PLC交通信号灯控制设计文档格式.docx

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5系统设计周期短；

6安装简便，调试方便，维护工作量小；

7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；

1.3PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；

也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

1.4PLC的分类

1按plc的结构形式分类：

1）整体式；

2）模块式。

2按plc的I/O点数分类：

1）小型256点以下；

2）中型256点以上，2048点以下；

3）大型2048点以上。

3按plc功能分类：

抵挡型，中挡型，高档型。

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。

PLC的基本结构框图如下：

接口部件输出

输入接口部件

中央处理单元

CPU板

接受驱动

现场信号受控元件

电源部件

1.6PLC的工作原理

1.plc的工作方式

1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。

2）程序执行阶段：

plc对用户程序扫描。

3）输出刷新阶段：

当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。

1.7PLC汇编语言

采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：

梯形图，语句表，功能图等。

1.梯形图：

由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。

主要特点：

1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。

每一逻辑行，起使左母线。

2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器”

3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。

4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。

2.语句表：

又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。

例：

下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例：

X000X001Y000

X010

END

它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。

第二组仅一个END指令，用以结束程序。

●梯形图与助记符的对应关系：

助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。

一般讲，其顺序为：

先输入，后输出（含其他处理）；

先上，后下；

先左，后右。

有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。

上图的助记符程序为：

地址指令变量

0000LDX000

0001ORX010

0002ANDNOTX001

0003OUTY000

0004END

反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图

1.8PLC的基本指令

1输入输出指令（LD/LDI/OUT）

下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件

以列表的形式加以说明：

符号功能梯形图表示操作元件

LD（取）常开触点与母线相连X，Y，M，T，C,S

LDI（取反）常闭触点与母线相连X，Y，M，T，C,S

OUT（输出）线圈驱动Y，M，T，C，S,F

LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。

OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。

输出指令用于并行输出，能连续使用多次。

X000Y000地址指令数据

0000LDX000

0001OUTY000

2触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）

符号（名称）功能梯形图表示操作元件

AND（与）常开触点串联连接X，Y，M，T，C,S

ANDI（与非）常闭触点串联连接X，Y，M，T，C,S

OR（或）常开触点并联连接X，Y，M，T，C，S

ORI（或非）常闭触点并联连接X，Y，M，T，C，S

AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。

OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。

X001X002Y001地址指令数据

0002LDX001

X0030003ANDIX002

0004ORX003

0005OUTY001

3电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）

ORB（块或）电路块并联连接无

ANB（块与）电路块串联连接无

含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。

ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。

如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；

也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。

将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；

与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。

ANB

X000X002X003Y006

X001X004X005

ORB

X006

X003

地址指令数据

0001ORX001

0002LDX002

0003ANDX003

0004LDIX004

0005ANDX005

0006ORX006

0007ORB

0008ANB

0009ORX003

0010OUTY006

4程序结束指令（END）

符号（名称）功能梯形图表示操作元件

结束

END（结束）程序结束无

在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。

若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。

另外。

在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。

其他的一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令等，同学们可以参考一些课外书，在这里我们不详细介绍了。

下面同学们可练习由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。

并由后面的GPP软件传输到PLC中，实时运行。

1.9编程器件

一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。

第二章梯形图的设计与编程方法

梯形图是各种PLC通用的编程语言，尽管各厂家的PLC所使用的指令符号等不太一致，但梯形图的设计与编程方法基本上大同小异。

2.1确定各元件的编号，分配I/O地址

利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的。

我们选用的FX2N型号的PLC，其内部元件的地址编号如下表所示，使用时一定要明确，每个元件在同一时刻决不能担任几个角色。

一般讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故I/O的分配实际上是把PLC的入、出点号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线。

FX2N系列的I/O地址分配及一些其他的内存分配前面都已介绍过了，同学们也可以参考FX系列的编程手册。

2.2梯形图的编程规则

1、每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。

2、梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点），如图（a）错，图（b）正确。

图（a）图（b）

3、线圈不能直接接在左边母线上。

4、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。

5、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动——即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。

