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基于PLC的霓虹灯控制系统设计
摘要：随着社会和科学技术的进步与发展，我们的生活水平的提高，和人们对生活的质量的提高，我们的生活逐渐从黑暗的夜晚转变成了闪烁的夜晚，无论走在繁华的大都市还是小县城，总能看到把夜晚装扮得色彩缤纷的霓虹灯，霓虹灯装扮了我们彩色的生活。色彩缤纷的的霓虹灯，是在电子技术的提高上发展而生的产物，通过自动控制的进步利用PLC来控制实现工作。可编程控制器是一种编程简单、结构简单、体积小、质量轻、通用性强、适用广泛、性能稳定性好的一种器件。现代社会科技的飞速发展离不开可编程控制器的功劳，控制电动机的速度、运行方向、运行频率等等。工业中小车的运行方式、速度、多辆小车的同时控制及单个控制都离不开可编程控制器，纵观之，可编程控制器的应用广泛，凡是牵涉到自动喷灌的都离不开可编程控制器。那么现代的霓虹灯的多彩多样的发光也是由PLC控制的。霓虹灯把夜晚的城市装扮得五彩缤纷，各大中小城市都在进行亮化工程，各企业和商家为了宣传自己的企业形象和吸引人的眼球，均通过霓虹灯广告屏来实现这一目的，那么如何利用PLC控制系统来实现这一目的的。 关键词：PLC；可编程控制器；霓虹灯 1 引言
在现代科技进步的今天，人们不仅对饮食文化的要求有所提高，对生活的色调也有所要求，也正因为科技的进步，有条件满足人们的需要，正是应了我们刚刚提出社会主义主要矛盾：人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。里面提到美好生活，那么就是人们的生活需要多姿多彩，这就是我们的设计目的及选题的意义。利用可编程控制器对无数个色彩不一的二极管进行控制，使得变成按一定规律闪烁、一定时间闪烁，装扮人们的夜晚，为人民增添夜晚的美丽。
霓虹灯发展大致分为三个阶段，第一阶段：玻璃管充气高压发光，霓虹灯最早出现于1910年的法国展会上，这时的霓虹灯是明亮发光的，充有稀薄氖气或其他的通电玻璃管或灯泡，是一种冷阴极气体放电灯。通过几千伏的电压施加在电极上，电离管中的气体使其发出光，光的颜色取决于管中的气体。第二阶段：LED柔性霓虹灯，由于传统的霓虹灯工艺复杂、生产成本高和运输安装不方便等因素，LED技术的出现，彻底改变霓虹灯的材料和生产工艺。在2003-2006年左右，柔性霓虹灯采用全新的结构和LED技术，由特制的PVC壳包上明亮的LED技术，运用特有的光学技术与专门的外壳设计。现阶段及发展趋势：LED柔性霓虹灯（硅胶挤出），2015年左右，市场上出现硅胶挤出工艺的防水灯带，为LED柔性硅胶霓虹灯的制造提供了全新的生产工艺。由于PVC的致命缺陷：有刺激性气味、抗黄变差、容易折断等，市场出现以硅胶代替PVC，生产制造LED柔性硅胶霓虹灯。硅胶有许多PVC所没有的优势：环保无毒、耐高低温、抗酸碱、抗UV黄变、柔软柔韧、寿命长、透光率好。 2 霓虹灯变压器的设计 2.1 霓虹灯的工作原理
霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线，是霓虹灯工作重要的基本过程。在正常的情况下，空气是比较好的绝缘体，电流不能通过空气传导。如果加上强电场、光辐射、离子轰击
和高温加热等条件下，气体分子可能发生电离，产生了可以自由移动的自由带电荷，并在外电场作用下形成电流，使绝缘的气体成为良导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程。
在高电压作用下，少量自由电子向阳极运动，气体分子的急剧游离激发电子加速运动，使管内气体导电，发出色彩的辉光（又称虹光）。霓虹灯原理的发光颜色与管内所用气体及灯管的颜色有关；霓虹灯原理如果在淡黄色管内装氖气就会发出金黄色的光，如果在无色透明管内装氖气就会发出黄白色的光。霓虹灯原理要产生不同颜色的光，就要用许多不同颜色的灯管或向霓虹灯管内装入不同的气体。
