機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC類交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)論文繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)論文 題目題目：plc 類交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)類交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì) 院、系院、系( (站站) )： 學(xué)科專業(yè)：學(xué)科專業(yè)： 機(jī)電一體化機(jī)電一體化 學(xué)學(xué) 生：生： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 二 0 一一年七月 摘摘 要要 plc 可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(diǎn),已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì),可編程控 制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)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(chǔ)設(shè)備之一,plc、機(jī)

2、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(yīng)性強(qiáng)的特性,同時(shí)其內(nèi)部 定時(shí)器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制,特 別對多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將 plc 應(yīng)用于交通燈 系統(tǒng)中。同時(shí),plc 本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號(hào)燈組成一 局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理,可縮短車輛通行等候時(shí)間,實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理. 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：plc;自動(dòng)計(jì)數(shù)；自動(dòng)控制；編程自動(dòng)計(jì)數(shù)；自動(dòng)控制；編程 目目 錄錄 摘摘 要要-3 3 第一章第一章 plcplc 的特點(diǎn)及應(yīng)用的特點(diǎn)及應(yīng)用-3-3 1.1 概述.3 1.2 plc 的

3、特點(diǎn) .4 1.3 plc 的應(yīng)用 .4 第二章第二章 plcplc 的結(jié)構(gòu)及原理的結(jié)構(gòu)及原理- -6-6 2.1 plc 的分類 .6 2.2 plc 的結(jié)構(gòu) .6 2.3 plc 的工作原理 .7 2.4 plc 匯編語言 .7 2.5 plc 的基本指令 .9 2.6 plc 交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)編程器件 .13 第三章第三章 梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法-13-13 31 控制要求.13 32 控制時(shí)序.13 33 plc 交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)硬件及外圍元器件 .14 34 i/o分配表. .15 第四章第四章 plcplc 交通燈畢業(yè)論文設(shè)計(jì)總結(jié)交通燈畢業(yè)論文設(shè)計(jì)總結(jié)-15-15

4、 謝謝 辭辭-15-15 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)-16-16 第一章第一章 plcplc 的的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)及應(yīng)用 1.1 概述 可編程控制器（programmable controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是 為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 （programmable logic controller） ，簡稱 plc，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn) 邏輯控制。隨著技術(shù)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(gè)人計(jì)算機(jī) （personal computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器

5、簡稱 plc。 1.2 plc 的特點(diǎn) 1 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)； 2 通用性高，使用方便； 3程序設(shè)計(jì)簡單，易學(xué)，易懂； 4采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便； 5系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短； 6安裝簡便，調(diào)試方便，維護(hù)工作量?。?7對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)； 1.3 plc 的應(yīng)用 目前，plc 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械 制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可 歸納為如下幾類。 1 開關(guān)量的邏輯控制 這是 plc 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏 輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多

6、機(jī)群控及自動(dòng)化流 水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)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(dāng)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(shí)現(xiàn)模擬量 （analog）和數(shù)字量（digital）之間的 a/d 轉(zhuǎn)換及 d/a 轉(zhuǎn)換。plc 廠家都生產(chǎn) 配套的 a/d 和 d/a 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3 運(yùn)動(dòng)控制 plc 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直 接用于開關(guān)量 i/o 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng) 控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電

7、機(jī)或伺服電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī) 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(jì) 算機(jī)，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(yùn)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(yīng)用。 5 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 plc 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算） 、

8、數(shù)據(jù)傳送、 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(chǔ)在存儲(chǔ)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?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?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(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控 制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)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(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 plc 都具有通信接口，通信非常方 便。 第二章第

9、二章 plcplc 的結(jié)構(gòu)及原理的結(jié)構(gòu)及原理 2.1 plc 的分類 1 按 plc 的結(jié)構(gòu)形式分類：1）整體式；2）模塊式。 2 按 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)分類：1）小型 256 點(diǎn)以下；2）中型 256 點(diǎn)以上， 2048 點(diǎn)以下；3）大型 2048 點(diǎn)以上。 3 按 plc 功能分類：抵擋型，中擋型，高檔型。 2.2 plc 的結(jié)構(gòu) plc 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)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(gè)不可拆卸的整 體。模塊式 plc 包括 c

10、pu 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。 plc 的基本結(jié)構(gòu)框圖如下： 接受 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場信號(hào) 受控元件 輸 入 接 口 部 件 中央處理單元 cpu 板 接 口 部 件 輸 出 2.3 plc 的工作原理 1.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(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時(shí)，即使輸入信號(hào)發(fā) 生變化，內(nèi)存中輸入信息也不變化，只有在下一個(gè)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(dāng)所有指令執(zhí)行完畢通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)

11、功率放大器， 電路是輸出端子向外界輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 2.4 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。 1. 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(qiáng)更方便。 主要特點(diǎn)： 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(shí)物理繼電器稱為“軟繼電 器” 3）每個(gè)梯級(jí)流過的是概念電流，從左向右，其兩端母線設(shè)有電源。 4）輸入繼電器，用于接入信號(hào)，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

12、才能實(shí)現(xiàn)。 電 源 部 件 2.語句表：又叫指令表，類似計(jì)算機(jī)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： x000 x001 y000 x010 它有兩組，第一組用以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止控制。第二組僅一個(gè) end 指令，用以 結(jié)束程序。 梯形圖與助記符的對應(yīng)關(guān)系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)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?yàn)椋合容斎耄?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?yàn)椋?地址指令變量 0000ldx000 0001orx010 0002a

