某學院學院PLC控制交通管理知識設計

1、奧鵬學院畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計（論文）計（論文）題題 目目 PLCPLC 控制交通燈設計控制交通燈設計學生姓名學生姓名 蔡成武蔡成武 專專 業(yè)業(yè) 機電一體化機電一體化 指導教師指導教師 田老師田老師 目錄摘要 .1第一章 PLC 的特點及應用.2一 .概述.2二. PLC 的特點.2三.PLC 的應用.2第二章 PLC 的結構及原理.5一. PLC 的分類.5二. PLC 的結構.5三. PLC 的工作原理 .6四.PLC 匯編語言.6五.PLC 的基本指令.8六. PLC 交通燈畢業(yè)設計編程器件 .12第三章 梯形圖的設計與編程方法 .13一. 控制要求.13二. 控制時序.13三.PLC 交

2、通燈畢業(yè)設計硬件及外圍元器件.14第四章 程序設計 .15一. PLC 交通燈畢業(yè)設計梯形圖.15二. PLC 交通燈畢業(yè)設計指令圖.17三.軟件設計 .20第五章 PLC 交通燈畢業(yè)論文設計總結.21謝辭 .22參考文獻 .23摘要PLC 可編程序控制器是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計,可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為,可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一,PLC、機器人、CAD/CAM 將成為工業(yè)

3、生產的三大支柱。由于 PLC 具有對使用環(huán)境適應性強的特性,同時其內部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制,特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將 PLC 應用于交通燈系統(tǒng)中。同時,PLC 本身還具有通訊聯(lián)網功能,將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統(tǒng)一調度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現(xiàn)科學化管理.第一章 PLC 的特點及應用 一 .概述 可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Control

4、ler） ，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。三. PLC 的特點PLC 的主要特點1、高可靠性（1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用 R-C 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 1020ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優(yōu)良的開關電源。（5）對采用的器件進行嚴格的篩

5、選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴大。（7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。2、豐富的 I/O 接口模塊PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網絡，它還有多種通訊聯(lián)網的接口模塊，等等。3、采用模塊化結構為

6、了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結構。PLC 的各個部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。4、編程簡單易學PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。5、安裝簡單，維修方便PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和

7、查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。四. PLC 的功能1、邏輯控制2、定時控制3、計數(shù)控制4、步進(順序)控制5、PID 控制6、數(shù)據(jù)控制：PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力。7、通信和聯(lián)網8、其它：PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT 模塊三.PLC 的應用目前，PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類： 1.開關量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路

8、，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2. 模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。PLC 廠家都生產配套的 A/D 和 D/A 轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3. 運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構

9、，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4 .過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5. 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學

10、運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數(shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6 .通信及聯(lián)網 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的 PLC 都具有通信接

11、口，通信非常方便。第二章 PLC 的結構及原理一. PLC 的分類(一) 按 plc 的結構形式分類：1.整體式；2.模塊式。(二)按 plc 的 I/O 點數(shù)分類：1 小型 256 點以下；2 中型 256 點以上，2048 點以下；3 大型 2048 點以上。(三)按 plc 功能分類：抵擋型，中擋型，高檔型。二. PLC 的結構PLC 實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結構基本上與微型計算機從結構上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、

12、I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC 的基本結構框圖如下： 接受 驅動輸入接口部件 中央處理單元 CPU 板接口部件輸出 現(xiàn)場信號 受控元件三. PLC 的工作原理當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段， 可編程邏輯控制器即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 （一） 、輸入采樣階段 電 源 部 件在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應的單元

13、內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （二） 、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I

14、/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取I/O 點。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值

15、，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 （三） 、輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 (一)plc 的工作方式 1.輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入緞子通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內存，接著進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時，即使輸入信號發(fā)生變化，內存中輸入信息也不變化，只有在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能讀入信息。2. 程序執(zhí)行階段：plc 對用戶程序掃描。3.輸出刷新階段：當所有指令

16、執(zhí)行完畢通過隔離電路，驅動功率放大器，電路是輸出端子向外界輸出控制信號驅動外部負載。四.PLC 匯編語言采用面向控制過程，面向問題，簡單直觀的 plc 編寫橫語言，常用的有：梯形圖，語句表，功能圖等。(一) 梯形圖：由繼電器控制邏輯演變而來，兩者具有一定程度的相似性，但梯形圖編程語言功能更強更方便。主要特點：1.自上而下，從左到右的順序排列，兩列垂直線為母線。每一邏輯行，起使左母線。2.梯形圖中采用繼電器名稱，但不是真實物理繼電器稱為“軟繼電器”3.每個梯級流過的是概念電流，從左向右，其兩端母線設有電源。4.輸入繼電器，用于接入信號，而無線圈，輸入繼電器，通過輸入接入的繼電器，晶體及晶閘管才能

