機電一體化畢業(yè)論文正稿

/機械學院畢業(yè)設計〔論文題目PLC控制交通燈設計學生姓名專業(yè)機電一體化指導教師目錄TOC\o"1-3"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)生產(chǎn)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(nèi)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(wǎng)功能,將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)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〔ProgrammableController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〔ProgrammableLogicController,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(jīng)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〔PersonalComputer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(nèi)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10~20ms.

〔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(wǎng)絡,它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊,等等。

3、采用模塊化結構

為了適應各種工業(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(wǎng)

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(nèi)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,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(chǎn)線、電鍍流水線等。2.模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)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,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(chǎn)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(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口,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(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。PLC的基本結構框圖如下：接口部件輸出輸入接口部件中央處理單元CPU板接口部件輸出輸入接口部件中央處理單元CPU板現(xiàn)場信號受控元件電源部件電源部件三.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,\o"查看圖片"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)中的相應的單元內(nèi)。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/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(nèi)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(nèi)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,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?！踩?、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(nèi)對應的狀態(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(nèi)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(nèi)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(chǎn)品的最簡單的梯形圖例：X000X001Y000ENDX010END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。上圖的助記符程序為：地址指令變量0001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END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〔取常開觸點與母線相連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,FLD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。輸出指令用于并行輸出,能連續(xù)使用多次。X000Y000地址指令數(shù)據(jù)0000LDX0000001OUTY000<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,SANDI〔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,SORI〔或非常閉觸點并聯(lián)連接X,Y,M,T,C,SAND、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。X001X002Y001地址指令數(shù)據(jù)0002LDX001X0030003ANDIX0020004ORX0030005OUTY001<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。ANBX000X002X003Y006X001X004X005ORB X006X003地址指令數(shù)據(jù)0000LDX0000001ORX0010002LDX0020003ANDX0030004LDIX0040005ANDX0050006ORX0060007ORB0008ANB0009ORX0030010OUTY006〔四程序結束指令〔END在符號〔名稱功能梯形圖表示操作元件結束END〔結束程序結束無結束程序結束處寫上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(diào)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)絇LC中,實時運行。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)取５谌绿菪螆D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。現(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(jīng)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