基于羅克韋爾PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設-課程設計

遼寧工業(yè)大學課程設計說明書（論文）PAGE工業(yè)大學電氣控制與PLC技術課程設計（論文）題目：基于羅克韋爾PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設計院（系）：專業(yè)班級：學號：學生姓名：指導教師：（簽字）起止時間：2015.7.6-2015.7.17本科生課程設計（論文）PAGEIV課程設計（論文）任務及評語院（系）：教研室學號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目基于羅克韋爾PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設計課程設計（論文）任務課題完成的功能：6個指示燈，模擬簡易的霓虹燈運行過程：按下啟動按鈕后：(1)在0-10秒期間，各個指示燈按順序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒；(2)在11-20秒期間，各個指示燈按逆序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒；（3）在21-30秒期間，3個紅燈一起點亮0.5秒，熄滅后3個綠燈一起點亮0.5秒；（4）在31-40秒期間，6個燈一起閃爍。以上過程均循環(huán)運行。設計任務及要求：1、采用羅克韋爾系列PLC；2、方案設計，I/O分配表；3、硬件設計和軟件開發(fā)；4、運行結果分析；5、撰寫課程設計說明書；進度計劃1、熟悉課程設計題目，查找及收集相關書籍、資料（2天）；2、設計系統(tǒng)的結構原理圖（2天）；3、儀表、控制系統(tǒng)等設備的選型（2天）；4、程序開發(fā)及調試（5天）；5、撰寫課設論文（2.5天）；6、設計結果考核（0.5天）；指導教師評語及成績平時：論文質量：答辯：總成績：指導教師簽字：年月日注：成績：平時20%論文質量60%答辯20%以百分制計算

摘要霓虹燈廣告就是要充分利用霓虹燈的諸多特性,來實現當代社會對霓虹燈的多樣性、趣味性、藝術性和實用性的要求。在當前的都市照明中，對霓虹燈有著更高的要求，在控制上，要求穩(wěn)定性越來越高，因為樓宇建筑較高，安裝和維護越來越困難，如何快捷、可靠、簡單的去控制，成為方案考慮的重點。本設計主要闡述了霓虹燈控制系統(tǒng)的設計原理、硬件結構、軟件設計及與系統(tǒng)配套的數據和程序，提出一種新的通過羅克韋爾PLC控制霓虹燈的方案，能夠使霓虹燈按照預定的順序進行閃爍，最后指出系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方法，實踐證明該設計具有抗干擾性更強、方便靈活和穩(wěn)定可靠的特點，在成本上也非常有競爭力。關鍵詞：霓虹燈；羅克韋爾；PLC；控制系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論 11.1霓虹燈的發(fā)展 11.2羅克韋爾PLC技術 1第2章霓虹燈控制的方案 32.1概述 32.2總體設計框圖 32.3霓虹燈控制順序 4第3章霓虹燈控制系統(tǒng)硬件設計 53.1PLCControlLogix系統(tǒng) 53.1.1ControlLogix控制器63.1.2ControlLogix通信模塊63.1.3ControlLogixI/O模塊73.2I/O分配表 73.3外部接線圖 8第4章霓虹燈控制系統(tǒng)軟件設計 94.1設計完成的功能 94.2ControlLogix控制器硬件組態(tài) 94.3RSLinxClassicGteway添加通信驅動 114.4霓虹燈控制系統(tǒng)工作流程圖設計 124.5霓虹燈控制系統(tǒng)程序設計 12第5章系統(tǒng)測試與試驗結果 16第6章課程設計總結 22參考文獻 23PAGE23緒論霓虹燈的發(fā)展霓虹燈一般懸掛在城市建筑物的墻壁上，或者是矗立在建筑物的頂層，霓虹燈是經濟發(fā)展的標志，應該說城市越發(fā)展，霓虹燈就越多彩。

