PLC交通信號燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計詳細(xì)

1、廈門世科自動化工程有限公司 網(wǎng)址： HYPERLINK 郵箱：PAGE PAGE 20摘 要自從交通燈誕生以來,其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn).設(shè)計方法也開始多種多樣,從而使交通燈顯得更加智能化.可編程控制器(PLC)以微處理器為核心,普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計,編程容易,功能擴展方便,修改靈活,而且結(jié)構(gòu)簡單,抗干擾能力強.西門子可編程控制器指令豐富,可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備,有豐富的特殊擴展設(shè)備,其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合交通燈控制系統(tǒng)的要求與特點,能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信.本文選擇西門子可編程控制器S7-200為核心部件,著重進(jìn)行硬件接

2、口設(shè)計,利用梯形圖和語句表進(jìn)行編程,實現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動化.關(guān)鍵詞 PLC;交通控制;自動化目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc256081904 第1章 緒論3 HYPERLINK l _Toc256081907 第2章 可編程程序控制器(PLC)5 HYPERLINK l _Toc256081908 2.1 PLC概述5 HYPERLINK l _Toc256081909 2.1.1 PLC的發(fā)展歷程5 HYPERLINK l _Toc256081910 2.1.2 PLC的發(fā)展趨勢6 HYPERLINK l _Toc256081911 2

3、.1.3 PLC的應(yīng)用7 HYPERLINK l _Toc256081912 2.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)8 HYPERLINK l _Toc256081913 2.3 PLC的工作原理9 HYPERLINK l _Toc256081914 第3章 系統(tǒng)設(shè)計11 HYPERLINK l _Toc256081915 3.1控制要求11 HYPERLINK l _Toc256081916 3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計11 HYPERLINK l _Toc256081917 3.2.1十字路口的系統(tǒng)框圖11 HYPERLINK l _Toc256081918 3.2.2工作原理圖12 HYPERLINK l _

4、Toc256081919 3.3、編程設(shè)計13 HYPERLINK l _Toc256081920 3.3.1流程圖13 HYPERLINK l _Toc256081921 3.3.2信號燈控制編程元件表14 HYPERLINK l _Toc256081922 3.3.3梯形圖15 HYPERLINK l _Toc256081923 結(jié)論語17 HYPERLINK l _Toc256081924 致謝18 HYPERLINK l _Toc256081925 參考文獻(xiàn)19第1章 緒論1.1課題背景1858年,在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅,藍(lán)兩色的機械扳手式信號燈,用以指揮馬車通行.

5、這是世界上最早的交通信號燈.1868年,英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上,安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈.它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成,紅色表示“停止”,綠色表示“注意”.1869年1月2日,煤氣燈爆炸,使警察受傷,遂被取消.1914年,電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國.這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成,安裝在紐約市5號大街的一座高塔上.紅燈亮表示“停止”,綠燈亮表示“通行”. 1918年,又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈.帶控制的紅綠燈,一種是把壓力探測器安在地下,車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈;另一種是用擴音器來啟動紅綠燈,司機遇紅燈時按一下嗽叭,就使紅燈變?yōu)榫G

6、燈.紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時,它就能察覺到有人要過馬路.紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間,推遲汽車放行,以免發(fā)生交通事故.信號燈的出現(xiàn),使交通得以有效管制,對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果.1968年,聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定.綠燈是通行信號,面對綠燈的車輛可以直行,左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎,除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向.左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行.紅燈是禁行信號,面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車.黃燈是警告信號,面對黃燈的車輛不能越過停車線,但車輛已十分接近停車線而不

7、能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口.1.2研究目的和意義在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進(jìn)行有效的疏通,并為交通參與者的安全提供了強有力的保障.但是隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展,原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況.如何改善交通燈控制系統(tǒng),使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況,成為研究的課題. 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈,通常的做法是:事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查,運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)先設(shè)置好.然而,實際上車輛流量的變化往往是不確定的,有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異.即使是經(jīng)過長期運行、較適用的方案,仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象:綠燈方向幾乎沒有什么車輛,而紅燈方向卻排著長隊等候通過.這

8、種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的,統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀,更為現(xiàn)實的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈.目前,大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時間間隔的控制方法.由于十字路口不同時刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機的和不確定的,采用固定時間的控制方法,經(jīng)常造成道路有效利用時間的浪費,出現(xiàn)空等現(xiàn)象,影響了道路的暢通.為此,采用不依賴數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計交通燈控制器,能較好地解決這個問題.另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用,城市空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重,為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定,選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的

