基于PLC的可变画面广告机控制设计.docx

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基于PLC的可变画面广告机控制设计

1绪论

1.1基于PLC的可变画面广告机控制系统目的和意义

广告是为了某种特定的需要，通过一定形式的媒体，并消耗一定的费用，公开而广泛地向公众传递信息的宣传手段。

所谓广告，从汉语的字面意义理解，就是“广而告之”，即向公众通知某一件事，或劝告大众遵守某一规定。

广告一词，据考证是一外来语。

它首先源于拉丁文AdAverture，其意思是吸引人注意。

中古英语时代（约公元1300—1475年），演变为Advertise，其含义衍化为“使某人注意到某件事”，或“通知别人某件事，以引起他人的注意”。

直到17世纪末，英国开始进行大规模的商业活动。

这时，广告一词便广泛地流行并被使用。

此时的“广告”，已不单指一则广告，而指一系列的广告活动。

静止的物的概念的名词AdverAtise，被赋于现代意义，转化成为“Advertising”。

广告有广义和狭义之分，广义广告包括非经济广告和经济广告。

非经济广告指不以盈利为目的的广告，又称效应广告，狭义广告仅指经济广告，又称商业广告，是指以盈利为目的的广告，商业广告主要目的是扩大经济效益。

如今广告方式多种多样，需要媒体工具来宣传信息，我觉得可变画面广告机能够成为一种广告很好的宣传工具需要控制系统来控制，基于PLC可变广告机控制系统目的和意义来源于此。

1.2可变画面广告机的现状及存在的问题

广告作为社会文化与经济发展的晴雨表，无疑与高校学府一样。

当代社会广告在产品的销售中占有很大的比重，故目前厂家在销售商品时都运用了大量的广告进行宣传。

广告的形式一般有这么几种：

电视上的立体画面及声音；广播电台中声音宣传；街头或商场中的大屏幕电子显示系统；报纸上杂志上的文字宣传；街头巷尾的灯箱广告。

前面4种形式价格较高，但显示的信息量较多；而普通的灯箱广告画布上印的宣传内容大多静止不动，传递的信息量有限，优点是价格较低。

采用可变画面广告机，用PLC控制将多副画面连接起来装在露天灯箱中，画卷用电动机拖动，可上下移动进行循环显示，信息量大，动态效果好，可以对多种商品进行介绍或宣传，在街头构成一道风景线同时也适用于大商场中对商品信息以及销售情况进行介绍。

画卷可以定期更换，方便不同商品需要，而且不仅适合露天广告宣传，也可以用于大型商场中进行产品信息介绍。

可变画面广告机控制装置是一种新型的广告发布设备，为了达到良好的宣传效果。

在画卷循环运行过程中，各个画布画面出现的时间都保持一致，展示一定的时间后再改换到下一序号的画面。

1.3本设计的任务

本设计的任务：

设计画面可以变换的广告机，让自己所学的知识和现实生活中充分的结合，广告机的设计目的、意义和现状及存在的问题、系统程序设计可变画面广告机硬件及软件设计、控制系统的选择等，本设计就是要用自己所学的知识设计出自己所想要的广告机并且能达到预想的目的。

2可变画面广告机总体设计

可变画面广告机是一种机电一体化装置，它适用于大型体育场馆在举行体育比赛时进行商业广告和精神文明宣传，是一种比较实用的媒体工具，做广告宣传效果极佳。

其总体设计如图2-1所示：

图2-1可变画面广告机总体设计图

可变画面广告机可用于城市的公共场所如大型广场、街道两边的广告宣传，也可以用于大型商场的广告信息介绍。

它有多幅画面，画面可以交替显示。

这种广告媒体发布的信息量大，动态效果好。

可变画面广告机灯箱的上部、下部设有卷轴，滚动画卷缠绕在卷轴上。

卷轴由电动机驱动。

电动机正转时，卷轴带动画布下行；电动机反转时，卷轴带动画卷上行。

滚动画卷中每幅广告画面在灯箱中停止时，要求定位准确，从灯箱窗口看去，画面完整。

3可变画面广告机控制系统选择

3.1可编程序控制器的概述

3.1.1可编程序控制器的产生与发展

20世纪60年代初，控制器还主要是由继电器组成，它所构成的控制系统都是按预先规定的条件或时间顺序地工作。

若要改变控制顺序就必须改变控制器的硬件接线，这不仅影响了产品更新换代的周期，而且对于比较复杂的控制系统来说，不但设计制造困难，而且其可靠性不高，查找和排除故障也往往是费刊，和困难的。

1968年，美国通用汽车公司（GM）根据市场形势与生产发展的需要，提出了多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略。

依靠原有的工业控制装置显然不行，其想寻求一种新方法，以便尽可能地减少重新设计和重新接线的工作，从而降低成本、缩短周期，这就是用新的控制装置取代继电器控制装置。

GM公司用它应当达到的十项功能指标描述了这个设想中的全新的工业控制装置，即：

①编程方便，现场可修改程序

②维修方便，采用模块化结构；

③可靠性高于继电器控制装置；

④体积小于继电器控制装置；

⑤数据可直接送人管理计算机；

⑥成本可与继电器控制装置竞争；

⑦可直接用115V交流输入；

⑧输出为llSV、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；

⑨通用性强，易于扩展；

⑩用户程序存储器容量可扩展到4KB。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制成功第一台PLC，将其应用于美国通用汽车自动装配生产线上，取得了极大的成功。

