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关键字:
PLC交通灯程序报告设计
ABSTRACT
Withthedevelopmentofthesocietyeconomy,thecitytransportationproblemcausespeople'
sconcernmoreandmore.Thecoordinationoftheperson,car,theroadthreesrelation,havebecomeoneoftheimportantproblemsthatthetransportationmanagementsectiondemandresolve.Thecitytransportationcontrolsystemisthecalculatorthatusedsforthecitytransportationdatamonitor,thetransportationsignalbeaconcontrolandtransportationtoappeasecomprehensivemanagementsystem,itisinthemoderncitytransportationsupervisionconductorsystemtoconstitutepartmostimportantly.Carryoutthecontrolmethodofthestreetcornertransportationlightsystemalotof,cancarryoutwiththestandardlogicsparepart,programmableprefacecontrollerPLC,singleslicemachineetc.project.Carriesouttheinfluencethattheelectriccircuitwantstobesubjectedtothelogicsparepart,suchasdoor,electriccircuittoalargeextentetc.Withthestandardlogicsparepartamongthem,adjusttotryaworkextremelynoteasy,andwritertosingleslicetheluckuseisnotveryeithertoacquaintwithtothedesigndevelopmentofcarryonthesystem,therefore,theendwriterchoosestouseprogrammablecontrollerPLCtocarryoutthedesignofthesystemfunction,completionoriginallytimethelessonestablishoftopic.Keyword:
ThePLC,transportationlight,procedure,report,design.
目录
摘要
第一章绪论4
第二章PLC的基础知识5
1.1概述5
1.2PLC的由来5
1.3PLC的定义5
1.4PLC的工作原理6
1.5PLC的结构6
1.6PLC的基本性能指标8
第三章S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN3.211
2.1如何控制程序作业11
2.2编程语言的形式12
2.3STEP7程序的使用13
2.4Step7MicroWinV3.213
第四章PLC控制系统设计15
3.1PLC控制系统软件设计15
3.2PLC硬件系统设计方法16
第五章可编程控制器程序设计17
4.1要求17
4.2硬件17
4.3软件19
4.4信号灯控制编程元件表21
4.5梯形图22
设计总结25
参考文献:
27
第一章绪论
当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。
它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”。
1869年1月2日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消。
电气启动的红绿灯出现在美国,这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成,1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。
红灯亮表示“停止”,绿灯亮表示“通行”。
1918年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;
另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。
红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。
红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。
随着社会的发展,人们的消费水平不断的提高,私人车辆不断的增加。
人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。
所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。
PLC的智能控制原则是控制系统的核心,采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档,相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档.这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长,达到最大限度的有车放行,减少十字路口的车辆滞流,缓解交通拥挤、实现最优控制,从而提高了交通控制系统的效率.
交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化。
用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状,结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。
第一章PLC的基础知识
1.1概述
可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。
1.2PLC的由来
在60年代,汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。
当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。
随着生产的发展,汽车型号更新的周期愈来愈短,这样,继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装,十分费时,费工,费料,甚至阻碍了更新周期的缩短。
为了改变这一现状,美国通用汽车公司在1969年公开招标,要求用新的控制装置取代继电器控制装置,并提出了十项招标指标,即:
1、编程方便,现场可修改程序;
2、维修方便,采用模块化结构;
3、可靠性高于继电器控制装置;
4、体积小于继电器控制装置;
5、数据可直接送入管理计算机;
6、成本可与继电器控制装置竞争;
7、输入可以是交流115V;
8、输出为交流115V,2A以上,能直接驱动电磁阀,接触器等;
9、在扩展时,原系统只要很小变更;
10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年,美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC,在美国通用汽车自动装配线上试用,获得了成功。
这种新型的工业控制装置以其简单易懂,操作方便,可行性高,通用灵活,体积小,使用寿命长等一系列优点,很快地在美国其他工业领域推广应用。
到1971年,已经成功地应用于食品,饮料,冶金,造纸等工业。
这一新型工业控制装置的出现,也受到了世界其他国家的高度重视。
1971日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本第一台PLC。
1973年,西欧国家也研制出它们的第一台PLC。
我国从1974年开始研制。
于1977年开始工业应用。
1.3PLC的定义
可编程控制器,简称PLC(ProgrammablelogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
”
1.4PLC的工作原理
PLC的工作原理:
电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道,要实现可靠的电力线高速数据通信,必须解决低压配电网上各种因素如:
噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。
1.5PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
结构如图所示:
(一)中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢,它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态;
并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后,按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内,等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表决式系统,这样即使某个CPU出现故障整个系统仍能正常运行。
CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。
