畢業(yè)設(shè)計交通燈的PLC控制設(shè)計(共30頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)設(shè)計題目： 交通燈的PLC控制設(shè)計設(shè)計要求：表1 交通燈運行規(guī)律表東西方向南北方向時間時間綠燈紅燈紅燈15s紅燈紅燈紅燈55s黃燈紅燈紅燈4s紅燈綠燈紅燈32s紅燈黃燈黃燈4s紅燈紅燈紅燈39s綠燈紅燈紅燈15s黃燈紅燈紅燈4s紅燈綠燈綠燈18s紅燈黃燈黃燈2s在本設(shè)計中有開始按鈕和停止按鈕2個輸入端口，共有4個七段數(shù)碼管和18個指示燈，指示燈的具體亮、熄如上表1，在東西方向和南北方向各設(shè)一組數(shù)碼管顯示器，按倒計時的方式顯示通行和停止時間。設(shè)計進度要求：第一周：搜集設(shè)計資料。第二周：觀察交通燈的運行規(guī)律。第三周：進行硬件設(shè)計。第四周：進行軟件設(shè)計。第五

2、周：整理資料。第六、七周：修改整理設(shè)計報告。第八周：畢業(yè)答辯。 摘 要PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(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，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(yīng)用最多的一種設(shè)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(chǔ)設(shè)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(yīng)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)。

3、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，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(xué)化管理。本設(shè)計是以PLC控制為核心的交通燈，選用西門子S7-200系列CPU226型主機，5個EM222 （DO8×直流24V）型數(shù)字量擴展模塊，并利用定時、計數(shù)器作定時計數(shù)用，LED七段數(shù)碼管作為計時顯示用。利用CPU226的2個輸入點作為啟動按鈕和停止按鈕，16個輸出點和一個EM222擴展模塊的輸出點作為東西方向和南北方向的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行的紅、黃、綠燈。并利用4個EM222的28個輸出點分別作為東西方向和南北方向的

4、數(shù)碼管個、十位顯示輸出。本交通燈系統(tǒng)簡單，實用性強，成本低，使用維護方便，軟件功能強，運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：PLC，交通燈，倒計數(shù)，顯示 目 錄1 PLC的概述1.1 PLC的發(fā)展歷程雖然PLC 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段：一、早期的PLC（60 年代末70 年代中期）早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制、定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進以適

5、應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝、體積小、能耗低、有故障指示、能重復(fù)使用等。其中PLC 特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。二、中期的PLC（70 年代中期80 年代中后期）在70 年代微處理器的出現(xiàn)使PLC 發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC 的中央處理單元（CPU）。這樣，使PLC 得功能大大增強。在軟

6、件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC 的應(yīng)用范圍得以擴大。三、近期的PLC（80 年代中后期至今）進入80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC 軟

7、、硬件功能發(fā)生了巨大變化。1.2 PLC的構(gòu)成 PLC基本組成包括中央處理器(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口(縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴展接口等)、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成。 PLC內(nèi)部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線連接，外部則根據(jù)實際控制對象配置相應(yīng)設(shè)備與控制裝置構(gòu)成PLC控制系統(tǒng)。 1.3 PLC的特點1.3.1可靠性高，抗干擾能力強可靠性高是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均

8、無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。1.3.2配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)

9、代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。1.3.3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。1.3.4系統(tǒng)的

10、設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。1.3.5體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。1.4 PLC的功能PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計

11、數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。

12、它把所有的輸入都當成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/O點數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 1.5 PLC的工作原理1、輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周

13、期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CUP采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。2、掃描周期周而復(fù)始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。3、對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。4、各個電路和不同掃描階段會造成輸入和輸出延遲，這是PLC的主要缺點。在讀輸入階段，CUP對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CUP按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。PLC信號的傳遞過程，如圖1.1所