下图是一个错误的桥式电路梯形图。

（1）编程实例

首先介绍一个常用的点动计时器，其功能为每次输入X000时，接通时，Y000输出一个脉宽为定长的脉冲，脉宽由定时器T000设定值设定。

它的时序图如下图所示：

X000

Y000

TT

根据时序图我们就可画出相应的梯形图：

M000T0M000

M000T0

M000T0Y000

END

运用定时器还可构成振荡电路，如根据下面的时序图，我们可用两个定时器T001、T002构成振荡电路，其梯形图如下：

T1T2

根据时序图我们就可画出相应的梯形图

X000T002T001

T001T002Y000

Y000T002

下面是一个延时接通/延时断开电路。

同学们根据时序图，画出梯形图。

T1T2

第三章PLC在交通灯的应用

一、设计目的：

软件延时实现模拟路口交通灯控制。

二、设计要求：

信号灯受启动开关控制。

当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南.北红灯亮，在东.西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

（1）南.北绿灯和东.西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。

（2）南.北红灯亮维持25s，在南.北红灯亮的同时东.西灯也亮，并维持20s，到20s时，东.西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。

在动系绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持2s。

到2s时，东.西黄灯熄灭，东.西红灯亮。

同时，南.北红灯熄灭，绿灯亮。

（3）东.西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s后熄灭，同时南.北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南.北红灯亮，东.西绿灯亮。

（4）上述动作循环进行。

三、设计步骤及原理：

根据控制要求，画出交通灯的状态图。

如图：

交通灯指挥信号状态图

根据任务要求，可以算出I/O点数，根据I/O点数及功能要求，选择FX2-48MR型PC机。

I/O输出如下：

输入地址：

启动X000

输出地址：

南北绿灯Y000

南北黄灯Y001

南北红灯Y002

报警灯Y003

东西绿灯Y004

东西黄灯Y005

东西红灯Y006

交通灯的面板示意图如下：

MG

MYSRSYSG

MR北

西东

SGSYSR南MG

MY

MR

图1-2

该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，其标号分别为MG、MY、MR和SG、SY、SR。

其中，其中，交通灯选用5V直流电，COM端为交通灯的公共端。

而灯与程控器之间的接线图如下：

程Y000

控Y001

器Y002

的:

输:

出:

5V

端COM

图1-3

从上图可看出，程控器的公共端接5V电源的负极，而灯的公共端接电源的正端，灯的另一端接到程控器的输出端，如Y000，Y001……等。

梯形图如图

地址指令变量地址指令变量

0000LDT00029ANIY3

0001ANDX00030ANDX0

0002ANIT40031OUTY2

0003OUTT000320LDT0

0004K2500033OUTY6

0005LDT00034LDY2

0006OUTT40035ANIT6

0007K3000036LDT6

0008LDIY30037ANIT7

0038ANDT10

0009ANDX00039ORB

0038OUTY4

0010ANIT00039LDT7

0011OUTT60040ANIT5

0012K2000041OUTY5

0013LDT60042LDY6

0014OUTT70043ANIT1

0015K300044LDT1

0016LDT70045ANIT2

0017OUTT50046ANDT10

0018K200047OUTY0

0019LDT00048LDT2

0020OUTT10049ANIT3

0021K2500050OUTY1

0022LDT10051LDY0

0023OUTT20052ANDY4

0024K300053OUTY3

0025LDT20054LDX0

0026OUTT30055ANIT11

0027K200056OUTT10

0028LDIT00057K5

0058LDT10

0059OUTT11

0060K5

0061END

三结束语

首先,衷心感谢我的导师宋国杰.

本课题的大量研究工作都是在宋老师的精心指导下完成的,在我整个研究学业过程中,包括这篇论文的完成,都受到宋老师大量的帮助.从论文的选题,研制计划的安排到论文的具体的内容,宋老师都给矛了悉心的指导.值此论文完成之际,谨向宋教师致以最崇高的谢意!

再一次向她表示衷心的感谢,感谢她为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习,生活上的无私帮助!

四参考文献

[1]李伟《机床电器与PLC》

西安：

西安电子科技大学出版社，2006

[2]台方《可编程序控制器应用教程》

北京：

中国水利水电出版社，2001

[3]常斗南《可编程序控制器》原理·

应用·

实验

机械工业出版社，1998