霓虹燈廣告設(shè)計

1.該廣告屏共有24只流水燈，每4只燈為一組，如圖所示
2.控制要求：
（1）第一步，24只流水燈，4個一組分成6組，從I→II→……VI按1s時間間隔一次亮，全亮后等待3s。
（2）第二步，從I→II→……VI按1s時間間隔一次滅，全亮后等待3s。
（3）第三步，6組燈管全亮6秒，全滅3秒，周而復(fù)始4次。
（4）系統(tǒng)有“單步控制”和“連續(xù)控制”選擇開關(guān)。
（5）“單步控制”流程：按一下啟動按鈕，I組燈亮；再按一下啟動按鈕，運II組燈亮；……當(dāng)6組燈全亮后，再按一下啟動按鈕，全滅。
（6）“連續(xù)控制”流程：按一下按鈕，自動運行第一步→第二步→第三步→第一步→……
（7）在任何時候，按下停止按鈕，6組全滅。

                               
霓虹燈廣告霓虹燈廣告設(shè)計

摘 要

隨著社會主義市場經(jīng)濟的不斷繁榮和發(fā)展,各大中小城市都在進行亮化工程。各企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品,均采用廣告手法之一:霓虹燈廣告屏來實現(xiàn)這一目的,本文就是介紹如何利用PLC來實現(xiàn)這一目的的.
霓虹燈的閃爍不能說用人工控制，那樣不會呈現(xiàn)給人們美的視覺，而用電氣控制的話，中間使用的繼電器，會有機械磨損，而霓虹燈的閃爍時間間隔是相當(dāng)?shù)亩蹋瑤缀跏橇泓c幾秒，這樣看來使用電氣控制是不太可能了，當(dāng)然隨著一種需要必然會有一種東西的出現(xiàn)。可編程控制器簡稱（PLC）的出現(xiàn)就解決了這個問題，它具有它獨特的優(yōu)點來控制霓虹燈的閃爍。
關(guān)鍵詞：市場經(jīng)濟，PLC，霓虹燈

NEON ADVERTISING DESIGN

ABSTRACT

As the socialist market economic prosperity and the continued development of the cities and towns are under lighting project. All enterprises to promote the image of their companies and products are subject to the advertising practices of: neon advertising screen to achieve this purpose, this paper is on how to use PLC to achieve this purpose.
    Can not say that the flashing neon lights with manual control, as the United States and people will not be presented to the visual, and using electrical control, the use of intermediate relays, there will be mechanical wear, and the flashing neon time interval is a very short, almost 0.1 seconds, the view of this use of electrical control is unlikely to be raised, of course, with a will there is a need for things to happen. Programmable Controller short (PLC) to resolve the emergence of this issue, it has its own unique advantages to control the neon lights flashing.

KEY WORDS：market economy，PLC，neon market

                       
目 錄

前  言 4
第1章 初步認識霓虹燈 2
§1.1 霓虹燈的發(fā)展史 2
§1.2霓虹燈的發(fā)光特點 2
第2章 傳統(tǒng)的霓虹燈控制系統(tǒng) 5
§2.1主傳動系統(tǒng) 5
§2.1.1傳動關(guān)系的確定 6
§2.1.2各種轉(zhuǎn)速的傳動計算 6
§2.1.3主傳動系統(tǒng)圖及傳動內(nèi)部的結(jié)構(gòu) 8
§2.1.4機床的主傳動系統(tǒng)的基本要求 10
§2.1.5轉(zhuǎn)速圖 11
§2.2主運動參數(shù)的選定 12
§2.2.1確定最低和最高轉(zhuǎn)速 13
§2.2.2確定其他參數(shù) 14
第3章 齒輪的霓虹燈廣告設(shè)計 15
§3.1齒輪霓虹燈廣告設(shè)計的意義 15
§3.1.1車床齒輪的霓虹燈廣告設(shè)計目的和方法 15
§3.1.2齒輪傳動的優(yōu)點 15
§3.2齒輪的失效形式以及霓虹燈廣告設(shè)計準則 16
§3.2.1齒輪的失效形式 16
§3.2.2齒輪的霓虹燈廣告設(shè)計準則 17
§3.3齒輪的制造 18
§3.3.1齒輪材料 18
§3.3.2齒輪材料的選擇原則 19
§3.3.3齒輪的具體制造方法 19
§3.4齒輪的強度計算推理方法 19
§3.4.1齒輪的受力分析 19
§3.4.2齒根彎曲疲勞強度計算 20
§3.4.3齒面接觸疲勞強度計算—防止疲勞點蝕 23
§3.5霓虹燈廣告設(shè)計車床的一對齒輪 25
§3.5.1閉式直齒圓柱齒輪霓虹燈廣告設(shè)計步驟 25
§3.5.2具體霓虹燈廣告設(shè)計過程 26
結(jié)  論 31
參考文獻 32
致　謝 33
 

前 言

隨著改革的不斷深入,社會主義市場經(jīng)濟的不斷繁榮和發(fā)展,個大中小城市都在進行亮化工程。各企業(yè)為宣傳自己企業(yè)的形象和產(chǎn)品,均采用廣告手法之一:霓虹燈廣告屏來實現(xiàn)這一目的。當(dāng)我們夜晚走在大街上,馬路兩旁各色各樣的霓虹燈廣告均可以見到,一種是采用霓虹燈管做成的各種形狀和多中彩色的燈管,另一種為日光等管或白熾燈管作為光源,另配大型廣告語或宣傳畫來達到宣傳的效果(設(shè)計師的個性)。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。
可編程控制器PLC：英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而霓虹燈廣告設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。作為自動控制裝置的核心,它具有功能強,可靠性高等諸多優(yōu)點,PLC實驗裝置采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有可編程序控制器、編程器模塊，九種實驗?zāi)�塊，按鈕、開關(guān)輸入模塊和繼電器輸出模塊，以及四層電梯模型。該裝置可以完成各種指令系統(tǒng)訓(xùn)練以及多種控制對象的程序霓虹燈廣告設(shè)計訓(xùn)練。

