2877 基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2877 基于PLC的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),基于,plc,霓虹燈,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 1基于 PLC 的霓虹燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 1 章 緒 論1.1 課題研究背景目的和意義1.1.1 課題研究目的在現(xiàn)代生活中，彩燈作為一種裝飾，既可以增強(qiáng)人們的感觀，起到廣告宣傳的作用，又可以增添節(jié)日氣氛，為人們的生活增添亮麗，用在舞臺(tái)上增強(qiáng)晚會(huì)燈光效果。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對(duì)于彩燈的要求越來越高。1.1.2 課題研究意義隨著電子技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)向著小型化、快速化、大容量、重量輕的方向發(fā)展，PLC 技術(shù)的應(yīng)用引起電子產(chǎn)品及系統(tǒng)開發(fā)的巨大變革。梯形圖語言作為可編程邏輯器件的標(biāo)準(zhǔn)語言描述能力強(qiáng)，覆蓋面廣，抽象能力強(qiáng)，在實(shí)際應(yīng)用中越來越廣泛。于是，人們開始追求貫徹整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，可以從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解脫出來，把精力集中在創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上，從而可以提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的研制周期。整個(gè)過程通過 PLC 自動(dòng)完成，大大減輕了設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，減少了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)，并且提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。1.2 課題發(fā)展?fàn)顩r霓虹燈是一種低氣壓冷陰極輝光放電燈，又稱冷陰極管。被廣泛用于廣告、招牌、標(biāo)識(shí)、景觀、裝飾亮化;冷陰極管還被高檔豪華酒店、文化娛樂場(chǎng)所用于照明以及特種燈等。在現(xiàn)代生活中，霓虹燈作為廣告裝飾光源，將向高品質(zhì)發(fā)展，在目前技術(shù)條件下，還沒有一種新光源可全面替代，仍具有獨(dú)特的生命力。霓虹燈又是冷陰極燈管照明，作為藝術(shù)品的一種，成為光的雕塑產(chǎn)品，將向高品質(zhì)、高檔產(chǎn)品發(fā)展。在霓虹燈的應(yīng)用中，裝飾燈、廣告燈、布景燈的變化多種多樣，但就其工作模式，可分為三種主要類型：長(zhǎng)明燈、流水燈及變幻燈。流水燈負(fù)載變化頻率高，變換速度快，使人有眼花繚亂之感，分為多燈流動(dòng)、單燈流動(dòng)等情形。霓虹燈發(fā)明于 19 世紀(jì)末、20 世紀(jì)初，1910 年世界上第一支商業(yè)性霓虹燈用于巴黎的皇宮大廈作照明裝飾獲得成功。1926 年，霓虹燈傳入中國(guó)，1966 年，文化大革命使中國(guó)霓虹燈除制作政治宣傳標(biāo)語外，基本處于停頓狀態(tài)。以十一屆三中全會(huì)為標(biāo)志，改革開放的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)使中國(guó)霓虹燈進(jìn)入恢復(fù)和初步發(fā)展階段。中國(guó)霓虹燈發(fā)展創(chuàng)歷史新高后，由于 LED 擠壓，大、中城市戶外廣告整治拆除行動(dòng)和世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影2響以及霓虹燈大發(fā)展帶來的低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，部分質(zhì)量良莠不全等使霓虹燈發(fā)展受阻。霓虹行業(yè)以“科學(xué)發(fā)展觀”指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，在堅(jiān)持做好、做優(yōu)、發(fā)展霓虹燈同時(shí)研究、開發(fā) LED 等產(chǎn)品以及景觀燈、亮化工程等，形成新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。近年來，在電光源研究學(xué)科研究中，逐步出現(xiàn)了個(gè)邊緣學(xué)科，即燈用電子學(xué)。這一新學(xué)科的形成給光電源技術(shù)，工藝帶來了巨大的突破，從深度和廣度兩個(gè)方面促進(jìn)著電光源的發(fā)展。