17、實現(xiàn)。（二）.語句表：又叫指令表，類似計算機匯編語言形式，用指令的記助符編程。例：下圖是三菱公司的 FX2N 系列產品的最簡單的梯形圖例： X000 X001 Y000 X010它有兩組，第一用以實現(xiàn)啟動、停止控制；第二僅一個 END 指令，用以 結束程序。梯形圖與助記符的對應關系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序為：先輸入，后輸出（含其他處理） ；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的 END助記符程序為： 地址指令變量0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY00

18、00004END反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應的梯形圖五.PLC 的基本指令(一) 輸入輸出指令（LD/LDI/OUT）下面把 LD/LDI/OUT 三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明： 符號 功 能梯形圖表示操作元件 LD（?。┏ｉ_觸點與母線相連 X，Y，M，T，C,SLDI（取反）常閉觸點與母線相連X，Y，M，T，C,SOUT（輸出）線圈驅動 Y，M，T，C，S,F LD 與 LDI 指令用于與母線相連的接點，此外還可用于分支電路的起點。OUT 指令是線圈的驅動指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并

19、行輸出，能連續(xù)使用多次。 X000 Y000 地址 指令 數(shù)據(jù) 0000 LD X000 0001 OUT Y000(二) 觸點串連指令（AND/ANDI） 、并聯(lián)指令（OR/ORI）符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件AND（與） 常開觸點串聯(lián)連接 X，Y，M，T，C,S ANDI（與非） 常閉觸點串聯(lián)連接 X，Y，M，T，C,SOR（或） 常開觸點并聯(lián)連接 X，Y，M，T，C，S ORI（ 或非） 常閉觸點并聯(lián)連接 X，Y，M，T，C，S AND、ANDI 指令用于一個觸點的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點的數(shù)量不限，這兩個指令可連續(xù)使用。OR、ORI 是用于一個觸點的并聯(lián)連接指令。 X001 X0

20、02 Y001 地址 指令 數(shù)據(jù) 0002 LD X001 X003 0003 ANDI X002 0004 OR X003 0005 OUT Y001 (三) 電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ORB、ANB）符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件ORB（塊或） 電路塊并聯(lián)連接 無ANB（塊與） 電路塊串聯(lián)連接 無 含有兩個以上觸點串聯(lián)連接的電路稱為“串聯(lián)連接塊” ，串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時，支路的起點以 LD 或 LDNOT 指令開始，而支路的終點要用 ORB 指令。ORB 指令是一種獨立指令，其后不帶操作元件號，因此，ORB 指令不表示觸點，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個電路塊并聯(lián)連

21、接，應在每個并聯(lián)電路塊之后使用一個 ORB 指令，用這種方法編程時并聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制；也可將所有要并聯(lián)的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出 ORB 的指令，但這時 ORB 指令最多使用 7 次。將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時使用 ANB 指令，各并聯(lián)電路塊的起點，使用 LD 或 LDNOT 指令；與 ORB 指令一樣，ANB 指令也不帶操作元件，如需要將多個電路塊串聯(lián)連接，應在每個串聯(lián)電路塊之后使用一個 ANB 指令，用這種方法編程時串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，若集中使用 ANB 指令，最多使用 7 次。 ANB X000 X002 X003 Y006 X001

22、 X004 X005 ORB X006 X003 地 址 指 令 數(shù) 據(jù) 0000 LD X000 0001 OR X001 0002 LD X002 0003 AND X003 0004 LDI X004 0005 AND X005 0006 OR X006 0007 ORB 0008 ANB 0009 OR X003 0010 OUT Y006 （四） 程序結束指令（END） 在符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 END（結束） 程序結束 無程序結束處寫上 END 指令，PLC 只執(zhí)行第一步至 END 之間的程序，并立即輸出處理。若不寫 END 指令，PLC 將以用戶存貯器的第一步

