基于plc交通燈控制系統(tǒng)

1、陜 西 航 空 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目： PLC交通燈控制設(shè)計 任務(wù)： 要求獨立完成用PLC對交通燈的控制 交通燈控制要求：1. 主要工序要求如下： 綠1亮紅2黃1閃紅2綠2亮紅110s黃2閃紅110s3s3s(步1)(步3)(步2)(步4)2. 晚間只亮黃燈3. 能顯示倒計時數(shù)字PLC交通燈控制設(shè)計摘要隨著社會經(jīng)濟的發(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)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 隨著城市機

2、動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市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。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。為此，我們進行了深入的研究，本文就城鄉(xiāng)交

3、通燈模擬控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計計算和實驗調(diào)試等問題來進行具體分析討論。 實現(xiàn)路口交通燈系統(tǒng)的控制方法很多，可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、可編程序控制器PLC、單片機等方案來實現(xiàn)。其中用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件來實現(xiàn)電路在很大程度上要受到邏輯器件如門電路等的影響，調(diào)試工作極為不易，而我們對單片機運用來進行系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)也不是很熟悉，因此，我們選擇了用可編程的控制器PLC來實現(xiàn)系統(tǒng)功能的設(shè)計，完成本次課設(shè)的題目。 關(guān)鍵字：PLC 交通燈 程序 報告 設(shè)計ABSTRACTWith the development of the society economy, the city transportation proble

4、m causes people's concern more and more. The coordination of the person, car, the road threes relation, have become one of the important problems that the transportation management section demand resolve. The city transportation control system is the calculator that useds for the city transporta

5、tion data monitor, the transportation signal beacon control and transportation to appease comprehensive management system, it is in the modern city transportation supervision conductor system to constitute part most importantly. Carry out the control method of the street corner transportation light

6、system a lot of, can carry out with the standard logic spare part,programmable preface controller PLC, single slice machine etc. project. Carries out the influence that the electric circuit wants to be subjected to the logic spare part, such as door, electric circuit to a large extent etc. With the

7、standard logic spare part among them, adjust to try a work extremely not easy, and writer to single slice the luck use is not very either to acquaint with to the design development of carry on the system, therefore, the end writer chooses to use programmable controller PLC to carry out the design of

8、 the system function, completion originally time the lesson establish of topic.Key word : The PLC , transportation light , procedure, report , design.目錄摘 要第一章 緒論4第二章 PLC的基礎(chǔ)知識51.1 概述51.2 PLC的由來51.3 PLC的定義51.4 PLC的工作原理61.5 PLC的結(jié)構(gòu)61.6 PLC的基本性能指標(biāo)8第三章 S7-200編程軟件STEP 7 - Micro/WIN3.2112.1 如何控制程序作業(yè)112.2 編程

9、語言的形式122.3 STEP7程序的使用132.4 Step 7 MicroWin V3.213第四章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計153.1 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計153.2 PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計方法16第五章 可編程控制器程序設(shè)計174.1 要求174.2 硬件174.3 軟件194.4 信號燈控制編程元件表214.5梯形圖22 設(shè)計總結(jié)25參 考 文 獻：27第一章 緒論當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈

10、。1868年，英國機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。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，1914年始安裝于紐約市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；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機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

11、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。隨著社會的發(fā)展，人們的消費水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進行分檔，相應(yīng)給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規(guī)律分檔. 這樣就可以實現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長，達到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠、實現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率. 交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管

12、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。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、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，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。第一章 PLC的基礎(chǔ)知識1.1 概述可編程控制器（Programmable Controller）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（Pro

13、grammable 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PC。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。1.2 PLC的由來在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

14、的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)，即： 1、編程方便，現(xiàn)場可修改程序；2、維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3、可靠性高于繼電器控制裝置；4、體積小于繼電器控制裝置；5、數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；6、成本可與繼電器控制裝置競爭；7、輸入可以是交流115V；8、輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；9、在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶程序存儲器容量至少能擴展到4K。 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

15、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。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。1.3 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。在1987年國際電工委員會（Internationa