2.2 霓虹灯变压器
常用的霓虹灯变压器有两种：一种是漏磁式霓虹灯变压器，或称为铁芯电感霓虹灯变压器；另一种是电子式霓虹灯变压器。
（1）铁心电感变压器，具有稳定性高、负载能力强、负载灯管亮度高、光色一致、寿命长等优点，但单只变压器功耗达到450VA，功率因数仅为0.6，重量重、体积大、价格高，常用于可靠性及亮度高要求高的场合。随着节能时代的到来，传统的铁芯电感变压器已逐渐被体积小，功耗低、重量轻，成本低的霓虹灯变压器替代。铁芯电感变压器的规格有：3KV、5KV、10KV、12KV、15KV等。
（2）霓虹灯电子变压器，也称高频冷启动管壁形放电灯，电子变压器的规格有：15W、20W、30W、40W、60W、80W、90W。
（3）霓虹灯变压器的工作原理：电感式霓虹灯变压器的原理较简单，是用硅钢片做铁芯，按照所需要的电压来确定线圈原边和副边的匝数。霓虹灯电子变压器的原理大多是依据惰性气体的击穿条件，不仅与电压高低有关，还和击穿它的电压频率有很大关系。 3 霓虹灯控制系统设计 3.1 总体方案的确定
设计方案最终实现：中间有十二根灯管，周围有24个流水灯，中间十二根灯管的工作过程是，按照1、3、5、7、9、11奇数灯管依次点亮，时间间隔为1s，亮3s后熄灭，然后2、4、6、8、10、12偶数灯管依次点亮，时间间隔为1s，亮3秒后熄灭，在从1到12 依次点亮，间隔为0.5s，全亮后亮3秒，然后全灭，全灭后停亮3S，然后在按照从两边开始1、12亮，间隔1秒相邻的灯点亮，最后全亮，亮2s后熄灭，在从内6、7开始亮，时间间隔1秒，相邻的灯管亮，直到全亮后，灯管亮3s，然后熄灭，熄灭2s后重复前面的动作。同时周围的流水灯按照矩形排列，24个流水灯按照顺时针和逆时针两种工作方式进行，先按照顺时针，第一个流水灯开始工作，间隔0.5s循环点亮，亮到第24个灯后，开始按照逆时针工作，然后重复前面动作。
工作模式按照手动启动和自动启动两种模式设计，手动模式时，按下启动按钮系统工作，按下停止按钮，系统停止工作，自动模式是当检测到光线暗时开始工作，光线亮时系统停止工作。 3.2 控制要求分析
当按下连续启动按钮时，系统能够实现灯管和流水灯同时按要求运行，只要不输入停止信号，灯管和流水灯就会按要求连续运行下去；在系统运行的过程中，当有灯管和流水灯同时停止信号输入时，灯管和流水灯同时停止工作，如果输入的信号只是灯管停止信号，则灯管停止工作，流水灯继续运行，如果输入信号是流水灯停止信号，那么只有流水灯停止工作，灯管继续运行。当按下单步启动按
钮时，灯管和流水灯同时按要求运行，运转一个周期后，停止工作。 3.3 PLC的输入输出端口分配和PLC的选型
本设计中所应用到的PLC主要应该从机型、容量、I/O模块、电源模块方面考虑。PLC机型的选择的基本原则是在满足要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。品牌的选择主流的plc有西门子、三菱、欧姆龙等，考虑本系统只是开关量的简单控制，且考虑成本因素，选用国产小型plc加数字量扩展模块。
参考文献
[1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京：清华大学出版社，2004. [2]廖常初.可编程序控制器应用技术（第四版）.重庆大学出版社.2002. [3]徐国林.PLC应用技术.机械工业出版社.2007.
[4]陈在平.可编程序控制器技术及应用系统设计.北京：机械工业出版社，2002.
滕俊杰（1980.1-）男，汉，河南鄢陵，本科，讲师，研究方向：电气自动控制
本文来源：https://www.wddqxz.cn/e7681cae5d0e7cd184254b35eefdc8d377ee1463.html
2023-03-03