14、示：圖1.1 PLC信號的傳遞過程2 硬件設(shè)計2.1 硬件設(shè)計步驟根據(jù)可編程控制器設(shè)計交通燈硬件部分的設(shè)計步驟，本設(shè)計的硬件設(shè)計步驟如下所示：（1）PLC的選型；（2）輸入、輸出點的估算；（3）主機型號的選擇；（4）模塊的擴展及I/O編址；（5）輸入、輸出端子的分配；（6）畫出I/O接線圖。2.2 主機CPU及擴展模塊選擇根據(jù)設(shè)計要求，有開始按鈕和停止按鈕2個輸入端及46個輸出端的需要，由主機類型表2.1，設(shè)計中主機選用了為CPU226。CPU226的輸入輸出點比較多，共有I0.0-I2.7共24個輸入, Q0.0-Q1.7共16個輸出點。CPU226的24個輸入點可以滿足本設(shè)計中2個輸入點的

15、需求，但是16個輸出點不能滿足本設(shè)計46個輸出點的需求，因此需要擴展5個EM222擴展模塊，Q2.0-Q2.6，Q3.0-Q3.6，Q4.0-Q4.7，Q5.0-Q5.7，Q6.0和Q6.1共32個輸出端口。表2.1 主機類型表型號主機輸入點數(shù)主機輸出點數(shù)可擴展模塊數(shù)最大擴展電流/mACPU22164無0CPU222862340CPU22414107660CPU226241671000根據(jù)本設(shè)計輸出端口及電流流量的需求，可選擴展模塊如表2.2，經(jīng)比較后在設(shè)計中選用了5個8輸出端口 電流為50mA的EM222擴展模塊。表2.2 擴展模塊表分類型號I/O規(guī)格功能及用途數(shù)字量擴展模塊EM221DI8

16、*直流24V8路數(shù)字量24V直流輸入EM222DO8*直流24V8路數(shù)字量24V直流輸出（固態(tài)MOSFET）DO8*繼電器8路數(shù)字量繼電器輸出EM223DI4/DO4*直流24V4路數(shù)字量24V直流輸入、輸出（固態(tài)）DI4/DO4*直流24V繼電器4路數(shù)字量24V直流輸入4路數(shù)字量繼電器輸出DI8/DO8*直流24V8路數(shù)字量24V直流輸入、輸出（固態(tài)）DI8/DO8*直流24V繼電器8路數(shù)字量24V直流輸入8路數(shù)字量繼電器輸出DI16/DO16*直流24V16路數(shù)字量24V直流輸入、輸出（固態(tài)）DI16/DO16*直流24V繼電器16路數(shù)字量24V直流輸入16路數(shù)字量繼電器輸出2.3 I/O

17、端口分配輸入端口：I0.0 接啟動按鈕，I0.2接停止按鈕。輸出端口分配如表2.3 和表2.4表2.3 七段數(shù)碼管輸出端口分配表東西向南北向Q0.0Q0.6七段數(shù)碼管（個位）Q2.0Q2.6七段數(shù)碼管（個位）Q1.0Q1.6七段數(shù)碼管（十位）Q3.0Q3.6七段數(shù)碼管（十位）表2.4 交通燈輸出端口分配表方向顏色東西向南北向紅燈Q4.0Q4.3Q4.6Q5.1Q5.4Q5.7綠燈Q4.1Q4.4Q4.7Q5.2Q5.5Q6.0黃燈Q4.2Q4.5Q5.0Q5.3Q5.6Q6.12.4硬件設(shè)計框圖 圖2.1 硬件設(shè)計框圖2.5 接線圖根據(jù)設(shè)計要求所需4個七段數(shù)碼管和18個指示燈，在東西和南北方向

18、的指示燈各有三組，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行。而且每組指示燈都有紅、綠、黃三種顏色。而數(shù)碼管有共陰和共陽兩種接法，見附錄，而我在本設(shè)計中選用的是共陰極接法。接線圖如圖2.2所示。圖2.2 接線圖3 軟件設(shè)計3.1 PLC編程軟件的基本思路3.1.1 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。（選型要求）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3.1.2 I/O賦值（分配輸入輸出）   

19、;          a. 將你所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的輸入信號進行賦值，與PLC的輸入編號相對應(yīng)。（列表）   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)3.1.3 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，并存入輸入映像寄存器中，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

20、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，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉(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。對于元件映像寄存器來說，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)（