16、l Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義 ：“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，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！?.4 PLC的工作原理PLC的工作原理：電力線是一個極其不穩(wěn)定的高躁聲、強衰減的傳輸通道，要實現(xiàn)可靠的電力線高速數(shù)據(jù)通信，必須解決低壓配電網(wǎng)上各種因素如：噪聲、阻抗波動、配電網(wǎng)

17、結(jié)構(gòu)、電磁兼容性以及線路阻抗和容性負載引起的信號衰減等主要因素對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?.5 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)基本上與微型計算機從結(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、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。結(jié)構(gòu)如圖所示：（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

18、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

19、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)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。 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

20、件容量等，因此限制著控制規(guī)模。（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。 1 、 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(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。（3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read O

21、nly 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。2 、 PLC 存儲空間的分配雖然各種PLC 的CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC 的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)；系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)(包括I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)；用戶程序存儲區(qū)。(1)系統(tǒng)程序存儲區(qū)在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序、等由制造廠商將其固化在EPROM 中，用戶不能直接存取，它和硬件一起決定了該PLC 的性能。(2)系統(tǒng)RAM 存儲區(qū) 系統(tǒng)RAM

22、存儲區(qū)包括I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器、等存儲器。 I/O 映象區(qū)，由于PLC 投入運行后只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)，因此它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作I/O 映象區(qū)，一個開關(guān)量I/O 占用存儲單元中的一個位(bit)，一個模擬量I/O 占用存儲單元中的一個字(16 個bit)， 因此整個I/O 映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量I/O 映象區(qū)，模擬量I/O 映象區(qū)。系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)除了I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)還

23、包括PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備(邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等)的存儲區(qū)，該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC 斷電時由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失，后者當(dāng)PLC 斷電時數(shù)據(jù)被清零1) 邏輯線圈與開關(guān)輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅(qū)動外設(shè)，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器，另外不同的PLC 還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2) 數(shù)據(jù)寄存器    與模擬量I/O 一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中的一個字(16bits) ，另外PLC

24、 還提供數(shù)量不的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。3) 計時器4) 計數(shù)器(3) 用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序，不同類型的PLC 其存儲容量各不相同。（三） 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)

25、。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。常用的I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理

26、的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 （五）PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 1.6 PLC的基本性能指標(biāo)可編程控制器的基本性能可用如下八條予以概括：（一）工作速度 工作速度是指PL

27、C的CPU執(zhí)行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應(yīng)速度。工作速度是PLC工作的基礎(chǔ)。速度高了，才可能通過運行程序?qū)崿F(xiàn)控制，才可能不斷擴大控制規(guī)模，才可能發(fā)揮PLC的多種多樣的作用。（二）控制規(guī)模 控制規(guī)模代表PLC控制能力，看其能對多少輸入、輸出點及對多少路模擬進行控制。 控制規(guī)模與速度有關(guān)。因為規(guī)模大了，用戶程序也長，執(zhí)行指令的速度不快，勢必延長PLC循環(huán)的時間，也必然會延長PLC對輸入信號的響應(yīng)。為了避免這個情況，PLC的工作速度就要快。所以，大型PLC的工作速度總是比小的要快。 （三）組成模塊 PLC的結(jié)構(gòu)雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不

28、妨把PLC的模塊組成當(dāng)作所有PLC的結(jié)構(gòu)性能。 （四）內(nèi)存容量 PLC內(nèi)存有用戶及系統(tǒng)兩大部分。用戶內(nèi)存主要用以存儲用戶程序，個別的還將其中的一部分劃為系統(tǒng)所用。系統(tǒng)內(nèi)存是與CPU配置在一起的。CPU既要具備訪問這些內(nèi)存的能力，還應(yīng)提供相應(yīng)的存儲介質(zhì)。 用戶內(nèi)存大小與可存儲的用戶程序量有關(guān)。內(nèi)存大，可存儲的程序量大，也就可進行更為復(fù)雜的控制。從發(fā)展趨勢看，內(nèi)存容量總是在不斷增大著。大型PLC的內(nèi)存容量可達幾十k，以至于一百多k。系統(tǒng)內(nèi)存對于用戶，主要體現(xiàn)在PLC能提供多少內(nèi)部器件。不同的內(nèi)部器件占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。在物理上并無這些器件，僅僅為RAM。但通過運行程序進行使用時，給使用者提供的