霓虹燈是由英文“氖燈”，即“NEONSIGN”得來的，“霓虹”兩字實際上是“NEON”的譯音，而現在人們已經把“霓虹燈”當作專用詞運用了。隨著我國經濟的快速發(fā)展，霓虹燈技術也越來越完善，為了滿足社會需要，一些科研機構也加大了對霓虹燈的開發(fā)。霓虹燈工作原理簡單的說，就是利用了氣體通過電流時的放電現象，達到使氣體發(fā)光的目的，自然界中如雷鳴閃電、電焊的電弧光就是這種放電現象。霓虹燈發(fā)光原理具體說，在真空密閉的玻璃管里，充入氖氣、氬氣或者是二者的混合氣體后，有的色彩還需加入一定量的汞，在上千伏電壓的作用下，經過瞬間的放電過程，即刻發(fā)出特定色彩的光波。霓虹燈的發(fā)展可以追溯到英國物理學家和化學家法拉第對氣體放電的研究，電流通過含有少量正負離子的氣體時，受紫外線、宇宙射線、微量放射物質的作用，在足夠高的外加電壓作用下運動，并與中性氣體分子碰撞后，使中性分子發(fā)生電離，因而離子的數目倍增。電流通過氣體時還伴有發(fā)光現象，即所謂的輝光放電。其發(fā)光的顏色隨所充氣體的不同而不同。法拉第的理論及其在實驗上的成就，為霓虹燈技術的發(fā)展奠定了堅實的基礎。霓虹燈的玻璃管是經過火烤燈管，并將其造型后，將惰性氣體，密封在真空玻璃管里，導電后可放射出多彩的光線。霓虹燈玻璃管大致有三個品種，透明管、彩色管、熒光粉管。透明的玻璃管簡稱明管，一般在管內充入氬氣，通電后釋放大紅色的光。彩色管簡稱彩管，有紅、綠、黃、藍等顏色，在其管內一般只充氬氣，通電后，即刻發(fā)出本身具有的顏色。白色的管是涂了熒光粉的管，簡稱粉管。根據熒光粉的化學性質的不同，使其自身具有多種特定的顏色，用火花檢測器就可檢測出來每根管是什么顏色的。霓虹燈可發(fā)出的顏色多達幾十種，這些是最具代表性的顏色。羅克韋爾PLC技術美國羅克韋爾自動化公司，簡稱AB公司，是全球最早生產PLC的廠家之一，也是全球PLC技術最為先進的廠家之一它與德國的西門子、日本的三菱、美國的GE等多家公司一起促進了PLC技術的發(fā)展，羅克韋爾公司推出的功能更加靈活、方便的Logix5550，極大地豐富了可編程控制器的類型，能夠進行系統(tǒng)的配置（包括處理器及選型）、程序的籌劃、程序的編程調試及運行，最后完成整個自動化系統(tǒng)的設計與運行。RockwellAllen-Bradley自從20世紀70年代開始生產可編程程序控制器以來，經過幾十年的發(fā)展，形成了很大的生產規(guī)模。羅克韋爾自動化產品自20世紀80年代進入中國市場以來，在中國的年銷售額以每年30%的速度遞增。據統(tǒng)計，其PLC在北美的市場占有率達67%以上，而且在其它地區(qū)的占有率也在日益增長。AB公司的PLC與其它公司的產品相比，除了性能好、可靠性高等特點之外，在通信網絡、編程軟件等方面還具有獨特的優(yōu)勢。PLCControlLogix在簡單易于使用的環(huán)境下，實現了卓越的性能，堪稱業(yè)內典范。ControlLogix控制器最大存儲容量可達8兆，支持過程密集型的應用和快速運動控制應用?？梢愿鶕靡螅x用不同存儲容量的控制器。CompactFlash卡可做程序的移動存儲。多種處理器、多種通訊模塊和I/O可以混合使用，不受限制。不需要處理器執(zhí)行I/O的橋接和路由，隨著系統(tǒng)的增大，可用網絡把控制分布到另外的機架。由羅克韋爾自動化開發(fā)的新版羅克韋爾RSLogix5000可編程軟件現在已經被翻譯為漢語。韓語和日語三個版本。目前的最新版本包括30多個特快產品，協(xié)助用戶簡化對控制和信息系統(tǒng)的編程、配置、維修以及故障處理。用戶定義添加指針設計，用于提高標準化和改善代碼重用。集成驅動配置，潛在使得設置更快，提高準確性及驅動系統(tǒng)易于維修。本設計采用羅克韋爾PLC來作為霓虹燈的控制系統(tǒng)，運用梯形圖編程，按照霓虹燈的運行過程來設計程序，通過定時器來達到霓虹燈閃爍或切換的目的，并用6個指示燈來模擬這一過程，能夠直觀的觀察現象。

