PLC控制交通燈

學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 I 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 PLCPLC 控制交通燈控制交通燈 姓 名 學(xué) 校 系 別 指導(dǎo)老師 2012 年 11 月 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 I 摘摘 要要 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(kuò)展方便 修改靈活 而且結(jié)構(gòu)簡單 抗干擾能力強(qiáng) 西門子可編程控制器指令豐富 可以接各種輸出 輸入擴(kuò)充設(shè)備 有豐 富的特殊擴(kuò)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(diǎn) 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)行硬件接口設(shè)計 利用梯 形圖進(jìn)行編程 實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動化 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 PLC 交通控制 通信 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 目錄 II 目 錄 摘摘 要要 I 目目 錄錄 III 第第 1 1 章章 前言前言 1 1 1 設(shè)計背景 1 1 2 研究目的和意義 1 1 3 本文的主要工作 2 第第 2 2 章章 可編程程序控制器可編程程序控制器 4 2 1 PLC 概述 4 2 1 1 PLC 的發(fā)展歷程 4 2 1 2 PLC 的發(fā)展趨勢 5 2 1 3 PLC 的應(yīng)用 6 2 2 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 8 2 3 PLC 的工作原理 8 第第 3 3 章章 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計 11 3 1 控制要求 11 3 2 系統(tǒng)設(shè)計方案分析 11 3 3 硬件設(shè)計 15 3 3 1 PLC 的選型 15 3 3 2 PLC 的地址分配 15 3 3 3 PLC 的接線形式 16 3 4 系統(tǒng)程序設(shè)計 17 3 4 1 系統(tǒng)的梯形圖 17 3 4 2 系統(tǒng)程序分析 21 第第 4 4 章章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試系統(tǒng)檢測與調(diào)試 22 4 1 檢測與調(diào)試 22 結(jié)結(jié) 論論 23 致致 謝謝 24 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 1 章 前言 1 第 1 章 前言 1 1 設(shè)計背景 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(jī)械扳手式信 號燈 用以指揮馬車通行 這是世界上最早的交通信號燈 1868 年 英國機(jī)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(kuò)音器來啟動紅綠燈 司機(jī)遇紅燈時按一下嗽叭 就使紅燈變?yōu)榫G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(qiáng)有力的保障 但是隨著社會 經(jīng)濟(jì)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 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 1 章 前言 2 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(yùn)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(shí)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(yùn)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(duì) 等候通過 這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(shí)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(jī)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(fèi) 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 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(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品 充分利用計算機(jī)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(diǎn) 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(diǎn) 脫機(jī)手動工作 聯(lián)機(jī)自動就地工作 上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式 由上位機(jī)通過串口向下位機(jī)送入設(shè)定配方參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動控制 自動啟動 自動停機(jī)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(shí)際應(yīng)用成為可能 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 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第 1 章 前言 3 編程能力強(qiáng) 可以將模糊化 模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實(shí)現(xiàn) 抗干擾能力強(qiáng) 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(diǎn) 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(diǎn) 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(kuò)充設(shè)備 有豐富的特殊擴(kuò) 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)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(shí)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(jì)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(jī) 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(diǎn) 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 將隱藏的不足之處加以修 正和完善 確保系統(tǒng)能順利運(yùn)行 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 4 第 2 章 可編程程序控制器 PLC 2 1 PLC 概述 可編程序控制器 Programmabie Logic Controller 縮寫 PLC 是以微處理器為基礎(chǔ) 綜合計算機(jī) 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 