畢業(yè)設(shè)計（論文）PLC在交通燈中的應(yīng)用

1、湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）說明書摘 要隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控重要的組成部分。 隨著城市機動車量的不斷增加，自80年代后期,許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的情況。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，緩解交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。傳統(tǒng)的交通信號燈控制一般采用電子線路和繼電器實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低

2、，故障率高,較難實現(xiàn)功能的變更。而可編程控制器(plc)以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強，使用靈活方便等優(yōu)點。特別是由plc實現(xiàn)的控制系統(tǒng)，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，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時時問，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活等，并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡單。本文就是基于可變成控制通過調(diào)試完成對交通信號燈的控制設(shè)計。關(guān)鍵詞：可編程控制器；交通燈；設(shè)計；目 錄1引言41.1交通信號燈的作用與研究意義41.2 plc的產(chǎn)生及發(fā)展51.3 plc的定義及結(jié)構(gòu)61.3.1 plc的定義61.3.2

3、plc的結(jié)構(gòu)分內(nèi)71.4 plc的特點及應(yīng)用領(lǐng)域111.4.1 plc的特點111.4.2 plc的應(yīng)用領(lǐng)域111.5 plc在我國的應(yīng)用131.6 plc的發(fā)展趨勢152 十字路口交通系統(tǒng)的硬件設(shè)計172.1 十字交通燈的設(shè)計原理及外部界限圖172.2 s7-200系統(tǒng)的擴(kuò)展單元的擴(kuò)展內(nèi)型193 軟件設(shè)計 223.1 編程的語言形成223.2 s7-200的程序控制作業(yè)243.3 step7的程序使用263.4 時序流程圖和梯形圖284 注意事項305 總結(jié)305.1設(shè)計中的難點分析315.3 plc的智能化控制交通燈的方法31參考文獻(xiàn)34致謝351引言交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，

4、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。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的plc設(shè)計方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。1.1 交通信號燈的作用與研究意

5、義城市交通與人民群眾生產(chǎn)生活息息相關(guān)。目前我市發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)收入逐年增長，人民群眾生活條件越來越好，私人轎車越來越多，城區(qū)道路交通壓力與日俱增，許多路段已經(jīng)超出道路設(shè)計負(fù)荷，經(jīng)常發(fā)生堵車、交通事故等現(xiàn)象；雖然政府有關(guān)部門積極采取相應(yīng)措施進(jìn)行緩解，但效果不太明顯；特別在節(jié)假日、上、下班高峰時間，堵車現(xiàn)象更為嚴(yán)重，而交通路段中十字路口處的車輛暢通與否尤顯重要。在加上80年代后期，我國許多大城市如北京上海等地紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上

6、的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。這些都給市民的正常出行造成了困擾。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。道路交通信號燈是為了加強道路交通管理，減少交通事故的發(fā)生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具，指導(dǎo)車輛和行人安全有序地通行。它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控重要的組成部分。 1.2 plc的產(chǎn)生及發(fā)展可編程控制器（programmable con

7、troller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。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plc。但是為了避免與個人計算機（personal computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc。 在60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期

8、愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短，1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出第一臺plc，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可行性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺plc。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺plc。我國從1974年開始研制。

9、于1977年開始工業(yè)應(yīng)用1.3 plc的定義及結(jié)構(gòu)1.3.1 plc的定義可編程控制器，簡稱plc（programmable logic controller）,是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。1.3.2 plc的結(jié)構(gòu)分類plc 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機根

10、據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將plc分為整體式模塊式和混合式。整體式又叫做單元式或箱體式，它的體積小，價格低，小型的plc一般采用整體式結(jié)構(gòu)它包括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；大中型plc一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它包括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。 如圖1.1所示：圖1.1 plc的基本結(jié)構(gòu)（1）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

11、錯誤cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(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。 cpu速度和內(nèi)存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模（2） 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。（3） 電源plc 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的可靠得電源系統(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

12、取其它措施，而將plc 直接連接到交流電網(wǎng)上去。（4） 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(jìn)入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。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。（6） plc的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法。 plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc

