基于PLC的可變畫面廣告機控制設(shè)計論文

...34/341緒論1.1基于PLC的可變畫面廣告機控制系統(tǒng)目的和意義廣告是為了某種特定的需要，通過一定形式的媒體，并消耗一定的費用，公開而廣泛地向公眾傳遞信息的宣傳手段。所謂廣告，從漢語的字面意義理解，就是“廣而告之”，即向公眾通知某一件事，或勸告大眾遵守某一規(guī)定。廣告一詞，據(jù)考證是一外來語。它首先源于拉丁文AdAverture，其意思是吸引人注意。中古英語時代（約公元1300—1475年），演變?yōu)锳dvertise，其含義衍化為“使某人注意到某件事”，或“通知別人某件事，以引起他人的注意”。直到17世紀末，英國開始進行大規(guī)模的商業(yè)活動。這時，廣告一詞便廣泛地流行并被使用。此時的“廣告”，已不單指一則廣告，而指一系列的廣告活動。靜止的物的概念的名詞AdverAtise，被賦于現(xiàn)代意義，轉(zhuǎn)化成為“Advertising”。廣告有廣義和狹義之分，廣義廣告包括非經(jīng)濟廣告和經(jīng)濟廣告。非經(jīng)濟廣告指不以盈利為目的的廣告，又稱效應廣告，狹義廣告僅指經(jīng)濟廣告，又稱商業(yè)廣告，是指以盈利為目的的廣告，商業(yè)廣告主要目的是擴大經(jīng)濟效益。如今廣告方式多種多樣，需要媒體工具來宣傳信息，我覺得可變畫面廣告機能夠成為一種廣告很好的宣傳工具需要控制系統(tǒng)來控制，基于PLC可變廣告機控制系統(tǒng)目的和意義來源于此。1.2可變畫面廣告機的現(xiàn)狀與存在的問題廣告作為社會文化與經(jīng)濟發(fā)展的晴雨表，無疑與高校學府一樣。當代社會廣告在產(chǎn)品的銷售中占有很大的比重，故目前廠家在銷售商品時都運用了大量的廣告進行宣傳。廣告的形式一般有這么幾種：電視上的立體畫面與聲音；廣播電臺中聲音宣傳；街頭或商場中的大屏幕電子顯示系統(tǒng)；報紙上雜志上的文字宣傳；街頭巷尾的燈箱廣告。前面4種形式價格較高，但顯示的信息量較多；而普通的燈箱廣告畫布上印的宣傳容大多靜止不動，傳遞的信息量有限，優(yōu)點是價格較低。采用可變畫面廣告機，用PLC控制將多副畫面連接起來裝在露天燈箱中，畫卷用電動機拖動，可上下移動進行循環(huán)顯示，信息量大，動態(tài)效果好，可以對多種商品進行介紹或宣傳，在街頭構(gòu)成一道風景線同時也適用于大商場中對商品信息以與銷售情況進行介紹。畫卷可以定期更換，方便不同商品需要，而且不僅適合露天廣告宣傳，也可以用于大型商場中進行產(chǎn)品信息介紹?？勺儺嬅鎻V告機控制裝置是一種新型的廣告發(fā)布設(shè)備，為了達到良好的宣傳效果。在畫卷循環(huán)運行過程中，各個畫布畫面出現(xiàn)的時間都保持一致，展示一定的時間后再改換到下一序號的畫面。1.3本設(shè)計的任務本設(shè)計的任務：設(shè)計畫面可以變換的廣告機，讓自己所學的知識和現(xiàn)實生活中充分的結(jié)合，廣告機的設(shè)計目的、意義和現(xiàn)狀與存在的問題、系統(tǒng)程序設(shè)計可變畫面廣告機硬件與軟件設(shè)計、控制系統(tǒng)的選擇等，本設(shè)計就是要用自己所學的知識設(shè)計出自己所想要的廣告機并且能達到預想的目的。2可變畫面廣告機總體設(shè)計可變畫面廣告機是一種機電一體化裝置，它適用于大型體育場館在舉行體育比賽時進行商業(yè)廣告和精神文明宣傳，是一種比較實用的媒體工具，做廣告宣傳效果極佳。其總體設(shè)計如圖2-1所示：圖2-1可變畫面廣告機總體設(shè)計圖可變畫面廣告機可用于城市的公共場所如大型廣場、街道兩邊的廣告宣傳，也可以用于大型商場的廣告信息介紹。它有多幅畫面，畫面可以交替顯示。這種廣告媒體發(fā)布的信息量大，動態(tài)效果好。可變畫面廣告機燈箱的上部、下部設(shè)有卷軸，滾動畫卷纏繞在卷軸上。卷軸由電動機驅(qū)動。電動機正轉(zhuǎn)時，卷軸帶動畫布下行；電動機反轉(zhuǎn)時，卷軸帶動畫卷上行。滾動畫卷中每幅廣告畫面在燈箱中停止時，要求定位準確，從燈箱窗口看去，畫面完整。3可變畫面廣告機控制系統(tǒng)選擇3.1可編程序控制器的概述3.1.1可編程序控制器的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀60年代初，控制器還主要是由繼電器組成，它所構(gòu)成的控制系統(tǒng)都是按預先規(guī)定的條件或時間順序地工作。若要改變控制順序就必須改變控制器的硬件接線，這不僅影響了產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期，而且對于比較復雜的控制系統(tǒng)來說，不但設(shè)計制造困難，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是費刊，和困難的。1968年，美國通用汽車公司(GM)根據(jù)市場形勢與生產(chǎn)發(fā)展的需要，提出了多品種、小批量、不斷翻新汽車品牌型號”的戰(zhàn)略。依靠原有的工業(yè)控制裝置顯然不行，其想尋求一種新方法，以便盡可能地減少重新設(shè)計和重新接線的工作，從而降低成本、縮短周期，這就是用新的控制裝置取代繼電器控制裝置。GM公司用它應當達到的十項功能指標描述了這個設(shè)想中的全新的工業(yè)控制裝置，即：