霓虹燈控制的方案概述隨著中國經濟的飛速發(fā)展，霓虹燈的品種、規(guī)格也已基本系列化，可供各種用途的選擇，其質量已逐步向國際水平靠攏，隨著中國加入WTO，與國際水平的差距將越來越小，在不久的將來必將趕超國際先進水平。在當前的都市照明中，對霓虹燈有著更高的要求，在控制上，要求穩(wěn)定性越來越高，因為樓宇建筑較高，安裝和維護越來越困難，如何快捷、可靠、簡單的去控制，成為方案考慮的重點。所以本設計采用PLC來作為霓虹燈的控制系統(tǒng)，而正是PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中有較為突出的優(yōu)勢，也成為霓虹燈控制系統(tǒng)選擇PLC控制的主要原因，并且PLC還具有低成本、抗干擾性更強、方便靈活和穩(wěn)定可靠等特點。2.2總體設計框圖霓虹燈控制系統(tǒng)主要由啟動按鈕、羅克韋爾PLC控制器和指示燈構成。系統(tǒng)結構如圖2.1所示。羅克韋爾羅克韋爾PLC控制器啟動按鈕指示燈1指示燈2指示燈3指示燈4指示燈5指示燈6圖2.1系統(tǒng)總體框圖控制系統(tǒng)啟動后，按下啟動按鈕，然后運行霓虹燈控制程序，6個指示燈，模擬簡易的霓虹燈運行過程。通過定時器的使用，控制指示燈的亮滅，使指示燈按照指定的控制過程閃爍。這些燈的亮滅，閃爍時間及流動方向等均可以通過PLC來達到控制的要求，此次設計為霓虹燈控制系統(tǒng)的設計，使用羅克韋爾PLC設計的基本步驟和方法，其主要內容包括課題的設計任務與要求，I/0地址分配表，控制流程圖，控制器硬件組態(tài)及梯形圖編程等。ControlLogix系統(tǒng)封裝外形小巧且極具成本優(yōu)勢，不僅可提供離散、驅動、運動、過程和安全控制，還具有通信功能和最先進的I/O。系統(tǒng)采用模塊化結構，因此可以高效地進行設計、構建和修改，從而大幅節(jié)省培訓和工程設計成本，所以本設計圍繞此系統(tǒng)進行設計。2.3霓虹燈控制順序本設計使用6個指示燈，模擬簡易的霓虹燈運行過程，按下啟動按鈕后：(1)在0-10秒期間，各個指示燈按順序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒；(2)在11-20秒期間，各個指示燈按逆序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒；（3）在21-30秒期間，3個紅燈一起點亮0.5秒，熄滅后3個綠燈一起點亮0.5秒；（4）在31-40秒期間，6個燈一起閃爍。以上過程均循環(huán)運行。霓虹燈控制系統(tǒng)硬件設計PLCControlLogix系統(tǒng)本次課程設計中使用的是美國RockwellAllen-Bradley(AB)公司的PLCControlLogix系統(tǒng)。ControlLogix系統(tǒng)包括：ControlLogix控制器、適用于不同組合的用戶存儲器、RSLogix5000編程軟件、位于1756機架內的1756ControlLogixI/O模塊、用于網絡通信的獨立通信模塊。圖3.1羅克韋爾PLC本產品適合順序、過程、傳動和運動控制的模塊化、高性能控制平臺，每個ControlLogix處理器可以執(zhí)行多個控制任務，減少所需要的控制器個數，這樣，排錯更快，可以分別觸發(fā)多個周期任務以便達到更高的性能水平。不加限制地混合多個處理器、網絡和I/O，ControlLogix平臺的高性能，一部分源于作為快速NetLinx網絡操作的ControlLogix背板，ControlLogix處理器，I/O和通訊模塊就像網絡上的智能節(jié)點。通用的編程環(huán)境和Logix控制引擎，無論選用的平臺和網絡，通過使用通用的控制模型，都可以降低系統(tǒng)成本，簡化集成。組態(tài)和編程是一致的，這樣，不論開始的程序開發(fā)還是長遠的系統(tǒng)維護，都可以少花力氣。連接到NetLinx開放式網絡結構，在全廠范圍內，從車間到管理層，從互連網到電子化制造應用，信息全部無縫通訊。I/O模塊種類繁多，模擬量、數字量和專用I/O模塊滿足應用要求。簡單的ControlLogix系統(tǒng)由單個機架中的一個獨立控制器和多個I/O模塊組成。