第一章 霓虹燈概述

§1.1 霓虹燈起源及其發(fā)展史

§1.1.1 霓虹燈的起源  
霓虹燈是由英文“氖燈”，即“NEON SIGN”得來的，“霓虹”兩字實際上是“NEON”的譯音，而現(xiàn)在人們已經(jīng)把“霓虹燈”當(dāng)作專用詞運用了。
霓虹燈自1910年問世以來，歷經(jīng)百年不衰。它是一種特殊的低氣壓冷陰極輝光放電發(fā)光的電光源，而不同于其它諸如熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、水銀燈、白熾燈等弧光燈。霓虹燈是靠充入玻璃管內(nèi)的低壓惰性氣體，在高壓電場下冷陰極輝光放電而發(fā)光。霓虹燈的光色是由充入惰性氣體的光譜特性決定：光管型霓虹燈充入氖氣，霓虹燈發(fā)紅色光；熒光型霓虹燈充入氬氣及汞，霓虹燈發(fā)藍色、黃色等光，這兩大類霓虹燈都是靠燈管內(nèi)的工作氣體原子受激輻射發(fā)光。
§1.1.2 霓虹燈的發(fā)展史
霓虹燈的發(fā)展可以追溯到英國物理學(xué)家和化學(xué)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(zhì)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(shù)目倍增。電流通過氣體時還伴有發(fā)光現(xiàn)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(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
    霓虹燈始源于法國。當(dāng)時所用的燈體玻管的直徑為45毫米，先將玻璃管彎制成所需的文字或圖案，然后再用1只電壓為1萬多伏的變壓器供電，使之發(fā)光。當(dāng)時，燈管兩端電極采用石墨制成，內(nèi)部充入氮氣或二氧化碳氣體，前者會發(fā)紅光，后者發(fā)白光。由于這兩種氣體較活潑，很容易和石墨電極起化學(xué)反應(yīng)，陰極濺散出的石墨很快在玻璃管內(nèi)壁形成黑色薄膜層，并大量吸收充入燈管內(nèi)的氣體，使燈管的充氣壓力很快下降，致使霓虹燈的壽命很短。當(dāng)時為了解決這個問題，特在霓虹燈管上加1個特殊的電磁閥門，并在霓虹燈使用一段時間以后再往燈內(nèi)重新補充一定量的氣體，但這樣做并未能在根本上克服上述缺陷。因此，這種燈不僅壽命短、霓虹燈廣告設(shè)計制作復(fù)雜，而且造價昂貴，很難普及。
    在1907年至1910年期間，科學(xué)家克洛德和林德發(fā)明了液態(tài)空氣分餾。利用這一發(fā)明，在霓虹燈內(nèi)充入一定的惰性氣體，這樣就明顯減緩了氣體在燈管內(nèi)部的消耗速度，顏色也豐富了，可產(chǎn)生紅、綠、藍、黃等顏色。第二次世界大戰(zhàn)前夕，光致發(fā)光的材料被研制出來了。這種材料不僅能發(fā)出各種顏色的光，而且發(fā)光效率也高，我們稱之為熒光粉。熒光粉被應(yīng)用在霓虹燈制作中后，霓虹燈的亮度不僅有了明顯提高，而且燈管的顏色也更加鮮艷奪目，變化多端，同時也簡化了制燈的工藝。故在第二世界大戰(zhàn)結(jié)束后，霓虹燈得到了迅猛的發(fā)展。

§1.2 霓虹燈的發(fā)光特點
與其他電光源相比，霓虹燈具有以下特點：
一、高效率
    霓虹燈是依靠燈光兩端電極頭在高壓電場下將燈管內(nèi)的惰性氣體擊燃，它不同于普通光源必須把鎢絲燒到高溫才能發(fā)光，造成大量的電能以熱能的形式被消耗掉，因此，用同樣多的電能，霓虹燈具有更高的亮度。
二、溫度低，使用不受氣候限制
    霓虹燈因其冷陰極特性，工作時燈管溫度在60°C以下，所以能置于露天日曬雨淋或在水中工作。同樣因其工作特性，霓虹燈光譜具有很強的穿透力，在雨天或霧天仍能保持較好的視覺效果。
三、低能耗
    在技術(shù)不斷創(chuàng)新的時代，霓虹燈的制造技術(shù)及相關(guān)零部件的技術(shù)水平頁在不斷進步。新型電極、新型電子變壓器的應(yīng)用，使霓虹燈的耗電量大大降低，由過去的每米燈管耗電56瓦降到現(xiàn)在的每米燈管耗電12瓦。
四、壽命長
    霓虹燈在連續(xù)工作不斷電的情況下，壽命達一萬小時以上，這一優(yōu)勢是其他任何電光源都難以達到的。
五、制作靈活，色彩多樣
    霓虹燈是由玻璃管制成，經(jīng)過燒制，玻璃管能彎曲成任意形狀，具有極大的靈活性，通過選擇不同類型的管子并充入不同的惰性氣體，霓虹燈能得到五彩繽紛、多種顏色的光。
六、動感強，效果佳，經(jīng)濟實用
    霓虹燈畫面由常亮的燈管及動態(tài)發(fā)光的掃描管組成，可設(shè)置為跳動式掃描，漸變式掃描、混色變色七種顏色掃描。掃描管由裝有微電腦芯片編程的掃描機控制，掃描管按編好的程序亮或滅，組成一副副流動的畫面，似天上彩虹、象人間銀河、更酷似一個夢幻世界，引人入勝，使人難以忘懷。因此、霓虹燈是一種投入較少、效果強烈、經(jīng)濟實用的廣告形式。

