广告霓虹灯的控制系统设计

陈翰扬，吉同舟

（南京师范大学 电气与自动化工程学院，江苏 南京210000）

夜晚的城市总是与五彩斑斓的霓虹灯相伴的，霓虹灯的多种变化，实质上都是通过编程控制的，例如控制霓虹灯灯管的亮灭、流水灯的分组亮灭等。设计霓虹灯时需要综合考虑控制的便捷性、可靠性、稳定性，PLC编程控制具有程序简单直观、运行稳定、能有效抗干扰等特点。并且在顺序的安排调控方面，对比其他很多的控制方法，PLC都有着十分显著的优异表现，因此现实中也多数会采用PLC对霓虹灯进行控制。

1 发展前景

PLC的中文全称通常被称为可编程逻辑控制器，作为一种电子系统，PLC采用了数字运算的操作方式，这是为了它在工业环境中的广泛应用而专门做出的特殊设计。为了其内部存储程序，在执行逻辑运算，顺序控制，定时、计数与算数操作等面向用户的指令时，可以通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程可以正常运转，它采用一类可编程的储存器。PLC编程控制具有程序简单直观、运行稳定、能有效抗干扰等特点，也正是凭借着这些特点，它在各个领域有着广泛的发展前景。

同时，随着改革开放的不断深入，国民经济飞速发展，人们对于精神层面愉悦的追求变多，因此各城市都在进行亮化工程。各企业也大都采用霓虹灯广告屏这一最为直观的广告手法来宣传自己企业的形象和产品。当我们夜晚在大街小巷行走时，随处可见的霓虹灯广告屏，可见霓虹灯广告屏的发展前景也很广泛。

2 设计功能要求

广告屏的组成器件共有8根灯管，24只流水灯，流水灯共分为6组，每组4只灯。期望达到的控制效果如下：（1）将广告屏上的8根灯管编号，从左往右依次是1至8号，首先1～8号灯管依次亮，其间间隔为1秒，8根灯管全亮后，状态保持5秒，接着反序熄灭，时间间隔也设置为1秒，当8根灯管完全熄灭后，再亮2秒。接着以8号灯管为起始灯管，依次点亮，时间间隔设置为1秒，8根灯管全亮后保持状态5秒，再以1号灯管为起始灯管，按照1～8号灯管的顺序熄灭，间隔设置为1秒，全部熄灭后，再亮2秒。以这种逻辑顺序进行运行控制，无限循环。（2）流水灯共分为6组，分别为Ⅰ～Ⅵ组，每组4只灯，以Ⅰ组为起始流水灯，按照逆时针方向依次亮，时间间隔设置为1秒。（3）系统有单步/连续控制开关，有独立的起动按钮以及停止按钮。单步/连续开关分别为“1”=单步，“0”=连续。（4）独立的起动和停止按钮，可以控制灯管和流水灯在起动和停止时的同步运行（见图1）。

图1 霓虹灯广告屏示意图

3 硬件设计

（1）PLC选型：在满足输入输出点数，并留有10%的备用量的情况下，可选用小型PLC，并不要求较大的控制系统。由于程序设有3个输入，14个输出，因此可选FX2N-48MR-001，该型号输出输入点数都为24个，不仅在最大限度上保证了控制的要求，同时也留下了足够多的裕量。

（2）输入输出分配表如表1。

表1 输入输出分配表

（3）PLC的I/O接线图如图2。

图2 I/O接线图

4 软件设计

该设计要求的亮灭时序为：首先1～8号灯管依次亮，其间间隔为1秒，8根灯管全亮后，状态保持5秒，接着反序熄灭，时间间隔也设置为1秒，当8根灯管完全熄灭后，再亮2秒。接着以8号灯管为起始灯管，依次点亮，时间间隔设置为1秒，8根灯管全亮后保持状态5秒，再以1号灯管为起始灯管，按照1～8号灯管的顺序熄灭，间隔设置为1秒，全部熄灭后，再亮2秒。以这种逻辑顺序进行运行控制，无限循环。正序可设7个定时器让8个灯依次点亮，并同时设令8个定时器，设置每个灯持续亮着的时间，在此之后熄灭。反序同上，只是改变输出的顺序即可。循环用主控指令和一个定时器的常闭触点完成即可。

由24只流水灯，4个一组分成6组，从Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1秒时间间隔依次向前移动。设5个定时器让6组流水灯以此点亮，并循环，循环用另一组主控和定时器的常闭触点实现。

因系统有单步/连续控制开关，有起动按钮和停止按钮。单步/连续开关为“1”=单步，“0”=连续。利用起保停电路设置起动和停止，同时单步/连续的控制可加在两个主控之前，判断是单步还是连续。若是单步，则按一下启动按钮会往前运行一步，若是连续，则继续上一个循环。

因起动时灯管和流水灯同时起动，停止时同时关闭。用相同的起保停电路加在两个主控之前即可实现同时关断。

软件设计梯形图如图3所示。

图3 软件设计梯形图

FX2N-48MR-001是日本三菱公司设计的可编程控制器（PLC），继电器输出及输入24点，输出24点，是目前FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8kb，同时最大支持扩展到256个I/O点。它有很多特点和优点，例如：系统配置既固定又灵活、编程简单、备有可自由选择、丰富的品种、令人放心的高性能、高速运算、使用于多种特殊用途、外部机器通信简单化、共同的外部设备。

5 仿真结果

本次设计用了MELSOFT FX TRAINER进行软件仿真，虽然由于该软件端口不够，但是我们利用该软件的一个端口代替一组流水灯，以此来达到各组灯同时亮起的效果。仿真时用了3个输入，14个输出。其中Y000-Y007代表中间8个灯管的输出，Y010-Y015代表6组流水灯的输出，共14组。输入有3个，分别是X020（启动），X021（停止），X024（单步/连续）。该软件在最后的模拟中的表现，证明我们的设计足以运行并可以投入使用，仿真结果如图4所示。

图4 仿真图

6 结论

设计的霓虹灯控制系统以三菱公司芯片为核心，利用经验编程法以梯形图为基础设计出能够控制霓虹灯广告屏灯的轮流亮灭的程序以及电路。PLC编程控制具有程序简单直观、运行稳定、能有效抗干扰等特点，而一般纯电路的实现方法则更加复杂，需要考虑一些通讯干扰等问题，并且在初期的设计以及往后的更改和实际操作方面，都不如PLC来得便捷。故PLC控制系统的出现必定会拓宽霓虹灯市场。本文所写PLC程序能够实现上述基本要求里的所有功能，能够满足霓虹灯在现实生活里的使用。若需要更改或添加其他要求也可通过PLC的编程来实现。PLC编程控制具有程序简单直观、运行稳定、能有效抗干扰、计算机语言简洁明了等特点。因此，用PLC编程无需花费大量时间且容易上手，可解决霓虹灯相关的各类问题。例如本设计中，中间8根灯管来回亮，且有各种时间间隔，以及周围一圈的流水灯顺序点亮，运用PLC中的定时器、主控等功能便可实现。