①編程方便，現(xiàn)場可修改程序②維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；③可靠性高于繼電器控制裝置；④體積小于繼電器控制裝置；⑤數(shù)據(jù)可直接送人管理計算機；⑥成本可與繼電器控制裝置競爭；⑦可直接用115V交流輸入；⑧輸出為llSV、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥、接觸器等；⑨通用性強，易于擴展；⑩用戶程序存儲器容量可擴展到4KB。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制成功第一臺PLC，將其應用于美國通用汽車自動裝配生產(chǎn)線上，取得了極大的成功。人們根據(jù)這種新型工業(yè)控制裝置可以通過編程改變控制方案這一特點，以與專門用于邏輯控制的情況，稱這種新的工業(yè)控制裝置為可編程序控制器(ProgrammableLogicController)，簡稱為PLC。自1969年第一臺可編程序邏輯控制器面世以來，目前可編程序控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普與、應用場合最多的工業(yè)控制器。早期PLC是為取代繼電邏輯控制而設(shè)計，是用于開關(guān)控制，具有邏輯運算、計時、計數(shù)等順序控制功能。進入20世紀70年代之后，出現(xiàn)了微處理器。它的體積小、功能強、價格便宜，很快被用于可編程序控制器，使PLC的功能增強、工作速度加快、體積減小、可靠性提高、成本下降。現(xiàn)代町編程序控制器不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、運動控制等功能，?？刂破鞯墓δ芤巡幌抻谶壿嬤\算，還具有連續(xù)模擬量處理、高速計數(shù)、遠程I／O和網(wǎng)絡通信等功能，因而用“PLC”是不能描述其多功能的特點的。1980年，美國電氣制造商協(xié)會(NEMA)給它一個新的名稱“ProgrammableControl—let”，簡稱PC。1982年國際電工協(xié)會IEC(InternationaElectrotechnicalCommission)專門為PC下了嚴格的定義。然而PC這一縮寫在我國早已成為個人計算機的代名詞，為避免造成名詞術(shù)語混亂，在我國仍沿用PLC來表示可編程序控制器。

1987年，國際電工協(xié)會1EC頒布了可編程序控制器標準(第三版)，對可編程序控制器作了如下定義：

可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的。它采用了可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(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，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸人和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破髋c其有關(guān)外圍設(shè)備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則設(shè)計。定義強調(diào)了可編程序控制器是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，即它也是一種計算機，是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計”的工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)操作，它還具有“數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制”的能力，并且非常容易“與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體”，易于“擴展”。定義強調(diào)了可編程序控制器直接應用于工業(yè)環(huán)境，它需具有很強的抗干擾能力、廣泛的適應能力和應用圍。這也是區(qū)別于一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。由于PLC引入了微處理機與半導體存儲器等新一代電子器件，并用規(guī)定的指令進行編程，能靈活地修改，即用軟件方式來實現(xiàn)“可編程”的目的。PLC從誕生至今，雖然只有30多年的歷史，但其發(fā)展勢頭十分迅猛。如在工業(yè)自動化領(lǐng)域中PLC已無處不在。今后，PLC主要在如下幾個方面發(fā)展：1.小型化、專用化、低成本方向發(fā)展

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器什被大幅度地提高功能和降低價格。PLC的功能不斷加強，將原來大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上。PLC結(jié)構(gòu)更為緊湊、小巧，體積更小，而安裝和操作使用十分簡便。由于PLC中主要部件成本的不斷下降，這樣在大幅度提高PLC功能的同時，也大幅度降低了PLC的整體成本。價格的不斷下降，使得PLC真正成為繼電器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品。