21、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。3.2 梯形圖4 系統(tǒng)調(diào)試4.1 硬件調(diào)試根據(jù)電氣接線圖安裝接線，PLC實際接線時，還應(yīng)考慮到以下幾個方面：一、應(yīng)有電源輸入線，通常為220V、50HZ交流電源，允許電源有一定的浮動范圍。并且必須有保護裝置，如熔斷器等。若是干擾較強或?qū)煽啃砸蠛芨叩膱龊希瑧?yīng)在PLC的電源輸入端加裝帶屏蔽

22、層的隔離變壓器和低通濾波器。二、輸入端子八個為一組，公用一個COM端。PLC應(yīng)單獨接地，不要和其他電器元件共用接地線，接地線面積應(yīng)大于2mm²,并盡可能靠近PLC。三、PLC輸出端接有線圈和電磁閥等感性元件時必須加保護電路，例如并接阻容吸收回路（對于交流電源）或續(xù)流二極管（對于支流電源）。4.2 軟件調(diào)試用編程工具將用戶程序輸入計算機，經(jīng)過反復(fù)編輯、編譯、下載、調(diào)試、運行，直至運行正確。打開梯形圖編輯器將程序輸入電腦。程序輸入完成后，用CPU的下拉菜單或工具條中編譯快捷按鈕對程序進行編譯，編譯后在顯示器下方的輸入窗口顯示編譯結(jié)果，并能明確的指出錯誤的網(wǎng)絡(luò)段，可以根據(jù)錯誤的提示對程序進

23、行修改，然后再編譯，一直到編譯無誤。程序編譯成功后，單擊標準工具條中下載快捷按鈕打開文件菜單，選擇下載項，彈出對話框，經(jīng)選定程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊等下載內(nèi)容后，按確認按鈕將選中內(nèi)容下載到PLC的存儲器上。當PLC工作方式開關(guān)在TERM位置時還可用STEPMICRO/WIN32的菜單命令或快捷按鈕都可以對CPU工作方式進行軟件設(shè)計。使用程序編輯器還可以在PLC運行監(jiān)視程序執(zhí)行的過程和各元件的狀態(tài)及數(shù)據(jù)，打開調(diào)試菜單選中程序狀態(tài)。這時閉合觸點和通電線圈內(nèi)部顏色變藍。在PLC的運行工作狀態(tài)隨輸入條件的改變定時及計數(shù)過程的運行，每個掃描周期的輸入階段將各個期間的狀態(tài)刷新，同時還可以動態(tài)顯示各個定時與計

24、數(shù)器的當前值，以便在線動態(tài)觀察程序的運行，出現(xiàn)錯誤易于發(fā)現(xiàn)更改。在STOP狀態(tài)下對程序進行修改編輯，重新編譯、下載、監(jiān)視運行，如此反復(fù)修改調(diào)試，直到得到正確運行結(jié)果。5 結(jié)論本系統(tǒng)主要以PLC為核心，利用PLC的強大的控制功能，實現(xiàn)了對交通燈的控制。利用梯形圖程序可以很直觀的看出運行過程。利用可編程控制器控制交通燈，具有接線簡單、編程直觀、擴展容易等特點。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性、精確性和可靠性方面，到達到了設(shè)計的要求，表明該設(shè)計方案是可行的。交通燈的設(shè)計課題，詳細介紹了PLC的結(jié)構(gòu)配置、工作原理、編程方法和通信等內(nèi)容；并在此基礎(chǔ)上介紹了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則、設(shè)計步驟、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等；

25、最后在實例中介紹常用PLC的型號和資源配置。本課程是以實際生活中的設(shè)計,運行、管理,維護安裝為目的，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用 PLC解決實際問題和獨立工作的能力，培養(yǎng)實事求是、嚴肅認真、細致踏實的工作作風(fēng)，為將來從事自動化設(shè)備的生產(chǎn)、調(diào)試、安裝打下必要的基礎(chǔ)。使我們熟練掌握 PLC的硬件配線，熟悉PLC的編程規(guī)則，熟悉編程軟件的使用，掌握應(yīng)用PLC解決生產(chǎn)實際問題的方法及步驟。通過設(shè)計，學(xué)會觀察、調(diào)查研究、搜集資料、整理報告的方法，提高分析問題的能力。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。并且，更了解了有關(guān)可編程控制器的功能。致謝過近兩個月的設(shè)計，最終取得圓滿的成功。成功的背后是精心的指導(dǎo)、無微的幫