9、.隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,自動化程度要求越來越高,原有的交通燈裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動化的需要.可編程控制器交通燈控制系統(tǒng)集成自動控制技術(shù)、計量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計算機管理技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品;充分利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點,采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計,配置靈活、組態(tài)方便.可編程控制器交通燈控制系統(tǒng)的特點:脫機手動工作;聯(lián)機自動就地工作;上機控制的單周期運行方式;由上位機通過串口向下位機送入設(shè)定配方參數(shù)實現(xiàn)自動控制;自動啟動、自動停機控制方式.近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高,使得實際應(yīng)用成為可

10、能.本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因:PLC具有很高的可靠性,通常的平均無故障時間都在30萬小時以上;編程能力強,可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn);抗干擾能力強,目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重,為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定,我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC;根據(jù)交通信號燈系統(tǒng)的要求與特點,我們采用了德國西門子公司S7-200型PLC.西門子PLC有小型化、高速度、高性能等特點,是S7-200系列中最高檔次的超小型程序裝置.西門子可編程控制器指令豐富,可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備,有豐富的特殊擴展設(shè)備,其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的,能夠方便地聯(lián)網(wǎng)

11、通信.本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控制燈實現(xiàn)控制.1.3本文的主要工作 第一章,回顧交通燈的歷史,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,交通管制的要求越來越高,采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機,設(shè)計開發(fā)了交通燈控制系統(tǒng),才會滿足穩(wěn)定可靠的交通控制系統(tǒng)需求.第二章,敘述了可編程程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的歷程,通過論述可編程程序控制器的各種優(yōu)點、 卓越性能、結(jié)構(gòu)、原理,有一個感性的總體認(rèn)識.第三章,結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求,進(jìn)行硬件、程序設(shè)計,從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計任務(wù).第四章,通過對系統(tǒng)的調(diào)試和檢測,再進(jìn)行系統(tǒng)性梳理,將隱藏的不

12、足之處加以修正和完善,確保系統(tǒng)能順利運行.第2章 可編程程序控制器(PLC)2.1 PLC概述可編程序控制器(Progra米米abie Logic Controller,縮寫PLC)是以微處理器為基礎(chǔ),綜合計算機、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置.可編程序控制器是隨著技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變,為適應(yīng)多品種.小批量生產(chǎn)的需要,生產(chǎn).發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置.PLC從1969年問世以來,雖然至今還不到40年,但由于其具有通用靈活的控制性能.簡單方便的使用性能,可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性,因此在工業(yè)自動化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用.有人將它與數(shù)控技術(shù)、CAD/CA

13、米技術(shù)工業(yè)機械人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱.可編程序控制器在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史,現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強大支柱.隨著全球一體化經(jīng)濟的發(fā)展,努力發(fā)展可編程序控制器在我國的大規(guī)模應(yīng)用,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù),應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向.2.1.1 PLC的發(fā)展歷程在可編程控制器出現(xiàn)前,在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中,繼電器控制占主導(dǎo)地位,應(yīng)用廣泛.但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點,特別是其接線復(fù)雜、不易更改,對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差.1968年美國通用汽車公司

14、(G.米)為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新,生產(chǎn)工藝不斷變化的需要,實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn),希望能有一種新型工業(yè)控制器,它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線,以降低成本,縮短周期.于是就設(shè)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來,制成一種通用控制裝置,而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進(jìn)行編程,使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用.1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求,研制成功了世界上第一臺可編程控制器,并在通用汽車公司的自動裝配線上試用,取得很好的效果.從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來.早期的可編程控

15、制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能,只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器(Progra米米able Logic Controller ).隨著 HYPERLINK /paper-195-1/ 微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中,使PLC不僅具有邏輯控制功能,還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能.20世紀(jì)80年代以后,隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中,使PLC得到迅速發(fā)展.PLC不僅控制功能增強,同時可靠性提高,功耗、體積減小,成本降低,編程和故障檢測更加靈活方便,而

16、且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能,使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器.PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個階段:19701980年:PLC的結(jié)構(gòu)定型階段.在這一階段,由于PLC剛誕生,各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)(如邏輯電路型、1位機型、通用計算機型、單板機型等),但迅速被淘汰.最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形成,取得了市場的認(rèn)可,得以迅速發(fā)展.推廣.PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機床、生產(chǎn)線擴展.19801990年:PLC的普及階段.在這一階段,P

17、LC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴大,價格不斷下降,PLC被迅速普及.各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格.品種開始系列化,并且形成了固定I/O點型、基本單元加擴展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型.PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴展.比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有F.F1.F2小型PLC系列產(chǎn)品,K/A系列中、大型PLC產(chǎn)品等.19902000年,PLC的高性能與小型化階段.在這一階段,隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步,PLC的功能日益增強,PLC的CPU運算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加,使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā),PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展.此外,PLC的體積大幅度縮