§1.3霓虹燈的主要部件
1、霓虹燈管：
（1）以規(guī)格分：有6、7、8、9、10、12、15、18、20毫米等粗細。
（2）以玻璃材質(zhì)分：
①鈉玻璃管（或稱石灰料玻璃管）這種玻璃管穩(wěn)定性差，受潮后極易變質(zhì)、泛堿（風(fēng)化），牢度差易爆裂。目前在我國使用此種材 料的約占80%左右。
②鉛玻璃管（又稱紅丹料玻璃管）其熱性能、機械性能、電性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、真空性能和光學(xué)性能優(yōu)于鈉玻璃，其耐候性、使 用壽命大大超過鈉玻璃，目前國際上通用大都是這種鉛玻璃管，我國目前使用量已達20－30%左右，凡是追求質(zhì)量好的制作廠家， 用戶都選用鉛管制作霓虹燈。鉛玻璃又以含鉛量多少分為：重鉛玻璃、中鉛玻璃和輕鉛玻璃。
③ 彩色玻璃管，這種玻璃管，在拉制玻璃管時已充入染料，生產(chǎn)出的玻璃管已呈彩色玻璃管。
（3）以霓虹燈管內(nèi)涂熒光粉材料分： ①目前使用的多數(shù)霓虹燈管噴涂的是“普通熒光粉”，這種粉價格比較便宜，一般也能滿足各種色彩的要求。 ②“三基色”熒光粉，（也稱稀土熒光粉）與普通熒光粉比較，其亮度、色度、鮮度更佳。
（4）噴涂熒光粉的工藝又分水涂和膠涂二種。
①水涂即用醇，酮溶濟混合熒光粉噴涂在燈管內(nèi)壁，讓其自然干燥。 ②膠涂即用膠液混合熒光粉噴涂，再用烘箱烘干，其粘度、牢度大大優(yōu)于水涂粉管。 目前先進國家大都有采用三基色膠涂含鉛玻璃管制作霓虹燈，我國目前已有部分廠商使用這種霓虹燈管。
2、霓虹燈變壓器
（1）霓虹燈漏磁變壓器，（又稱電感變壓器、鐵芯變壓器）其特點是：可靠性好，負載燈管亮度高，光色一致，壽命長，缺點是比較 笨重，目前國外及上海的戶外霓虹燈大多數(shù)采用這種變壓器。 電感變壓器的規(guī)格有：3KV、6KV、9KV、12KV、15KV、18KV。
（2）電子變壓器（也稱高頻冷啟動管形放電燈電子轉(zhuǎn)換器或霓虹燈電源）其優(yōu)點是：重量輕、制造方便、節(jié)約金屬材料， 目前國內(nèi)生產(chǎn)電子變壓器質(zhì)量穩(wěn)定，有一定規(guī)模，其中有的企業(yè)還批量出口。但有不少單位生產(chǎn)的電子變壓器亮度達不到應(yīng)有亮度，在 室外使用就有點相形見絀。 電子變壓器又分直流和交流二種，直流電子變壓器由于單向?qū)�通往往會產(chǎn)生燈管一頭亮一頭暗的情況。又因電子變壓器輸出頻率會受到 負載燈管長度的影響，在同幅霓虹燈中，由于每筆燈管長短不一也會產(chǎn)生燈色不勻等現(xiàn)象。有些生產(chǎn)廠家為了降低成本，不愿采用高質(zhì) 量高 品質(zhì)的電器元件，而且加工工藝簡陋，故可靠性差，壽命短。 電子變壓器的規(guī)格有：40W、60W、80W、100W等規(guī)格，也有稱4米機、6米機、8米機、10米機、12米機等。 要真正生產(chǎn)符合霓虹燈使用要求的電子變壓器也是可以做到的，但其價格就會接近電感變壓器的價格，為了低價競銷，獲取市場份額， 一些廠商犧牲霓虹燈的亮度、可靠性、壽命來獲得市場利潤。
3、程序控制器分：
（1）普通式電子程序控制器：
（2）漸變式電子程序控制器：
4、霓虹燈高壓線分：
（1）普通高壓線，即塑料高壓線，這種高壓線價格便宜，但塑料容易老化，室外使用不久塑料就要老化引起拉火等，安全性較差。
（2）硅橡膠絕緣高壓線，是目前較理想的霓虹燈連接線，安全性強，可靠性好。
以上介紹的是組成霓虹燈的主要另部件，從上可以知道，霓虹燈與其他商品一樣，品種、規(guī)格、質(zhì)量優(yōu)劣區(qū)別很大。 用戶在選擇霓虹燈制作單位時，也要了解他們的制作實力，加工工藝和售后服務(wù)是否到位，凡是較大的霓虹燈工程，都應(yīng)要制作單位 詳細報價，進行核實，如有條件，應(yīng)按行業(yè)標準進行驗收，不要只看總價便宜，更要看他們提供給用戶的是什么樣的質(zhì)量和服務(wù)。

第二章 霓虹燈的工作原理及霓虹燈廣告設(shè)計制作

§2.1 霓虹燈的工作原理
當(dāng)外電源電路接通后，變壓器輸出端就會產(chǎn)生幾千伏甚至上萬伏的高壓。當(dāng)這一高壓加到霓虹燈管兩端電極上時，霓虹燈管內(nèi)的帶電粒子在高壓電場中被加速并飛向電極，能激發(fā)產(chǎn)生大量的電子。這些激發(fā)出來的電子，在高電壓電場中被加速，并與燈管內(nèi)的氣體原子發(fā)生碰撞。當(dāng)這些電子碰撞游離氣體原子的能量足夠大時，就能使氣體原子發(fā)生電離而成為正離子和電子，這就是氣體的電離現(xiàn)象。帶電粒子與氣體原子之間的碰撞，多余的能量就以光子的形式發(fā)射出來，這就完成了霓虹燈的發(fā)光點亮的整個過程。

§2.2 霓虹燈的霓虹燈廣告設(shè)計制作
霓虹燈在霓虹燈廣告設(shè)計制作上，不論是明管、粉管還是彩管，其霓虹燈廣告設(shè)計制作基本相同，它們都需經(jīng)過玻管成型、封接電極、轟擊去氣、充惰性氣體、封排氣孔老煉等工藝。
    玻管成型———即制作人員沿著圖案或文字的輪廓經(jīng)過專用火頭，將直玻璃管燒、烤、彎成圖案或文字的過程，制作人員水平的高低可憑肉眼看的出來，水平低的人員制成的燈管易出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎處凹凸不平、太厚或太薄、內(nèi)側(cè)皺折、偏歪不成平面等。
    封接電極———即將彎成型的燈管經(jīng)過火頭接上電極和排氣孔的過程，接口不得太薄或太厚，接口處須完全燒融，否則易出現(xiàn)慢漏氣。
    轟擊去氣———制作霓虹燈的關(guān)鍵。是通過高壓電轟擊電極，加熱電極焚燒燈管電極內(nèi)肉眼看不見的水蒸氣、塵土、油質(zhì)等物質(zhì)，排掉這些有害物質(zhì)，將玻管抽成真空的過程。轟擊去氣的溫度達不到，上述有害物質(zhì)會除不徹底，直接影響燈管的質(zhì)量。轟擊去氣的溫度過高會引起電極過度氧化，使其表面產(chǎn)生氧化層，引起燈管質(zhì)量下降。轟擊去氣徹底的玻管充入適當(dāng)隋性氣體，經(jīng)過老練，即完成霓虹燈制作過程。