如果要實現更全面的系統(tǒng),則需要在單個機架中使用多個控制器,使用多個跨網絡連接的控制器,使用分布在多個位置并通過多個I/O鏈路連接的多個平臺中的I/O。ControlLogix控制器ControlLogix控制器提供了一種可升級的解決方案，能對大數量的輸入輸出點進行尋址。ControlLogix控制器可以插入ControlLogix輸入輸出機架的任一槽位中，多個控制器能插在同一個機架中，相互之間通過機架背板進行通訊但互相獨立工作。ControlLogix控制器通過ControlLogix背板對輸入輸出進行監(jiān)控，與同在輸入輸出鏈路上一樣。ControlLogix控制器能通過RS-232-C(DF1/DH-485協(xié)議)、DeviceNet、DH+、ControlNet、EtherNet/IP與計算機或其他處理器進行通訊。如果需要ControlLogix控制器支持某種通訊，只需在機架中插入相應的通訊接口模塊即可。ControlLogix控制器多任務操作系統(tǒng)支持32個可配置的任務，這些任務可被設置成不同優(yōu)先級，只有一個任務作為連續(xù)任務運行，其他任務或者由1756-L61周期性運行或由事件來觸發(fā)。每一個任務最多可有100個程序，每一個程序有它自己的局部數據和處理邏輯，允許在同一個控制器中運行多個虛擬機(VirtualMachine)。1756-L61ControlLogix控制器內有1個內置RS-232端口，用戶存儲器大小為2MB。ControlLogix通信模塊不同的通信模塊適用于不同的網絡，在ControlLogix背板中安裝多個通信模塊可在不同的網絡間對控制和信息數據進行橋接或路由，最多可在四個機架(八個通信跳轉)之間路由消息。EtherNet/IP網絡，該網路應用于工廠管理(物料輸送)、單個高速網絡上的組態(tài)、數據采集及控制、時間要求苛刻的應用、包含商業(yè)技術的應用(例如IP視頻)、Internet/Intranet連接、集成CIPMotion和CIPSafety等方面。以太網工業(yè)(EtherNet/IP)網絡協(xié)議是一種開放式工業(yè)網絡標準，既支持實時I/O消息傳遞，也支持消息交換。EtherNet/IP網絡使用現成的以太網通信芯片和物理介質。1756-ENBT為EtherNet/IP網橋，介質為銅纜，通信速率10/100Mbps，TCP/IP連接數為64，Logix連接數為128。ControlLogixI/O模塊ControlLogix架構可提供各種輸入與輸出模塊，適用于從高速數字到過程控制等多種應用。ControlLogix架構使用生產者/消費者模式，因此輸入信息和輸出狀態(tài)可在多個控制器之間共享。每個ControlLogixI/O模塊都安裝在ControlLogix機架中，需要可拆卸端子塊(RTB)或者1492接口模塊(IFM)才能連接所有現場接線。利用可拆卸端子塊(RTB)可將工廠接線與1756I/O模塊靈活地交互，RTB插在I/O模塊的前面，模塊的類型決定了所需的RTB。羅克韋爾自動化提供了多種可用于ControlLogix系統(tǒng)的ControlLogixI/O模塊。選擇I/O模塊時，需注意羅克韋爾自動化提供各種數字量、模擬量和專用I/O模塊。這些I/O模塊的功能包括：現場診斷、電子熔斷、單獨隔離的輸入/輸出。需要可拆卸端子塊(RTB)或1492接線系統(tǒng)與I/O模塊配合使用?？墒褂?492PanelConnect模塊和電纜將輸入模塊連接到傳感器。1756-IB16模塊的輸入/輸出點數為16點輸入(8個點/組),電壓類別為12/24VDC灌入型,工作電壓范圍10--31.2VDC，可拆卸端子塊1756-TBNH,1756-TBSH。1756-OB32模塊的輸入/輸出點數為32點輸出(16個點/組),電壓類別為12/24VDC拉出型,工作電壓范圍10--31.2VDC，可拆卸端子塊1756-TBCH，1756-TBS6H。