CAM 技術(shù)工業(yè)機(jī)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(jì)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(qiáng)大支柱 隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)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 12 1 1 PLCPLC 的發(fā)展歷程的發(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(diǎn) 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 G M 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(shí)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(jī) 功能強(qiáng)大 靈活 通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡單易懂 價格便宜等優(yōu)點(diǎn)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(jī)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(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 5 早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)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 Programmable Logic Controller 隨 著微電子技術(shù)和計算機(jī)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(yùn)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(qiáng) 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(yùn) 動控制 數(shù)據(jù)處理 聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)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 1970 1980 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(jī)型 通用計算機(jī)型 單板機(jī)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(jī)床 生產(chǎn)線擴(kuò)展 1980 1990 年 PLC 的普及階段 在這一階段 PLC 的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)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(diǎn)型 基本單元加擴(kuò)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(kuò)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 1990 2000 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(qiáng) PLC 的 CPU 運(yùn)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(yùn)算速度 位數(shù)的同時 開發(fā)了適用于過程控制 運(yùn)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 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 6 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 22 1 2 PLCPLC 的發(fā)展趨勢的發(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(xiàng)工程引進(jìn)了十幾種機(jī)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(kuò)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 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 7 可編程序控制器進(jìn)入了廣泛發(fā)展階段 主要表現(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(jī)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 32 1 3 PLCPLC 的應(yīng)用的應(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 下降 使得 PLC 的成本下降 另一方面 PLC 的功能大大增強(qiáng) 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 石油 化工 電力 機(jī) 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)用范圍通常可分成以下 5 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(jī)控制 多機(jī)群控 生產(chǎn)自動線控制等 例 如 注塑機(jī)械 印刷機(jī)械 包裝機(jī)械 切紙機(jī)械 組合機(jī)床 磨床 裝配生產(chǎn)線 電 鍍流水線及電梯控制等 2 運(yùn)動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)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(yùn)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(jī)械加工中 PLC 作為主要的控制和管理系統(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(jī)與遠(yuǎn)程 I O 之間的通信 多臺 PLC 之間的通信 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 8 PLC 和其他智能控制設(shè)備 如計算機(jī) 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(diǎn)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 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(diǎn)以下 PLC 銷售額占整個 PLC 的 47 64 點(diǎn) 256 點(diǎn)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(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)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(jī)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 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(yùn)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(yùn)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 