2.系列化、標準化、模塊化方向發(fā)展

每個生產(chǎn)PLC的公司幾乎都有自己的系列化產(chǎn)品，同一系列的產(chǎn)品指令與使用向上兼容，以滿足新機型的推廣和使川。為了推動技術(shù)標準化的進程，一些國際性組織，如國際電工協(xié)會(IEC)，不斷為PLC的發(fā)展制定一些新的標準，對各種類型的產(chǎn)品有一定的規(guī)格。3.1.1.中央處理器(CPU)與一般計算機一樣，CPU是PLC的核心部件，整個PLC的工作過程都是在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進行的。它解釋并執(zhí)行用戶與系統(tǒng)程序，通過運行用戶與系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以與所賦予的其他功能。具體地說，CPU主要完成下列工作：①接收，存儲用戶通過編程器等輸入設(shè)備輸入的程序和數(shù)據(jù)；②用掃描的方式通過I／O部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸人映像存儲器或數(shù)據(jù)存儲器中；

③診斷PLC部電路的工作故障和編程中的語法錯誤；④PLC進入運行狀態(tài)后，執(zhí)行用戶程序，完成各種數(shù)據(jù)的處理、傳輸和存儲相應的部控制信號，以完成用戶指令規(guī)定的各種操作；⑤響應各種外圍沒備(如編程器、打印機等)的請求。不同型號PLC的CPU芯片是不同的，現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有：通用中央處理器(如8080、6800、Z80A、8086等)，它價格便宜，通用性強，還可以借用計算機成熟的實時操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源；單片機(如8031等)，單片機由于集成度高、體積小、價格低和可擴充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能I／O模塊；位片式中央處理(如AMD2900系列等)，它主要追求運算速度快，它以4位為一片，用幾個位級聯(lián)，可以組成任意字長的中央處理器，改變程序存儲器的容，可以改變計算機的指令系統(tǒng)，位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個位中央處理器，將控制任務劃分為若干個可以并行處理的部分，幾個中央處理器同時進行處理。目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中型與大型PLC則為雙CPU或多CPU系統(tǒng)。2.存儲器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分：①系統(tǒng)存儲區(qū)系統(tǒng)存儲區(qū)包括系統(tǒng)程序存儲區(qū)和部工作狀態(tài)區(qū)兩部分，系統(tǒng)程序存儲器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM，用戶不能直接更改(常用EPROM)。它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了PLC的性能，其容主要包括三部分：第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主管控制PLC的運行，使整個PLC按部就班地工作；第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令解釋程序，將PLC的編程語言變?yōu)闄C器語言指令，再由CPU執(zhí)行這些指令；第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)凋用，它包括許多不同功能的子程序與其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出與特殊運算等子程序。PLC的具體工作都是由這部分程序來完成的，這部分程序的多少決定了PLC性能的強弱。部工作狀態(tài)區(qū)是為CPU提供的臨時存儲區(qū)，用于存放相對少量的供部計算用的數(shù)據(jù)。一般將快速訪問的數(shù)據(jù)不放在主存中，而放在這一區(qū)域里，以節(jié)省訪問時間。②用戶存儲區(qū)用戶存儲區(qū)包括用戶程序存儲區(qū)(程序區(qū))和用戶功能存儲器(數(shù)據(jù)區(qū))兩部分：用戶程序存儲區(qū)用來存放用戶用規(guī)定的PLC編程語言編寫輸入的指令、控制程序，其容町以由用戶任意修改或增刪。用戶程序存儲器根據(jù)所選用的存儲器單元類型的不同，可以是RAM(有掉電保護)、EPROM或EZPROM存儲器。