廣告霓虹燈的控制系統設計

陳翰揚，吉同舟

（南京師范大學 電氣與自動化工程學院，江蘇 南京210000）

夜晚的城市總是與五彩斑斕的霓虹燈相伴的，霓虹燈的多種變化，實質上都是通過編程控制的，例如控制霓虹燈燈管的亮滅、流水燈的分組亮滅等。設計霓虹燈時需要綜合考慮控制的便捷性、可靠性、穩定性，PLC編程控制具有程序簡單直觀、運行穩定、能有效抗干擾等特點。并且在順序的安排調控方面，對比其他很多的控制方法，PLC都有著十分顯著的優異表現，因此現實中也多數會采用PLC對霓虹燈進行控制。

1 發展前景

PLC的中文全稱通常被稱為可編程邏輯控制器，作為一種電子系統，PLC采用了數字運算的操作方式，這是為了它在工業環境中的廣泛應用而專門做出的特殊設計。為了其內部存儲程序，在執行邏輯運算，順序控制，定時、計數與算數操作等面向用戶的指令時，可以通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程可以正常運轉，它采用一類可編程的儲存器。PLC編程控制具有程序簡單直觀、運行穩定、能有效抗干擾等特點，也正是憑借著這些特點，它在各個領域有著廣泛的發展前景。

同時，隨著改革開放的不斷深入，國民經濟飛速發展，人們對于精神層面愉悅的追求變多，因此各城市都在進行亮化工程。各企業也大都采用霓虹燈廣告屏這一最為直觀的廣告手法來宣傳自己企業的形象和產品。當我們夜晚在大街小巷行走時，隨處可見的霓虹燈廣告屏，可見霓虹燈廣告屏的發展前景也很廣泛。

2 設計功能要求

廣告屏的組成器件共有8根燈管，24只流水燈，流水燈共分為6組，每組4只燈。期望達到的控制效果如下：（1）將廣告屏上的8根燈管編號，從左往右依次是1至8號，首先1～8號燈管依次亮，其間間隔為1秒，8根燈管全亮后，狀態保持5秒，接著反序熄滅，時間間隔也設置為1秒，當8根燈管完全熄滅后，再亮2秒。接著以8號燈管為起始燈管，依次點亮，時間間隔設置為1秒，8根燈管全亮后保持狀態5秒，再以1號燈管為起始燈管，按照1～8號燈管的順序熄滅，間隔設置為1秒，全部熄滅后，再亮2秒。以這種邏輯順序進行運行控制，無限循環。（2）流水燈共分為6組，分別為Ⅰ～Ⅵ組，每組4只燈，以Ⅰ組為起始流水燈，按照逆時針方向依次亮，時間間隔設置為1秒。（3）系統有單步/連續控制開關，有獨立的起動按鈕以及停止按鈕。單步/連續開關分別為“1”=單步，“0”=連續。（4）獨立的起動和停止按鈕，可以控制燈管和流水燈在起動和停止時的同步運行（見圖1）。

圖1 霓虹燈廣告屏示意圖

3 硬件設計

（1）PLC選型：在滿足輸入輸出點數，并留有10%的備用量的情況下，可選用小型PLC，并不要求較大的控制系統。由于程序設有3個輸入，14個輸出，因此可選FX2N-48MR-001，該型號輸出輸入點數都為24個，不僅在最大限度上保證了控制的要求，同時也留下了足夠多的裕量。

（2）輸入輸出分配表如表1。

表1 輸入輸出分配表

（3）PLC的I/O接線圖如圖2。

圖2 I/O接線圖

4 軟件設計

該設計要求的亮滅時序為：首先1～8號燈管依次亮，其間間隔為1秒，8根燈管全亮后，狀態保持5秒，接著反序熄滅，時間間隔也設置為1秒，當8根燈管完全熄滅后，再亮2秒。接著以8號燈管為起始燈管，依次點亮，時間間隔設置為1秒，8根燈管全亮后保持狀態5秒，再以1號燈管為起始燈管，按照1～8號燈管的順序熄滅，間隔設置為1秒，全部熄滅后，再亮2秒。以這種邏輯順序進行運行控制，無限循環。正序可設7個定時器讓8個燈依次點亮，并同時設令8個定時器，設置每個燈持續亮著的時間，在此之后熄滅。反序同上，只是改變輸出的順序即可。循環用主控指令和一個定時器的常閉觸點完成即可。

由24只流水燈，4個一組分成6組，從Ⅰ→Ⅱ→……→Ⅵ按1秒時間間隔依次向前移動。設5個定時器讓6組流水燈以此點亮，并循環，循環用另一組主控和定時器的常閉觸點實現。

因系統有單步/連續控制開關，有起動按鈕和停止按鈕。單步/連續開關為“1”=單步，“0”=連續。利用起保停電路設置起動和停止，同時單步/連續的控制可加在兩個主控之前，判斷是單步還是連續。若是單步，則按一下啟動按鈕會往前運行一步，若是連續，則繼續上一個循環。

因起動時燈管和流水燈同時起動，停止時同時關閉。用相同的起保停電路加在兩個主控之前即可實現同時關斷。

軟件設計梯形圖如圖3所示。

圖3 軟件設計梯形圖

FX2N-48MR-001是日本三菱公司設計的可編程控制器（PLC），繼電器輸出及輸入24點，輸出24點，是目前FX系列中功能最強、速度最高的微型PLC，內置用戶存儲器8kb，同時最大支持擴展到256個I/O點。它有很多特點和優點，例如：系統配置既固定又靈活、編程簡單、備有可自由選擇、豐富的品種、令人放心的高性能、高速運算、使用于多種特殊用途、外部機器通信簡單化、共同的外部設備。

5 仿真結果

本次設計用了MELSOFT FX TRAINER進行軟件仿真，雖然由于該軟件端口不夠，但是我們利用該軟件的一個端口代替一組流水燈，以此來達到各組燈同時亮起的效果。仿真時用了3個輸入，14個輸出。其中Y000-Y007代表中間8個燈管的輸出，Y010-Y015代表6組流水燈的輸出，共14組。輸入有3個，分別是X020（啟動），X021（停止），X024（單步/連續）。該軟件在最后的模擬中的表現，證明我們的設計足以運行并可以投入使用，仿真結果如圖4所示。

圖4 仿真圖

6 結論

設計的霓虹燈控制系統以三菱公司芯片為核心，利用經驗編程法以梯形圖為基礎設計出能夠控制霓虹燈廣告屏燈的輪流亮滅的程序以及電路。PLC編程控制具有程序簡單直觀、運行穩定、能有效抗干擾等特點，而一般純電路的實現方法則更加復雜，需要考慮一些通訊干擾等問題，并且在初期的設計以及往后的更改和實際操作方面，都不如PLC來得便捷。故PLC控制系統的出現必定會拓寬霓虹燈市場。本文所寫PLC程序能夠實現上述基本要求里的所有功能，能夠滿足霓虹燈在現實生活里的使用。若需要更改或添加其他要求也可通過PLC的編程來實現。PLC編程控制具有程序簡單直觀、運行穩定、能有效抗干擾、計算機語言簡潔明了等特點。因此，用PLC編程無需花費大量時間且容易上手，可解決霓虹燈相關的各類問題。例如本設計中，中間8根燈管來回亮，且有各種時間間隔，以及周圍一圈的流水燈順序點亮，運用PLC中的定時器、主控等功能便可實現。