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 9 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(yùn)行直到停止運(yùn)行 圖 2 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(yùn)行方式 即如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(diǎn) 包括其常開或常閉觸點(diǎn) 不會立即動作 必須等掃 描到該觸點(diǎn)時才會動作 考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時間一般在 100ms 以上 而 PLC 掃描用戶程 序的時間一般均小于 100ms 因此 PLC 采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)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(yùn)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(yùn)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 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 10 在輸入采樣階段 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(diǎn)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(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算 然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié) 果 刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 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 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 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 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 11 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 交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下 1 信號燈受一個起動開關(guān)控制 當(dāng)起動開關(guān)接通時 信號系統(tǒng)開始工作 且先南北 紅燈亮 東西綠燈亮 當(dāng)起動開關(guān)斷開時 所有信號燈都熄滅 2 南北綠燈和東西綠燈不能同時亮 如果同時亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng) 并報警 3 南北紅燈亮維持 25S 在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮 并維持 20S 到 20S 時 東西綠燈閃爍 閃爍 3S 后熄滅 在東西綠燈熄滅時 東西黃燈亮 并維持 2S 到 2S 時 東西黃燈熄 東西紅燈亮 同時 南北紅燈熄滅 南北綠燈亮 4 東西紅燈亮維持 30S 南北綠燈亮維持 25S 然后閃爍 3S 熄滅 同時南北黃燈亮 維持 2S 后熄滅 這時南北紅燈亮 東西綠燈亮 5 周而復(fù)始 3 2 系統(tǒng)設(shè)計方案分析 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下 結(jié)合西門子 S7 200 系列可編程控制器的特性 見附錄 選擇適合的型號 設(shè)計思想分析如下 給一個啟動的輸入信號 要配合一個 SB1 的按 鈕 當(dāng) SB1 啟動按鈕動作 系統(tǒng)工作 首先 東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài) 南北方向道路處于允許通行的狀態(tài) 東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中 東西紅燈亮 25S 需計時器設(shè)定延時 25 秒 才會轉(zhuǎn) 入下一狀態(tài)東西綠燈亮 同時 南北方向道路也一起亮綠燈 20S 需計時器設(shè)定延時 20 秒 才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍 南北綠燈閃爍 3S 需振蕩器或脈沖源 秒 次 動作使南 北綠燈閃爍 還要需計時器設(shè)定延時 3 秒 才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮 南北黃燈亮 2S 需計時器設(shè)定延時 2 秒 才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮 其次 南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài) 東西方向道路處于允許通行的狀態(tài) 南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中 南北紅燈亮 30S 需計時器設(shè)定延時 30 秒 才會轉(zhuǎn) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 12 入下一狀態(tài)南北綠燈亮 同時 東西方向道路也一起亮綠燈 25S 需計時器設(shè)定延時 25 秒 才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍 東西綠燈閃爍 3S 需振蕩器或脈沖源 秒 次 動作使東 西綠燈閃爍 還要需計時器設(shè)定延時 3 秒 才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮 東西黃燈亮 2S 需計時器設(shè)定延時 2 秒 才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮 如此循環(huán)下去 另外 當(dāng)斷開系統(tǒng) 所有信號燈熄滅 需要按鈕 SB2 動作斷開系統(tǒng) 停此輸入信號 入可編程控制器 綜上所述 可編程控制器要滿足一個信號輸入 作系統(tǒng)接通 斷開作用 五個信 號輸出 十字路口有十二個交通信號燈 但南北 東西兩個為一組用一個輸出信號控制 通過如下的十字路口交通燈狀態(tài)分析表 十字路口交通燈時序圖一一展開 將十字路口 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計思路逐漸脈絡(luò)清晰 表 3 1 十字路口交通燈狀態(tài)分析表 十字路口交通燈狀態(tài)的分析 十字路口交通燈如下圖 3 1 所示 將 12 個交通燈進(jìn)行編號 東西方向 交通燈狀 態(tài) 紅燈亮 25S綠燈亮 25S綠燈閃 3S黃燈亮 2S 南北方向 交通燈狀 態(tài) 綠燈亮 20S綠燈閃 3S黃燈亮 2S紅燈亮 30S 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 13 圖 3 1 十字路口交通燈狀態(tài)圖 這 12 個交通燈共有四個狀態(tài) 狀態(tài) 1 南北紅燈 1 7 亮 東西綠燈 6 12 亮 狀態(tài) 2 南北紅燈 1 7 繼續(xù)亮 東西綠燈 6 12 閃 狀態(tài) 3 南北紅燈 1 7 繼續(xù)亮 東西黃燈 5 11 亮 狀態(tài) 4 東西紅燈 4 10 亮 南北綠燈 3 9 亮 狀態(tài) 5 東西紅燈 4 10 繼續(xù)亮 南北綠燈 3 9 閃 狀態(tài) 6 東西紅燈 1 7 繼續(xù)亮 南北黃燈 2 8 亮 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 14 