用戶數(shù)據(jù)存儲器存儲區(qū)用來存放與控制用戶程序中使用的相關(guān)數(shù)據(jù)，它構(gòu)成PLC的各種部器件，也稱“軟元件”。在PLC中使用的兩種類型存儲器：一種是只讀類型的存儲器，如ROM、PROM、EPROM和E2PROM等；另一種是町讀寫的隨機存儲器RAM。③輸入、輸出接口輸入、輸出接口是PLC與外界連接的接口。輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸電、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號；另一類是由電位器、測速、發(fā)電機和各種變換器等傳來的模擬信量輸入信號。輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如繼電器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。輸入、輸出接口有數(shù)字量輸入、輸出和模擬量輸入、輸出兩種形式。數(shù)字量輸入、輸出接口的作用是將外部控制現(xiàn)場的數(shù)字信號，與PLC部信號的電平相互轉(zhuǎn)換；而模擬量輸入、輸出接口作用是將外部控制現(xiàn)場的模擬信號與PLC部的數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換。輸入、輸出接口一般都具有光電隔離和濾波，其作用是把PLC與外部電路隔離開，以提高PLC的抗干擾能力。通常PLC的開關(guān)量輸入接口按使用的電源不同有三種類型：直流12~24V輸入接口，交流100~120V或200~240V輸入接口與交流（AC/DC）12~24V輸入接口。輸入開關(guān)可以是無源觸點或傳感器的繼電器的集電極開路的晶體管。PLC開關(guān)量輸入接口按輸入開關(guān)器件種類不同常有三種形式：第一種是繼電器輸出型，CPU輸入時接通或斷開繼電器的線圈，使繼電器觸電閉合或斷開，再去控制外部電路的通斷，第二種是晶體管輸出型，通過光耦合使開關(guān)晶體管截止或飽和導通以控制外部電路；第三種是雙向晶閘管輸出型，采用的是光觸發(fā)型雙向晶閘管，按照負載使用電源不同，分為直流輸出接口、交流輸出接口和交直流輸出接口。3.1.3可編程序控制器的軟件組成1.系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序重要包括三部分。第一部分為系統(tǒng)管理程序，他控制PLC的運行，使整個PLC按部就班地工作。第二部分為用戶指令解釋程序，通過用戶指令程序，將PLC的變成語言變?yōu)闄C器語言指令，再有CPU執(zhí)行這些指令。第三部分為標準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用程序，包括許多不同功能的子程序與其調(diào)用管理程序。2.用戶程序用戶程序即應用程序，是可編程序控制器的使用者針對具體控制對象編制的應用程序。根據(jù)不同控制要求編寫不同的程序，相當于改變可編程序控制器的用途，也就相當于繼電接觸器控制設(shè)備的硬件接線線路進行重設(shè)計和重接線，這就是所謂的“可編程序”。程序既可由編程器方便的送入PLC部儲存器，也能通過他方便地讀出、檢查與修改。3.2利用可編程序控制器控制可編程邏輯控制器(PLC)是20世紀60年代末期在硬接線邏輯控制技術(shù)和計算機技術(shù)基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。其具有功能強、可靠性高、配置靈活、編程簡單與體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維修方便等優(yōu)點，被廣泛應用于自動化控制的各個領(lǐng)域。PLC是一種數(shù)字式運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其部存儲執(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)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程。PLC與其有關(guān)設(shè)備，都應按易于工業(yè)控制形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC的主要特點是可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、設(shè)計、安裝容易，維護工作量少、功能完善、功用性強、體積小、能耗低和性價比高。PLC的工作原理是循環(huán)掃描的工作原理，也就是從自診斷→與編程器通信→讀入現(xiàn)場信號→解用戶程序→輸出結(jié)果→自診斷的周而復始地重復。PLC采用的是典型的計算機結(jié)構(gòu)，它主要包括：⑴中央處理單元CPU；⑵存儲器；⑶輸入/輸出存儲器；⑷輸入、輸出接口；⑸電源；⑹總線系統(tǒng)。中央處理單元（CPU）的主要任務：⑴從存儲器中讀取指令；⑵執(zhí)行指令；⑶取下一條指令；⑷處理中斷；⑸自診斷。輸入/輸出接口（I/O）的主要任務：⑴獲取現(xiàn)場信號；⑵對信號進行處理；⑶轉(zhuǎn)換電信號；⑷隔離CPU電信號。