電器控制與PLC結(jié)課論文-城市交通信號控制

1、塔里木大學 電器控制與PLC結(jié)課論文（西門子S7-300機型）交通信號燈控制學號 5011213316所屬學院信息工程學院專業(yè) 計算機科學與技術(shù)班 級 17-3班學生姓名 楊江塔里木大學制目錄 TOC o 1-5 h z 引言3一、PLC的產(chǎn)生4二、PLC的結(jié)構(gòu)4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document （一）中央處理單元 （CPU） 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document （二）存儲器5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document （三）電源5 HYPERLINK l

2、 bookmark10 o Current Document （四）I/O模塊5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 三、PLC的編程6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.1基本指令系統(tǒng)特點6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2圖形式指令結(jié)構(gòu)6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.21 “邏輯與”和“邏輯或”的嵌套表達式。 6 HYPERLINK l bookmark20 o Curre

3、nt Document 四、交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.1系統(tǒng)工作時的要求7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖8 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.3硬件圖9 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4.4交通燈程序梯形圖9 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 五、仿真14 HYPERLINK l

4、 bookmark48 o Current Document 六、小結(jié)15引言城市交通信號控制是通過對交通流量的調(diào)節(jié)以達到改善人 和貨物的安全運輸，提高運營效率。交通系統(tǒng)是一個具有隨機性、 模糊性和不確定性的復雜系統(tǒng)， 建立數(shù)學模型非常困難，有時甚 至無法用現(xiàn)有的數(shù)學方法加以描述。目前大多采用的是自適應(yīng)信號控制，它需要數(shù)學建模，且不考慮交通延誤、停車次數(shù)等。根據(jù)前后相流量來決定信號燈配時的模糊控制系統(tǒng)的理論 研究成果，用PLC實現(xiàn)單個十字路口交通信號燈模糊控制的方 法，以單個十字路口 4相位交通燈為例，把 PLC作為一個模糊 控制器，采用梯形圖編程。通過實驗保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠， 能根據(jù)不同

5、的交通流量進行模糊控制決策，優(yōu)化信號燈的配時， 從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩(wěn)定帶來的問題。關(guān)鍵字：可編程 PLC 交通智能控制PLC的產(chǎn)生PLC是可編程序控制器的簡稱，它是一種數(shù)字運算電子系統(tǒng)，是以微處理器 為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè) 控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程 的自動控制中。PLC是在繼電器控制和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的， 并逐漸發(fā)展成以微 處理器為核心，集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)及通訊技術(shù)于一體的一種新型工業(yè) 控制裝置。1、PLC的結(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

6、上與微型計算機相同:（一）中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照 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。為了進一步

7、提高 PLC的可靠性近年來對大型 PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或采用 三CPU的表決式系統(tǒng)，這樣即使某個 CPU出現(xiàn)故障整個系統(tǒng)仍能正常運行。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個 CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。 進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)CPU主要由運算器、控制器、CPU單元還包括外圍芯片、總定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 寄存器及實現(xiàn)它們之間

8、聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成,線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。（二）存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型（1） RAM （Random Assess Memory），這是一種讀/寫存儲器（隨機存儲器），其存取速 度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory），這是一種可擦除的只讀存 儲器，在斷電情況下存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。（3）EEPROM（Electrical Erasable Programmab

9、le Read Only Memory），這是一種電可擦 除的只讀存儲器，使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。（三）電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系 統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%（+15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去（四）I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了 PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電 信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊

10、相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO）,模擬量輸入（AI ），模擬量輸出（AO）等模塊。三、PLC的編程3.1基本指令系統(tǒng)特點PLC的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。3.2圖形式指令結(jié)構(gòu)程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統(tǒng) 的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形， 用戶根據(jù) 自己的需要把這些圖形進行組合，并填入適當?shù)膮?shù)。3.21 “邏輯與”和“邏輯或”的嵌套表達式當控制邏輯是串聯(lián)和并聯(lián)的復雜組合時，CPU的掃描順序是先“與”后

11、“或” 先串聯(lián)后并聯(lián)的特點是觸點組先串聯(lián)，再將整個觸點組和其他觸點組并聯(lián)。10.010. 1MO. 1Q4.0Q4+010. 2H I先并聯(lián)后串聯(lián)的特點與先串聯(lián)后并聯(lián)的次序正好相反。10.010. 1mo. 1Q4*0Q4 010*22.加法運算指令四、交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計城市交通道路十字路口是靠交通信號指揮燈來維持交通秩序， 在每個方向上 都有紅、黃、綠三種指揮燈，信號燈受一個啟動開關(guān)控制。當按下一個啟動按鈕， 信號系統(tǒng)開始工作，直到按下停止開關(guān)，系統(tǒng)停止工作。某城市路口交通信號圖4.1系統(tǒng)工作時的要求1、南北方向綠燈和東西方向綠燈不能同時亮，如果同時亮就立即關(guān)閉系統(tǒng)和發(fā) 出警報信號。南北