(二)存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
1、PLC常用的存储器类型
(1)RAM(RandomAssessMemory),这是一种读/写存储器(随机存储器),其存取速度最快,由锂电池支持。
(2)EPROM(ErasableProgrammableReadOnlyMemory),这是一种可擦除的只读存储器,在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。
(3)EEPROM(ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory),这是一种电可擦除的只读存储器,使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
2、PLC存储空间的分配
虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同,但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域:
系统程序存储区;
系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等);
用户程序存储区。
(1)系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序,包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM中,用户不能直接存取,它和硬件一起决定了该PLC的性能。
(2)系统RAM存储区
系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备如:
逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。
I/O映象区,由于PLC投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设,因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据,这些单元称作I/O映象区,一个开关量I/O占用存储单元中的一个位(bit),一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16个bit),因此整个I/O映象区可看作两个部分组成:
开关量I/O映象区,模拟量I/O映象区。
系统软设备存储区
除了I/O映象区区以外,系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区,该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域,前者在PLC断电时由内部的锂电池供电,数据不会遗失,后者当PLC断电时数据被清零
1)逻辑线圈
与开关输出一样,每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位,但不能直接驱动外设,只供用户在编程中使用,其作用类似于电器控制线路中的继电器,另外不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈,具有不同的功能。
2)数据寄存器
与模拟量I/O一样,每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16bits),另外PLC还提供数量不的特殊数据寄存器,具有不同的功能。
3)计时器
4)计数器
(3)用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序,不同类型的PLC其存储容量各不相同。
(三)电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。
如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视,一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施,而将PLC直接连接到交流电网上去。
(四)I/O模块
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。
I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。
常用的I/O分类如下:
开关量:
按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量:
按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。
(五)PLC系统的其它设备
编程设备:
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。
也就是我们系统的上位机。
人机界面:
最简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。
1.6PLC的基本性能指标
可编程控制器的基本性能可用如下八条予以概括:
(一)工作速度
工作速度是指PLC的CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。
工作速度是PLC工作的基础。
速度高了,才可能通过运行程序实现控制,才可能不断扩大控制规模,才可能发挥PLC的多种多样的作用。
(二)控制规模
控制规模代表PLC控制能力,看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。
控制规模与速度有关。
因为规模大了,用户程序也长,执行指令的速度不快,势必延长PLC循环的时间,也必然会延长PLC对输入信号的响应。
为了避免这个情况,PLC的工作速度就要快。
所以,大型PLC的工作速度总是比小的要快。
(三)组成模块
PLC的结构虽有箱体及模块式之分,但从质上看,箱体也是模块,只是它集成了更多的功能。
在此,不妨把PLC的模块组成当作所有PLC的结构性能。
(四)内存容量
PLC内存有用户及系统两大部分。
用户内存主要用以存储用户程序,个别的还将其中的一部分划为系统所用。
系统内存是与CPU配置在一起的。
CPU既要具备访问这些内存的能力,还应提供相应的存储介质。
用户内存大小与可存储的用户程序量有关。
内存大,可存储的程序量大,也就可进行更为复杂的控制。
从发展趋势看,内存容量总是在不断增大着。
大型PLC的内存容量可达几十k,以至于一百多k。
系统内存对于用户,主要体现在PLC能提供多少内部器件。
不同的内部器件占据系统内存的不同区域。
在物理上并无这些器件,仅仅为RAM。
但通过运行程序进行使用时,给使用者提供的却实实在在有这些器件。
内存器件种类越多,数量越多,越便于PLC进行种种逻辑量及模拟控制。
(五)指令系统
PLC的指令繁多,但主要的有这么几种类型:
基本逻辑指令,用于处理逻辑关系,以实现逻辑控制。
这类指令不管什么样的PLC都总是有的。
数据处理指令,用于处理数据,如译码,编码,传送、移位等等。
数据运算指令,用于进数据的运算,如十、一、X、/等,可进行整形数计算,有的还可浮点数运算;
也可进行逻辑量运算,等等。
流程控制指令,用以控制程序运行流程。
PLC的用户程序一般是从零地址的指令开始执行,按顺序推进。
但遇到流程控制指令也可作相应改变。
流程控制指令也较多,运用得好,可使程序简练,并便于调试与阅读。
状态监控指令,用以监视及记录PLC及其控制系统的工作状态,对提高PLC控制系统的工作可靠性大有帮助。
(六)支持软件
为了便于编制PLC程序,多数PLC厂家都开发有关计算机支持软件。
从本质上讲,PLC所能识别的只是机器语言。
它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言,以至高级语言,全靠为使用这些语言而开发的种种软件。
(七)可靠控制
为使PLC能可靠工作,在硬件与软件两个方面PLC厂家都采取了很多措施,对一些特殊可靠要求的PLC,还有相应的特殊的措施,如热备、冗余等等。
这在介绍PLC的特点时已作了叙述。
可靠措施的目的是增加PLC平均故障间隔时间、MTBF(MeanTimeBetweenFailure)及减少PLC的平均修复时间、MTTR(MeanTimeToRepair),以提高PLC的有效度A(Availability)。
A=MTBF/(MTBF+MTTR)、式中A--有效率、MTBF--平均故障间隔时间、
MTTR--平均修复时间。
当然,A值越大越好,它可使PLC系统得到充分的利用,是为什么要使用PLC的重要指标。
而从上式可知,MTBF越大,MTTR越小,则A越大。
所以,PLC的可靠措施都是围绕提高MTBF及MTTR值进行的。
鉴于可靠工作是PLC的重要特点,至关重要,故有关提高MTBF及降低MTTR的措施如何,以及PLC的MTBF与MTTR值也成为PLC性能的重要指标。
(八)经济指标
以上七条讲的都是PLC的技术性能。
其实,使用PLC,还要考虑经济指标。
经济是基础,经济上不合算,不能带来经济效益,使用PLC也就没有基础。
所以,这个指标也是重要的。
经济指标最简单的就是看价格。
一般讲,同样技术性能的PLC,价格低其经济指标就好
第二章S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN3.2
2.1如何控制程序作业
S7-200在程序的控制逻辑中不断循环,读取和写入数据。
当您将程序下载至PLC并将PLC放置在RUN(运行)模式时,PLC的中央处
理器(CPU)按下列顺序执行程序:
·
S7-200读取输入状态。
存储在S7-200中的程序使用这些输入评估(或执行)控制逻辑。
当程序经过评估,S7-200将程序逻辑结果存储在称作进程图像输出寄存器的输出内存区中。
在程序结束时,S7-200将数据从进程图像输出寄存器写入至域输
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