第三章 PLC概述

§3.1 PLC的定義

PLC可編程序控制器：PLC英文全稱Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而霓虹燈廣告設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。DCS集散系統(tǒng)：DCS英文全稱 DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM ,中文全稱為集散型控制系統(tǒng)。DCS可以解釋為在模擬量回路控制較多的行業(yè)中廣泛使用的，盡量將控制所造成的危險性分散,而將管理和顯示功能集中的一種自動化高技術(shù)產(chǎn)品。DCS一般由五部份組成：1 控制器、2 I/O板、3 操作站、4 通訊網(wǎng)絡(luò)、5 圖形及遍程軟件。

§3.2 PLC的發(fā)展歷程

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。
個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。
PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而霓虹燈廣告設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工 業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則霓虹燈廣告設(shè)計。
上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30～40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。
PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。

§3.3 PLC的構(gòu)成

從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置：
1．CPU的構(gòu)成
 CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。
CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制
及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主
要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。
在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機
制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。　　
2．I/O模塊
PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊
集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出
鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相
反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。
開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：
開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。
模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。
按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。　　
3．電源模塊
  PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110 VAC），直流電源（常用的為24VDC）。
4．底板或機架
大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。
5．PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備：
(1) 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。
(2) 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。
(3) 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。
 

§3.4 PLC的特點

為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC機有以下特點：
1．可靠性高，抗干擾能力強
工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性要求：
① 平均故障間隔時間長。
② 故障修復(fù)時間（平均修復(fù)時間）短。
任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種：
① 偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對PLC而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲的信息可能被破壞。
② 永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。
如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使PLC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使PLC在惡劣條件消失后自動恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在PLC上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo手段，在永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障發(fā)生點，并將故障限制在局部，就能降低PLC的平均修復(fù)時間。為此，各PLC的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使PLC除了本身具有較強的自診斷能力，能及時給出出錯信息，停止運行等待修復(fù)外，還使PLC具有了很強的抗干擾能力。
硬件措施：
主要模塊均采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，大量開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統(tǒng)霓虹燈廣告設(shè)計有完善的通道保護和信號調(diào)理電路。
① 屏蔽——對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進行屏蔽，以防外界干擾。
② 濾波——對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。
③ 電源調(diào)整與保護——對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采用
多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。
④ 隔離——在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。
⑤ 采用模塊式結(jié)構(gòu)——這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。
軟件措施：
有極強的自檢及保護功能。
① 故障檢測——軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等。以便及時進行處理。
② 信息保護與恢復(fù)——當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不破壞PLC內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以，PLC
在檢測到故障條件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。
③ 設(shè)置警戒時鐘WDT（看門狗）——如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定的時間，預(yù)示了程序進入死循環(huán)，立即報警。
④ 加強對程序的檢查和校驗——一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。
⑤ 對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進行電池后備——停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會丟失。
PLC的出廠試驗項目中，有一項就是抗干擾試驗。它要求能承受幅值為1000V，上升時間1ns，脈沖寬度為1 的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時間可達幾十萬～上千萬小時；制成系統(tǒng)亦可達4～5萬小時甚至更長時間。
2．通用性強，控制程序可變，使用方便
PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再霓虹燈廣告設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應(yīng)用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。
3．功能強，適應(yīng)面廣
現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。
4．編程簡單，容易掌握
目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工人很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。
PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺�翻譯成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。
5．減少了控制系統(tǒng)的霓虹燈廣告設(shè)計及施工的工作量
由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的霓虹燈廣告設(shè)計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。
6．體積小、重量輕、功耗低、維護方便
PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。
PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。

§3.5 PLC的分類

§3.5.1 按結(jié)構(gòu)形式分類
根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。
（1） 整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU。基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。
（2） 模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。
還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。
§3.5.2 按功能分類
根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。
（1） 低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。
（2） 中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。
（3） 高檔PLC  除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。
§3.5.3按I/O點數(shù)分類
根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。
(1) 小型PLC——I/O點數(shù)< 256點；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。
如：GE-I型      美國通用電氣（GE）公司
    TI100          美國德洲儀器公司
    F、F1、F2    日本三菱電氣公司
  C20 C40       日本歐姆龍公司
    S7-200         德國西門子公司
    EX20 EX40    日本東芝公司
    SR-20/21      中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司
(2). 中型PLC——I/O點數(shù)256～2048點；雙CPU，用戶存儲器容量2～8K。
如：S7-300         德國西門子公司
SR-400        中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司
SU-5、SU-6   德國西門子公司
C-500           日本歐姆龍公司
GE-Ⅲ           GE公司
(3). 大型PLC——I/O點數(shù)> 2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量8～16K。
如：S7-400      德國西門子公司
GE-Ⅳ       GE公司
C-2000      歐姆龍公司
K3           三菱公司等

§3.6 PLC的應(yīng)用

目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。從應(yīng)用類型看，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾個方面：
1．開關(guān)量邏輯控制
利用PLC最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等，例如：機床、注塑機、印刷機械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
2．運動控制
大多數(shù)PLC都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設(shè)備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。
3．過程控制
大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出。所以PLC可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鍋爐、反應(yīng)堆、水處理、釀酒以及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。
4．?dāng)?shù)據(jù)處理
現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計算機數(shù)值控制（CNC）設(shè)備，進行處理。
5．通信聯(lián)網(wǎng)
PLC的通信包括PLC與PLC、PLC與上位計算機、PLC與其它智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理單元、通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。