I/O分配表控制信號信號名稱元件名稱元件符號地址編碼輸入信號啟動信號按鈕startLocal：5：I.Date.0輸出信號light1點亮信號指示燈light1Local：9：0.Date.0light2點亮信號指示燈light2Local：9：0.Date.1light3點亮信號指示燈light3Local：9：0.Date.2light4點亮信號指示燈light4Local：9：0.Date.3light5點亮信號指示燈light5Local：9：0.Date.4light6點亮信號指示燈light6Local：9：0.Date.5外部接線圖霓虹燈控制系統(tǒng)外部接線圖如圖3.2所示。圖3.2PLC外部接線圖霓虹燈控制系統(tǒng)軟件設計設計完成的功能霓虹燈的操作簡單明了，可循環(huán)重復點亮，引人注目，且光亮艷麗，宣傳效果較好，有利于突出企業(yè)的名稱、廠牌和商標特點。本設計使用6個指示燈，模擬簡易的霓虹燈運行過程：按下啟動按鈕后：(1)在0-10秒期間，各個指示燈按順序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒；(2)在11-20秒期間，各個指示燈按逆序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒；（3）在21-30秒期間，3個紅燈一起點亮0.5秒，熄滅后3個綠燈一起點亮0.5秒；（4）在31-40秒期間，6個燈一起閃爍。以上過程均循環(huán)運行。ControlLogix控制器硬件組態(tài)創(chuàng)建一個新的控制器文件如圖4.1所示。圖4.1創(chuàng)建控制器組態(tài)網絡通信模塊如圖4.2所示。圖4.2組態(tài)網絡通信模塊組態(tài)輸入模塊如圖4.3所示。圖4.3組態(tài)輸入模塊組態(tài)輸出模塊如圖4.4所示。圖4.4組態(tài)輸出模塊RSLinxClassicGteway添加通信驅動添加Ethernet/IP通信驅動如圖4.5所示圖4.5RSLinx的主界面霓虹燈控制系統(tǒng)工作流程圖設計根據本設計的要求，對霓虹燈的閃爍過程進行了設計，流程圖如圖4.6所示。由定時器控制，燈從由定時器控制，燈從1-6依次亮起，時間間隔0.5秒由定時器控制，燈從6-1依次點亮，時間間隔0.5秒由定時器控制，燈1,3,5先亮，然后燈2,4,6再亮，時間間隔為0.5秒按下啟動按鈕由定時器控制，6個燈一起閃爍,時間間隔0.5秒圖4.6霓虹燈工作流程圖霓虹燈控制系統(tǒng)程序設計霓虹燈控制系統(tǒng)使用梯形圖編程，程序如圖4.5所示。圖4.5霓虹燈梯形圖程序系統(tǒng)測試與試驗結果本設計完成硬件組態(tài)和梯形圖編程后，進行了程序的調試與運行，程序能夠成功運行，指示燈能夠按照預期的設定點亮。(1)在0-10秒期間，各個指示燈按順序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒，試驗結果如圖5.1所示。圖5.1指示燈順序點亮(2)在11-20秒期間，各個指示燈按逆序依次點亮，每個點亮的時間為0.5秒，試驗結果如圖5.2所示。圖5.2指示燈逆序點亮（3）在21-30秒期間，3個紅燈一起點亮0.5秒，熄滅后3個綠燈一起點亮0.5秒，試驗結果如圖5.3所示。圖5.3紅綠指示燈交替點亮（4）在31-40秒期間，6個燈一起閃爍，試驗結果如圖5.4所示。圖5.4全部指示燈閃爍課程設計總結本課題的目的主要是控制霓虹燈的閃爍，輸入程序后可以使霓虹燈按照預定的順序進行自動閃爍，達到宣傳的目的。本設計使用了6個指示燈，來模擬簡易的霓虹燈運行過程，使其能按順序進行亮滅。本次設計采用了較多的定時器，通過對定時器的控制達到霓虹燈閃爍的目的。程序涉及到很多定時器的復位問題，要時刻注意定時器定時的選擇。再者本次設計采用順序循環(huán)點亮霓虹燈的方法，此法實現較為困難。本次設計首先分析課題要求，決定使用羅克韋爾PLC來控制霓虹燈，一步一步通過定時器的定時實現，中間用到了復位指令，使用了多個定時器，定時器控制的霓虹燈閃爍的時間間隔為0.5秒，同時采用按鈕達到啟動霓虹燈的目的。本設計使用梯形圖編寫程序，方便調用和調試。此種方法的優(yōu)點是程序編寫比較簡單，運行過程直觀方便，且由于本課對定時精確度要求并不高，適宜采用。若是在對定