13、 之間、plc與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)在幾乎所有的plc新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有rs-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。 （7） 外部設(shè)備外部設(shè)備是plc系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 ：編程設(shè)備;監(jiān)控設(shè)備;存儲設(shè)備;入輸出設(shè)備.了解了plc的基本結(jié)構(gòu)，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮plc所提供的最佳 1.4 plc的特點及應(yīng)用領(lǐng)域1.4.1 plc的特點： 編程方法簡單易學(xué)，功能強，性能價格比高，可靠性高，抗干擾能力強，硬

14、件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強，系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小，維修方便體積小，耗能低。1.4.2 plc的應(yīng)用領(lǐng)域：（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，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)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(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

15、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(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)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)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

16、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。 （5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)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(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。（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。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(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。 1.5 plc在我國的應(yīng)用我國工業(yè)企業(yè)的自動化程度普遍較低，我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的，最初是在引進(jìn)設(shè)備中大

17、量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了plc的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，中國加入wto后越來越多的國際公司把其制造基地轉(zhuǎn)移到中國。中國的國有企業(yè)和民營企業(yè)也在利用難得的歷史機遇大力發(fā)展制造業(yè)。中國正在努力成為世界新的制造業(yè)基地。而我國在“十五”規(guī)劃中已明確提出了“用信息化帶動工業(yè)化”的發(fā)展計劃，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動化改造將為plc的應(yīng)用提供巨大的發(fā)展空間。我國將迎來一個plc市場高速增長的時期。plc在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。目前中國plc市場主要廠商為siemens、mitsubishi、omron、rockwel

18、l、schneider、ge-fanuc等國際大公司。 1.6 plc的發(fā)展趨勢：（1）向高速度、大容量方向發(fā)展（2）向超大型、超小型兩個方向發(fā)展（3）plc大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力（4）增強外部故障的檢測與處理能力（5） 編程語言多樣化2 十字路口交通控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1十字交通燈的設(shè)計原理及外部界線圖在plc交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有3個控制燈，為： 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色） 準(zhǔn)備禁止通行燈 （亮?xí)r為黃色） 直通燈 （亮?xí)r為綠色） 開關(guān)合上后，東西綠燈亮4s后閃2s滅，黃燈亮2s后滅，紅燈亮8s后滅，對應(yīng)的東西綠黃燈亮?xí)r，南北紅燈亮8s，接著綠燈亮4s后閃2s

19、滅，黃燈亮2s滅，紅燈再亮8秒，依次循環(huán)。下圖為交通燈簡況圖(圖2.1)、信號燈控制編程元件表(表2.2)及s7-200的外部接線圖(圖2.3)。北圖2.1 交通燈簡況圖表2.2 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8s南北紅燈：q0.1t97：東西紅燈工作8s東西綠燈：q0.2t99：東西綠燈工作4s東西黃燈：q0.3t100：東西綠燈閃爍2s東西紅燈：q0.4t98：東西黃燈工作2s南北綠燈：q0.5t34：南北綠燈工作4s南北黃燈：q0.6t35：南北綠燈閃爍2st36：南北黃燈工作2s圖2.3 西門子200的 外部接線

20、圖2.2 s7-200系統(tǒng)的擴(kuò)展單元的擴(kuò)展類型 s7-200系列plc可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴(kuò)展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。（1）基本單元s7-200系列plc中可提供4種不同的基本型號的8種cpu供選擇使用，其輸入輸出點數(shù)的分配見表2.4：表2.4 s7-200系列plc中cpu22x的基本單元型 號輸入點輸出點可帶擴(kuò)展模塊數(shù)s7-200cpu22164s7-200cpu222862個擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量i/o點或10路模擬量i/o點s7-200cpu22414107個擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點s7-2

21、00cpu22624162個擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點s7-200cpu226xm24162個擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量i/o點或35路模擬量i/o點（2）編程器plc在正式運行時，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入plc中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。s7-200系列plc可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的，簡單實用，價格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計算機進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機內(nèi)，可直接采用梯形

22、圖語言編程，實現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強大，s7-200系列plc的專用編程軟件為step7-micro/win。（3）程序存儲卡為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型plc設(shè)有外接eeprom卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入plc，也可將plc內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接eeprom卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲卡eeprom有6es 7291-8gc00-0xa0和6es 7291-8gd00-0xa0兩種，程序容量分別為8k和16k程序步。（4）寫入器寫入器的功能是實現(xiàn)plc和eprom之間的程序傳送，是將plc中ram區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中。（5）文本顯示器文本顯示器