存儲器主要類型有：⑴系統(tǒng)存儲器ROM；⑵用戶存儲器RAM、EPROM、EEPROM。3.3利用單片機控制單片機誕生于20世紀70年代末，單片機是把構(gòu)成一臺微型計算機所必須的功能部件集成到一個芯片，它由CPU、片儲存器、寄存器、I/O接口、定時/計數(shù)器、串行口和一套完善的中斷管理和處理系統(tǒng)。目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。不同的是它的部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，作為控制部分的核心部件。單片機是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言。單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理與過程控制等領(lǐng)域，單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。將傳感器的檢測輸入到單片機，在運用部計算，程序控制輸出使電機運轉(zhuǎn)，讓畫面移動。在本設(shè)計中利用單片機控制構(gòu)成框圖如3-1所示：圖3-1單片機控制框圖3.4綜合比較論證選擇控制系統(tǒng)綜上兩種所述，本設(shè)計的控制系統(tǒng)需要在露天環(huán)境下工作，要求抗干擾強，編程簡單，成本低廉，安裝容易，工作穩(wěn)定和維護工作量少等要求，利用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)比較符合本設(shè)計的要求。而單片機的I/O控制不容易，難以實現(xiàn)，部程序指令也比較復雜不太符合本設(shè)計的要求；因此，本設(shè)計選用PLC控制系統(tǒng)對廣告機進行電氣部分控制。4可變畫面廣告機控制系統(tǒng)設(shè)計4.1可編程序控制器和傳感器選擇4.1.1可編程序控制器選擇可編程序控制器是以中央處理器為核心的數(shù)字式電子、電氣自動控制裝置，其實質(zhì)是一種工業(yè)控制專用計算機。目前可編程序控制器的品種很多，各種不同型號的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也各不一樣。但其基本組成原理卻基本一樣。

PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機，PLC與計算機的組成十分相似。只不過它比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口，以與更直接的適應于控制要求的編程語言。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器(CPU)、存儲器、輸入／輸出(I／O)接口、電源等組成，可編程序控制器的基本組成如圖4-1所示：圖4-1PLC控制系統(tǒng)示意圖1.輸入部分:如按鈕開關(guān)、限位開關(guān)等，直接與PLC輸入端子相連接，用以產(chǎn)生輸入控制信號，這些信號一般來自操作臺上的人工指令。PLC以重復掃描方式執(zhí)行用戶處理程序，在執(zhí)行程序前首先按地址編碼順序?qū)⑺休斎攵俗拥耐〝酄顟B(tài)(輸入信號)讀入輸入映象寄存器中，然后開始執(zhí)行用戶處理程序.在執(zhí)行過程中，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映象寄存器的容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才重新讀取輸入狀態(tài)。2.程序控制:在程序執(zhí)行階段，PLC順序掃描用戶程序，每執(zhí)行一條程序所需要的信息都從輸入映象寄存器和其他部寄存器中讀出并參與計算，然后將執(zhí)行結(jié)果寫入有關(guān)輸出映象寄存器中。3.輸出部分:當全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器中的狀態(tài)全部傳送到輸出鎖存寄存器中，構(gòu)成PLC的實際輸出并由輸出端子送出。SIMATICS7-200系列可編程序控制器是德國西門子（Siemens)公司生產(chǎn)的具有高性能價格比的微型可編程序控制器。由于它具有機構(gòu)小巧，運行速度高，價格低廉與多功能多用途等特點。SIMATIC系列PLC有S7-400、S7-300和S7-200三種子系列，分別為S7系列的大、中、小（微）型PLC系統(tǒng)。綜上所述：由于控制系統(tǒng)在露天工作，工作空間狹小，工作需要穩(wěn)定，節(jié)能等因素的考慮，所以選擇S7-200系列PLC作為控制器，S7-200屬于微小型PLC，符合本設(shè)計的要求。4.1.2傳感器選擇本設(shè)計采用位置檢測的霍爾傳感器，價格在50-120之間不算太昂貴，霍爾開關(guān)具有無觸點、低功耗、長使用壽命、相應頻率高等特點，1.霍爾效應如圖4-2所示，當半導體薄片置于磁場強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片。當有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，該電動勢為霍爾電勢，上述半導體稱為霍爾原件?