人们根据这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案这一特点，以及专门用于逻辑控制的情况，称这种新的工业控制装置为可编程序控制器（ProgrammableLogicController），简称为PLC。

自1969年第一台可编程序逻辑控制器面世以来，目前可编程序控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。

早期PLC是为取代继电逻辑控制而设计，是用于开关控制，具有逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能。

进入20世纪70年代之后，出现了微处理器。

它的体积小、功能强、价格便宜，很快被用于可编程序控制器，使PLC的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。

现代町编程序控制器不仅能实现对开关量的逻辑控制，还具有数学运算、数据处理、运动控制等功能，模控制器的功能已不限于逻辑运算，还具有连续模拟量处理、高速计数、远程I／O和网络通信等功能，因而用“PLC”是不能描述其多功能的特点的。

1980年，美国电气制造商协会（NEMA）给它一个新的名称“ProgrammableControl—let”，简称PC。

1982年国际电工协会IEC（InternationaElectrotechnicalCommission）专门为PC下了严格的定义。

然而PC这一缩写在我国早已成为个人计算机的代名词，为避免造成名词术语混乱，在我国仍沿用PLC来表示可编程序控制器。

1987年，国际电工协会1EC颁布了可编程序控制器标准（第三版），对可编程序控制器作了如下定义：

可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计的。

它采用了可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。

定义强调了可编程序控制器是“数字运算操作的电子系统”，即它也是一种计算机，是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机。

这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。

它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作，它还具有“数字式或模拟式的输入和输出控制”的能力，并且非常容易“与工业控制系统形成一个整体”，易于“扩展”。

定义强调了可编程序控制器直接应用于工业环境，它需具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。

这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程”的目的。

PLC从诞生至今，虽然只有30多年的历史，但其发展势头十分迅猛。

如在

工业自动化领域中PLC已无处不在。

今后，PLC主要在如下几个方面发展：

1.小型化、专用化、低成本方向发展

　　随着微电子技术的发展，新型器什被大幅度地提高功能和降低价格。

PLC的功能不断加强，将原来大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上。

PLC结构更为紧凑、小巧，体积更小，而安装和操作使用十分简便。

由于PLC中主要部件成本的不断下降，这样在大幅度提高PLC功能的同时，也大幅度降低了PLC的整体成本。

价格的不断下降，使得PLC真正成为继电器控制系统的替代产品。

　　2.系列化、标准化、模块化方向发展

　　每个生产PLC的公司几乎都有自己的系列化产品，同一系列的产品指令及使用向上兼容，以满足新机型的推广和使川。

为了推动技术标准化的进程，一些国际性组织，如国际电工协会（IEC），不断为PLC的发展制定一些新的标准，对各种类型的产品有一定的规格。

3.1.2可编程序控制器的硬件组成

1.中央处理器（CPU）

与一般计算机一样，CPU是PLC的核心部件，整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的。

它解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其他功能。

具体地说，CPU主要完成下列工作：

①接收，存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据；

②用扫描的方式通过I／O部件接收现场的状态或数据，并存入输人映像存储器或数据存储器中；

③诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误；

④PLC进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指令规定的各种操作；　

⑤响应各种外围没备（如编程器、打印机等）的请求。

不同型号PLC的CPU芯片是不同的，现代PLC使用的CPU主要有：

通用中央处理器（如8080、6800、Z80A、8086等），它价格便宜，通用性强，还可以借用计算机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源；单片机（如8031等），单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地

用于PLC的智能I／O模块；位片式中央处理（如AMD2900系列等），它主要追求运算速度快，它以4位为一片，用几个位级联，可以组成任意字长的中央处理器，改变程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统，位片式结构可以使用多个位中央处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个中央处理器同时进行处理。

目前，小型PLC为单CPU系统，而中型及大型PLC则为双CPU或多CPU系统。

2.存储器

PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分：

①系统存储区

系统存储区包括系统程序存储区和内部工作状态区两部分，系统程序存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直接更改（常用EPROM）。

它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。

系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内容主要包括三部分：

第一部分为系统管理程序，它主管控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作；第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令；第三部分为标准程序模块与系统凋用，它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等子程序。

PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。

内部工作状态区是为CPU提供的临时存储区，用于存放相对少量的供内部计算用的数据。

一般将快速访问的数据不放在主存中，而放在这一区域里，以节省访问时间。

②用户存储区

用户存储区包括用户程序存储区（程序区）和用户功能存储器（数据区）两部分：

用户程序存储区用来存放用户用规定的PLC编程语言编写输入的指令、控制程序，其内容町以由用户任意修改或增删。

用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同，可以是RAM（有掉电保护）、EPROM或EZPROM存储器。

用户