毕业论文范文——PLC控制的霓虹灯广告屏设计.doc

1、PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 1 页摘 要随着社会主义市场经济的繁荣和不断的发展，各个大中小城市都进行着亮化工程。各个企业为了宣传自己的产品的，全部采用广告手法之一：用霓虹灯广告屏来实现自己的目的，本次论文就是来介绍如何使用 PLC 来实现这一目的的。霓虹灯的闪烁不能说用人工控制，这样的话就不能给人们呈现出美好的视觉，用电气控制的话中间使用的继电器用有机械磨损，而霓虹灯的闪烁几乎是零点几秒，这样用电气控制就不方便了，而可编程控制器（PLC）就能解决霓虹灯闪烁问题,而且他具有自己独特的优点。关键词： 霓虹灯 PLC 概述PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 2 页前

2、言随着社会主义市场经济的繁荣和不断的发展，各个大中小城市都进行着亮化工程。各个企业为了宣传自己的产品的，全部采用广告手法之一：用霓虹灯广告屏来实现自己的目的。当我们晚上走在马路上霓虹灯的广告随处可见，这些灯的亮灭 闪烁时间及流动方向都可以用可编程控制器来控制(PLC)来实现。可编程控制器英文全名 Programmable Logic Controller 简称 PLC，是一种数字运算的编程系统，专为在工业坏境应用而设计的。他采用一类可编程的存储器，用于内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时计数与算数操作等面向用户的指令，并通过模拟的输出输入控制各个类型的机械或生产过程。作为自动控制装置的核

3、心，它具有功能强，可靠性高等优点，PLC 实验装置采用的是模块化结构，主要模块有可编程控制器、编程器模块、九种实验模块、按钮、开关输入模块和继电器输出模块、四层电梯模型。该装置可以完成各种指令系统训练以及多种控制对象的程序设计训练。一、霓虹灯的概述（一）霓虹灯的发展史霓虹灯有着一个与它的形象很般配的名字。你看那五光十色、变幻莫测的灯光，不正像天上的霓虹？你也许会猜测他的名字是据此而起的。其实“霓虹灯”这一名字是从英文词汇“NEONLAMP”一词翻译过来的。 “NEON”一词是指稀有气体中的氖，因为早期的霓虹灯都是充氖气的。 “NEONLAMP”一词按其词意应译为“氖气灯” 。但“NEON”一词

4、的发音恰似汉语中的“霓虹” ，意思与形象十分贴切。于是“霓虹灯”成了一个绝妙的译名，一直被沿用下来，而没有按电光源产品命名法令为霓虹灯命名。可以说霓虹灯的问世是建立在真空及气体放电的技术发展之上的。回顾霓虹灯的发展历史追溯到中世纪时期。1643 年意大利物理学家托里切利首先完成了人类历史的第一次真空试验，继后，德国物理学家盖里克于 1650 年发明了真空的获得成为现实，为真空中的气体放电现象研究奠定了基矗 1838 年英国科学家法拉弟关注真空中放电现象的研究的真正转折点是 19 世纪后半叶兴起的，1858 年 J.普吕克发表了真空管中的荧光作用论述，英国科学家克鲁克斯和希托夫等人先后开展了真空

5、中放电现象的系统研究。这一时期，在欧洲一些早期工业革命的国家对气体放电现象的研究十分活跃，特别对气体放电的丰富色彩纷纷进行应用性研究，这就是霓虹灯能够得心出现的历史背景。霓虹灯的原始模型到 19 世纪末叶，大约是在 1893 年以后，在欧洲一些城市分别流行着被称之为 霓虹灯的原始模型 “摩尔”(Moll)霓虹灯和“盖塞拉”(Geissler)霓虹灯的原始模型的霓虹灯。在维多利亚皇后 60 寿辰的庆典上就采用了盖塞拉霓虹灯管作为节日气氛的装饰照明使用。这种原始模型霓虹灯采用石墨材料作电极，在管径为 45mm 的透明玻璃管内充入氮气和二氧化碳气。前者发粉红色光、后者发白色光，弯成螺旋或文字图案，也

6、很明亮。由于充入的气体化学性质活泼，容易和电极起化学反应，石墨电极溅射率高，很快在玻璃管壁形成一层PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 3 页薄膜，吸收了填充的气体，使管内气压下降，因此这种霓虹灯的寿命很短没有什么实用价值。为了寻求早期霓虹灯寿命极短的解决办法，英、法的物理学家和化学家对惰性气体的研究作出了杰出的贡献。1894 年伦敦大学教授拉姆齐与雷利一起证明了氩的存在，并通过分馏空气得到氩；1895 年鉴定了氦的化学性质；1898 年拉姆齐教授又与 M.特拉弗斯发现空气中存在氖，同年还用液态空气分馏法制取了氪、氡。直到1902 年法国科学家克洛德(Claude)发明用绝热膨胀法使