目前，已出現(xiàn)的電子鎮(zhèn)流器，電子觸發(fā)器，電子啟輝器和電子變壓器等新的電子部件，成功應(yīng)用于光源產(chǎn)品中。新型的電子部件與霓虹燈相結(jié)合的產(chǎn)物：霓虹燈電子變壓器掃描式霓虹燈控制器和變色霓虹燈等新產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)。而在這些新的電子部件中，尤以電子變壓器特別引起霓虹燈行業(yè)的關(guān)注和歡迎。霓虹燈長(zhǎng)期沿用的漏磁變壓器，性能穩(wěn)定可靠，制造業(yè)日趨成熟，但它還存在著一些明顯的缺點(diǎn)。如它的體積較大因而顯得笨重，一臺(tái)規(guī)格 450VA 的漏磁變壓器重量達(dá) 10Kg，造價(jià)高，耗材多，在安裝使用和維修方面很不方便，新型電子變壓器的研究正是針對(duì)這些缺點(diǎn)經(jīng)過科研人員的努力，實(shí)現(xiàn)了每個(gè)可帶 6-8 米的電子變壓器，從而實(shí)現(xiàn)了電子變壓器實(shí)際應(yīng)用于霓虹燈技術(shù)中，節(jié)能電子變壓器具有重量輕，節(jié)電，功率因數(shù)高，維修和安裝方便等特點(diǎn)因此在美國(guó)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，我國(guó)特別是廣州、京和上海地區(qū)，節(jié)能型電子變壓器研制也十分活躍，應(yīng)用日趨廣泛，但作為一種新的電子器件的發(fā)展，它也存在著一些不夠成熟的地方。1.3 課題研究?jī)?nèi)容邊框流水燈按順序閃爍。八個(gè)字能按順序進(jìn)行亮滅，并且邊框燈能同時(shí)閃爍。并且語音播報(bào)系統(tǒng)放出舒緩音樂。當(dāng)有人靠近時(shí)，霓虹燈變化加快，并且語音播報(bào)系統(tǒng)放出歡快音樂。中間八個(gè)字的按順序亮滅，和邊框流水燈的閃爍可以通過通電延時(shí)定時(shí)器的常開及常閉觸點(diǎn)來完成，有人靠近改變變化速度，可以通過傳感器的感應(yīng)控制 PLC 來改變計(jì)時(shí)器設(shè)定的時(shí)間來改變變化速度。 霓虹燈電子變壓器的可靠性的設(shè)計(jì)。音樂播放系統(tǒng)的 PLC 控制。1.4 技術(shù)路線無人靠近時(shí)，霓虹燈隨著一定的規(guī)律緩慢變化，并且語音播報(bào)系統(tǒng)放出舒緩音樂。有人靠近時(shí)，霓虹燈變化快速，并且語音播報(bào)系統(tǒng)放出歡快音樂。霓虹燈布置邊框流水燈按順序進(jìn)行閃爍。八個(gè)字能按順序記性亮滅，并且邊框流3水燈能同時(shí)閃爍。針對(duì)霓虹燈電子變壓器可靠性差的問題，設(shè)計(jì)可靠性高的變壓器。第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案2.1 方案論證霓虹燈控制系統(tǒng)有很多，如單片機(jī)、PLC 控制系統(tǒng)等用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)該方案時(shí)有很多缺點(diǎn)，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)該方案所需的外圍電路多，工作量相對(duì)于 PLC 較大，可靠性及抗干擾能力也顯然不如 PLC，中斷優(yōu)先級(jí)不明確，相對(duì)于 PLC 而言用起來較復(fù)雜，配套設(shè)施和功能沒有 PLC 完善。用 PLC 的優(yōu)勢(shì)很明顯：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的 F 系列 PLC 平均無故障時(shí)間高達(dá) 30 萬小時(shí)。一些使用冗余CPU 的 PLC 的平均無故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從 PLC 的機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功4能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。霓虹燈采用正常輝光放電形式工作，具有輝光放電的基本特征，正離子轟擊陰極使陰極發(fā)射二次電子來維持放電，陰極電流主要由正離子所貢獻(xiàn)。由于是正常輝光放電，所以在一定的電流范圍內(nèi)，陰極的電流密度不變，陰極位降不變。陰極位降大約為 100-20 伏，為正離子加速提供能量。工作電流依賴于燈管直徑、電極種類、氣體種類及氣體壓強(qiáng)，一般在 15-60mA，太小使霓虹燈發(fā)光暗淡，太大又會(huì)進(jìn)入異常輝光放電，加重陰極濺射而縮短燈的壽命。相對(duì)于霓虹燈管管徑，霓虹燈的燈管一般總是比較長(zhǎng)，可以使正柱區(qū)足夠長(zhǎng)，使正柱區(qū)得到比電極損耗更大的電壓降，從而提高光效。一般磁漏式變壓器的霓虹燈管啟動(dòng)電壓高達(dá) 15000V，工作電壓也有 7500V，均相當(dāng)?shù)母?。