第四章 PLC的指令及編程

§4.1 PLC的指令
歐姆龍C系列P型機可編程序控制器的指令分為兩大類：基本指令和專用（功能）指令。
基本指令是指直接對輸入、輸出點進行簡單操作的指令，它包括邏輯操作（“與”、“或”、“非”等）指令和輸出指令等，在編程器的鍵盤上設(shè)有與基本指令的符號和助記符相同的鍵，輸入基本指令時，只要按下對應(yīng)的鍵即可。
專用（功能）指令也稱特殊指令，它包括數(shù)據(jù)處理、運算和程序控制等指令。由于專用指令很豐富，在編程器上沒有對應(yīng)的鍵盤。為了便于在編程器上輸入程序，為每一條專用指定了一個功能代碼（兩位數(shù)字），書寫時用圓括號括起來，放在專用指令的助記符后面。在編程輸入專用指令時，先按“FUN”鍵，再按功能代碼即可。
§4.1.1 基本指令
1、LD 指令
LD指令的格式、邏輯符號、功能和編程操作見（表1）。
 
（表1）
表1中的B為指定繼電器的編號；
LD指令的功能：LD指令是動合觸點與母線連接指令，也稱為裝載或起始指令，每一個程序的開始都要使用它。
2、LD-NOT指令：是動斷觸點與母線連接指令，與LD指令功能上不同之處在于使用動斷觸點。
3、AND指令：是串聯(lián)動合觸點指令。
4、AND-NOT指令：是串聯(lián)動斷觸點的指令。
5、OR指令：是并聯(lián)動合觸點的指令。
6、OR-NOT指令：是并聯(lián)動斷觸點的指令。
7、OUT指令：是輸出邏輯運算結(jié)果的指令，它將邏輯運算的結(jié)果輸出到一個指定的繼電器。
8、OUT-NOT指令：是輸出取反后的邏輯運算，它是將邏輯運算的結(jié)果取反，輸出到一個指定的繼電器。
9、AND-LD指令：是兩個觸點組串聯(lián)連接指令。
10、OR-LD指令：是兩個觸點組并聯(lián)連接指令。
11、TIM指令
TIM指令的格式、邏輯符號、功能和邏輯操作（見表2）
 
（表2）
表2中邏輯符號說明如下：
N：定時器的編號，其數(shù)值范圍是00～47。
SV：所需定時的設(shè)定值，也可以是輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、保持繼電器通道中的內(nèi)容。
TIM指令的功能：TIM指令按延時設(shè)定值進行延時操作，即接通延時（定時）指令。當(dāng)定時器的輸入接通時開始計時，經(jīng)過設(shè)定時間后，定時器的觸點動作。
12、CNT指令：按設(shè)定值進行計數(shù)操作，即預(yù)置計數(shù)指令。當(dāng)計數(shù)器的輸入接通時，開始計數(shù)，經(jīng)過設(shè)定數(shù)值后計數(shù)器為ON（計數(shù)器觸點動作）。
§4.1.2 專用（功能）指令
1、END指令：是結(jié)束程序指令，用于全部指令的最后一行。
   使用END指令應(yīng)該注意以下幾點：
（1） END指令總是作為程序的最后一條指令。
（2） 若程序結(jié)尾沒有該指令，在運行或監(jiān)視程序時，顯示器將顯示“ON END INST”錯誤信息。
2、IL指令：是分支指令，在分支處形成新母線。它使程序編制方便，圖形直觀。IL與ILC指令成對使用。
3、ILC指令：分支結(jié)束指令，在分支處返回。
4、JMP指令：不執(zhí)行某段指令，即跳轉(zhuǎn)指令。
5、JNE指令：跳轉(zhuǎn)結(jié)束指令。
6、SFT指令：移位指令。
7、KEEP指令：保持指令，相當(dāng)于一個自鎖繼電器，即具有繼電器自保功能。它可以將短信號變成長信號。
8、CNTR指令：環(huán)形計數(shù)器，可逆計數(shù)。

§4.2 PLC的編程

§4.2.1 PLC的編程語言
克編程控制器程序霓虹燈廣告設(shè)計語言:在可編程控制器中有多種程序霓虹燈廣告設(shè)計語言,它們是梯形圖語言、布爾助記符語言功能表圖語言功能模塊圖語言及結(jié)構(gòu)化語句描述語言等。梯形圖語言和布爾助記符語言是基本程序霓虹燈廣告設(shè)計語言，它通常由一系列指令組成，用這些指令可以完成大多數(shù)簡單的控制功能，例如，代替繼電器、計數(shù)器、計時器完成順序控制和邏輯控制等，通過擴展或增強指令集，它們也能執(zhí)行其它的基本操作。功能表圖語言和語句描述語言是高級的程序霓虹燈廣告設(shè)計語言，它可根據(jù)需要去執(zhí)行更有效的操作，例如，模擬量的控制，數(shù)據(jù)的操縱和其他基本程序霓虹燈廣告設(shè)計語言無法完成的功能。功能模塊圖語言采用功能模塊圖的形式，通過軟連接的方式完成常用的程序霓虹燈廣告設(shè)計語言是：梯形圖程序霓虹燈廣告設(shè)計語布爾助記符程序霓虹燈廣告設(shè)計語言（語句表)。
梯形圖（Ladder Diagram）程序霓虹燈廣告設(shè)計語言是用梯形圖的圖形符號來描述程序的一種程序霓虹燈廣告設(shè)計語言。采用梯形圖程序霓虹燈廣告設(shè)計語言，即程序采用梯形圖的形式描述。這種程序霓虹燈廣告設(shè)計語言采用因果關(guān)系來描述事件發(fā)生的條件和結(jié)果，每個梯級是一個因果關(guān)系。在梯級中，描述事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結(jié)果表示在后面梯形圖程序霓虹燈廣告設(shè)計語言是最常用的一種程序霓虹燈廣告設(shè)計語言。它來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述。在工業(yè)過程控制領(lǐng)域，電氣技術(shù)人員對繼電器邏輯控制技術(shù)較為熟悉，因此，由這種邏輯控制技術(shù)發(fā)展而來的梯形圖受到了歡迎，并得到了廣泛的應(yīng)用。
梯形圖程序霓虹燈廣告設(shè)計語言的特點是：(1)與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；(2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對電氣技術(shù)人員來說，易于撐握和學(xué)習(xí)；(3)與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點是，梯形圖中的能流（Power Flow）不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對待；(4)與布爾助記符程序霓虹燈廣告設(shè)計語言有一一對應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。
§4.2.2 PLC程序霓虹燈廣告設(shè)計的基礎(chǔ)規(guī)則
PLC的程序霓虹燈廣告設(shè)計是用戶以PLC指令的功能為基礎(chǔ)，根據(jù)實際系統(tǒng)的控制要求，編制PLC的應(yīng)用程序。
1、梯形圖的編程規(guī)則
1） 梯形圖中的各軟繼電器必須是所用機器允許范圍內(nèi)的軟繼電器，
各軟繼電器的軟觸點可以無限次使用，不受數(shù)量的限制。
2） 每個梯級都是從左母線開始，到右母線結(jié)束。各梯級中，所有的
觸點只能接在軟繼電器線圈的左邊，而不能與右母線直接相連。軟繼電器線圈只能接在右母線上，而且不能直接接在左母線上。
3） 觸點一般應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直線上。
4） 多條支路并聯(lián)時，串連觸點多的支路應(yīng)畫在該并聯(lián)電路的上部。
多個并聯(lián)電路串連時，并聯(lián)觸點多的電路應(yīng)畫在該串連電路的左部。這樣編程可以減少用戶程序的步數(shù)，從而縮短程序掃描時間。
梯形圖必須符合從左到右、從上到下的順序執(zhí)行原則。對于不符合此原則的電路，不能直接編程，必須按其邏輯功能進行等效變換，如圖2所示。
（圖2）
 
