大型霓虹灯的PLC控制系统设计石永丰[摘要]可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是现代新型工业控制的标志产品。

它已取代了继电器而成为解决自动控制问题的最有效、最便捷、最理想的工具。

在工业、农业、商业及各行各业得到广泛应用。

本文以日本松下电工FP1系列为例系统地介绍了可编程控制器(PLC)的结构组成、工作原理、指令系统及大型霓虹灯的PLC控制系统设计等。

通过这一应用实例使读者对整个设计有一个较深入的了解。

本文从应用的角度出发，力求通俗易懂，使PLC控制技术更容易掌握。

[关键词]PLC 大型霓虹灯指令系统The design of the large neon control systemShiyongfengAbstract:Programmable Logic Controller is shorted PLC. It is a remark, which is a product of new model industry control. It has become a tool of solving the problem of automatic control more efficient 、more convenient and more ideal in stead of the relay. It has been used into the industry、the agrarian、the commercial area and other varied areas. The article introduces the construction,order system of the Panasonic FP1 programmable controllers and The design of thelarge neon control system and. Though the appliedexample ,making the readers has a deep recognition about the design of the whole system. Starting from the angle of application, the article tries to state so carefully thatmake the PLC control technology simple to be understood.Keywords: PLC large neon command system一、引言在繁华的大街上，到处可见各色的霓虹灯广告牌，它以图形、字体的闪烁变化吸引人的注意，达到宣传的目的。

霓虹灯是漂亮的，为了设计出变化更丰富，控制更容易的霓虹灯,我尝试并设计制作了可编程序控制器（PLC）对大型霓虹灯的控制。

本文就是针对这一设计制作进行了详细的讲解。

之所以采用PLC控制的原因如下所述：可编程控制器是在工业环境下应用及满足用户需要而设计，它具有以下的特点：（1）可靠性高。

平均无故障工作时间场合故障平均修复时间短。

可在恶劣的环境下工作。

简单、操作方便而使失误少。

（2）柔性好。

是指在使用过程中的适应性和灵活性。

只需通过程序的编制和更改即可适应生产的要求。

模块是结构具有扩展的灵活性。

（3）功能强大。

可编程控制器不但具有开关量控制、模拟量控制、数据通信、中断控制等完善的功能。

（4）使用方便。

编程方便，极易被技术人员接受和掌握; 操作方便。

（5）体积小、功耗低。

可编程控制器以其丰富的功能和显著的特点得到了广泛的应用，本文现仅以大型霓虹灯的控制系统为例，介绍PLC的控制系统设计。

二、大型霓虹灯的PLC控制系统设计概况(一)、毕业设计的基本要求及主要内容1、温度适应范围-20℃－50℃2、完成PLC的外部显示电路的设计及制作3、完成显示电路电源的选择4、完成PLC的软件程序设计(二)、控制系统的组成如图2－2－1、图2－2－2所示：(三)、PLC 的一般结构和基本工作原理 1、PLC 的一般结构 (1)、中央处理器（CPU ） CPU 是可编程控制器系统的控制中枢，主要功能是接收所输入的用户程序并将其存入用户程序存储器，检测系统的工作状态，执行指令规定的任务。

CPU 工作的主要过程是，首先以扫描方式接收现场各装置的状态，作为输入信号分别存入输入映像区；然后从用户程序存储器中逐条读取和执行指令，并将运算结果分别送至输出映像区或中间数据寄存器；最后将输出寄存器内的数据作为控制信号输出到相应的被控装置。

(2)、存储器 编程控制器的存储器用于存放系统程序、用户程序和运行的数据。

根据结构和功能可将其分为只读存储器(ROM)和读写(随机)存储器(RAM)两类；根据内容和用途可将其分为系统存储器、用户存储器和数据存储器三类。

霓虹灯的外部显示电路 霓虹灯的 驱动电源 图2－2－1 霓虹灯控制系地址总线 控制总线 输入存储器 C P U 数据输出开关 执行机构图2－2－2 PLC 可编程序(3)、基本I／O模块基本I／O模块是可编程控制器及现场工业设备的连接部件，输入模块将现场各种参数如行程开关量、传感器测试量等转换成数字信号送入PLC：输出模块将CPU运算结果转换成控制信号，以驱动现场执行机构如电磁阀、电机等。

由于基本I／O模块及工业现场各种信号直接相连，要求它有信号匹配和抗干扰能力。

所以在基本I／O模块中通常配有模数(A／D)转换、数模(D／A)转换、电子转换、光电隔离、阻容滤波和功率放大等电路。

根据现场输入输出信号的形式要求，PLC产品配置了各种类型的基本I／O模块，如开关量／模拟量I／O模块、模拟量的电压／电流I／O模块等。

(4)、外部设备接口外部设备接口是可编程控制器主机及外部通用设备如计算机、其它PLC、打印机、编程器的连接通道，一般为RS232C、RS422／485串行通信接口或并行接口。

