虹幻灯管，以求合理匹配。 霓虹灯的开关次数不影响使 用寿命，适合制作广告背景扫描。 一般的商品用霓虹灯多采用冷阴极辉光放电形式 1作。 典型的冷阴极霓虹灯的结构如图 21所示。 主要由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。 图 21 霓虹灯的结构 （ 1）玻璃灯管 玻璃灯管根据要求弯制加工成直线状或异形曲线状的文字或图案。 玻璃管主要用来毕业论文 11 填充工作气体，限制放电区域，保持真空和透射光线。 玻璃灯管以直径规格分为：Ф Ф Ф Ф Ф Ф 1Ф 1Ф Ф 20mm等；以玻璃材质分：钠玻璃管 (俗称石灰料玻璃 管 )及铅玻璃管 又称红丹料玻璃管 )。 钠玻璃管稳定性差，受潮后极易变质、泛碱 (风化 )，牢度差易爆裂。 目前国内大部分采用的是石灰料即钠钙玻璃，与国外采用的红丹料玻璃即铅错玻璃质量相差较大，存在问题为：采用的钠钙玻璃内氧化锰杂质含量过大；钠钙玻璃的化学稳定性差，玻璃表面长期使用后的透明度降低，使灯的光衰加剧：玻璃中的纳原子向玻管的内表扩散，溶入荧光粉晶体中，使荧光粉劣化；如果在弯制过程中加温过甚，玻璃中的纳原子析出与汞化合形成黑色的吸光纳汞齐膜，使荧光粉的光效率大为下降。 铅玻璃管其热性能、机械性能、电性能、化学稳 定性能、真空性能和光学性能优于钠玻璃，其耐候性、使用寿命大大超过钠玻璃。 玻璃管可以是透明的 (俗称明管 )，也可以是涂有荧光粉的 (俗称粉管 )，依据所需获得光色而定。 明管所充的工作气体通常为惰性气体，不同的惰性气体有其不一样的发光光谱特性。 以氖气最为常见，发红色光，此时氖气不仅参与放电，而且也参与发光。 粉管内涂各种规格荧光粉，内充氢气及少量金属汞，汞蒸激发辐射 2537埃紫外线，被荧光粉吸收而产生荧光，氛气作用提高光效和降低着火电压。 霓虹灯管内涂荧光粉材料分为：普通荧光粉和三基色荧光粉。 目前使用的大多数粉管是普 通荧光粉，这种粉价格比较便宜，一般也能满足各种色彩的要求。 而三基色荧光粉，与普通荧光粉比较，其亮度、色度、鲜度更佳。 喷涂荧光粉的工艺又分水涂和胶涂二种。 水涂即用醇、酮溶济混合荧光粉喷涂在灯管内壁，让其自然干燥。 胶涂即用胶液混合荧光粉喷涂，再用烘箱烘干，其粘度、牢度大大优于水涂粉管。 在玻璃管两端各置一个金属电极，作为发射电子和收集电荷之用。 常用电解铜或镀镍铁制成圆锥形，有足够的发射面积，保证散热和降低阴极电位。 电极要能经受质量相当大的正离子轰击而不致升温过高，不熔化和减少阴极溅射。 金属电极外有云母片，其作用 一是支撑电极，二是隔热，防止在真空除气过程中，电极升温过高导致外玻璃管炸裂。 电极作为霓虹灯管的核心部件，其质量与性能的优劣将直接影响灯管的寿命。 质量好的灯管除了对真空度有较高的技术要求外，更重要的是必须有一对发射性能良好的电极，即电极壳的表层通过轰击加热的过程中，能形成一层非常有利于电子发射激活层。 若在轰击中，完全丧失了这一激活层，那么真空度再高，其寿命也不会超过 1000小时的。 实验也证明了灯管寿命不是跟真空度成正比关系。 实际上，灯管的寿命与电极的性能和结构有着紧密的联系着的。 所有的气体放电灯，除应保持必要 的真空度外，更重要的是其电极的发射性能及电极的使用寿命。 霓虹灯的电极发射电子是由正子轰击阴极表面而产生二次电子发射的。 它取决于阴极的材质及阴极的表面状态。 实验证明，当阴极表面被其它单层低逸出功金属原子覆盖时，其二次电子发射系数变大，逸出功降低，发射性能好，溅射少。 霓虹灯电极材料大都使用铜、铁、镀镍铁等金属制作的，这些金属的逸出功较高，电子发射性能相对较差。 如果灯管使用这些纯金属发射电子势必造成其阴极压降大，阴极溅射得快，从而使灯管很快因溅射失效，特别是铜电极溅射得更快。 实验证明，纯金属容易溅散，但在金属表面 氧化一层有益的氧化膜或涂一层其它逸出功较低 基于 PLC 控制的霓虹灯广告屏控制。