基于三菱PLC的交通灯设计.docx
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基于三菱PLC的交通灯设计
摘要2
第一章概述3
1.1PLC的基本概念与基本结构3
1.1.1PLC的的基本概念3
1.1.2PLC的基本结构3
1.2PLC的特点与应用领域5
1.2.1PLC的特点5
1.2.2PLC的应用领域6
第二章PLC的硬件与工作原理6
2.1PLC的硬件6
2.1.1PLC的物理结构6
2.1.2CPU模块中的存储器6
2.2PLC的工作原理7
第三章PLC程序设计基础8
3.1PLC编程语言与编程结构8
3.1.1顺序功能图(SFC)9
3.1.2梯形图(LD)9
3.1.3功能块图(FBD)10
3.1.4指令表(IL)11
3.2顺序控制梯形图的设计方法11
3.2.1起保停电路的编程方式11
3.2.2以转换为中心的编程方式12
第四章三菱公司F1—40MR型PLC的使用13
4.1三菱公司的PLC产品及F1—40MR13
4.1.1F1系列PLC的指令系统简介:
13
4.1.2F1—40MR的编程元件:
13
4.1.3某些编程元件使用特性及含义:
14
4.2F1-20P简易编程器的使用14
4.2.2编程操作14
第五章基于PLC十字路口交通信号灯控制系统设计17
5.1设计选题及PLC控制过程17
5.2顺序功能图18
5.3以转换为中心的梯形图的设计20
5.4交通灯控制系统的编程指令21
5.5程序调试22
5.5.1在系统设计中注意的问题22
5.5.2程序调试中遇到的问题及解决方法22
5.5.3心得体会23
致谢23
参考文献23
摘要
本文介绍了PLC的基本结构及分类,PLC的特点及应用领域,通过分析PLC的工作原理及PLC的编程语言,并且重点介绍了三菱F1-40MR型PLC编程语言和指令系统,通过对梯形图程序设计方法的分析,主要介绍了两种顺序功能图转换为梯形图的方法,即起保停电路设计方法和以转换为中心的设计方法。
针对选题十字路口交通信号灯控制系统设计,本文采用顺序控制设计法中并行序列的顺序功能图设计方法,将东西、南北两个方向的路灯并行控制,再以转换为中心的方法将顺序功能图转换为梯形图,最后利用编程器将指令输入PLC中进行调试,最终实现交通灯的自动控制。
关键词:
PLC、自动控制、梯形图、顺序功能图、交通灯控制系统
第一章概述
1.1PLC的基本概念与基本结构
1.1.1PLC的的基本概念
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品,为满足这一要求,生产设备和自动生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性,可编程控制器(ProgrammableLogicController,PLC正是顺应这一要求出现的,它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
PLC应用面广、功能强大、使用方便,已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中,PLC在其他领域,例如民用和家庭自动化的应用已得到了迅速的发展。
它不仅是单机自动化中应用最广的控制设备,在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位,PLC应用程度之广、普及程度之高,是其他计算机控制设备无法比拟的。
国际电工委员会(IEC)对PLC作了如下定义:
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下而设计。
它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令、并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械和生产过程,可编程序控制器及其有关设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计”。
由以上定义可以看出,PLC是一种用程序里改变控制功能的工业控制计算机,除了各种各样的控制功能外,还有与其它计算机通和信联网的功能。
此实验是以三菱公司的PLC为基础而进行实验的。
1.1.2PLC的基本结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成(见图1-1).PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
1.CPU模块
CPU主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。
在PLC控制系统中,CPU模块相当于认得大脑和心脏,它不断的采集输入信号,执行用户程序,刷新系统输出;存储器用来存储程序和数据。
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,
与通用计算机一样,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,还有外围芯片、总线接口及有关电路。
它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。
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的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。
CPU虽然划分为以上几个部分,但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器,由于电路的高度集成,对CPU内部的详细分析已无必要,我们只要弄清它在PLC中的功能与性能,能正确地使用它就够了。
CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。
一般讲,CPU模块总要有相应的状态指示灯,如电源显示、运行显示、故障显示等。
箱体式PLC的主箱体也有这些显示。
它的总线接口,用于接I/O模板或底板,有内存接口,用于安装内存,有外设口,用于接外部设备,有的还有通讯口,用于进行通讯。
CPU模块上还有许多设定开关,用以对PLC作设定,如设定起始工作方式、内存区等。
2.I/O模块
输入(Input)模块和输出(Output)模块简称I/O模块,他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚,是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
PLC的对外功能,主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的,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。