為提高變壓器的使用效率，?shí)際工作時(shí)，總把幾支霓虹燈串接起來，共用一臺(tái)變壓器，常見的鐵心變壓器可以帶動(dòng)多達(dá)十幾米的霓虹燈燈管，以求合理匹配。霓虹燈開關(guān)次數(shù)不影響使用壽命，適合制作廣告背景掃描。一般的商品用霓虹燈多采用冷陰極輝光放電形式。典型的冷陰極霓虹燈主要由玻璃燈管、霓虹燈變壓器、霓虹燈專用高壓線等部分組成。玻璃燈管根據(jù)要求彎制加工成直線狀或異性曲線狀的文字或圖案。玻璃管內(nèi)主要用于填充工作氣體，限制放電區(qū)域，保持真空和透射光線。玻璃燈管以直徑規(guī)格分為6、7、8、9、10、12、15、18、20mm 等等；以玻璃材質(zhì)分為鈉玻璃管及鉛玻璃管。鈉玻璃管穩(wěn)定性差，受潮后極易變質(zhì)、泛堿，牢度差易爆裂。目前國(guó)內(nèi)大部分采用的是石灰料，與國(guó)外采用的紅丹料玻璃質(zhì)量相差較大，存在的問題為采用鈉鈣玻璃內(nèi)氧化錳雜質(zhì)含量過大；鈉鈣玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性差，玻璃表面長(zhǎng)期使用后的透明度降低，使燈的光衰加??；玻璃中的鈉原子向玻璃管的內(nèi)表面擴(kuò)散，溶入熒光粉晶體中，使熒光粉劣化；如果在彎制過程中加溫過甚，玻璃中的鈉原子析出與汞化合物形成黑色的吸光鈉汞齊膜，使熒光粉的光效率大為下降。鉛玻璃管其熱性能、機(jī)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。玻璃管是透明的也可以是涂有熒光粉的，依據(jù)所需獲得的光色而定。明管所充的工作氣體通常為惰性氣體，不同的惰性氣體有其不一樣的發(fā)光光譜特性。實(shí)際上，燈5管的壽命與電極的性能和結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，所有的氣體放電燈，除了要保持必要的真空度外，更重要的是其電極的發(fā)射性能及電極的使用壽命。以氖氣最為常見，發(fā)紅色光，此時(shí)氖氣不僅參與放電，而且也參與發(fā)光。粉管內(nèi)涂有各種規(guī)格熒光粉，內(nèi)充氫氣及少量金屬汞，汞蒸氣激發(fā)輻射 2537 紫外線，被熒光粉吸收而產(chǎn)生熒光，氫氣作用提高光效降低著火電壓。在玻璃管兩端各置一個(gè)金屬電極，作為發(fā)射電子和收集電荷之用。常用電解銅或鍍鎳鐵制成銅錐形，有足夠的發(fā)射面積，保證散熱和降低陰極電位。電極要能經(jīng)受質(zhì)量相當(dāng)大的正離子轟擊而不至升溫過高，不熔化和減少陰極濺射。金屬電極外有云母片，其作用一是支撐電極，二是隔熱，防止在真空除氣過程中，電極升溫過高導(dǎo)致外玻璃管炸裂。電極作為霓虹燈管的核心部件，其質(zhì)量與性能的優(yōu)劣將直接影響燈管的壽命。質(zhì)量好的燈管除了對(duì)真空度有較高的技術(shù)要求外，更重要的是必須有一對(duì)發(fā)射性能良好的電極，因?yàn)殡姌O殼的表層通過轟擊加熱的過程中，能形成一層非常有利于電子發(fā)射激活層。若在轟擊中，完全喪失了這一激活層，那么真空度再高，其壽命也不會(huì)超過 1000 小時(shí)的。試驗(yàn)也證明了燈管壽命不是和真空度成正比關(guān)系。實(shí)際上，燈管的壽命與電極的性能和結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系。所有的氣體放電燈，除應(yīng)保持必要的真空度外，更重要的是其電極的發(fā)射性能及電極的使用壽命。霓虹燈的電極發(fā)射電子是由正離子轟擊陰極表面而產(chǎn)生二次電子發(fā)射的。它取決于陰極的材質(zhì)及陰極的表面狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)陰極表面被其它單層低逸出功金屬原子覆蓋時(shí)，其二次電子發(fā)射系數(shù)變大，逸出功降低，發(fā)射性能好，濺射少。霓虹燈電極材料大都使用銅、鐵、鍍鎳鐵等金屬制作的，這些金屬的逸出功較高，電子發(fā)射性能相對(duì)較差，如果燈管使用這些純金屬發(fā)射電子勢(shì)必造成其陰極壓降大，陰極濺射的快，從而使燈管很快因?yàn)R射失效，特別是銅電極，濺射的更快。實(shí)驗(yàn)證明，純金屬容易濺散，但在金屬表面氧化一層有益的氧化膜或涂一層其他逸出功較低的金屬或其氧化物，這樣做可以大大降低其逸出功，提高了電子發(fā)射性能，從而減緩了陰極濺散，起到了延長(zhǎng)燈管壽命的作用。于是人們?cè)谥圃祀姌O時(shí)，大都把電極進(jìn)行預(yù)處理。實(shí)際上，燈管的壽命與電極的得性能和結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系。所有的氣體放電燈，除了保持必要的真空度外，更重要的是其電極的發(fā)射性能及電極的使用壽命。使其陰極壓降及濺射大大降低，從而提高了霓虹燈管的壽命和質(zhì)量。 