18、小,出現(xiàn)了各類微型化PLC.三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品,AIS/A2US/Q2A系列中,大型PLC系列產(chǎn)品等.2000年至今:PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段.在本階段,為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動化的需要,PLC的各種功能不斷進(jìn)步.一方面,PLC在繼續(xù)提高CPU運算速度,位數(shù)的同時,開發(fā)了適用于過程控制,運動控制的特殊功能與模塊,使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域.與此同時,PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展,PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備,還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),為工廠自動化奠定了基礎(chǔ).三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品(包括

19、最新的FX3u系列產(chǎn)品),Qn,QnPH系列中,大型PLC系列產(chǎn)品等.2.1.2 PLC的發(fā)展趨勢從當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)性能來看,PLC發(fā)展趨勢仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面.體積小型化.電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果.現(xiàn)代PLC無論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的PLC有了很大的不同,PLC體積被大幅度縮小.性能的提高.PLC的性能主要包括CPU性能與I/O性能兩大方面.可編程序控制器在我國的發(fā)展?fàn)顩r如下: (1) 我國可編程序控制器的發(fā)展與國際上的發(fā)展有所不同,國際上可編程序控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用,而我國則是從成套設(shè)備引進(jìn)、可編程序控制器

20、引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛應(yīng)用.大致可劃分為下述三個階段: 可編程序控制器的初級認(rèn)識階段(70 年代后期到 80 年代初期)國際上可編程序控制器的發(fā)展,首先引起了國內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣,所以我國對可編程序控制器的認(rèn)識始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設(shè)備引進(jìn)中,當(dāng)時的上海寶鋼一期工程中有多項工程引進(jìn)了十幾種機型約 200 多臺可編程序控制器.這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個鋼鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線上,取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng),并部分取代了模擬量控制和小型 DDC 系統(tǒng).繼寶鋼一期工程后,國內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進(jìn)的設(shè)備和生產(chǎn)線大都配備了可編程序控制器,其應(yīng)用

21、范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等各領(lǐng)域.正是在成套設(shè)備引進(jìn)過程中,我們打開了眼界,了解認(rèn)識了可編程序控制器,這也促進(jìn)了可編程序控制器在我國的發(fā)展.可編程序控制器的引進(jìn)應(yīng)用和消化移植階段(80 年代初期到90年代初期)80年代初期開始,隨著我國改革開放的不斷深入,在成套設(shè)備引進(jìn)的同時,國外原裝的可編程序控制器開始涌入國內(nèi)市場.許多部門和單位相繼引進(jìn)可編程序控制器并自己設(shè)計組成控制系統(tǒng),其應(yīng)用范圍也擴大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細(xì)化工等工業(yè)領(lǐng)域. 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段(90 年代初期到現(xiàn)在) 進(jìn)入90年代,我國的可編程序控制器進(jìn)入了廣泛發(fā)展階段,主

22、要表現(xiàn)在以下幾個方面:(2) 政府重視可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視,在當(dāng)時機械電子工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下,于 1991 年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會.可編程序控制器行業(yè)協(xié)會在政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用,溝通了情況,為做出決策提供了依據(jù).同時可編程序控制器的標(biāo)準(zhǔn)化工作也受到了有關(guān)部門的重視,于 1993 年成立了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會,為我國可編程序控制器的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ).2.1.3 PLC的應(yīng)用1 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使得其應(yīng)用受到限制.但最近十多年來,PLC的應(yīng)用面越來越廣,其主要原因是:一方面由于微處理器芯片幾有關(guān)元件的價格大大

23、下降,使得PLC的成本下降;另一方面PLC的功能大大增強,它也能解決復(fù)雜的計算和通信問題.目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、 HYPERLINK /paper-190-1/ 石油、化工、 HYPERLINK /paper-103-1/ 電力、 HYPERLINK /paper-189-1/ 機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè).PLC的應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵?種類型:(1)順序控制 這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域,也是最適合PLC使用的領(lǐng)域.它用來取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制.PLC應(yīng)用于單機控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制等.例如:注塑機械、印刷機械、包裝機械、切紙機械、

24、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等.(2)運動控制 PLC制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊,在多數(shù)情況下,PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊,其輸出移動一軸或數(shù)據(jù)到目標(biāo)位置.每個軸移動時,位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣?確保運動平滑.(3)過程控制 PLC還能控制大量的過程參數(shù),例如:溫度、流量、壓力、液位和速度.PID模塊提供了使PLC具有閉環(huán)控制的功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制.當(dāng)過程控制中某個變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定植上.(4)數(shù)據(jù)處理 在機械加工中,PLC作為主要的控制和