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。
3.编程器
编程器是用来生成用户程序,便用它来编辑、检查、修改用户程序,监视用户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入好编辑指令表程序,因此又叫做指令编辑器。
它的体积小,价格便宜,一般用来给小型的PLC编程,或者用与现场调试和维护。
4.电源
PLC使用AC220V电源或DC24V电源。
内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。
小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器(例如接近开关)提供DC24V电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
5.PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。
现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能,它和计算机一样具有RS-232接口,通过双绞线、同轴电缆或光缆,可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然,PLC之间的通讯网络是各厂家专用的,PLC与计算机之间的通讯,一些生产厂家采用工业标准总线,并向标准通讯协议靠拢,这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构,我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念,做到既经济又合理,尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。
1.2PLC的特点与应用领域
1.2.1PLC的特点
(1).可靠性高,抗干扰强
(2).功能强大,性价比高
(3).编程简易,现场可修改
(4).配套齐全,使用方便
(5).寿命长,体积小,能耗低
(6).系统的设计、安装、调试、维修工作量少,维修方便
1.2.2PLC的应用领域
PLC已经广泛地应用到很多工业部门,随着其性能价格的不断提高,PLC的应用范围不断扩大,主要由一下几个方面:
(1)数字量逻辑控制
(2)运动控制
(3)闭环过程控制
(4)数据处理
(5)联网通信
第二章PLC的硬件与工作原理
2.1PLC的硬件
2.1.1PLC的物理结构
根据硬件结构的不同,可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。
1.整体式PLC
整体式又叫做单元式或机箱式,它的体积小、价格低,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号,并按I/O点数又有若干规格。
对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无任哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
2.模块式PLC
大、中型PLC一般采用模块式结构,它由机架和模块组成,模块插在模块插座上,后者焊接在机架中的总线连接板上,有不同槽数的机架供用户选用,如果一个机架容纳不下选用的模块,可以增设一个或数个扩展机架,各机架之间用接口模块和电缆相连。
用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块,对硬件配置的选择余地较大,维修时更换模块也很方便。
2.1.2CPU模块中的存储器
存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器,系统程序相当于个人计算机中的操作系统,它使PLC具有基本的智能,能完成PLC设计者的规定的各种工作。
系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM(只读存储器)中,用户不能读取。
用户程序由用户设计,它使PLC能完成用户要球的特定功能,用户程序存储器的容量以字节(B)为单位。
1.随机存取存储器(RAM)
用户可以用编程装置读出RAM中的内容,也可以将用户程序写入RAM,因此RAM又叫读/写存储器。
RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。
2.只读存储器(ROM)
ROM的内容只能读出,不能写入。
3.可以电檫出可编程的只读存储器(EEPROM)
S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。
2.1.3I/O模块
各I/O点的通/断状态用发光二极管(LED)显示,PLC与外部接线的连接一般用接线端子,某些模块使用可以拆卸的插座型端子板,不需断开端子板上的连接线,就可以迅速的更换模块。
输入模块:
PLC通过输入模块来接收和采集输入信号,通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器,PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
输入电路中设有RC滤波电路,以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。
输出模块:
输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管(驱动直流负载)、双向可控硅(驱动交流负载)和小型继电器,继电器可以驱动交流负载或直流负载。
输出电流的典型值为0.5—2A,负载电源由外部现场提供。
2.2PLC的工作原理
可编程控制器是从继电器控制系统发展而来的,它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似,梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称,如输入继电器、输出继电器等等。
这种用计算机程序实现的“软继电器”,与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。
继电器在控制系统中有功率放大、电气隔离、逻辑运算的作用。
PLC有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。
在运行状态,PLC通过执行反映控制要求的用户程序不实现控制功能。
为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行,直至PLC停机或切换到STOP工作状态。
除了
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- 基于 三菱 PLC 交通灯 设计
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