29、卻實實在在有這些器件。 內(nèi)存器件種類越多，數(shù)量越多，越便于PLC進行種種邏輯量及模擬控制。（五）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，用于進數(shù)據(jù)的運算，如十、一、X、/等，可進行整形數(shù)計算，有的還可浮點數(shù)運算；也可進行邏輯量運算，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。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

30、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。 （六）支持軟件 為了便于編制PLC程序，多數(shù)PLC廠家都開發(fā)有關(guān)計算機支持軟件。 從本質(zhì)上講，PLC所能識別的只是機器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級語言，全靠為使用這些語言而開發(fā)的種種軟件。 （七）可靠控制 為使PLC能可靠工作，在硬件與軟件兩個方面PLC廠家都采取了很多措施，對一些特殊可靠要求的PLC，還有相應(yīng)的特殊的措施，如熱備、冗余等等。這在介紹PLC的特點時已作了敘述。可靠措施的目的是增加PLC平均故障間隔時間、MTBF（MeanTimeB

31、etweenFailure）及減少PLC的平均修復(fù)時間、MTTR（MeanTimeToRepair），以提高PLC的有效度A（Availability）。 A=MTBF/(MTBF+MTTR) 、式中A-有效率 、MTBF-平均故障間隔時間、 MTTR-平均修復(fù)時間 。當(dāng)然，A值越大越好，它可使PLC系統(tǒng)得到充分的利用，是為什么要使用PLC的重要指標(biāo)。而從上式可知，MTBF越大，MTTR越小，則A越大。所以，PLC的可靠措施都是圍繞提高MTBF及MTTR值進行的。 鑒于可靠工作是PLC的重要特點，至關(guān)重要，故有關(guān)提高MTBF及降低MTTR的措施如何，以及PLC的MTBF與MTTR值也成為PLC

32、性能的重要指標(biāo)。 （八）經(jīng)濟指標(biāo) 以上七條講的都是PLC的技術(shù)性能。其實，使用PLC，還要考慮經(jīng)濟指標(biāo)。經(jīng)濟是基礎(chǔ)，經(jīng)濟上不合算，不能帶來經(jīng)濟效益，使用PLC也就沒有基礎(chǔ)。所以，這個指標(biāo)也是重要的。經(jīng)濟指標(biāo)最簡單的就是看價格。一般講，同樣技術(shù)性能的PLC，價格低其經(jīng)濟指標(biāo)就好 第二章 S7-200編程軟件STEP 7 - Micro/WIN3.22.1 如何控制程序作業(yè)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：· S7-200讀取輸入狀態(tài)。· 存儲在S7

33、-200中的程序使用這些輸入評估（或執(zhí)行）控制邏輯。· 當(dāng)程序經(jīng)過評估，S7-200將程序邏輯結(jié)果存儲在稱作進程圖像輸出寄存器的輸出內(nèi)存區(qū)中。· 在程序結(jié)束時，S7-200將數(shù)據(jù)從進程圖像輸出寄存器寫入至域輸出。· 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)的計算決定進入啟動馬達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)制至進程圖

34、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)行CPU自測試診斷程序：S7-200保證固件、程序內(nèi)存和所有擴充模塊均正常作業(yè)。5 向輸出寫入：存儲在進程圖像輸出寄存器中的數(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，最好使用進程圖像寄存器，而不要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

35、執(zhí)行階段的輸入數(shù)值同步化，并凍結(jié)這些數(shù)值。2.2 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。   編程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎樣去做的代

36、碼或符號。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進制代碼，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PL

37、C的指令系統(tǒng)   程序：PLC指令的有序集合，PLC運行它，可進行相應(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。   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

38、條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控制，或為數(shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令組的。2.3 STEP7程序的使用 1） 創(chuàng)建一個項目結(jié)構(gòu)，項目就象一個文件夾，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，組態(tài)一個站就是指定你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)進行賦值。 4） 組態(tài)網(wǎng)絡(luò)

39、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，在你的用戶程序中用這些更具描述性的符號名替代絕對地址。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

40、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-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。2.4 Step 7 MicroWin V3.21、在 Step 7 MicroWin V3.2 中新建一個項目。2、輸入程序，編譯正確后在文件菜單中導(dǎo)出為 AWL 文件。3、打開仿真軟