25、管理系統(tǒng)用于CNC和NC系統(tǒng)中,可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作.(5)通信網(wǎng)絡(luò) PLC的通信包括主機與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC和其他智能控制設(shè)備(如計算機、變頻器、數(shù)控裝置)之間的通信.PLC與其他智能控制設(shè)備一起,可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng).2 PLC在我國的應(yīng)用雖然我國在PLC生產(chǎn)方面比較弱,但在PLC應(yīng)用方面,我國是很活躍的,近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品,年銷售額30多億人民幣,應(yīng)用的行業(yè)也很廣. 在我國,一般按I/O點數(shù)將PLC分為以下級別(但不絕對,國外分類有些區(qū)別): 微型:32 I/O 小型:256 I/O 中型:1024 I/

26、O 大型:4096 I/O 巨型:8192 I/O 在我國應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中,I/O64點以下PLC銷售額占整個PLC的47%,64點256點的占31%,合計占整個PLC銷售額的78%.2.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu)PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機從結(jié)構(gòu)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(nèi)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、I/O模塊、內(nèi)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.其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示.中央處理單元(CPU)是PLC 的控制中樞,它按照

27、PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器I/O以及警戒定時器的狀態(tài);并能診斷用戶程序中的語法錯誤.當(dāng)PLC 投入運行時,首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O 映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后,按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi),等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運行直到停止運行.圖22-1 PLC的結(jié)構(gòu)圖2.3 PLC的工作原理PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式,即如

28、果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開,該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作,必須等掃描到該觸點時才會動作.考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100米s以上,而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100米s,因此,PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術(shù).這樣在對于I/O響應(yīng)要求不高的場合,PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了.當(dāng)PLC投入運行后,其工作過程一般分為三個階段,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,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段.1輸入采樣階段在輸入采樣階

29、段,PLC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(yīng)得單元內(nèi).輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)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(yīng)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.2用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段,PLC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(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算,然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果,刷新該邏輯

30、線圈在系統(tǒng)RA米存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)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.3輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后,PLC就進(jìn)入輸出刷新階段.在此期間,CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè).PLC的掃描工作過程如圖2-2、圖2-3所示 用戶輸出設(shè)備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執(zhí)行用戶輸入設(shè)備寫讀讀 圖2-2 PLC的掃描工作過程圖 輸入刷新 程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期輸入刷新 圖2-3 PLC的掃描周期圖第3章 系統(tǒng)設(shè)計3.1控制要求(1)正常情

31、況下A、B道(A、B道交叉組成十字路口,A是主道,B是支道)輪流放行,A道直行40秒,左道15秒,5秒用于警告,B道放行時間同A道.(2)A、B兩道均有直行和左行道,右行不設(shè)紅燈.(3)有緊急車輛通過,(用按鍵開關(guān)KO模擬)時,A、B道均為紅燈.(4)夜間23時至次日5時為黃燈.3.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.2.1十字路口的系統(tǒng)框圖為了確保車輛在十字路口順利通過,往往采用自動控制的信號燈來指揮.其中紅燈()輛,表示禁止通行;黃燈(Y)亮表示警告;綠燈(G)亮表示允許通行.交通控制器的系統(tǒng)框圖如圖3-1所示.系統(tǒng)控制電路南北方向 G Y R分頻時標(biāo)東西方向 G Y R手動控制圖3-1交通等控制器系統(tǒng)框

32、圖3.2.2工作原理圖工作方式滿足圖3-2所示順序工作流程.圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG,東西方向的紅、黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG.兩個方向的工作時序:東西方向亮紅燈時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和,南北方向亮紅燈時間應(yīng)等東西方向亮黃、綠燈時間之和.假設(shè)每個時間單位為5S,則南北 、東西方向綠、黃、紅 左行道燈亮?xí)r間分別為40S、5S、40S,15S一次循環(huán)為60秒.其中紅燈亮的時間為綠燈、黃燈亮的時間之和,黃燈是間歇閃爍.南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮占 40s南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮占 20s南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮占 40s南北方向紅

33、燈亮，東西方向黃燈亮占 20s圖3-2交通信號燈工作流程3.3、編程設(shè)計3.3.1流程圖軟件包括主程序、延時、顯示子程序、中斷服務(wù)程序,各程序流程圖如圖3-4所示.圖3-4信號流程圖3.3.2信號燈控制編程元件表輸 入輸 出機 內(nèi) 器 件交通燈工作開關(guān)I0.0報警燈:Q0.0T33:南北紅燈工作40S南北紅燈:Q0.1T97:東西紅燈工作40S東西綠燈:Q0.2T99:東西綠燈工作15S東西黃燈:Q0.3T100:東西綠燈閃爍15S東西紅燈:Q0.4T98:東西黃燈工作5S南北綠燈:Q0.5T34:南北綠燈工作15S南北黃燈:Q0.6T35:南北綠燈閃爍15ST36:南北黃燈工作5S3.3.3