2.2 具體方案霓虹燈分布如圖 2.1 所示，霓虹燈開始工作“獨(dú)”字亮，同時(shí)邊框流水燈 I 亮，2 秒后“善”字亮邊框流水燈 II 亮， “獨(dú)” 字滅，邊框流水燈 I 滅，2 秒后“其”字亮，同時(shí)邊框流水燈 III 亮， “善”字滅，邊框流水燈 II 滅，再過 2 秒“身”字亮，同時(shí)邊框流水燈 IV 亮， “其”字滅，邊框流水燈 III 滅，再過 2 秒“兼”字亮，同時(shí)邊框6流水燈 V 亮， “身”字滅，邊框流水燈 IV 滅，再過 2 秒“濟(jì)”字亮，同時(shí)邊框流水燈 VI 亮， “兼”字滅，邊框流水燈 V 滅，再過 1 秒邊框流水燈 VI 滅，再過 1 秒，“天”字亮，邊框流水燈全亮， “濟(jì)”字滅，再過 1 秒，邊框流水燈全滅，再過 1 秒，“下”字亮，邊框流水燈全亮，再過 1 秒，邊框流水燈全滅，再過一秒， “下”字滅，“獨(dú)”字再亮，同時(shí)邊框流水燈 I 亮，如此循環(huán)亮滅并放出舒緩的音樂，當(dāng)有人靠近時(shí)，光敏傳感器傳出信號(hào)給 PLC， “獨(dú)”字亮，同時(shí)邊框流水燈 I 亮，1 秒后， “善”字亮，同時(shí)邊框流水燈 II 亮， “獨(dú)”字滅，邊框流水燈 I 滅，1 秒后“其”字亮，同時(shí)邊框流水燈 III 亮， “善”字滅，邊框流水燈 II 滅， 1 秒后“身”字亮，同時(shí)邊框流水燈 IV 亮， “其”字滅，邊框流水燈 III 滅，1 秒后“兼”字亮，同時(shí)邊框流水燈 V亮， “身”字圖 2.1 霓虹燈分布圖滅，邊框流水燈 IV 滅，1 秒后“濟(jì)”字亮，同時(shí)邊框流水燈 VI 亮， “兼”字滅，邊框流水燈 V 滅，再過 0.5 秒，邊框流水燈 VI 滅，再過 0.5 秒， “天”字亮，同時(shí)邊框流水燈全亮， “濟(jì)”字滅，再過 0.5 秒，邊框流水燈全滅，再過 0.5 秒， “下”字亮，邊框流水燈全亮， “天”字滅，再過 0.5 秒邊框流水燈全滅，再過 0.5 秒， “下”字滅，“獨(dú)”字亮，邊框流水燈 I 亮，如此循環(huán)，直到人離開，恢復(fù)之前的循環(huán)。2.3 本章小結(jié)本章主要講控制系統(tǒng)的選擇和霓虹燈閃爍方案的確定，通過對(duì) PLC 和單片機(jī)的比較，發(fā)現(xiàn) PLC 控制系統(tǒng)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；單片機(jī)控制系統(tǒng)所需的外圍電路多，工作量相對(duì)于 PLC 較大，可靠性及抗干擾能力也顯然不如 PLC，中斷優(yōu)先級(jí)不明確，相對(duì)于 PLC 而言用起來較復(fù)雜，配套設(shè)施和功能沒有 PLC 完善，最后選擇 PLC 控制系統(tǒng)。78第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 電子變壓器的設(shè)計(jì)常見的霓虹燈變壓器有兩種：磁漏變壓器和電子變壓器。磁漏變壓器與普通變壓器有同樣的結(jié)構(gòu)，在鐵芯上繞上初級(jí)和次級(jí)線圈，同樣在鐵芯窗口的中間部位增加了一個(gè)普通變壓器所沒有的磁分路，這個(gè)磁分路用小的硅鋼片疊合而成，且與鐵芯之間有空氣隙，有意讓鐵芯中的磁通能通過這一分路漏出鐵芯。其作用相當(dāng)于在變壓器上安裝一個(gè)安全閥，當(dāng)次級(jí)電流增加時(shí)，鐵芯中的磁通就會(huì)被這磁分路所旁路，只有少數(shù)磁通與次級(jí)線圈相聯(lián)系，使次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，從而使磁漏變壓器獲得了霓虹燈變壓器所需的保持燈管電流不變的特性。實(shí)際上，燈管的壽命與電極的性能和結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系。所有的氣體放電燈，除應(yīng)保持必要的真空度外，更重要的是其電極的發(fā)射性能及電極的使用壽命。磁漏變壓器通過長(zhǎng)期的使用和改進(jìn)，設(shè)計(jì)及制作工藝都以達(dá)到完善和成熟。它的性能可靠，工作穩(wěn)定，被廣泛使用。磁漏式霓虹燈變壓器功率高，重量大，雖然具有工作穩(wěn)定可靠，負(fù)載能力強(qiáng)，但磁漏變壓器需要耗費(fèi)大量的銅與鋼，笨重且價(jià)高，安裝困難，而且功率因數(shù)僅為 0.5 左右。在電力資源日益緊張的今天，傳統(tǒng)的磁漏式霓虹燈變壓器正在被低能、體積小、重量輕的電子式霓虹燈變壓器所取代。電子式霓虹燈變壓器一般 6 米的功率不大于 80W，12 米的功率不大于 105W，大型霓虹燈工程中能大幅度節(jié)約電力資源，且方便安裝維護(hù)，但也有缺點(diǎn)，主要是可靠性差、亮度低、恒流性能弱，其中以可靠性問題最為突出。電子變壓器原理并不復(fù)雜，所用之電經(jīng)過整流濾波后得到 300V 左右的直流電壓，然后通過逆變電路，將直流電轉(zhuǎn)為高頻交流電，再經(jīng)升壓變壓器升壓到很高的得電壓供霓虹燈啟輝工作電路通常設(shè)置有保護(hù)電路，以保證霓虹燈管開路或短路等異常情況時(shí)電路的安全。用電子技術(shù)制成的霓虹燈電子變壓器，在霓虹燈工程中得到廣泛應(yīng)用，相當(dāng)大范圍內(nèi)取代了傳統(tǒng)的磁漏變壓器。實(shí)際上，燈管的壽命與電極的性能和結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，所有的氣體放電燈，除了應(yīng)保持必要的真空度外，更重要的是其電極的發(fā)射性能及電極的使用壽命。