     a）不能直接編程的電路           b）變換后的可編程電路
2、語句表的編程規(guī)則
1） 語句表編程與梯形圖編程，兩者相互對立，并可以相互轉(zhuǎn)換。
2） 語句表也必須符合順序執(zhí)行原則。語句表是按語句排列順序（步
序）編程的，語句的順序與控制邏輯有密切關(guān)系，不能隨意顛倒、插入或刪除，以免引起程序錯誤或控制邏輯錯誤。
3）  語句表中各語句的操作數(shù)（操作元件號）必須是所用機器允許范圍內(nèi)的參數(shù)，否則將引起程序出錯。
4）  語句表的步序號應(yīng)從用戶存儲器的起始地址開始，連續(xù)不斷地編制。
§4.2.3 PLC程序霓虹燈廣告設(shè)計的一般步驟及方法
1）分析被控對象的工藝過程和系統(tǒng)的控制要求，明確動作的順序和條件，畫出控制系統(tǒng)流程圖（活狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）。如果控制系統(tǒng)較簡單，可省略這一步。
2）有的現(xiàn)場輸入信號和輸出控制對象分別列出，并按PLC內(nèi)部可編程元件號的范圍，給每個輸入和輸出分配一個確定的I/O端編號，編制出PLC的I/O端的分配表，或繪制出PLC的I/O接線圖。
3）霓虹燈廣告設(shè)計梯形圖，編寫指令語句表。
4）編程器將程序鍵入到PLC的用戶存儲器中，并調(diào)試程序，直到達到系統(tǒng)的控制要求為止。

第五章 用PLC控制霓虹燈的實例

§5.1 流程圖
一、 用PLC控制霓虹燈字的明滅，具體要求如下：
1、廣告字1亮，1秒后熄滅；
2、廣告字2亮，1秒后熄滅；
3、廣告字3亮，1秒后熄滅；
4、廣告字4亮，1秒后熄滅；
5、廣告字5亮，1秒后熄滅；
6、廣告字1亮，等待1秒；
7、廣告字2亮，同時保持前字亮，等待1秒；
8、廣告字3亮，同時保持前字亮，等待1秒；
9、廣告字4亮，同時保持前字亮，等待1秒；
10、廣告字5亮，同時保持前字亮，等待2秒；
11、五個廣告字全部熄滅，等待3秒；
12、五個廣告字全亮，等待3秒；
13、五個廣告字全部熄滅，等待3秒；
14、五個廣告字全亮，等待5秒；
15、五個廣告字全部熄滅，等待3秒。
16、重復(fù)過程1—15。

二、 根據(jù)上述要求做出流程圖（見圖3）
 
 
（圖3）
§5.2 I/O分配及接口圖、原理圖
一、I/O分配表（見圖4）及PLC類型的選擇
 PLC類型的選擇：
首先考慮，I/O點數(shù)的多少：
準確把統(tǒng)計出被控設(shè)備的輸入，輸出點數(shù)的總需要量是PLC選形的基礎(chǔ)。將輸入點和輸出點詳細列出。然后再實際統(tǒng)計出I/O點總數(shù)的基礎(chǔ)上再15%--20%的備用量，以便今后調(diào)整和擴充。
多數(shù)小型PLC是整體式結(jié)構(gòu)，除了按點數(shù)分成一些檔次如32點，48點，64點，80點外，還有其他多種模塊擴展單元。
這里選用最常用的歐姆龍C系列P型機，為了以后的進一步改造以及及時替換損壞的端口，故選用C28P-CDR-A的PLC。它的基本特點如下：
單元名稱：C28P CPU
電源電壓：AC100-240V
輸入：DC24V,16點
輸出：繼電器2A,12點
 
（圖4）
二、根據(jù)流程圖及I/O表畫出接口電路圖（見圖5）、原理圖（見圖6）：
 
（圖5）
由接口圖可知：
輸入端 ：    24V直流電；
                      啟動按鈕、停止按鈕；
                      外部220V電源；
         輸出端：     五個發(fā)光字的中間繼電器KA1、KA2、KA3、KA4及KA5;
                          PLC電源可以為110V或220V等等。
 