7、空气液化，并用此法进行氖的工业分离，从此，开创了惰性气体的工业提取法。用惰性气体代替活泼气体作为霓虹灯的填充气，不仅使霓 虹灯的寿命提到了很大的延长，同时霓虹灯的色彩也更加丰富，这是霓虹灯发展进程中的一项重大技术突破。透明玻管霓虹灯 1910 年法国科学家克洛德制成了世界上第一支商业性霓虹灯，用于巴黎的皇宫大厦作装饰照明，引起了极大的轰动并获得成功。从此克洛德一直潜心于扩大霓虹灯适用性和应用性的研究，其间由于第一次世界大战的爆发，使克洛德的研究工作进展缓慢曾一度中断，直到 1915 年克洛德才正式获得霓虹灯发明专利权。为了拓展市场，克洛德派出他的公共关系雇员林登伯格遍访欧美国家，使霓虹灯作为机

8、场跑道安全降落批指示光源在美国首获成功。林登伯格大力宣传霓虹灯的优越性，拓宽霓虹灯的用途，使霓虹灯很快就成为一种有效的商业广告媒介，并得到社会的普遍承认和欢迎，在本世纪 20 年代在世界各国得到迅速发展。霓虹灯在我国的发展历程 霓虹灯在我国的第一次出现是 1926 年在上海最繁华的商业街-南京东路上的伊文思图书公司橱窗内陈列的英文“皇家牌”打字机霓虹灯广告。1927 年由上海远东化学制造厂-我国第一家霓虹灯制造厂为上海中央大旅社制作安装的中英文对照的霓虹灯招牌。1930 年自制成功霓虹灯电源变压器；1945 年制成荧光粉；1951 年试制出氩、氖等惰性气体，从此实现了霓虹灯用全部原料、器件的国

9、产化。霓虹灯的兴旺发展总是和国家的兴旺繁荣联系在一起，同步出现的。90 年代在上海南京路已建成了一条霓虹灯十里长街；南京市和上海闸北区都在实施不夜城计划；大连市金州开发区为改善投资环境，通过举办全国霓虹灯大奖赛建成了一座五彩城。如今天津、重庆、深州等大小城市也建成了以霓虹灯为主体装饰照明的商业、旅游城。（二）霓虹灯的发光特点1. 高效率霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的惰性气体击燃，它不同于普通光源必须把钨丝烧到高温才能发光，造成大量的电能以热能的形式被消耗掉，因此，用同样多的电能，霓虹灯具有更高的亮度。 2. 温度低，使用不受气候限制霓虹灯因其冷阴极特性，工作时灯管温度在 60

10、C 以下，所以能置于露天日晒雨淋或在水中工作。同样因其工作特性，霓虹灯光谱具有很强的穿透力，在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果。PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 4 页3. 低能耗 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页在不断进步。新型电极、新型电子变压器的应用，使霓虹灯的耗电量大大降低，由过去的每米灯管耗电 56 瓦降到现在的每米灯管耗电 12 瓦。 4. 寿命长 霓虹灯在连续工作不断电的情况下，寿命达一万小时以上，这一优势是其他任何电光源都难以达到的。5. 制作灵活，色彩多样 霓虹灯是由玻璃管制成，经过烧制，玻璃管能弯曲成任意形状，具有极大的灵活性，通

11、过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体，霓虹灯能得到五彩缤纷、多种颜色的光。 6. 动感强，效果佳，经济实用 霓虹灯画面由常亮的灯管及动态发光的扫描管组成，可设置为跳动式扫描，渐变式扫描、混色变色七种颜色扫描。扫描管由装有微电脑芯片编程的扫描机控制，扫描管按编好的程序亮或灭，组成一副副流动的画面，似天上彩虹、象人间银河、更酷似一个梦幻世界，引人入胜，使人难以忘怀。因此、霓虹灯是一种投入较少、效果强烈、经济实用的广告形式。（三）霓虹灯的主要部件1、霓虹灯管：（1）以规格分：有 6、7、8、9、10、12、15、18、20m/m 等粗细。（2）以玻璃材质分： 钠玻璃管（或称石灰料玻璃管）这种玻璃