變壓器通過霓虹燈專用高壓絕緣線、杜美絲與玻璃管內(nèi)電極相連。常見的高壓線有兩種：一是普通高壓線這種高壓線價(jià)格便宜，但塑料易老化，室外使用不久塑料就要老化易引起拉火等，安全性較差。另一種硅橡膠絕緣高壓線，是目前較理想的霓虹燈連接線安全性強(qiáng)，可靠性好。9工作原理：220V 交流電經(jīng) D1-D4 整流、C2 和 C3 濾波后變成直流電，供給后面的振蕩電路，C2 和 C3 連接點(diǎn)的電壓在 15V 左右， R1、R2 穩(wěn)定 155V 電壓。A1 是按的保險(xiǎn)絲，起短路及大電流保護(hù)作用。R1、C1 消除交流電高頻干擾。振蕩起蕩電路由 R5、R6、C4、D6 和 D7 構(gòu)成，220V 直流電經(jīng) R5、R6 對(duì) C4 充電，當(dāng) C4 電壓上升到某一個(gè)值時(shí)，觸發(fā)二極管 D7 導(dǎo)通，使得三極管 T2 基級(jí)和發(fā)射級(jí)得到正向偏置電壓而導(dǎo)通，注意 R5 的功率要有 2W。震蕩電路主要由T1、T2、L1 、 L2、L3、R8 和 R9 組成，由于起振線路的觸發(fā)使得 T2 導(dǎo)通，一旦 T2導(dǎo)通，C3 通過 B 初級(jí)、L3 和 T2 放電。L1、L2 和 L3 繞在同一個(gè)高頻鐵氧體磁芯上，由于有電流流過 L3、L1 和 L2 上感應(yīng)電壓使得 T2 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，?T1 由截止變?yōu)閷?dǎo)通。一旦 T1 導(dǎo)通，C2 通過 T1、L3 和 B 的初級(jí)放電，此時(shí)通過 L3 和 B 的初級(jí)的放電電流的方向與先前正好相反，導(dǎo)致 T1 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，?T2 由截止變?yōu)閷?dǎo)通，如此周而復(fù)始，使電路產(chǎn)生振蕩。R8、R9 分別是三極管 T1、T2 基級(jí)限流保護(hù)電阻，D6 的作用是觸發(fā)起振后 C4 上依舊存在的充電電壓釋放掉， R10 和 C6 有保護(hù)T1、T2 三極管和改善波形的作用。R4、C1、D5、 R7、C5、R11 及 SCR 構(gòu)成過流及開路保護(hù)線路，R4 是過流電壓取樣電阻 C1 的作用是使得保護(hù)電路工作可靠，C5 可消除干擾信號(hào)及開機(jī)保護(hù)，一旦出現(xiàn)過流保護(hù)線路工作單向可控硅 SCR 導(dǎo)通，震蕩線路停振不工作，保護(hù) T1、T2。保護(hù)線路一旦起作用，待故障排除后，重新開機(jī)后才能恢復(fù)正常工作。霓虹燈電子變壓器出現(xiàn)故障大多數(shù)原因是功率管損壞，功率管的選擇直接關(guān)系到霓虹燈電子變壓器的可靠性，用圖 1-1 線路不同 T1、T2 功率管帶不同長(zhǎng)度霓虹燈管做比較試驗(yàn)，結(jié)果見表 3-1 表中負(fù)載是 12 霓虹燈管，全亮電壓/ 電流是指霓虹燈電子變壓器剛好使整個(gè)負(fù)載長(zhǎng)度都點(diǎn)亮?xí)r的輸入交流電壓/電流，而正常亮度電壓/ 電流指霓虹燈電子變壓器是整個(gè)負(fù)載長(zhǎng)度都達(dá)到正常亮度時(shí)的輸入交流電壓/電流。從表 2.1 可以得到如下結(jié)論：不同的功率管帶負(fù)載的能力是不一樣的，隨著負(fù)載長(zhǎng)度的增加霓虹燈電子變壓器的全亮電壓/電流及正常亮度電壓 /電流均增加，D1403、BU508、BUT11A 都具有帶 6-8 米負(fù)載能力，即使 D1403、與 BU508 混合使用，其全亮及正常亮度電壓/電流也沒有多大改變，輸入電壓高達(dá) 220V 時(shí)電子變壓器也能正常工作。保護(hù)電路的設(shè)計(jì)直接影響霓虹燈電子變壓器可靠性。霓虹燈在使用過程中難免會(huì)出現(xiàn)燈管破裂、燈頭線脫落、潮濕天氣高壓對(duì)地打火等異?，F(xiàn)象，導(dǎo)致電子變壓器電流劇增，功率管發(fā)熱燒毀。所以保護(hù)線路必須在電流大于某閥值時(shí)及時(shí)工作，保護(hù)功率管。試驗(yàn)中用增加工作電壓的方法模擬增加的異常電流。依然用圖 3.1 線路，輸出10變壓器匝數(shù)為 100/2875，選擇 L1、L2 匝數(shù)均為 5 匝，L3 匝數(shù)為 8 匝，R8、R9 阻值表 3.1 不同功率管點(diǎn)亮不同長(zhǎng)度霓虹燈燈管比較試驗(yàn)T1、T2 型號(hào) 負(fù)載長(zhǎng)度 全亮電壓/電流 正常亮度電壓/電流240V 電流6M 120V/230mA 150V/270mA 381mA7M 150V/315mA 170V/325mA 422mABUT 11A8M 180V/354mA 200V/387mA 430mA6M 105V/230mA 150V/276mA7M 140V/308mA 180V/326mAD1403BU 5088M 180V/346mA 190V/375mA7M 150V/284mABU 5088M 190V/338mAC1R1R4C7C2C3R3R2R6C4 R10C6SCRR7C5R1D6D5R9R8L2L1L3R5A1 D1D2D3D4圖 3.1 電子變壓器電路圖均為 3.3/W，8 米負(fù)載，改變 R7 阻值情況下，輸入交流電電壓逐漸增加，觀察記錄起始保護(hù)電路工作時(shí)的電流。