（圖6）
由原理圖可知：五個中間繼電器分別和五個發(fā)光字“北、京、歡、迎、您”相連接。一旦閉合啟動按鈕，五個中間繼電器通電吸合，則與繼電器相對應(yīng)的五個發(fā)光字按設(shè)定的流程開始工作。
§5.3 梯形圖
根據(jù)流程圖和接口線路圖畫出梯形圖（見圖7）。
 
 
 
（圖7）
§5.4指令表
將梯形圖（圖7）轉(zhuǎn)換成指令表形式。
1.        LD-NOT           0000
2.        LD               2222 
3.        AND              TIM14
4.        LD               0001
5.        OR-LD
6.        LD               0201
7.        OR-LD
8.        AND-NOT          0202
9.        TIM              00
                           #0010
10.       OUT              0201
11.       LD               0201
12.       AND              TIM00
13.       LD               0202
14.       OR-LD
15.       AND-NOT          0203
16.       TIM              01
                           #0010
17.       OUT              0202
18.       LD               0202
19.       AND              TIM01
20.       LD               0203
21.       OR-LD
22.       AND-NOT          0204
23.       TIM              02
                           #0010
24.       OUT              0203
25.       LD               0203
26.       AND              TIM02
27.       LD               0204
28.       OR-LD
29.       AND-NOT          0205
30.       TIM              03
                           #0010
31.       OUT              0204
32.       LD               0204
33.       AND              TIM03
34.       LD               0205
35.       OR-LD
36.       AND-NOT          0206
37.       TIM              04
                           #0010
38.       OUT              0205
39.       LD               0205
40.       AND              TIM04
41.       LD               0206
42.       OR-LD
43.       AND-NOT          0213
44.       TIM              05
                           #0010
45.       OUT              0206
46.       LD               0206
47.       AND              TIM05
48.       LD               0207
49.       OR-LD
50.       AND-NOT          0213
51.       TIM              06
                           #0010
52.       OUT              0207
53.       LD               0207
54.       AND              TIM06
55.       LD               0210
56.       OR-LD
57.       AND-NOT          0213
58.       TIM              07
                           #0010
59.       OUT              0210
60.       LD               0210
61.       AND              TIM07
62.       LD               0211
63.       OR-LD
64.       AND-NOT          0213
65.       TIM              08
                           #0010
66.       OUT              0211
67.       LD               0211
68.       AND              TIM08
69.       LD               0212
70.       OR-LD
71.       AND-NOT          0213
72.       TIM              09
                           #0020
73.       OUT              0212
74.       LD               0212
75.       AND              TIM09
76.       LD               0213
77.       OR-LD
78.       AND-NOT          0214
79.       TIM              10
                           #0030
80.       OUT              0213
81.       LD               0213
82.       AND              TIM10
83.       LD               0214
84.       OR-LD
85.       AND-NOT          0215
86.       TIM              11
                           #0030
87.       OUT              0214
88.       LD               0214
89.       AND              TIM11
90.       LD               0215
91.       OR-LD
92.       AND-NOT          0220
93.       TIM              12
                           #0030
94.       OUT              0215
95.       LD               0215
96.       AND              TIM12
97.       LD               0220
98.       OR-LD   
99.       AND-NOT          0221
100.      TIM              13
                           #0050
101.      OUT              0220
102.      LD               0220
103.      AND              TIM13
104.      LD               0221
105.      OR-LD
106.      AND-NOT          0222
107.      TIM              14
                           #0030
108.      OUT              0221
109.      LD               0201
110.      LD               0206
111.      OR-LD
112.      LD               0207
113.      OR-LD
114.      LD               0210
115.      OR-LD
116.      LD               0211
117.      OR-LD
118.      LD               0212
119.      OR-LD
120.      LD               0214
121.      OR-LD
122.      LD               0220
123.      OR-LD
124.      OUT              0500
125.      LD               0202
126.      LD               0207
127.      OR-LD
128.      LD               0210
129.      OR-LD
130.      LD               0211
131.      OR-LD
132.      LD               0212
133.      OR-LD
134.      LD               0214
135.      OR-LD
136.      LD               0220
137.      OR-LD
138.      OUT              0501
139.      LD               0203
140.      LD               0210
141.      OR-LD
142.      LD               0211
143.      OR-LD
144.      LD               0212
145.      OR-LD
146.      LD               0214
147.      OR-LD
148.      LD               0220
149.      OR-LD
150.      LD               0204
151.      LD               0211
152.      OR-LD
153.      LD               0212
154.      OR-LD
155.      LD               0214
156.      OR-LD
157.      LD               0220
158.      OR-LD
169.      OUT              0503
160.      LD               0205
161.      LD               0212
162.      OR-LD
163.      LD               0214
164.      OR-LD
165.      LD               0220
166.      OR-LD
167.      OUT              0503
168.             END

第六章 PLC的故障分析與維護

§6.1故障檢測與分析
一、PLC的自檢功能
  無論是自身故障還是外部設(shè)備故障，PLC均能通過自檢系統(tǒng)報告異常（見表3）。
                            表3 自診斷錯誤分類與說明
二、故障分析與處理
當(dāng)PLC的工作狀態(tài)發(fā)生異常情況時，應(yīng)先找出故障的部位，分清故障現(xiàn)象，分析原因，排除故障。
1、ERR燈亮?xí)r先將PLC工作方式由“RUN”置為“PROG”,此時有兩種可能：
（1）、ERR燈亮，可以確定是“總體檢查”出錯，可用編程工具檢查程序，并做出修改；然后重新運行PLC。
（2）、ERR燈亮，則可能是“自診斷”出錯，可檢查表e中所列項。
2、ALARM燈亮
假設(shè)為系統(tǒng)WATCHDOG定時器出錯，先將PLC工作方式由“RUN”切換到“PROG”,然后斷開電源重新啟動。此時可能出現(xiàn)以下3種情況：
（1）、ALARM燈又亮回來，可能是FP1有問題，應(yīng)與廠家聯(lián)系。
（2）、ALARM燈滅了，但ERR燈亮了，此時可按ERR故障處理。
（3）、系統(tǒng)工作正常，則可將工作方式從“PROG”切換到“RUN”,如果ALARM燈又亮則說明程序執(zhí)行時間過長。
3、所有指示燈都不亮?xí)r，先檢查電源連線情況，再檢查PLC的電源是否在額定范圍內(nèi)。若以上檢查結(jié)果均正常則考慮：
（1）、用于輸入的內(nèi)裝直流電源的輸出導(dǎo)線連接情況。
    （2）、若PLC與其他的設(shè)備共用電源線是否接到其他設(shè)備上了。
如果PLC上的指示燈是瞬間閃亮，則說明電源的供電容量不足。