23、td200不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。td200面板上的8個可編程序的功能鍵，每個都分配了一個存儲器位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。3 軟件設(shè)計3.1 編程語言的形式最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。采用梯形圖編程，因為它直觀易懂，但需要一臺個人計算機及相應(yīng)的編程軟件；采用助記符形式便于實驗，因為它只需要一臺簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計算機

24、來編程。 雖然一些高檔的plc還具有與計算機兼容的c語言、basic語言、專用的高級語言（如西門子公司的graph5、三菱公司的melsap），還有用布爾邏輯語言、通用計算機兼容的匯編語言等。不管怎么樣，各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產(chǎn)品。 （1）編程指令：指令是plc被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進(jìn)制代碼，這點plc與普通的計算機是完全相同的。同時plc也有編譯系統(tǒng)，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機器碼，所以用戶看到的plc指令一般不是機器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語句用英文文字（可用多國文字）的縮寫及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。常用的圖

25、形符號即梯形圖，它類似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。 指令系統(tǒng)：一個plc所具有的指令的全體稱為該plc的指令系統(tǒng)。它包含著指令的多少，各指令都能干什么事，代表著plc的功能和性能。一般講，功能強、性能好的plc，其指令系統(tǒng)必然豐富，所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清plc的指令系統(tǒng) 。plc的指令繁多，但主要的有這么幾種類型： 基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，以實現(xiàn)邏輯控制。這類指令不管什么樣的plc都總是有的。 數(shù)據(jù)處理指令，用于處理數(shù)據(jù)，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。 數(shù)據(jù)運算指令，用于進(jìn)數(shù)據(jù)的運算，如十、一、x、/等，可進(jìn)行整形數(shù)計算，有的還可浮點數(shù)運算；也可進(jìn)行邏

26、輯量運算，等等。 流程控制指令，用以控制程序運行流程。plc的用戶程序一般是從零地址的指令開始執(zhí)行，按順序推進(jìn)。但遇到流程控制指令也可作相應(yīng)改變。流程控制指令也較多，運用得好，可使程序簡練，并便于調(diào)試與閱讀。 狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄plc及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對提高plc控制系統(tǒng)的工作可靠性大有幫助。 當(dāng)然，并不是所有的plc都有上述那么多類的指令，也不是有的plc僅有上述幾類指令。以上只是指出幾個例子，說明要從哪幾個方面了解plc指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響plc的性能。 除了指令，為進(jìn)行通訊，plc還有相應(yīng)的協(xié)議與通訊指令或命令，這些也反映了plc的性能。 （2

27、）程序：plc指令的有序集合，plc運行它，可進(jìn)行相應(yīng)的工作，當(dāng)然，這里的程序是指plc的用戶程序。用戶程序一般由用戶設(shè)計，plc的廠家或代銷商不提供。用語句表達(dá)的程序不大直觀，可讀性差，特別是較復(fù)雜的程序，更難讀，所以多數(shù)程序用梯形圖表達(dá)。 （3）梯形圖：梯形圖是通過連線把plc指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的plc指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（ld）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含ld指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控

28、制，或為數(shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令組3.2 s7-200的程序控制作業(yè)本設(shè)計鎮(zhèn)南關(guān)運用的是s7-200編程軟件step 7 - micro/win3.2。 s7-200在程序的控制邏輯中不斷循環(huán)，讀取和寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)您將程序下載至plc并將plc放置在run（運行）模式時，plc的中央處 理器（cpu）按下列順序執(zhí)行程序：（1） s7-200讀取輸入狀態(tài)。（2） 存儲在s7-200中的程序使用這些輸入評估（或執(zhí)行）控制邏輯。（3） 當(dāng)程序經(jīng)過評估，s7-200將程序邏輯結(jié)果存儲在稱作進(jìn)程圖像輸出寄存器的輸出內(nèi)存區(qū)中。（4） 在程序結(jié)束時，s