當(dāng) R7 阻值確定后，起始保護(hù)動(dòng)作僅與工作電流有關(guān)，與工作電壓及負(fù)載管長(zhǎng)沒有關(guān)系。R7 的阻值越大，起始保護(hù)線路電流越大。R7 阻值取 6.5K，此時(shí) 8 米負(fù)載輸入電壓大于 240V，起始保護(hù)電流 500mA，5 分鐘后起保。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不同功率管對(duì) R7 取值很不相同，表 3.2 是 BU508 的結(jié)果，改用11BUT11A，R7 有大的改變。及時(shí)同一型號(hào)功率管，不同廠家生產(chǎn)的 R7 也不相同。表 3.2 R7 阻值與起始保護(hù)電流的關(guān)系R7 阻值（K） 3 4 5 6 6.5 8起始保護(hù)電流（mA）430 450 465 490 500 5153.2 硬件的選擇3.2.1 PLC 的選擇設(shè)計(jì)中有 2 個(gè)輸入點(diǎn)和 15 個(gè)輸出點(diǎn)。按 PLC 使用的選擇要求輸入和輸出端是都要有 10%20%的擴(kuò)展空間，三菱 FX2N48MT-001 有 24 個(gè)輸入點(diǎn)和 24 個(gè)輸出點(diǎn)符合使用要求所以選用三菱 FX2N48MT-001 型。3.2.2 高壓線的選擇常見的高壓線有兩種：一是普通高壓線這種高壓線價(jià)格便宜，但塑料易老化，室外使用不久塑料就要老化易引起拉火等，安全性較差。另一種硅橡膠絕緣高壓線，是目前較理想的霓虹燈連接線安全性強(qiáng)，可靠性好。3.2.3 其他元器件的選擇所有元器件的選擇如圖 3.3 所示。表 3.3 元件目錄表元器件 個(gè)數(shù)FS-23 按鈕開關(guān) 1霓虹燈 24LS06-S 型光敏傳感器 1字型霓虹燈 8音樂播放系統(tǒng) 11.FS-23 按鈕開關(guān)一個(gè)，2.連接導(dǎo)線若干，3.霓虹燈 24 個(gè)，4.LS06-S 型光敏傳感器一個(gè)，5.字型霓虹燈 8 個(gè)，6.音樂播放系統(tǒng)。3.3 主控電路圖：通過 PLC 控制八個(gè)字型燈和邊框流水燈的閃爍并控制音樂播放系統(tǒng)播放音樂，PLC12與霓虹燈和音樂播放系統(tǒng)的接線如圖 3.2 所示。 Y01Y23Y45Y67Y10Y123Y145Y16X0X1傳 感 器 L23L45L67L8LILIVLVI1圖 3.2 控制電路圖3.4 地址分配表：PLC 的地址分配如表 3.4 所示。表 3.4 PLC 的 I/O 接口功能表X0 啟動(dòng)開關(guān)X1 光敏傳感器控制開關(guān)Y0 霓虹燈 1Y1 霓虹燈 2Y2 霓虹燈 3Y3 霓虹燈 4Y4 霓虹燈 5Y5 霓虹燈 6Y6 霓虹燈 7Y7 霓虹燈 8Y10 霓虹燈Y11 霓虹燈 IIY12 霓虹燈Y13 霓虹燈Y14 霓虹燈Y15 霓虹燈13Y16 音樂播放系統(tǒng)3.5 本章小結(jié)本章主要講述霓虹燈控制系統(tǒng)的硬件選擇，還有電路的接法，硬件的選擇主要是霓虹燈電子變壓器的可靠性的設(shè)計(jì)，霓虹燈電子變壓器的可靠性設(shè)計(jì)，通過對(duì)電子變壓器電路的設(shè)計(jì)，和對(duì)電子變壓器元件的選擇來達(dá)到提高霓虹燈電子變壓器的可靠性，14第 4 章 軟件設(shè)計(jì)4.1 流程圖：霓虹燈的閃爍方式如圖 4.1 所示，霓虹燈開始工作“獨(dú)”字亮，同時(shí)邊框流水燈I 亮，2 秒后“ 善”字亮，邊框流水燈 II 亮， “獨(dú)” 字滅，邊框流水燈 I 滅，2 秒后“其”字亮，同時(shí)邊框流水燈 III 亮， “善”字滅，邊框流水燈 II 滅， 2 秒后“身”字亮，同時(shí)邊框流水燈 IV 亮， “其”字滅，邊框流水燈 III 滅， 2 秒后“兼”字亮，同時(shí)邊框流水燈 V 亮， “身”字滅，邊框流水燈 IV 滅， 2 秒后“濟(jì)”字亮，同時(shí)邊框流水燈 VI 亮， “兼 ”字滅，邊框流水燈 V 滅，再過 1 秒邊框流水燈 VI 滅，再過 1 秒，“天”字亮，邊框流水燈全亮， “濟(jì)”字滅，再過 1 秒，邊框流水燈全滅，再過 1 秒，“下”字亮，邊框流水燈全亮，再過 1 秒，邊框流水燈全滅，再過 1 秒， “下”字滅，“獨(dú)”字再亮，同時(shí)邊框流水燈 I 亮，如此循環(huán)亮滅并放出舒緩的音樂，當(dāng)有人靠近時(shí)，光敏傳感器傳出信號(hào)給 PLC， “獨(dú)”字亮，同時(shí)邊框流水燈 I 亮，1 秒后， “善”字亮，同時(shí)邊框流水燈 II 亮， “獨(dú)”字滅，邊框流水燈 I 滅，1 秒后“其”字亮，同時(shí)邊框流水燈 III 亮， “善 ”字滅，邊框流水燈 II 滅， 1 秒后“身”字亮，同時(shí)邊框流水燈 IV 亮， “其”字滅，邊框流水燈 III 滅，1 秒后“兼”字亮，同時(shí)邊框流水燈 V亮， “身”字滅，邊框流水燈 IV 滅，1 秒后“濟(jì)” 字亮，同時(shí)邊框流水燈 VI 亮， “兼”字滅，邊框流水燈 V 滅，再過 0.5 秒，邊框流水燈 VI 滅，再過 0.5 秒， “天”字亮，同時(shí)邊框流水燈全亮， “濟(jì)”字滅，再過 0.5 秒，邊框流水燈全滅，再過 0.5 秒， “下”字亮，邊框流水燈全亮， “天”字滅，再過 0.5 秒邊框流水燈全滅，再過 0.5 秒， “下”字滅， “獨(dú)”字亮，邊框流水燈 I 亮，如此循環(huán)，直到人離開，恢復(fù)之前的循環(huán)。