23、執(zhí)行到最后一步，因此，使用 END 指令可縮短掃描周期。另外。在調試程序時，可以將 END 指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認無誤后，再依次刪去插入的 END 指令。其他還有一些指令，如置位復位、脈沖輸出、清除、移位、主控觸點、空操作、跳轉指令等。由梯形圖寫出與之對應的助記符形式的指令。并由后面的 GPP軟件傳輸?shù)?PLC 中，實時運行。結束六. PLC 交通燈畢業(yè)設計編程器件一般情況下，X 代表輸入繼電器，Y 代表輸出繼電器，M 代表輔助繼電器，SPM 代表專用輔助繼電器，T 代表定時器，C 代表計數(shù)器，S 代表狀態(tài)繼電器，D 代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV 代表傳輸?shù)?。第三?梯形

24、圖的設計與編程方法一. 控制要求信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當按下啟動按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復始地循環(huán)工作，當按下停止按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號燈都熄滅。二. 控制時序交通燈示意圖如圖1所示，在東西南北兩個方向均安裝信號燈，兩個方向各6個燈，分為紅、黃、綠三種顏色。工作時序如圖2所示，假設東西向較忙，綠燈時間是南北向的2倍(40s)。按下起動按鈕后，南北向綠燈亮維持20s，20s后，南北黃燈閃爍3次，計6S，期間，東西向紅燈也亮，并維持26s；26s后，東西方向綠燈亮40s，后東西向黃燈閃爍3次，計6s，期間，南北向紅燈也亮，并維持46so接下去周而復始，直到停止按鈕

25、被按下為止。三.PLC 交通燈畢業(yè)設計硬件及外圍元器件根據(jù)信號燈的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC、起動按鈕SB1、停止按鈕SB2、紅黃綠色信號燈各4只，輸入輸出端口接線如圖3所示。由圖可見：起動按鈕SB1接于輸入繼電器X0端，停止按鈕SB2接于輸入繼電器xl端，東西方向的綠燈接于輸出繼電器Y5端，東西方向黃燈接于輸出繼電器Y4端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器Y3端，南北方向綠燈接于輸出繼電器Y2端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器Y1，南北方向紅燈接于輸出繼電器Y0。將輸出端的COM1及COM2用導線相連，輸出端的電源為交流220V。如果信號燈的功率較大，一個輸出繼電器不能帶動兩只信號

26、燈，可以采用一個輸出點驅動一只信號燈，也可以采用輸出繼電器先帶動中間繼電器，再由中間繼電器驅動信號燈。第四章 程序設計一. PLC 交通燈畢業(yè)設計梯形圖 二. PLC 交通燈畢業(yè)設計指令圖三.軟件設計采用步進梯形指令雙流程編程實現(xiàn)，應用并聯(lián)分支結構，其狀態(tài)轉移圖如圖4所示。由圖可知，我們把東西和南北方向信號燈的動作分成兩個流程同時起動，分別運行各自的時序動作，相互之間的配合由統(tǒng)一的時鐘進行有機配合，不會出現(xiàn)差錯?，F(xiàn)僅以南北方向的動作簡單分析一下工作原理，東西方向工作過程基本相同，在此不再贅述。系統(tǒng)起動時，利用M8002開機脈沖自動進入XO狀態(tài)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。當啟動按鈕SB1按下時，xO11

27、接通， Y1和Y4同時起動，Y1使南北綠燈亮，Y4使東西紅燈亮(東西方向以下不分析)，x0起動的同時TO開始計時，20s后利用 常開接點的閉合使狀態(tài)進入T4，此時Y3和Y5起動，T4使南北黃燈亮，T1計時6s，6s后進入T2，在T3狀態(tài)下，起動CO和T2，此時南北黃燈滅，CO計數(shù)加1，T2時間到時，如果co,J-數(shù)不到3次，狀態(tài)轉到T0循環(huán)，如果CO計數(shù)到3次，狀態(tài)轉入T4，這樣就做到了南北方向黃燈閃爍3次的要求。南北方向黃燈閃爍3次后，系統(tǒng)進入T4狀態(tài)，在T4狀態(tài)下，為下次閃爍作好準備，同時起動Y3和Y5，Y1使南北紅燈亮，亮46s后進入X0狀態(tài)，至此南北方向的一個循環(huán)執(zhí)行完，此時東西方向也應該完成，在兩個方向都完成后(必須都完成)，又重新進入X0和X11，如此反復工作。在任何時候按下停止按鈕SB2，Xl接通，并復位相關狀態(tài)和計數(shù)器，系統(tǒng)自動停止。第五章 PLC 交通燈畢業(yè)論文設計總結在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我趁著做課程設計的同時也對課本知識有了鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次