；魻杺鞲衅鞯墓ぷ髟砭褪菓昧税雽w材料的霍爾效應。圖4-2霍爾效應原理簡述：激勵電流I從a、b端輸入，磁場B由正上方作用于薄片，這時電子e的運動方向與電流方向相反，將受到洛侖茲里FL的作用，向側(cè)偏移，該側(cè)形電子的堆積，從而在薄片的c、d方向產(chǎn)生電場。電子積累的越多，F(xiàn)L也越大，半導體薄片c、d方向的斷面之間建立的電動勢EH就是霍爾電動勢。其表達式為EH=KIB/d其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片過的電流，B為外加磁場的磁感應強度，d是薄片的厚度。由此可知，流入激勵電流端的電流I越大、作用在薄片上的磁場強度B越強，霍爾電動勢越高。磁場方向相反，霍爾電動勢的方向隨之改變。2.霍爾元件根據(jù)霍爾效應，人們用半導體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點，因此，在測量、自動化、計算機和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應用。3.霍爾傳感器由于霍爾元件產(chǎn)生的電勢差很小，故通常將霍爾元件與放大器電路、溫度補償電路與穩(wěn)壓電源電路等集成在一個芯片上，稱之為霍爾傳感器。4.霍爾傳感器的分類霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。①線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。②開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。全是書上的客觀容，請適量節(jié)選點，或者中間穿插中間的主觀設(shè)計，這樣體現(xiàn)不出個人的工作量，不是設(shè)計而成了抄書。本設(shè)計選用的霍爾傳感器主要參數(shù)是1.尺寸：32mmX11mmX20mm2.芯片：LM393、霍爾開關(guān)31443.電壓：直流4-6V特點：①具有信號輸出指示②單路信號輸出③輸出有效信號為低電平④有磁場切割就有信號輸出⑤可用于電機測速/位置檢測等場合4.2可變畫面廣告機畫面設(shè)計可變畫面廣告機的燈箱，上下分別設(shè)有兩個轉(zhuǎn)動軸，由軸承支撐轉(zhuǎn)動，電動機通過帶輪帶動轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，畫卷繞在其轉(zhuǎn)動軸上面，畫卷有三幅。每幅畫面設(shè)有傳感器的感應點。在其中由于可變畫面廣告機工作是要求畫面能夠移動并且定位，所以需要檢測裝置來對其畫面定位。可變畫面廣告機的定位裝置選擇接近開關(guān)，那么對其畫面的定位就有了詳細的要求，廣告機畫面示意如圖4-3所示：1123接近開關(guān)1接近開關(guān)2接近開關(guān)3燈箱感應點4感應點3感應點2感應點1圖4-3可變畫面廣告機畫面示意圖首先對畫面進行設(shè)計，本設(shè)計有3幅畫面，燈箱為大方框，在圖中方框為廣告機顯示出的一幅畫面，出于畫面定位設(shè)計，用于畫面精確定位的感應點，分別位于三幅畫面的中，分別為感應點1、感應點2、感應點3、感應點4，第一幅畫面的右上角設(shè)計有一個感應點1，是用于當霍爾接近開關(guān)2檢測到信號，使電機反轉(zhuǎn)的感應點，第三幅畫面的右下角也設(shè)有一個感應點4，用于當霍爾接近開關(guān)3檢測到信號使電機反轉(zhuǎn)的感應點，感應點2、感應點3分別用于第二幅畫面來回定位這是我對于畫面感應點的設(shè)計。然后，傳感器的布置如上圖所示，霍爾接近開關(guān)1用于畫面的定位，霍爾接近開關(guān)2和霍爾接近開關(guān)3用于電機的正/反轉(zhuǎn)的檢測。4.3控制系統(tǒng)考慮的問題設(shè)計控制程序時，應考慮下面的問題：1.手動和自動兩種工作狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換。由手動切換到自動，由自動切換到手動。2.由于運行的慣性，畫布停止時其上面的感應點有可能沖過檢測點的感應區(qū)，也就是說畫布停止時，檢測點的信號并非一直接通的。3.頭幀畫面、尾幀畫面的停止時間和中間幀畫面停止時間一樣，這樣做是為了保證每一幀畫面總的停留時間是一樣的。4.為了防止自動運行時畫布從卷軸上被拽出來，程序設(shè)置了保護功能。在自動狀態(tài)下，出現(xiàn)情況時，電機應停止運行，給出報警信號。4.4控制要求1.按下啟動按鈕，電動機延時50秒啟動。2.啟動電動機帶動畫面轉(zhuǎn)動，當燈箱中間的接近開關(guān)1，檢測到第二幅畫面已到指定位置的時候，畫面停止移動。3.畫面到達指定位置時，在其指定位置停留50秒，然后啟動。4.當畫面轉(zhuǎn)動到第3幅的時候，接近開關(guān)3檢測到信號，畫面停止移動當?shù)谝环嬅娴竭_指定位置的時候，在其指定位置停留50秒接近開關(guān)2檢測到信號，畫面停止移動，在其指定位置停留50秒，并然后重復上述過程。5.廣告機畫面可以手動控制向上/下運行。6.為了防止自動運行時畫布從卷軸上被拽出來，程序設(shè)置了保護功能。在自動狀態(tài)下，電機應停止運行，給出報警信號。