15程序開始是否有人靠近“ 獨(dú) “ 字與邊框流水燈 I 亮“ 善 ” 字與邊框流水燈 I I 亮 ， “ 獨(dú) ”字與邊框流水燈 I 滅“ 其 ” 字與邊框流水燈 I I I 亮 ， “ 善 ”字與邊框流水燈 I I滅“ 身 ” 字與邊框流水等 I V 亮 ， “ 其 ”字與邊框流水燈 I I I滅“ 兼 ” 字與邊框流水燈 V 亮 ， “ 身 ”字與邊框流水燈 I V滅“ 濟(jì) ” 字與邊框流水燈 V I 亮 ， “ 兼 ”字與邊框流水燈 V滅邊框流水燈 V I 滅“ 天 ” 字亮 ， 邊框流水燈全亮 ，“ 濟(jì) ” 字滅邊框流水燈全滅“ 下 ” 字亮 ， 邊框流水燈全亮 ，“ 天 ” 字滅邊框流水燈全滅“ 下 ” 字滅“ 獨(dú) “ 字與邊框流水燈 I 亮“ 善 ” 字與邊框流水燈 I I 亮 ， “ 獨(dú) ”字與邊框流水燈 I 滅“ 其 ” 字與邊框流水燈 I I I 亮 ， “ 善 ”字與邊框流水燈 I I滅“ 身 ” 字與邊框流水等 I V 亮 ， “ 其 ”字與邊框流水燈 I I I滅“ 兼 ” 字與邊框流水燈 V 亮 ， “ 身 ”字與邊框流水燈 I V滅“ 濟(jì) ” 字與邊框流水燈 V I 亮 ， “ 兼 ”字與邊框流水燈 V滅邊框流水燈 V I 滅“ 天 ” 字亮 ， 邊框流水燈全亮 ，“ 濟(jì) ” 字滅邊框流水燈全滅“ 下 ” 字亮 ， 邊框流水燈全亮 ，“ 天 ” 字滅邊框流水燈全滅“ 下 ” 字滅是否結(jié)束程序結(jié)束音樂播放系統(tǒng)播放舒緩音樂音樂播放系統(tǒng)播放歡快音樂N2 S2 S2 SY2 S2 S1 S1 S1 S1 S1 S1 SY1 S1 S1 S1 S1 S0 . 5 S0 . 5 S0 . 5 S0 . 5 S0 . 5 S0 . 5 SN圖 4.1 工作流程圖164.2 梯形圖程序開始“獨(dú)”字，和邊框流水燈 I 亮，如圖 4.2 所示。圖 4.2 梯形圖 I2 秒后， “獨(dú)”字與邊框流水燈 I 滅， “善”字與邊框流水燈 II 亮，程序如圖 4.3所示。圖 4.3 梯形圖 II2 秒后， “善”字與邊框流水燈 II 滅， “其”字與邊框流水燈 III 亮，程序如圖 4.4所示。圖 4.4 梯形圖 III172 秒后， “其”字與邊框流水燈 III 滅， “身”字與邊框流水燈 IV 亮，程序如圖4.5 所示。圖 4.5 梯形圖 IV2 秒后， “身”字與邊框流水燈 IV 滅， “兼”字與邊框流水燈 V 亮，程序如圖4.6 所示。圖 4.6 梯形圖 V2 秒后， “兼”字與邊框流水等 V 滅， “濟(jì)”字與邊框流水等 VI 亮，程序如圖 4.7所示。圖 4.7 梯形圖 VI1 秒后邊框流水燈 VI 滅，程序如圖 4.8 所示。18圖 4.8 梯形圖 VII1 秒后， “濟(jì)”字滅， “天”字亮，邊框流水燈全亮，程序如圖 4.9, 4.10 所示圖 4.9 梯形圖 VIII1 秒后，邊框流水燈全滅，再過 1 秒，天字滅，邊框流水燈全亮，如圖 4.11 所示。圖 4.10 梯形圖 IX191 秒后，邊框流水燈全滅，在過 1 秒“下”字滅，程序如圖 4.12 所示。圖 4.11 梯形圖 X當(dāng)傳感器傳出有人靠近和離開的信號(hào)時(shí)，音樂播放器播放的音樂改變，程序如圖4.13 所示。圖 4.12 梯形圖 XI當(dāng)有人靠近時(shí)，霓虹燈閃爍的頻率加快， “獨(dú)”字與邊框流水燈 I 亮，1 秒后，“獨(dú)”字與邊框流水燈 I 滅， “善”字與邊框流水燈 II 亮，程序如圖 4.14。圖 4.13 梯形圖 XII1 秒后， “善”字與邊框流水燈 II 滅， “其”字與邊框流水燈 III 亮，再過 1 秒， “其”字與邊框流水燈 III 滅， “身”字與邊框流水燈 IV 亮，程序如圖 4.15 所示。20圖 4.14 梯形圖 XIII1 秒后“身”字與邊框流水燈 IV 滅， “兼”字與邊框流水燈 V 亮，1 秒后“兼”字與邊框流水燈 V 亮， “濟(jì)”字與邊框流水燈 VI 亮，程序如圖 4.16 所示。圖 4.15 梯形圖 XIV0.5 秒后邊框流水燈 VI 滅，再過 0.5 秒， “濟(jì)”字滅， “天”字亮，邊框流水燈全亮，程序如圖 4.17 所示。圖 4.16 梯形圖 XV0.5 秒后，邊框流水燈全滅，再過 0.5 秒， “天”字滅， “下”字亮，邊框流水燈全亮，程序如圖 4.18 所示。21圖 4.17 梯形圖 XVI0.5 秒后，邊框流水燈全滅，再過 0.5 秒， “下”字滅，程序如圖 4.19 所示。圖 4.18 梯形圖 XVII4.3 本章小結(jié)本章主要主要講述設(shè)計(jì)的霓虹燈的工作流程和 PLC 程序的編寫，通過程序講述霓虹燈的工作流程閃爍方式。