基于PLC的霓虹灯控制系统设计.doc

1、 继续教育学院毕业设计（论文）题目： 基 于 PLC 的 霓 虹 灯 控 制 系 统 设 计院、系(站)： 机电工程系 学科专业： 机电一体化 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 09 月基 于 PLC 的 霓 虹 灯 控 制 系 统 设 计摘 要随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为展现自己的形象和产品,一般都会采用通过霓虹灯广告屏来这种广告手法，所以当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告随处可见。这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等诸多控制问题，如何去快捷、可靠、简单的去控制，成为人们考虑的重点，在这

2、我认为 PLC 最适合去解决这些问题，因为 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。并且 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的方面具有比较突出的优势，在现实中人们也是多通过 PLC 去控制霓虹灯的。关键词：西门子 S7-200；霓虹灯；发展潜力目 录目 录 .0第一章 、绪论 .11.1 选题意义 .11.2 霓虹灯的起源 .11.3 霓虹灯的现状与发展 .3第二章、霓虹灯变压器的设计 .42.1 霓虹灯的工作原理 .42.2 霓虹灯的结构与部件 .42.3 高可靠性霓虹灯的设计 .7第三章、可编程序控制器简介（PLC） .113.1 PLC 简

3、介 .113.2 PLC 的结构 .113.3 PLC 的工作原理 .123.4 PLC 的应用特点 .15第四章、霓虹灯控制系统设计 .174.1 需求分析 .174.2 PLC 接线图 .184.3 I/O 分配表及 PLC 型号选择 .194.4 控制流程的设计 .204.5 梯形图的设计 .21第五章、系统测试 .255.1 调试仿真 .255.2 程序运行原理说明 .26总 结 .28致 谢 .29参考文献 .30西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 1第一章 、绪论1.1 选题意义随着改革的不断深入,社会主义市场经济的不断繁荣和发展,大中小城市都在进行亮化工程。企业为展现自己的

4、形象和产品,一般都会采用通过霓虹灯广告屏来这种广告手法，所以当我们夜晚走在大街上,马路两旁各色各样的霓虹灯广告随处可见,一种是采用霓虹灯管做成的各种形状和多种彩色的灯管,另一种为日光等管或白炽灯管作为光源,另配大型广告语或宣传画来达到宣传的效果，大部分是采用霓虹灯。这就涉及到如何去控制霓虹灯的亮灭、闪烁时间及流动方向等诸多控制问题，如何去快捷、可靠、简单的去控制，成为人们考虑的重点，在这我认为 PLC 最适合去解决这些问题，因为 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。并且 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的方面具有比较突出的优势，在现实中人们

5、也是多通过 PLC 去控制霓虹灯的。以上就是我选择此题目作为毕业设计的重要意义。1.2 霓虹灯的起源霓虹灯是由英文“氖灯” ，即“NEON SIGN”得来的， “霓虹”两字实际上是“NEON”的译音，而现在人们已经把“霓虹灯”当作专用词运用了。霓虹灯始源于法国。当时所用的灯体玻管的直径为45毫米，先将玻璃管弯制成所需的文字或图案，然后再用1只电压为1 万多伏的变压器供电，使之发光。当时，灯管两端电极采用石墨制成，内部充入氮气或二氧化碳气体，前者会发红光，后者发白光。由于这两种气体较活泼，很容易和石墨电极起化学反应，阴极溅散出的石墨很快在玻璃管内壁形成黑色薄膜层，并大量吸收充入灯管内的气体，使灯

6、管的充气压力很快下降，致使霓虹灯的寿命很短。当时为了解决这个问题，特在霓虹灯管上加1个特殊的电磁阀门，并在霓虹灯使用一段时间以后再往灯内重新补充一定量的气体，但这样做并未能在根本上克服上述缺陷。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 2因此，这种灯不西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 3仅寿命短、制作工艺复杂，而且造价昂贵，很难普及。在1907年至1910年期间，科学家克洛德和林德发明了液态空气分馏。利用这一发明，在霓虹灯内充入一定的惰性气体，这样就明显减缓了气体在灯管内部的消耗速度，颜色也丰富了，可产生红、绿、蓝、黄等颜色。第二次世界大战前夕，光致发光的材料被研制出来了。这种材料不仅

7、能发出各种颜色的光，而且发光效率也高，我们称之为荧光粉。荧光粉被应用在霓虹灯制作中后，霓虹灯的亮度不仅有了明显提高，而且灯管的颜色也更加鲜艳夺目，变化多端，同时也简化了制灯的工艺。故在第二世界大战结束后，霓虹灯得到了迅猛的发展。1.3 霓虹灯的现状与发展目前，霓虹灯市场上鱼龙混杂，有营业执照承接工程的单位只占市场的 30%，这类单位有独自的设计、制作、安装能力，信誉好、产品质量过关，后期维护到位，是用户的首选单位。第二类，没有营业执照挂靠其它单位，这类“单位”专业性不强，产品质量无保证，后期维护不到位。第三类，皮包公司，无任何证件、信誉和能力，打一枪换一地，产品质量和后期维护根本谈不上。霓虹灯

8、是一个专业性比较强的行业，正规单位的产品质量好，寿命长。可正是第二类和第三类公司扰乱霓虹灯市场，给用户的感觉霓虹灯容易坏。其实霓虹灯的寿命比日光灯还长，为了您的利益，请选择有执照，有能力，有信誉的单位。以前霓虹灯制造企业几乎全部用普通玻璃管、普通电极，随着人们对产品要求的提高，高铅玻璃管、陶瓷环电极、三基色粉管，渐变彩虹霓虹灯正越来越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

9、为现代城市商业繁荣的标志之一。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 4第二章、霓虹灯变压器的设计2.1 霓虹灯的工作原理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。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。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，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

10、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。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。2.2 霓虹灯的结构与部件一般的商品用霓虹灯多采用冷阴极辉光放电形式工作。典型的冷阴极霓虹灯结构如图2-2所示。由玻璃灯管、霓虹灯变压器、霓虹灯专用高压线等部分组成。西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 275图2-2 霓虹灯的结构西安工业大学继续教育学院毕业（设计）论文 6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。玻璃管主要用来填充工作气体，限制放电区域，保持真空和透射光

11、线。玻璃灯管以直径规格分为:6 、7、8、9、10、12 、15 、18 、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

12、。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，氛气作用提高光效降低着火电压。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

13、。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，因为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。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