29、7-200將數(shù)據(jù)從進(jìn)程圖像輸出寄存器寫入至域輸出。（5） 重復(fù)任務(wù)循環(huán)。以下是顯示電中繼圖形與s7-200關(guān)系的簡單圖形。在該范例中，啟動馬達(dá)的開關(guān)狀態(tài)與其他輸入的狀態(tài)相結(jié)合。因此，這些狀態(tài)的計算決定進(jìn)入啟動馬達(dá)的傳動裝置的輸出狀態(tài)。s7-200反復(fù)執(zhí)行一系列任務(wù)。該循環(huán)執(zhí)行任務(wù)被稱作掃描循環(huán)。如下所示，s7-200在掃描循環(huán)過程中執(zhí)行大多數(shù)或全部下列任務(wù)：（1） 讀取輸入：s7-200將實際輸入狀態(tài)復(fù)制至進(jìn)程圖像輸入寄存器。（2） 在程序中執(zhí)行控制邏輯：s7-200執(zhí)行程序的指令，并將數(shù)值存儲在不同的內(nèi)存區(qū)。（3） 處理所有通訊請求：s7-200執(zhí)行點至點或網(wǎng)絡(luò)通訊要求的所有任務(wù)。（4） 執(zhí)

30、行cpu自測試診斷程序：s7-200保證固件、程序內(nèi)存和所有擴(kuò)充模塊均正常作業(yè)。（5） 向輸出寫入：存儲在進(jìn)程圖像輸出寄存器中數(shù)值被寫入實際輸出。掃描循環(huán)的執(zhí)行取決于s7-200是位于stop（停止）模式還是run（運行）模式。在run（運行）模式中，程序被執(zhí)行；在stop（停止）模式中，程序不被執(zhí)行。在程序執(zhí)行過程中，使用進(jìn)程圖像寄存器，而不直接存取輸入或輸出。使用圖像寄存器共同掃描開始的所有輸入取樣會使掃描循環(huán)的程序執(zhí)行階段的輸入數(shù)值同步化，并凍結(jié)這些數(shù)值。3.3 step7程序的使用（1）創(chuàng)建一個項目結(jié)構(gòu)，項目就像一個文件夾，所有數(shù)據(jù)都以分層的結(jié)構(gòu)存在于其中，任何時候你都可以使用。在創(chuàng)建

31、一個項目之后，所有其他任務(wù)都在這個項目下執(zhí)行。 （2）組態(tài)一個站，即要使用的可編程控制器，例如s7300、s7400等。 （3）組態(tài)硬件，組態(tài)硬件就是在組態(tài)表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用戶程序中以什么樣的地址來訪問這些模板，地址一般不用修改由程序自動生成。模板的特性也可以用參數(shù)進(jìn)行賦值。 （4）組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接，通訊的基礎(chǔ)是預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，也就是要創(chuàng)建一個滿足你的控制方案的子網(wǎng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)特性、設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接特性以及任何聯(lián)網(wǎng)的站所需要的連接。網(wǎng)絡(luò)地址也是程序自動生成如果沒有更改經(jīng)驗一定不要修改。 （5）定義符號，可以在符號表中定義局部或共享符號，在用戶程序中用這些更具描述性的符號名替代

32、絕對地址。符號的命名一般用字母編寫不超過8個字節(jié)，最好不要使用很長的漢字進(jìn)行描述，否則對程序的執(zhí)行有很大的影響。 （6）創(chuàng)建程序，用梯形圖編程語言創(chuàng)建一個與模板相連結(jié)或與模板無關(guān)的程序并存儲。創(chuàng)建程序是我們控制工程的重要工作之一，一般可以采用線形編程（基于一個塊內(nèi)，ob1）、分布編程（編寫功能塊fb,ob1組織調(diào)用）、結(jié)構(gòu)化編程（編寫通用塊）。我們最常采用的是結(jié)構(gòu)化編程和分布編程配合使用，很少采用線形編程。 （7）下載程序到可編程控制器，完成所有的組態(tài)、參數(shù)賦值和編程任務(wù)之后，可以下載整個用戶程序到可編程控制器。在下載程序時可編程控制器必須在允許下載的工作模式下（stop或run-p）,run

33、-p模式表示，這個程序?qū)⒁淮蜗螺d一個塊，如果重寫一個舊的cpu程序就可能出現(xiàn)沖突，所以一般在下載前將cpu切換到stop模式。3.4 時序流程圖和梯形圖用pro/d經(jīng)過調(diào)試得出時序流程圖和梯形圖，以下為程序調(diào)試后的時序流程圖（圖3.1）和梯形圖（圖3.2）：圖3.1 時序流程圖圖3.2梯形圖4 注意事項plc是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能力較強，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能