中間八個(gè)字按順序進(jìn)行亮滅邊框流水燈按順序進(jìn)行亮滅并能同時(shí)閃爍，音樂播放器播放舒緩的音樂。當(dāng)有人靠近時(shí)霓虹燈的閃爍速度加快，音樂播放器播放歡快的音樂。22結(jié) 論這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于 PLC 的霓虹燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用 PLC 實(shí)現(xiàn)有人和無人時(shí)兩種情況的不同控制效果，并針對(duì)霓虹燈電子變壓器可靠性差的問題對(duì)電子變壓器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過對(duì)晶體管的選擇，和設(shè)計(jì)保護(hù)電路保護(hù)晶體管來達(dá)到提高電子變壓器可靠工作的目的。通過改進(jìn)霓虹燈可以長(zhǎng)時(shí)間可靠工作。這次設(shè)計(jì)的不足是音樂播放的控制，本次設(shè)計(jì)是通過 PLC 控制 MP3 來控制音樂播放的，下次爭(zhēng)取設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單輕便的音樂播放系統(tǒng)達(dá)到控制音樂播放的目的。23參考文獻(xiàn)1皮壯行 可編程控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20002廖常初PLC 編程及應(yīng)用 M機(jī)械工業(yè)出版社，20083易泓可電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與范例 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liver cancer more than 10 cm in diameter J.Journal of Cancer Research and Clinical Oncology. 200822Karl M. Schweitzer Jr. Interrater reliability of identifying indicators of posterior ligamentous complex disruption when plain films are indeterminate in thoracolumbar injuries J. Journal of Orthopaedic Science. 200724致 謝這次畢業(yè)說明書的完成，首先要感謝學(xué)院提供一個(gè)讓我自我總結(jié)的機(jī)會(huì)，也要感謝帶我的指導(dǎo)教師劉桂波老師，在畢業(yè)設(shè)計(jì)電路圖及說明書編制過程中，給予了精心的指導(dǎo)，并在程序編寫過程中提出了寶貴的專業(yè)意見，有了劉老師的精心教導(dǎo)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能按期完成，也要感謝同學(xué)們?cè)谖易霎厴I(yè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我提出的寶貴的意見和建議。25- 26 -LD X0ADI X1OUT M0FORK1000LDM0OUT T0K20LD T0SET M1OUT T1K20LD M1OUT Y0OUT Y10LD T1SET M2RST M1OUT T2K20LD M2OUT Y1OUT Y11LD T2SET M3RST M2OUT T3K20附 錄LD M3OUT Y2OUT Y12LD T3SET M4RST M3OUT T4K20LD M4OUT Y3OUT Y13LD T4SET M5SET M6OUT T5K20LD M5OUT Y4OUT Y14LD T5SET M6SET M7RST M5OUT T0K10LD M6OUT Y5LD M7OUT Y15LD T6RST M7OUT T7K10LD T7SET M8SET M9RST M6OUT T8K10LD M8OUT Y6LD M9OUT Y10OUT Y11OUT Y12OUT Y13OUT Y14OUT Y15LD T8RST M9OUT T9K10LDT9RST M8SET M9SET M10OUT T10K10- 27 -LD M10OUT Y7LD T10RST M9OUT T11K10LD T11RST M10NEXTLD X1OUT M11LDP M11PLS Y16LDF M11PLS Y16FORK1000LD M11OUT T12K10LD T12SET M1OUT T13K10LD T13SET M2RST M1OUT T14K10LD T14SET M3RST 2OUT T15K10LD T15SET M4RST M3OUT T16K10LD T16SET M5RST M4OUT T17K10LD T17SET M6SET M7RST M5OUT T18K5LD T18RST M7OUT T19K5LD T19SET M9SET M10RST M6OUT T20K5LD T20RST M9OUT T21K5LD T21RST M10NEXTEND