12、管稳定性差，受潮后极易变质、泛碱（风化） ，牢度差易爆裂。目前在我国使用此种材料的约占 80%左右。 铅玻璃管（又称红丹料玻璃管）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，目前国际上通用大都是这种铅玻璃管，我国目前使用量已达 20-30%左右，凡是追求质量好的制作厂家，用户都选用铅管制作霓虹灯。铅玻璃又以含铅量多少分为：重铅玻璃、中铅玻璃和轻铅玻璃。 彩色玻璃管，这种玻璃管，在拉制玻璃管时已充入染料，生产出的玻璃管已呈彩色玻璃管。 （3）以霓虹灯管内涂荧光粉材料分：目前使用的多数霓虹灯管喷涂的是“普通荧光粉” ，这种粉价格比较便宜

13、，一般也能满足各种色彩的要求。“三基色”荧光粉， （也称稀土荧光粉）与普通荧光粉比较，其亮度、色度、鲜度更佳。 （4）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PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 5 页粉管。目前先进国家大都有采用三基色胶涂含铅玻璃管制作霓虹灯，我国目前已有部分厂商使用这种霓虹灯管。2、霓虹灯变压器（1）霓虹灯漏磁变压器， （又称电感变压器、铁芯变压器）其特点是：可靠性好，负载灯管亮度高，光色一致，寿命长，缺点是比较笨重，目前国外及上海的户外霓虹

14、灯大多数采用这种变压器。 电感变压器的规格有：3KV、6KV、9KV、12KV、15KV、18KV。 （2）电子变压器（也称高频冷启动管形放电灯（霓虹灯）电子转换器或霓虹灯电源）其优点是：重量轻、制造方便、节约金属材料，目前国内生产电子变压器质量稳定，有一定规模，其中有的企业还批量出口。但有不少单位生产的电子变压器亮度达不到应有亮度，在室外使用就有点相形见拙。电子变压器又分直流和交流二种，直流电子变压器由于单向导通往往会产生灯管一头亮一头暗的情况。又因电子变压器输出频率会受到负载灯管长度的影响，在同幅霓虹灯中，由于每笔灯管长短不一也会产生灯色不匀等现象。有些生产厂家为了降低成本，不愿采用高质量

15、高品质的电器元件，而且加工工艺简陋，故可靠性差，寿命短。 电子变压器的规格有：40W、60W、80W、100W 等规格，也有称 4 米机、6 米机、8 米机、10 米机、12 米机等。 要真正生产符合霓虹灯使用要求的电子变压器也是可以做到的，但其价格就会接近电感变压器的价格，为了低价竞销，获取市场份额，一些厂商牺牲霓虹灯的亮度、可靠性、寿命来获得市场利润。 3、霓虹灯高压线分： （1）普通高压线，即塑料高压线，这种高压线价格便宜，但塑料容易老化，室外使用不久塑料就要老化引起拉火等，安全性较差。（2）硅橡胶绝缘高压线，是目前较理想的霓虹灯连接线，安全性强，可靠性好。以上介绍的是组成霓虹灯的主要另

16、部件，从上可以知道，霓虹灯与其他商品一样，品种、规格、质量优劣区别很大。用户在选择霓虹灯制作单位时，也要了解他们的制作实力，加工工艺和售后服务是否到位，凡是较大的霓虹灯工程，都应要制作单位详细报价，进行核实，如有条件，应按行业标准进行验收，不要只看总价便宜，更要看他们提供给用户的是什么样的质量和服务。二、 霓虹灯的工作原理及制作工艺(一) 霓虹灯的工作原理当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。当这一高压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，能激发产生大量的电子。这些激发出来的电子，在高电压电场中被加速，PLC 控制的霓虹灯广告屏设

17、计共 25 页 第 6 页并与灯管内的气体原子发生碰撞。当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。带电粒子与气体原子之间的碰撞，多余的能量就以光子的形式发射出来，这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。(二)霓虹灯的制作工艺霓虹灯在制作工艺上，不论是明管、粉管还是彩管，其制作工艺基本相同，它们都需经过玻管成型、封接电极、轰击去气、充惰性气体、封排气孔老炼等工艺。玻管成型即制作人员沿着图案或文字的轮廓经过专用火头，将直玻璃管烧、烤、弯成图案或文字的过程，制作人员水平的高低可凭肉眼看的出来，水平低的人员制成的灯管易出现转弯处凹凸不平、太