12、紅燈維持25s，同時都東西綠燈也亮，持續(xù) 20s，到20s時，東西綠燈 開始亮，亮3s后滅。然后東西黃燈亮維持2s后滅，東西紅燈亮，與此同時，南北紅燈滅，綠燈亮。東西紅燈亮30s，同時南北綠燈亮25s，閃亮3s滅，接著南北黃燈維持2s滅, 同時南北紅燈亮，東西綠燈也亮。兩個方向的信號燈，按上面要求周而復始的工作。信號燈控制要求表余西方問信號綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮紅燈亮時間25秒3秒（三次）2秋30秒南北方向信號紅燈亮綠燈亮綠燈閃爍螢燈亮吋間50秒25秒3 （三次）2秒數(shù)據(jù)來源：根攜實驗室實驗要求喝制4.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖111W1r1Fi南翎閃Ir裔圜T亮4.3硬件圖機架：S300P IM CfMi臨

13、5MU1K W(11 莊的丫柵可 J1D2JH SLftm EdCbest ft.C gw C|ftars WYfcw 準* 乾丙匪色Era歌*?戶Id咋EMIPS血兔hzI 円J和忖甘啊旳：P朋.MW尼wJJ34DI1&W1&2肌如里弓Difi曲i地grv間弘SJMA/fiO2At7rt站| MDdijfeObdnnJfhHFimwwMRttJdivti；aCmmH1占刃弘粧畀緲1EM4UU)23J CPU J15F 3PMJPPGE$7?15p2F414aAADlVJ12AT-W7*| WJ0j 3jue-d Tw*54礙対3&1凱曲W0a .1a i51 囂Daae:心血蟲sE5 7 S

14、lEniWfl446fl Kr2 29H?&J10iV4.4交通燈程序梯形圖O9SES3MI： ntie；菽西紅燈控制：相當亍匠爍電眛 通玄電卜斷25枚 丁h T2*別控制輸出如口的齢笳和通路 TOC o 1-5 h z 10.0T2T1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document H IM so)_IS5TJT25S etOElf 2 : Title:CQent:T1T2審北紅燈的控制；相當于閃爍耳只農(nóng)加皮向單元即可，T*分剔控制QL.Q的iAKWK札5秋斷31建甲的方袪和韋西紅燈一舞的構(gòu)莎圖.T3 _|S5TI25S10,0T4H I14Retro-

15、rk 4 : Title: jConmcnt;T4S5Tf3QST3QI, 0HntTcrk b : Tit：10.0T6uT5SD)|S5T*S3Sletvrk 6: Title:T5T6SDJ|S5TJZSQl.loIVetvork 7 :棲黃燈控制：由兩部觥就第一部吩是常滅益秒，龍二部分是常亮2秒 當19北虹燈見 映10為上升沿臥則將23*熾T1D定時器QLOK0JEH曲0IKOUT4 Ip S5T#23S-Irttork 8 : Title:10.0Q1.0T?何I冊3EHSSSISI Title：|常亮龍時掘TT宦時完畢時席亮宦lT時虹低T7TSI血IS5T42SNetvork 10

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17、至 痔由TU初血SfflMIP為芮爍電賂110.的是PLC內(nèi)部的Itttlfc沖.轉(zhuǎn)CFIPP的CloceMorytT開井設(shè)宜英地址為1110而II16 5構(gòu)豈于秒穌產(chǎn)“T9T10M10.5I IM1-QC.2T9/卜Network IS : Title:Q0. 0胡匕綠燈控制：與相録燈完全桶仙只基時間的設(shè)査不同和控制佶等改為東西的紅燈即 可MOVEillENOINOUT畑0存S5T#25S-fle twoxlc 16 : Title:Coument:Til4 S 1MllHe tvoxk 17 : Title:C&wnent ：TilT1Z何_I35Tr 3S etvork 18 : Ti

18、H r ：Connent:TilT12H10.5W14QI* 2TH1/b五、仿真畫 STPLCSIMI常規(guī)檢查。在通電之前要耐心細致地作一系列的常規(guī)檢查 (包括接線檢查、絕 緣檢查、接地電阻檢查、保險檢查等)，避免損壞PLC塊(用STEP7的診斷程序?qū)?所有模塊進行檢查)系統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試可按離線調(diào)試與在線調(diào)試兩階段進行。 其中離線調(diào)試主要是對程序的編制工作進行檢查和調(diào)試，采用STEP?能對用戶編制程序進行自動診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關(guān)系判斷編制程序的正誤。而在線調(diào)試是一個綜合調(diào)試過程，包括程序本身、外圍線路、外 圍設(shè)備以及所控設(shè)備等的調(diào)試。在線調(diào)試過程中，系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下運行，可隨 時發(fā)現(xiàn)問題、隨時解決問題，從而使系統(tǒng)逐步完善。因此，一般系統(tǒng)所存在的問題基本上可在此過程中得到解決。在線調(diào)試設(shè)備開停時，必須先調(diào)試空開關(guān)的運行情況；如果設(shè)備設(shè)有運行監(jiān) 視開關(guān)，則可把監(jiān)視開關(guān)強制為正式運行時，撤銷強制)0調(diào)試單臺設(shè)備時可針對性地建立該設(shè)備的變量表，對該設(shè)備及其與該設(shè)備相關(guān) 的變量進行實時監(jiān)視。這樣既可判斷邏輯操作是否正確，對模擬量的變化也可一 目了然。比如調(diào)試電動執(zhí)行器時，可建立一變量表，對執(zhí)行