§6.2 PLC的維護
雖然PLC的霓虹燈廣告設(shè)計與制造工藝已將其故障減小到最低限度，但為了保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定可靠的工作，還應(yīng)該定期對PLC進行維護檢查，維護的內(nèi)容有檢查電源電壓、周圍環(huán)境的溫度和濕度等（見表4）。
項 目     檢查要點       注意事項

供電電源 測量PLC端子處的電壓來檢查電源情況 交流型PLC工作電壓為85～265V;直流型PLC工作電壓為20.4～26.4V

環(huán)境條件 環(huán)境溫度
環(huán)境濕度
有無污物、粉塵 環(huán)境溫度為0度～55度；
環(huán)境濕度為35％～85％以下，且不結(jié)露；無積灰塵，無異物
I/O端電壓 測量輸入、輸出端子上的電壓 均應(yīng)在工作要求的電壓范圍內(nèi)

安裝條件 各單元是否安裝牢固
所有螺釘是否擰緊
接線和接線端子是否完好 所有單元的安裝螺釘必須緊固；連接線及接線端子必須牢固，無短路或無氧化等現(xiàn)象
壽命元件更換 
備用電池是否定期更換等 備用電池每3～5年更換一次；繼電器輸出型的觸點壽命約為300萬次
（表4 PLC的維護內(nèi)容）

§6.3備用電池的更換
在PLC斷電時，由主機內(nèi)的備用電池供電使RAM中的用戶程序得以保存。備用電池一般是可供電的鋰電池，壽命約3～5年。當(dāng)電池電壓降至規(guī)定值時，PLC的指示燈亮，提醒要及時更換電池。
以FP1系列的PLC為例，當(dāng)備用電壓較低時，特殊內(nèi)部繼電器R9005和R9006接通，主機面板上的“ERR”燈亮，應(yīng)在一個月內(nèi)更換電池。更換電池時先給PLC充電1分鐘，然后在3分鐘內(nèi)完成更換操作。具體步驟如下：
切斷電源→打開存儲單元蓋板→拔下備用電源插頭，并將其向上拉，直到拉開電池蓋→拉出導(dǎo)線取下電池→安裝新電池并將它連到PLC插座上→蓋上電池蓋和存儲單元蓋→接通PLC電源。

結(jié) 論
經(jīng)過這次的霓虹燈廣告設(shè)計，使得我對PLC的掌握進一步的增強，加深了對PLC的理解，并對PLC產(chǎn)生了濃厚的興趣，但是我也深深的知道自己的不足之處，比如說對應(yīng)用指令的不熟悉，大大地加深了我的程序復(fù)雜程度。許多在學(xué)習(xí)過程中不能想通的問題，在PLC調(diào)試過程中，終于得以解決。可以看出它對理論教學(xué)起到了必要的補充和額拓寬作用，對培養(yǎng)既具有扎實理論功底又具有相當(dāng)實踐能力的人才必不可少。在這次的課程中，我發(fā)現(xiàn)PLC在工業(yè)控制中的作用很大，它能使人的控制轉(zhuǎn)變成電腦的控制，大大地降低了產(chǎn)品的成本，很大地提高生產(chǎn)效率。
本霓虹燈廣告設(shè)計中有諸多有待于進一步改進的地方：
一、字體頻繁閃爍的時間差為1秒，在實際應(yīng)用中可根據(jù)用戶的要求具體修改；字體的變換方式也可做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通過改變所用的指令，可使字體變換出各種樣式，如：流水型、閃爍型、跳躍型等等，這樣做出的霓虹燈將會更引人注目；編程指令表有一定的繁瑣之處，還需要更深的學(xué)習(xí)編程方法使編出的程序簡單明了。
二、PLC的輸入、輸出端點可在供替換的基礎(chǔ)上進一步加以開發(fā)利用，使它更廣泛的用于其他行業(yè)生產(chǎn)中，如：PLC用于機械手的控制、PLC用于送料小車的控制、PLC用于十字路口交通燈的控制、PLC用于節(jié)日彩燈的控制等等 。
這次畢業(yè)霓虹燈廣告設(shè)計的時間短，任務(wù)重，缺乏實踐基礎(chǔ)，再加上個人能力有限，在實踐中難免有考慮不周之處，還有待于實際調(diào)試中不斷完善。這將是我今后學(xué)習(xí)和努力的方向。我將在以后的工作道路不斷學(xué)習(xí)，把所學(xué)的知識很好的用到實踐中去。

參考文獻
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2、 齊蓉 《可編程控制器教程》               西北工業(yè)大學(xué)出版社 2000
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[15] 王宏文. 自動化專業(yè)英語教程.機械工業(yè)出版社， 2007：153-156（專著）
[16] 王宏文. 自動化專業(yè)英語教程.機械工業(yè)出版社，2003：159-161（專著）
 

1)該廣告屏中間8個霓虹燈字亮滅的時序為第1字亮到第2字亮到第8字亮,時間間隔均為1S, 當(dāng)8個霓虹燈字全亮后,顯示10S,全熄滅1S后,再從頭開始運行,周而復(fù)始。
(2)廣告屏四周的流水燈共24只,4個1組,共分6組。1和3先亮，之后1S，5和7亮，1S后1和3滅，9和11再亮，最后24和22往回亮。

24只流水燈，4個一組分成6組，從1-2-6按1S時間間隔依次向前移動，且亮?xí)r每相隔1燈為亮，即從1組1.3亮到2組5.7亮，同時1組1.3滅到3組9.11亮，同學(xué)2組5.7滅....如此移動一段時間后，再反過來移動一段時間：6組24.22亮到5組20.18亮，同時6組24.22滅。。。。如此循環(huán)往復(fù)。。。
霓虹燈廣告設(shè)計