7.任何時候停電或按下總停按鈕，電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動。4.5I/O點數(shù)計算手動選擇開關(guān)，需要1個輸入端；手動方式工作時，控制畫卷上/下行各需要1個輸入端，共計2個輸入端；3個霍爾傳感器，需要3個輸入端；電機正轉(zhuǎn)，需要1個輸出端；電機反轉(zhuǎn)，需要1個輸出端；故障報警，需要1個輸出端。上面是主要功能的輸入輸出部分，在實際當中，還應該考慮自動手動狀態(tài)下分別輸出要有指示燈，而且在排除故障的時候還要有消除按鈕用作輸入；再考慮到以后可能會對系統(tǒng)進行調(diào)整與擴充，所以一般情況下需要留出10%—15%的備用點；此外該設(shè)計需要大量的計數(shù)器定時器還有保持繼電器，故需要占用不小的存儲空間。I/O點數(shù)=輸入、輸出點數(shù)之和*（10%——15%備用點數(shù)）=10*15%=124.6I/O地址分配表表5-1I/O地址分配表輸入部分輸出部分序號功能符號地址序號功能符號地址1啟動SB1I0.01電機正傳KM1Q0.02手動上行SB2I012電機反轉(zhuǎn)KM2Q0.13手動下行SB3I0.23報警指示KLQ0.24上檢測點SQ1I0.35下檢測點SQ2I.046中間檢測點（正）SQ3I0.57中間檢測點（反）SQ3I0.78急停SB4I0.64.7接線圖系統(tǒng)輸入輸出圖如4.4所示:圖4-4系統(tǒng)輸入輸出圖5控制程序設(shè)計5.1手動、自動兩種工作狀態(tài)手動和自動兩種工作狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換。當I0.1/I0.2接通時，手動工作方式；當I0.1/I0.2斷開時，為自動工作方式。手動狀態(tài)下用于畫布初始安裝與運行過程中的維護，也可使用上行按鈕/下行按鈕強制畫面上行或下行。5.2故障報警功能為了使系統(tǒng)正常工作，程序設(shè)置了保護功能。在自動狀態(tài)下，當出現(xiàn)情況時，系統(tǒng)工作不正常，電動機應停止運行，給出報警信號。5.3手動運行時畫卷的控制手動運行方式相對自動運行方式要簡單。主要用在系統(tǒng)出現(xiàn)故障進行維修以與更換畫布廣告的時候。手動狀態(tài)下，各種記憶標志清零，由上行按鍵I0.1和下行按鍵I0.2分別控制畫布上行和下行，傳感器檢測到的信號作為電動機停止信號，防止畫布從滾軸上被拽出來。5.4自動運行時畫卷的控制當啟動電機時，電動機通過帶輪帶動軸轉(zhuǎn)動，從而使畫面向下，當?shù)诙嬅嬷虚g的感應點轉(zhuǎn)動到靠近接近開關(guān)1的時候，接近開關(guān)1檢測到信號，電機電路中常閉斷開，畫面停止移動，電動機延時50秒啟動，當?shù)谌嬅娴竭_指定位置的時候，接近開關(guān)3檢測到信號，電機延時50秒反向啟動，當?shù)诙嬅娴竭_指定位置的時候，接近開關(guān)1檢測到感應點3信號，畫面停止50秒，當?shù)谝环嬅婊氐街付ㄎ恢玫臅r候，接近開關(guān)3檢測到信號，電機延時50秒正向轉(zhuǎn)動，如此循環(huán)。設(shè)計思想：本設(shè)計選擇傳感器檢測信號作為電動機運行的開關(guān)信號，傳感器檢測到信號使電動機正/反轉(zhuǎn)，從而帶動畫布上/下行，運行時間到時后，電動機停止一段時間，傳感器檢測到信號使電動機重新啟動，此處為本設(shè)計中最大難點，如果畫布沖出檢測區(qū)或者未到達檢測區(qū)，傳感器將因為不能檢測到信號而使電動機停機，因此必須精心配置傳感器，使其能夠精確地檢測到信號。此外，在本設(shè)計中，當畫布運行到第一副畫面或第三副畫面時，運行方向要改為相反，如果此時我們不采取任何措施，傳感器將再次檢測到剛剛通過的檢測點，畫布始終第一副畫面或第三副畫面，無法繼續(xù)正常運行。因此，我們必須在此處添加屏蔽程序，屏蔽掉第二次檢測到的信號，讓畫布能夠沖出該檢測點，達到畫布正常運行的目的。5.5程序設(shè)計梯形圖整個設(shè)計的梯形圖如圖5-1所示:圖5-1廣告機程序梯形圖調(diào)試S7-200所寫程序，調(diào)試訪真圖如下：按下啟動按鈕電機延時50秒正轉(zhuǎn)圖6-1電機延時啟動圖50秒后電機啟動帶動畫面正向移動圖6-2電機正轉(zhuǎn)圖第二幅畫面到達指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動圖6-3電機停止圖50秒后畫面繼續(xù)移動（正向)圖6-4電機正轉(zhuǎn)圖第三幅畫面到達指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動圖6-5電機停止圖50秒后電動機反轉(zhuǎn)，帶動畫面反向移動圖6-6電機反轉(zhuǎn)圖第二幅畫面回到指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動圖6-7電機停止圖50秒后畫面繼續(xù)移動（反向）圖6-8電機反轉(zhuǎn)圖第一幅畫面回到指定位置電機停止轉(zhuǎn)動，畫面停止移動圖6-9電機停止圖50秒后，電動機正轉(zhuǎn)帶動畫面正向移動，如此循環(huán)圖6-10電機正轉(zhuǎn)圖急停圖6-11電機急停圖手動上行圖6-12手動上行圖手動下行圖6-13手動上行圖本程序運用V3.1STEP7MicroWIN編寫程序并保存，點擊"File"→"Export"保存為TxtFile(*.awl)格式文件。