34、梯形圖注:圖中脈沖寬度均為0.05秒結(jié)論語當(dāng)我知道我的課題是:交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計,我想這個課題是很容易的,這樣我更應(yīng)該做的更好.當(dāng)真正做起來的時候,還是覺得有點困難的,有些東西以前學(xué)了,但現(xiàn)在用起來可能又有點疑問.就如畫電氣原理圖吧,整體的構(gòu)造腦海里都有一個整體的概念.而你要畫出來的話,你可能會遇到細(xì)節(jié)上的問題,比如說按鈕開關(guān)的方向是怎樣,以及怎么劃分區(qū)域等.遇到這些問題的時候都能讓你主動去翻書,復(fù)習(xí)這些陌生的知識.我認(rèn)為這是一種最好的學(xué)習(xí)方法通過實踐去檢驗自己的知識.這個只有你自己投入進(jìn)去你才能發(fā)現(xiàn)自己知識點的欠缺.做為一名電氣專業(yè)的學(xué)生對電器原理圖的了解更應(yīng)該有深刻的認(rèn)識,知道它的重

35、要性.要能看的懂,給你一張電氣原理圖,你要能夠?qū)懗鎏菪螆D.查找資料也是一件繁瑣的事情,雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事,需要耐心查找.在程序設(shè)計過程中,我對以前的編程方法做了歸納,之前我習(xí)慣用功能流程寫程序,遇到難點的時候習(xí)慣翻書,對照例子提取點精華.現(xiàn)在能靈活運用經(jīng)驗設(shè)計法、電氣原理圖設(shè)計法、順序控制設(shè)計法.特別多順序控制設(shè)計有了一定的了解.這里面最經(jīng)典我認(rèn)為是單序列的編程方法、選擇序列的編程方法和并行序列的編程方法這個三個是很值得研究的,也是一種格式.只要你能熟悉掌握,靈活應(yīng)用的話,那么編程對你來說將變的非常容易.一個流程圖無論多么復(fù)雜,都可以拆分上面的形式,然后

36、就可以利用上面的方法編程了.當(dāng)然對于簡單的流程也可以用順序設(shè)計.這種方法也是一種固定的格式,只要按照它的格式就可以寫出正確的程序,它的優(yōu)點可以說易懂,條理清晰.但結(jié)構(gòu)多.對于活動步多的設(shè)計我想用這個設(shè)計比較煩瑣.更加體會到PLC的可靠性高,抗干擾能力強,.通用性強,控制程序可變,使用方便等優(yōu)點.更加熟悉了西門子編程軟件使用方法與各種基本指令.這次的課程設(shè)計使我把可編程控制器的理論知識用在實踐中,實現(xiàn)了理論和實踐相結(jié)合,從中更懂得理論是實踐的基礎(chǔ),實踐又能檢驗理論的正確性,讓我受益非淺, 對我以后工作中遇到問題或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會產(chǎn)生巨大的幫助和影響.致謝本論文從11月份開題以來,到目前為止已經(jīng)有快

37、2個月的時間了,這次畢業(yè)設(shè)計中,雖然都沒太多的經(jīng)驗,但是在楊老師的指導(dǎo)下,同組的同學(xué)鼓勵、幫助下,相互奮勉,最終圓滿的完成了設(shè)計任務(wù).在整個過程當(dāng)中,有許多人給了我啟發(fā)和幫助,在畢業(yè)論文完成之際,我要在此表達(dá)對他們最誠摯的感謝.首先,最需要感謝的人是我的指導(dǎo)老師楊波老師.老師平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段,從選題到查閱資料,方案可行的確定和論文綱領(lǐng)細(xì)節(jié)的修改,中期檢查,后期詳細(xì)設(shè)計等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo).每一次的批評和教育,使我受益非淺,值此論文完成之際,謹(jǐn)向老師再一次向他致以衷心的謝意,感謝他為學(xué)生營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍,以及學(xué)習(xí)上的耐心細(xì)致幫助!最后我還要感謝我的同學(xué)與朋友,他們也給我很大的幫助,給我提供了不少的建議,讓我少走了許多的彎路.參考文獻(xiàn)1王曙光. S7-200PLC應(yīng)用基礎(chǔ)與實例.