啟 動 東 西 綠 東 西 黃 東 西 紅 南北 綠 南 北 黃 20S 3S2S25S3S 2S 30S 20S 3S 2S ON OFF 圖 3 3 十字路口交通燈時序圖 25S 南北 紅 3 3 硬件設(shè)計 3 3 13 3 1 PLCPLC 的選型的選型 從上面的分析可以知道 系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 1 個 開關(guān)量輸出點(diǎn) 7 個 如果選 用 CPU222 PLC 也需要擴(kuò)展單元 PLC 參照西門子 S7 200 系列特性 見附錄 選用 主機(jī)為 CPU224 14 輸入 10 繼電器輸出 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 15 其外形圖 3 4 如下 圖 3 4 CPU224 外形圖 輸入電路采用了雙向光電耦合器 24V DC 極性可任意選擇 1M 2M 為輸入端子的 公共端 1L 2L 為輸出公共端 CPU224 另有 24V 280mA 電源供 PLC 輸入點(diǎn)使用 3 3 23 3 2 PLCPLC 的地址分配的地址分配 列出交通信號燈 PLC 的輸入 輸出點(diǎn)分配表 見表 3 2 定時器 T PT S 定時實(shí)際時間 設(shè)定值 精度 1ms T32 T96 10ms T33 T36 T97 T100 100ms T37 T63 T101 T255 表 3 2 交通信號燈 PLC 的輸入 輸出點(diǎn)分配表 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 16 名稱代號輸入點(diǎn)T37 東西紅燈工作 20S南北綠燈Q0 0 開始按鈕SB1I0 0T38 東西紅燈工作 3S南北黃燈Q0 1 停止按鈕SB2I0 1T39 東西紅燈工作 2S南北紅燈Q0 2 T40 南北紅燈工作 25S東西綠燈Q0 3 T41 南北紅燈工作 3S東西黃燈Q0 4 T42 南北紅燈工作 2S東西紅燈Q0 5 3 3 3 PLC 的接線形式 如圖 3 5 所示 圖 3 5 PLC 控制接線圖 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 17 端口 I0 0 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號 I0 1 為停止信號 端口 Q0 0 南北信號燈 端 口 Q0 1 南北黃燈 端口 Q0 2 接南北紅燈 端口 Q0 3 接?xùn)|西綠燈 端口 Q0 4 接?xùn)|西黃 燈 端口 Q0 5 接?xùn)|西紅燈 3 4 系統(tǒng)程序設(shè)計 3 4 13 4 1 系統(tǒng)的梯形圖系統(tǒng)的梯形圖 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 18 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 19 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 20 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 21 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 22 3 4 23 4 2 系統(tǒng)程序分析系統(tǒng)程序分析 當(dāng)開關(guān) SB1 合上時 I0 0 觸點(diǎn)接通 T37 通電待 20 秒后動作 T38 通電待 3 秒后動 作 南北綠燈閃爍 Q0 5 得電 東西紅燈亮 同時 Q0 0 的動合觸點(diǎn)閉合 Q0 0 線圈 得電 南北綠燈亮 維持到 20 秒 T37 的動合觸點(diǎn)接通 T38 通電待 3 秒后動作 南北黃燈亮 與 T98 觸點(diǎn)串聯(lián)的 T32 動合觸點(diǎn)每隔 0 5 秒導(dǎo)通 0 5 秒 從而使東西綠燈閃爍 又過 3 秒 T39 通電待 2 秒后動作 南北黃燈滅 T39 的動斷觸點(diǎn)斷開 Q0 0 線圈 失電 東西綠燈滅 此時 T99 的動合觸點(diǎn)閉合 Q0 3 線圈得電 東西黃燈亮 再過 2 秒后 T100 的動斷觸點(diǎn)斷開 Q0 3 線圈失電 東西黃燈滅 此時自開關(guān)閉合南北紅燈亮起累計時間達(dá) 25 秒 T33 的動斷觸點(diǎn)斷開 Q0 1 線圈失 電 南北紅燈滅 T33 的動合觸點(diǎn)閉合 T97 通電待 30 秒后動作 東西紅燈熄滅 T34 通電待 25 秒后動作 南北綠燈閃爍 Q0 4 線圈得電 東西紅燈亮 Q0 4 的動合觸點(diǎn) 閉合 Q0 5 線圈得電 南北綠燈亮 又經(jīng)過 25 秒 T34 動合觸點(diǎn)閉合 T35 通電待 3 秒后動作 南北黃燈亮 與 T34 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 23 觸點(diǎn)串聯(lián)的 T32 的觸點(diǎn)每隔 0 5 秒導(dǎo)通 0 5 秒 從而使南北綠燈閃爍 閃爍 3 秒 T34 動斷觸點(diǎn)斷開 Q0 5 線圈失電 南北綠燈滅 此時 T35 的動合觸點(diǎn) 閉合 Q0 6 線圈得電 南北黃燈亮 維持 2 秒后 T36 動斷觸點(diǎn)斷開 Q0 6 線圈失電 南北黃燈滅 自南北紅燈滅及東西紅燈亮累計時間達(dá) 30 秒鐘 T97 的動斷觸點(diǎn)斷開 T33 動斷觸 點(diǎn)復(fù)位 Q0 2 線圈失電 即維持了 30 秒的東西紅燈滅 T33 動斷觸點(diǎn)復(fù)位斷開時 T97 定時器失電 T97 的動斷觸點(diǎn)復(fù)位閉合 只要不斷開按鈕 SB1 系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)下去 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 4 1 檢測與調(diào)試 大體思路流程如下 1 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng) 基本測試儀器 萬用表 示波器等 檢 查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障 硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測 第一步 目測 檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn) 第二步 用萬用表測試 先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn) 再檢測各種電源 線與地線之間是否有短路現(xiàn)象 第三步 加電檢測 給板加電 檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的 值 第四步 是聯(lián)機(jī)檢查 因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào) 試 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故 障 器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查 動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn) 由分到合 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 章 系統(tǒng)檢測與調(diào)試 24 由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊 當(dāng)調(diào)試電路時 與 該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉 這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路 上 當(dāng)各塊電路無故障后 將各電路逐塊加入系統(tǒng)中 在對各塊電路功能及各電路間可 能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試 由分到