基于PLC的霓虹灯控制系统的设计(3)

现在PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能，还能完成A/D转换、D/A转换、模拟量处理、高速计数、联网通信等功能，可以通过上位计算机进行显示、报警、记录，使控制水平大为提高。所以，PLC具有很强的适应性，能够很好地满足各种类型控制的需要，是目前工厂中应用最广的自动化设备。 （5）体积小、维护操作方便

PLC的体积相对来说较小，质量也比较轻，非常便于安装和调试。PLC的输入/输出系统能够很直接地反映现场信号的变化情况，还能通过不同方式直观地反映控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、、I/O点状态、异常状态和电源状态等，对此均有明确的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监控和维修。

2.1.1 毕业设计的基本要求与主要内容

本课题以霓虹灯控制系统为研究对象，采用PLC做为霓虹灯控制系统的控制器，对霓虹灯控制系统总体结构和功能、系统硬件组成、监测和控制软件进行分析，提出霓虹灯控制系统的各组成模块及详细的硬件模块设计方案，并对控制方式进行设计和程序的编写，监测方面通过监控软件的设计，能够将PLC对霓虹灯控制系统的控制实时监控。 （1）设计要求画出本系统的控制系统框图，硬件接线图；

（2）对硬件部分进行选型（包括PLC、各种传感器及其外围设备、数模和模数转换器件等）；

（3）编写控制程序；

（4）在机房对所编写的程序进行调试；

（5）撰写毕业设计论文，论文要符合学校关于毕业设计的规范要求。

2.1.2 霓虹灯的外观图

根据设计任务的要求，绘制出霓虹灯的外观图，其中，1到18号为18个流水灯，中间为4个字形灯，其寓意不言而喻。为雅安祈福，为在地震中热情伸出双手的人们致敬。其具体图形如下图2.1所示。

4

3 4 2 1

18 17 16 5 15 祈 6

福 14

7 雅 8 9 10 安 12 11 13

图2.1 霓虹灯的外观图

2.1.3 霓虹灯的闪烁变化过程

其中，1到18围成一个心形灯，其能按照一定的顺序逐渐点亮或者熄灭，并且中间的四字也能同时闪烁。用PLC对该霓虹灯实现控制，其具体方式如下：

（1）首先，心形中间四字“祈”、“福”、“雅”、“安”逐渐点亮，间隔为1s，之后常亮。

（2）周围的心形灯从1到18号逐渐点亮，间隔1s，随后从18到1号逐渐熄灭，间隔为1s。

（3）周围的心形灯以1号和10号为对称轴，左侧从1到10号逐渐点亮，右侧从18到10号逐渐点亮，间隔为1s。

（4）周围的心形灯以1号和10号为对称轴，左侧从1到10号逐渐熄灭，右侧从18到10号逐渐熄灭，间隔为1s。

（5）从（2）步骤开始一直循环。

（6）系统霓虹灯字，白炽灯的电压及供电电源均为220V。

2.2 PLC控制系统功能图概念及构成规则

功能图又称为状态图，它是一种能够准确描述顺序控制系统的图形方式，专用于工业顺序控制程序设计的一种功能性语言，能够直观地显示出工业控制中基本顺序步骤。

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功能图的主要元素主要包括以下几个方面： （1）状态

初始状态：它是功能图的起点，任何一个控制系统都至少要有一个初始状态。初始状态的图形符号为双线的矩形图。但有的时候为了方便也会用单线矩形框或一条横线表示开始。

工作状态：它是控制系统正常运行时的状态。根据系统是否运行，状态可分为动状态和静状态两种。

动状态是指当前正在运行的状态，静状态是指没有运行的状态。在每个稳定的状态下，可能会出现与状态相对应的动作。 （2）转移

用有向线段表示转移的方向。两个状态之间的有向线段上用一段横线表示转移。转移是一种条件，当此条件成立时，就成为转移使能。该转移如果能够使状态发生转移，则称之为触发。一个转移能够称之为触发必须满足：状态为动状态及转移使能。转移条件是指使系统从一个状态向另一个状态转移的必要条件，通常用文字、逻辑方程及符号来表示。

绘制功能图必须满足下面4条规则： （1）状态与状态不能相连，必须用转移分开。 （2）转移与转移不能相连，必须用状态分开。

（3）状态与转移、转移与状态之间的连接应采用有向线段，从上向下画时，可以省略箭头，当从下向上画时，必须画上箭头，用来表示方向。 （4）一个功能图至少需要有一个初始状态。

2.2.1 霓虹灯的PLC系统设计结构框图

本人按照设计的执行顺序把设计的主要内容用图形表示出来，使设计思路更加清晰。

如图2.2.1所示

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开关 “祈”、“福”、“雅”、“安”四字逐渐点亮，间隔1s 周围心形灯从1到18号逐渐点亮，间隔1s 周围心形灯从18到1号逐渐熄灭，间隔1s 周围心形灯以1号和10号为对称轴，从1到10号逐渐点亮，间隔1s 周围心形灯以1号和10号为对称轴，从1到10号逐渐熄灭，间隔1s

图2.2.1 设计程序的结构框图

2.2.2 霓虹灯PLC控制系统的程序流程图

根据设计要求，制定合理的方案。在进行设计霓虹灯的程序时可以去观看一下真正的霓虹灯的外观，必要时可以借助一些特殊效果来处理，使霓虹灯更加绚丽。在进行PLC程序的编写时应该先分配PLC的I/O点，确定每个小灯的接口，然后对每个小灯分别进行设计工作，经调试后完成整个系统的设计。总的来说，仿真界面是被控对象，利用PLC来控制整个霓虹灯的流动和亮灭，让霓虹灯运转起来。

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开始 按下开关。I0.0=1 “祈”“福”“雅”“安”四字按顺序逐渐点亮，间隔1s Q3.0-Q3.3依次=1 “安”字是否点亮？Q3.3=1? Y 周围心形灯从1到18号按顺序逐渐点亮，间隔1s Q0.0-Q2.7依次=1 Y 1号灯是否熄灭？Q0.0=0？ N 18号灯是否点亮？Q2.7=1？ 周围心形灯以1号和10号为对称轴，从10到1号逐渐熄灭，间隔1s Q1.1-Q0.0左右依次=0 Y 周围心形灯从18到1号按顺序逐渐熄灭，间隔1s Q2.7-Q0.0依次=0 Y 10号灯是否点亮？Q1.1=1？ N Y 周围心形灯以1号和10号为对称轴，从1到10号逐渐点亮，间隔1s Q0.0-Q1.1左右依次=1

图2.2.2霓虹灯程序流程图

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1号灯是否熄灭？Q0.0=0？

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