用S7_200軟件打開TxtFile(*.awl)格式文件，密碼為6596點擊"Programa"→"CargarPrograma"選擇"Bloquelogic"和Importarde里面的"MicrowinV3"選項。最后點擊開始進行仿真，本程序通過仿真軟件能實現(xiàn)手動/自動運行、故障報警等功能。結(jié)論畢業(yè)論文是學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的給可變畫面廣告機設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)以與電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以與對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力與耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計在容上設(shè)計的環(huán)節(jié)不是很多，但是過程繁瑣我的收獲卻很多?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計，我是隨著設(shè)計的不斷深入，不斷的改進設(shè)計方案而熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我對設(shè)計有了新的認識也對自己提出了新的要求，舉個簡單的例子：廣告機畫卷的定位設(shè)計，并不是我想象那么簡單的，一旦改變定位設(shè)計思路，那PLC控制的梯形圖也是隨之改變，通過這次畢業(yè)設(shè)計讓我提前了解了一些知識，這是很珍貴的。在設(shè)計過程中論文的排版和論文的結(jié)構(gòu)也讓我很頭痛，通過反復的修改順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但是我的設(shè)計也存在很多的不足，這不足在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。比如我的設(shè)計在構(gòu)思上不是很好的，只能說我的設(shè)計能夠通過PLC仿真軟件實現(xiàn)我所想的功能，這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動力，只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為祖國的四化服務。致本次畢業(yè)設(shè)計是在溫洪昌老師細心的指導下完成的。溫洪昌老師的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學習目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人待物與為人處世的道理。本課題從選題到課題的疑難點研究，以與論文寫作的格式規(guī)等，溫洪昌老師都自始自終的給予了親切的關(guān)懷和具體的指導，在這段時間里，溫洪昌老師多次指導，處理存在的問題和設(shè)計、調(diào)試方面的難題。值此論文完成之際，謹向溫洪昌老師表示衷心的感。最后，還要感在本論文完成過程中其他給予關(guān)心和支持的老師和同學，這份薄薄的論文，凝聚了所有人對我們的關(guān)懷和期待。參考文獻[1]江秀漢等，可編程序控制器原理與應用[M]，第二版，電子科技大學，2003；[2]弭洪濤等，PLC應用技術(shù)，第一版，中國電力，2004（2）；[5]許廖，王淑英，電氣控制與PLC應用[J]，2007.1第三版，機械工業(yè)，；[6]于彤，傳感器原理與應用（項目式教學）[J]，機械工業(yè)，2007.11；[7]黃勛，單片機原理與接口技術(shù)[J]，國防工業(yè)，2008.6；[8]瑞清，PLC在滾動畫布廣告控制中的應用[J]，電氣時代，2001(8)：42—43；[9]徐世許，滾動畫布廣告的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計[J],PLC&FA，2000(7)：30—31；[10]王冬青，大型滾動畫布廣告的PLC控制系統(tǒng)[J]，大學學報(工程技術(shù)版)，2000，15(3)：46—50；[11]徐世許，滾動畫布廣告群的同步控制系統(tǒng)設(shè)計[J]，大學學報(工程技術(shù)版)，2004，19(4)：63—66；[12]田祥敏，可編程序控制器在廣告中的應用[J]，計算機&PLC應用（機床電器），2002(4)，31—32。[13]王宗才,竇凱,燕.HYPERLINK"://10.4.33.3/kns50/detail.aspx?filename=ZZZA200102009&dbname=CJFD2001&filetitle=%e5%be%ae%e5%9e%8bPLC%e5%9c%a8%e5%a4%9a%e5%b9%85%e9%9d%a2%e5%b9%bf%e5%91%8a%e5%b1%95%e7%a4