34、保證plc的正常運行，要提高plc控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求plc生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面要求設(shè)計、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中就其工作環(huán)境應(yīng)注意以下問題：（1） 溫度plc要求環(huán)境溫度在055oc，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。（2） 濕度為了保證plc的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85%（無凝露）。（3） 震動應(yīng)使plc遠(yuǎn)離強烈的震動源，防止振動頻率為1055hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。（4） 空氣避免有腐蝕和易燃的氣體，

35、例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將plc安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。（5） 電源plc對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般plc都有直流24v輸出提供給輸入端，當(dāng)輸入端使用外接直流電源時，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使plc接收到錯誤信息。（6） 絕緣 s7-200 ac的交流電線路電源界限和i/o界限為1500vac。這些絕緣界限經(jīng)過檢查和核準(zhǔn)，可在交流電線路和低壓線路之間提供雙倍安全絕緣保障。所有與s7-

36、200連接的低壓線路（例如24v電源）均需由經(jīng)核準(zhǔn)提供安全絕緣的交流電線路和其他高壓線路供電。此類來源包括在國際電氣安全標(biāo)準(zhǔn)中定義的雙重絕緣，并配有根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)評級為selv、pelv、二類或有限電壓的輸出。5 總結(jié)城市交通燈控制采用plc比傳統(tǒng)的采用電子線路和繼電器具有可靠性高、維護(hù)方便、使用簡單、通用性強等特點，plc還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實測各十字路口之間的距離、車流量和車速等，合理確定各路口信號燈之間的時差，把n臺plc聯(lián)網(wǎng)到一臺控制電腦上，以方便操作、管理和監(jiān)控，從而極大地提高城市道路交通管理能力。5.1設(shè)計中的難點分析本程序在設(shè)計過程遇到了一些難點我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題。

37、（1）行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應(yīng)關(guān)系因為實際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對應(yīng)關(guān)系的，所以在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時簡化程序、減少plc不必要的運算 。（2）盲人脈沖按鍵按下時要實現(xiàn)功能的同時不影響和它沒關(guān)系的主干道盲人在東西南北的行人道同時通過十字路口的情況不會經(jīng)常出現(xiàn)，可以說是非少的，如果我們要把盲人脈沖分開東西控制和南北控制使他不影響和它沒關(guān)系的主干道就可以使車輛行走更加通順減少車輛堵塞的情況。要實現(xiàn)這樣的功能就要在脈沖按鍵按下時不影響他們的計時程序只在對應(yīng)的主干道紅綠燈輸出程序上進(jìn)行插入常閉繼電器以此把輸出程序斷開（3）手動車流控制按鍵的

38、控制方式手動車流控制按鍵是對相應(yīng)的主干道綠燈延長的進(jìn)行控制，但不能使它在按下時使改變當(dāng)時的紅綠燈顯示情況，如現(xiàn)在是南北紅燈東西綠燈時按下南北綠燈延長按鍵就不能使它變成南北綠燈東西紅燈。這就涉及到了一個請求和響應(yīng)的關(guān)系。（4）交通燈的閃亮交通燈綠燈在實際運行中是要經(jīng)過閃爍的，所以在設(shè)計程序中也要加入這個功能，參考了一些plc的交通燈程序介紹時發(fā)現(xiàn)plc中有一些繼電器可以實現(xiàn)閃爍這些繼電器也就是plc內(nèi)部的功能繼電器，這是一種硬件實現(xiàn)功能的方法，雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控制。5.2 調(diào)試錯誤與修改方法經(jīng)過設(shè)計，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯誤。剛開始的時候把程

39、序?qū)戇M(jìn)去然后運行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個周期后就循環(huán)不起來了。那時真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來。從梯形圖又仔細(xì)的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進(jìn)行監(jiān)控于是再在運行的同時進(jìn)行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運行正常但再運行下去的時候第二周期就再沒有反應(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前面沒有并上完成這個循環(huán)的繼電器號。后來就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯誤也找出來了。雖然找錯誤是一個枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學(xué)到有用的動西。5

40、.3 plc智能化控制交通燈的方法傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(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。然而實際上交通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、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，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。此系統(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)模糊控制傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(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。然而實際上交通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、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。這種流量變化的偶然性是無法建