18、厚或太薄、内侧皱折、偏歪不成平面等。封接电极即将弯成型的灯管经过火头接上电极和排气孔的过程，接口不得太薄或太厚，接口处须完全烧融，否则易出现慢漏气。轰击去气制作霓虹灯的关键。是通过高压电轰击电极，加热电极焚烧灯管电极内肉眼看不见的水蒸气、尘土、油质等物质，排掉这些有害物质，将玻管抽成真空的过程。轰击去气的温度达不到，上述有害物质会除不彻底，直接影响灯管的质量。轰击去气的温度过高会引起电极过度氧化，使其表面产生氧化层，引起灯管质量下降。轰击去气彻底的玻管充入适当惰性气体，经过老练，即完成霓虹灯制作过程。三、 PLC 的概述(一)PLC 的定义可编程序控制器（Programmabie Logic

19、Controller,缩写 PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC 从 1969 年问世以来，虽然至今还不到 40 年，但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM 技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有 30 多年的历史，现在它已经广泛应用于国

20、民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。(二)PLC 的发展过程在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968 年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 7 页断变化的需要，实现小批量、多品

21、种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969 年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通

22、常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20 世纪 70 年代中期微处理器技术应用到 PLC 中，使 PLC 不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20 世纪 80 年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16 位和 32 位微处理器应用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速发展。PLC 不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使 PLC 真正成为具有逻辑控制、过程控制、运

23、动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。PLC 的发展过程大致可以分为如下几个阶段：19701980 年：PLC 的结构定型阶段。在这一阶段，由于 PLC 刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1 位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有 PLC 结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC 的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC 的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。19801990 年：PLC 的普及阶段。在这一阶段，PLC 的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC 被迅速普及。各

24、 PLC 生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定 I/O 点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC 的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有 F.F1.F2 小型 PLC 系列产品,K/A 系列中、大型 PLC 产品等。19902000 年：PLC 的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC 的功能日益增强，PLC 的 CPU 运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC 的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC 的体积大幅度缩小，出现了各类微型

25、化 PLC。三菱公司本阶段的主要产品有 FX 小型 PLC 系列产品，AIS/A2US/Q2A 系列中，大型 PLC 系列产品等。2000 年至今：PLC 的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC 的各种功能不断进步。一方面，PLC 在继续提高 CPU 运PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 8 页算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC 的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC 的网络与通信功能得到迅速发展，PLC 不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自

26、动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有 FX 小型 PLC系列产品（包括最新的 FX3u 系列产品），Qn,QnPH 系列中，大型 PLC 系列产品等。（三）PLC 的构成从结构上分，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。(四) PLC 的特点1 可靠性高，抗干扰能力强2 配套齐全，功能完善，适用性强3 易学易用，深受工程技术人员欢4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容

27、易改造5 体积小，重量轻，能耗低(五)PLC 的分类及硬件系统的组成1 按结构形式分类根据 PLC 的结构形式，可将 PLC 分为整体式和模块式两类。PLC 控制的霓虹灯广告屏设计共 25 页 第 9 页（1）整体式 PLC 整体式 PLC 是将电源、CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型 PLC 一般采用这种整体式结构。整体式 PLC 由不同 I/O 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、I/O 接口、与 I/O 扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内只有 I/O 和电源等，

28、没有 CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式 PLC 模块式 PLC 是将 PLC 各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块（有的含在 CPU 模块中）以及各种功能模块。模块式 PLC 由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模块式结构。还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PL

29、C。叠装式 PLC 其 CPU、电源、I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2 按功能分类根据 PLC 所具有的功能不同，可将 PLC 分为低档、中档、高档三类。（1）低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信

30、联网等功能。有些还可增设中断控制、PID 控制等功能，适用于复杂控制系统。（3）高档 PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档 PLC 机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3 按 I/O 点数分类根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。(1).小型 PLCI/O 点数 2048 点；多 CPU，16 位、32 位处理器，用户存储器容量 816K如：S7-400 德国西门子公司GE- GE 公司C-2000 立石公司K3 三菱公司等四、 用 PLC 控制霓虹灯及边框饰灯的实例本控制系统只要是用于控制霓虹灯和边框流水灯的按顺序的闪烁。它能让你在不用人控制的情况下，进行灯的自动闪烁，达到宣传的目的。如图 1，四个字能按顺序地进行亮灭，并且边框的灯能同时地隔位闪烁。图 2 霓虹灯广告屏及边框流水灯用 PLC 对霓虹灯广告屏实现控制,其具体要求如下:(1)该广告屏中间 4 个霓虹灯字亮灭的时序为第 1 字亮到第 2 字亮到第 3 字亮到