(5)、电源部件电源部件将外部交流电压转换成可编程控制器主机内部正常工作所需的电源。

它由滤波、稳压、掉电保护、逆变器等电路组成，具有输入电压范围宽、抗干扰性强、体积小、效率高的特点。

PLC的电源一般采用开关式电源，可提供的电源大致有：AC(交流)100V、200V，DC(直流)100V、48V、24V等。

(6)、输入输出扩展接口输入输出扩展接口是可编程控制器主机为插接特殊功能I／O 单元而设置的部件。

通常有并行接口和串行接口等形式。

2、PLC的基本工作原理PLC是以微处理器为核心的数字式电子自动控制装置，是—种专用微机。

和计算机一样，PLC也具有相应的操作系统，也是由硬件和软件两大部分组成的。

PLC的软件部分分为系统软件和应用软件类。

PLC的基本工作方式是在系统软件的控制下，采用周期工作方式，也即扫描工作方式。

PLC是一种实时工业控制计算机系统，它的操作系统是一个小型Array的实时系统软件，具有自身的结构和特点，PLC在每次扫描期间，除了读入各输入点的状态，用户逻辑输出控制信号以外，还进行故障自诊断和处理及编程器、计算机等的通讯请求。

整个扫描过程如图2－3－1所示。

(1)、自诊断在自动控制系统中，大多数生产过程可分为一系列不断重复的顺序执行的操作。

如果发生故障必然会影响整个系统的正常运行。

为了防患于未然及有故障时尽快修复，都必须先执行故障自诊断程序。

一般包括输入／输出部分，存储器、CPU等部分的故障诊断，有的还包括对通讯区域，外部设备检查等。

PLC在执行自诊断程序时，一旦发现有异常，即启动关机程序并保留现行工作状态，把所有输出点置成“OFF”状态后停机，并发出报警信号和显示出错信息；如果自诊断正常继续往下扫描。

(2)、及编程器、计算机通讯PLC执行自诊断程序结束后，如果没有发现故障，PLC 立即检查是否有编程器、计算机等的通讯请求。

如有故障则进行相应的处理，比如接收由编程器送来的程序、命令和各种数据，并把要显示的状态，数据、信息(包括出错信息)送给编程器进行显示、并在这段时间完成数据的接收和发送任务。

(3)、读入PLC在完成及编程器、计算机通讯后，即开始扫描各读入各点的状态和数据。

如按键、开关各点的通，断状态，A ／D转换值，BCD码数据等，并把这些数据按预先排好的顺序和地址写入至存储器的输入状态表中，供解释用户程序时使用。

(4)、执行PLC执行用户程序—般是从存储器的最低地址所存放的第一条程序指令开始。

在没有中断或跳转指令控制的情况下，按存储器地址递增的方向依次扫描用户程序。

按照输入状态表中的数据和程序要求解算出相应的结果，并按照该结果更新输出缓冲区的内容，直到执行用户程序结束为止。

在这种方式下，每扫描一次，所有用户程序都被执行一次。

对于某些中，高档PLC，为了增加对某些点响应的实时性，有的还有中断响应功能。

(5)、输出PLC执行用户程序完毕。

CPU即发出信号把输出缓冲区的内容按规定的次序，通过输出模块把内部逻辑信号变换成及执行机构相适应的电信号输出，驱动生产现场的执行机构，完成控制任务。

以上五步操作过程称为PLC的一个扫描周期，PLC结束一个扫描周期后，又从自诊断开始进行下—次扫描。

直到接收到停止操作指令、停电、出错等才停止工作。

三、霓虹灯的外部显示电路设计在现实生活中的霓虹灯的外形尺寸都是相当大的，至少是以米为单位来衡量的，所用的器材也是相当优质和昂贵的，他们所用的发光灯管都是真空的，色彩也是丰富多样的……，由于我们仅仅是做一个毕业设计，受资金、场地、工具等的影响，不可能做一个和现实一样大小的霓虹灯，也不可能用真空管来做那么小尺寸的中文字，所以我在做这个毕业设计时，在力求内容丰富的前提下尽量地把外部显示电路的尺寸做小，并且为了节约经费，用普通发光二极管代替了真空管，虽然这样处理后和现实中的有点出入，但他们的原理是一样的，控制的方法和编制的程序也是一样的。

我设计的外部显示面板如图3－1所示，整个完整的硬件为一长方体，尺寸为380mm ×210mm ×60mm,面板上的字、茶壶和茶杯的图案以及冒出的热气等均用不同颜色的发光二极管组合而成，共用发光二极管455个，其中每个字、每个图案都是用若干个发光二极管并联而成，组成了一个小的单独体。

如图3－2所示。

面板上共由七部分组成，分别是“茶”“吧”二个字，茶壶和茶杯二个图案，杯中冒出的热气、杯中的茶叶以及最重要的背景滚动条。

发光二极管的启动电压是1.7V －－2.1V ，而流过的电流应该控制在5mA —10mA之间，而我采用的电源电压是直流12V 或直流N 限流、分压电＋由若干个发光二极管并联而组成各种相对独立的图案和文Y0......YF Y20......Y23 Y10......Y1D 1......16 33...36 17 (30)15V，因为这两种电压在实验室里最常用，而这么高的电压远大于二极管所能承受的启动电压，所以不能把二极管直接接到电源上，必需加一个限流电阻，如图3－2、图3－3所示。