41、件，點“配置”-“CPU 型號”(或在已有的CPU圖案上雙擊)。4、在彈出的對話框中選擇CPU型號，要與你項目中的型號相同。5、點擊“程序”-“載入程序”(或工具條中的第2個按鈕)。6、會有個對話框，只選擇“邏輯塊（L）”并選擇Step 7 MicroWin V3.2 的版本，點擊“確定”。7、將先前導(dǎo)出的 AWL 文件打開。若第6步選擇全部，則此時會提示無法打開文件，這里出現(xiàn)錯誤的原因是無法打數(shù)據(jù)塊和CPU配置文件，不要管它，直接確定。8、點擊“查看（E）”“內(nèi)存監(jiān)視（M）”(或工具條中的第12個按鈕)輸入想要監(jiān)視的地址。9、點“PLC”-“運行”(或工具欄上的綠色三角按鈕) ，程序已經(jīng)開始

42、模擬運行。第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計（一）系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟：1. 系統(tǒng)設(shè)計與設(shè)備選型 a. 分析你所控制的設(shè)備或系統(tǒng)。PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機器，機群或一個生產(chǎn)過程。b. 判斷一下你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)是否符合可編程控制器的點數(shù)要求。 c. 判斷一下你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的復(fù)雜程度，分析內(nèi)存容量是否夠。2. I/O賦值（分配輸入輸出）             a. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸入信號進

43、行賦值，與PLC的輸入編號相對應(yīng)。b. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸出信號進行賦值，與PLC的輸出編號相對應(yīng)（二）執(zhí)行程序的過程及特點PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。1輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。2程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，

44、則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。3輸出刷新階段程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負載。因此，PLC在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當(dāng)PLC進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入

45、采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。對于小型PLC，其I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。而對于大中型PLC，其I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶

46、程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式。從上述分析可知，當(dāng)PLC的輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入輸出響應(yīng)滯后。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設(shè)計有關(guān)。滯后時間是設(shè)計PLC應(yīng)用系統(tǒng)時應(yīng)注意把握的一個參數(shù)。3.2 PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計方法（一） 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計1 . PLC控制系統(tǒng)類

47、型(1)由PLC構(gòu)成的單機控制系統(tǒng)。(2)由PLC構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)。(3)由PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)。(4)用PLC構(gòu)成遠程I0控制系統(tǒng)。2系統(tǒng)的運行方式(1)手動運行方式。(2)半自動運行方式。(3)自動運行方式。(二) 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)1工藝要求2設(shè)備狀況3控制功能4I0點數(shù)和種類5系統(tǒng)的先進性(三) 可編程序控制器的機型選擇1.  CPU的功能2.  I/0點數(shù)3. 響應(yīng)速度4. 指令系統(tǒng)5. 機型選擇的其他考慮(四)輸入/輸出模板的選擇1數(shù)字量輸入模塊的選擇2數(shù)字量輸出模塊的選擇3模擬量模塊的選擇4智能I0模塊的應(yīng)用選擇(五)系統(tǒng)硬件設(shè)計文件1系統(tǒng)硬件配置圖2模

48、塊統(tǒng)計表3I0硬件接口圖及I0地址表  (六) 系統(tǒng)供電設(shè)計1供電系統(tǒng)的保護措施2電源模塊的選擇3 I0模塊供電電源設(shè)計4.  系統(tǒng)接地設(shè)計5. 可編程序控制器供電系統(tǒng)設(shè)計第四章 可編程控制器程序設(shè)計4.1 要求本項目是通過采用可編程序控制器實現(xiàn)交通燈功能。要求完成以下操作： 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循環(huán)，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滅，黃燈亮2S滅，紅燈再亮循環(huán)。4.2 硬件 西門子PLC-200外部連線圖 模擬圖:S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構(gòu)

49、成包括基本單元、擴展單元、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)的分配見下表：S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型 號輸入點輸出點可帶擴展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU222862個擴展模塊78路數(shù)字量I/O點或10路模擬量I/O點S7-200CPU22414107個擴展模塊168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU22624162個擴展模塊248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU226XM24162個擴展模塊248路數(shù)字量

50、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

51、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