13、ndx001 0003outy000 0004end end 反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應(yīng)的梯形圖 2.5 plc 的基本指令 1 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(hào) 功 能 梯形圖表示 操作元件 ld（?。?常開觸點(diǎn)與母線相連 x，y，m，t，c,s ldi（取反）常閉觸點(diǎn)與母線相連 x，y，m，t，c,s out（輸出） 線圈驅(qū)動(dòng) y，m，t，c，s,f ld 與 ldi 指令用于與母線相連的接點(diǎn)，此外還可用于分支電路的起點(diǎn)。 out 指令是線圈的驅(qū)動(dòng)指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電

14、器、定時(shí)器、 計(jì)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。 x000 y000 地址 指令 數(shù)據(jù) 0000 ld x000 0001 out y000 2 觸點(diǎn)串連指令（and/andi） 、并聯(lián)指令（or/ori） 符號(hào)（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 and（與） 常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接 x，y，m，t，c,s andi（與非） 常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接 x，y，m，t，c,s or（或） 常開觸點(diǎn)并聯(lián)連接 x，y，m，t，c，s ori（ 或非） 常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接 x，y，m，t，c，s and、andi 指令用于一個(gè)觸點(diǎn)的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點(diǎn)的數(shù)量不限，這兩

15、 個(gè)指令可連續(xù)使用。 or、ori 是用于一個(gè)觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令。 x001 x002 y001 地址 指令 數(shù)據(jù) 0002 ld x001 x003 0003 andi x002 0004 or x003 0005 out y001 3 電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（orb、anb） 符號(hào)（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(gè)以上觸點(diǎn)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(shí)，支路的起點(diǎn)以 ld 或 ldnot 指令開始，而支路的終點(diǎn)要用 orb 指令。 orb 指令是一種獨(dú)立指令，其后不帶操作元件號(hào)

16、，因此，orb 指令不表示觸 點(diǎn)，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個(gè)電路塊并聯(lián)連接， 應(yīng)在每個(gè)并聯(lián)電路塊之后使用一個(gè) orb 指令，用這種方法編程時(shí)并聯(lián)電路 塊的個(gè)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(shí) 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(shí)使用 anb 指令， 各并聯(lián)電路塊的起點(diǎn)，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(gè)電路塊串聯(lián)連接，應(yīng)在每個(gè)串聯(lián)電路塊之 后使用一個(gè) anb 指令，用這種方法編程時(shí)串聯(lián)電路塊的個(gè)數(shù)沒有限制

17、，若 集中使用 anb 指令，最多使用 7 次。 anb x000 x002 x003 y006 x001 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 4 程序結(jié)束指令（end） 符號(hào)（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 end（結(jié)束） 程序結(jié)束 無 在程序結(jié)束處寫上 end 指令，plc

18、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(shí)， 可以將 end 指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動(dòng)作，確認(rèn)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(fù)位、脈沖輸出、清除、移位、主控觸點(diǎn)、 空操作、跳轉(zhuǎn)指令等。 由梯形圖寫出與之對應(yīng)的助記符形式的指令。并由后面的 gpp 軟件傳 輸?shù)?plc 中，實(shí)時(shí)運(yùn)行。 2.6 plc 交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)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

19、 代表專用輔助繼電器，t 代表定時(shí)器，c 代表計(jì)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?第三章第三章 梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法 31 控制要求 信號(hào)燈受啟動(dòng)及停止按鈕的控制，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作， 并周而復(fù)始地循環(huán)工作，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信 號(hào)燈都熄滅。 32 控制時(shí)序 交通燈示意圖如圖1所示，在東西南北兩個(gè)方向均安裝信號(hào)燈，兩個(gè)方向各6個(gè) 結(jié)束 燈，分為紅、黃、綠三種顏色。工作時(shí)序如圖2所示，假設(shè)東西向較忙，綠燈時(shí) 間是南北向的2倍(40s)。按下起動(dòng)按鈕后，南北向綠燈亮維持20s，20s后，南 北黃

20、燈閃爍3次，計(jì)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(jì)6s，期間，南北向紅燈也亮，并維持 46so接下去周而復(fù)始，直到停止按鈕被按下為止。 33 plc 交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)硬件及外圍元器件 根據(jù)信號(hào)燈的控制要求，所有的器件有：三菱fx系列plc、起動(dòng)按鈕sb1、停止 按鈕sb2、紅黃綠色信號(hào)燈各4 只，輸入輸出端口接線如圖3所示。由圖可見：起動(dòng)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

21、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(dǎo)線相連，輸出端的電源 為交流220v。如果信號(hào)燈的功率較大，一個(gè)輸出繼電器不能帶動(dòng)兩只信號(hào)燈， 可以采用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一只信號(hào)燈，也可以采用輸出繼電器先帶動(dòng)中間繼電 器，再由中間繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈。 34 i/o 分配表 第四章第四章 plc 交通燈畢業(yè)論文設(shè)計(jì)總結(jié)交通燈畢業(yè)論文設(shè)計(jì)總結(jié) 在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)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(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去 很多。 我趁著做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也對課本知識(shí)有了鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知 識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試 內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對 于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。 經(jīng)過兩個(gè)星期的設(shè)計(jì)里，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過， 也曾一度熱情高漲。從開始時(shí)的滿富激情到后來汗水背后的復(fù)雜心情，點(diǎn)點(diǎn)滴 滴無不令我回味無長。 通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論 知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出 結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。 在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說