PLC交通灯控制课程设计Word下载.docx

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2S

38S

左行灯

东西左行灯Q0.3亮10S,然后闪烁3S

熄灭

南北左行灯Q0.7亮10秒,然后闪烁3秒

南北向

51S

绿灯Q0.4

绿灯Q0.4闪烁

黄灯Q0.5

红灯Q0.6

3.设计内容

3.1PLC简介及选型

3.1.1PLC简介

1.PLC的基本概念

国际电工委员会对PLC做了定义为“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

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的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器机器有关设备，都应该按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其能力的原则设计”。

从上述定义可以看出，PLC是一种用于程序来改变控制功能的工业控制计算机，出来能完成各种各样的控制能力外，还有与其他计算机通行联网的功能。

2.PLC的基本结构

如图3.1.1所示，PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。

PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。

PLC主要由CPU模块、I/O模块、变成装置和电源组成。

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。

整体式PLC又叫做单元式或箱体式，他的体积小、价格低、小型PLC一般采用整体结构。

模块式PLC一般用于大、中型PLC，它由机架和模块组成。

图3.1.1PLC基本组成

（1）输入部件

输入部件是PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入PLC的桥梁。

该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。

（2）输出部件

输出部件也是PLC与现场设备之间的连接部件，其功能是控制现场设备进行工作（如电机的启、停、正/反转，阀门的开、关，设备的转动、移动、升降等）。

对于PLC，希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响等，因此，输出部件中的输出级常是一些大功率器件，如机械触点式继电器、无触点交流开关（如双向可控硅）及直流开关（如晶体三极管）等。

（3）CPU模块

CPU模块主要有微处理器和存储器组成。

在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏，他不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；

存储器用来存储程序和数据。

（4）I/O模块

输入模块和输出模块简称I/O模块，他们想但与人的眼、耳、手、脚，是联系外部设备和CPU模块的桥梁。

输入模块用来接收和采用输入信号，开关量输入模块用来接受从按钮、选择开关、数字拨号开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器、测速发电机和各种变送器提供的脸粗变化的模拟量电流电压信号。

（5）编程器

编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、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接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器，它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。

（6）电源

PLC使用AC220V电源或DC24V电源。

内部开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。

小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般有用户提供

3.PLC的工作原理

PLC通电后，需要对硬件和软件做一些初始化工作。

为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后PLC要反复不停地分段处理各种不同的任务，这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。

1、初始化过程：

与其它单片机运行一样，上电运行或复位时进行处理

（1）硬件初始化，复位输出输入模块，清零

（2）清除数据区

（3）输出输入地址分配

2、扫描过程

（1）扫描输入，将输入口状态读入至输入口映像区

（2）时钟处理，特殊寄存器更新

（3）执行用户程序

（4）输出，将输出口映像区输出至输出端口刷新

（5）自诊断检查

3、出错处理

检查PLC内部电路

CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通讯异常

致命错误，CPU强制STOP方式，所有扫描停止。

图3.1.2所示为一小型PLC的典型工作过程

图3.1.2小型PLC的典型工作过程

3.1.2PLC选型

由于学校实验仪器限制，本课程设计选用西门子S7－200型号PLC。

由题目要求可知，共有一个输入，八个输出，我们选用的CPU型号为224。

S7-200CPU22X系列产品有：

CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CUP226XM模块。

（详见附录）

CPU224模块I/O总点数为24点（14/10点），可带7个扩展模块；

用户程序存储器容量为4K字；

内置高速计数器，具有PID控制的功能；

有2个高速脉冲输出端和1个RS-485通讯口；

具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。

3.2I/O口分配及硬件电路设计

3.2.1I/O口分配

根据十字路口交通灯的控制要求，可以作出十字路口的时序图3.2.1所示。

图3.2.1交通灯控制时序图

根据控制要求,I/O口的分配如表3.2.1所示。

表3.2.1I/O口分配

功能说明

输入元件

输出元件

程序起动按钮

I0.0

直行绿灯

Q0.0

黄灯

Q0.1

红灯

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

3.2.2硬件电路设计

根据控制要求和I/O分配，交通灯控制硬件电路如图3.2.2所示，共有一个输出，八个输出。

图3.2.2十字路口交通灯控制电路图

3.3各部分程序设计

3.3.1红灯控制程序

根据控制要求可知整个交通灯的周期为76S，在整个周期中，两个方向的红灯在整个周期中最少有一个在亮，而其他的等都在红灯亮的时候亮，故需先设计红灯的梯形图，根据控制要求和时序图，红灯的梯形图如3.3.1所示

图3.3.1红灯控制梯形图

当接通电源，按下启动按钮SB1后，T39常闭触点闭合，T37通电延时，东西向红灯Q0.2亮。

过13S后，T37线圈得电，常开触点闭合，即东西向红灯Q0.2灭，T38通电延时，25S后，T38线圈得电，常开触点闭合，东西向红灯亮。

持续38S。

38S后T39常闭触点断开，真个电路失电，PLC一扫描周期结束，进行下一次扫描。

整个过程循环执行。

在接通电源时，T50通电延时，南北向红灯Q0.6亮，持续51秒。

3.3.2左行灯控制程序

当按下启动按钮时，东西红灯和南北红灯同时亮，同时东西左行灯亮，当东西黄灯灭后，东西红灯亮，同时南北红灯一直持续亮，南北左行灯亮。

连个左行灯都是亮10S，闪3S。

梯形图如图3.3.2所示。

图3.3.2左行灯控制梯形图

3.3.3黄绿灯程序

当东西左行灯熄灭后，紧接着东西的绿灯亮，持续20S后闪烁3S，然后黄灯亮2S，这个过程中，南北红灯一直亮着。

当南北左行灯熄灭后，南北绿灯亮，过程同东西过程一样。

其梯形图如图3.3.3所示。

图3.3.3绿灯和黄灯控制梯形图

3.3.4脉冲发生程序

在整个交通灯控制过程中，绿灯和左行灯都有闪烁的过程，这个过程的梯形图中都串联了一个常开触点T59，这个常开触点就是控制交通灯闪烁了，即为脉冲电路。

如图3.3.4所示为脉冲电路梯形图。

图3.3.4脉冲电路

当按下启动按钮是后，T59通电延时，0.5秒后其常开触点闭合，常闭触点断开，再过0.5秒后T60线圈得电，常闭触点断开，T59线圈失电，常开触点断开。

如此循环就使T59常开触点每一秒通断一次，造成电路闪烁。

3.4电路运行分析

当按下启动按怒SB1后，T50通电延时，持续51秒，即南北红灯Q0.6亮。

同时T37通电延时，东西向红灯Q0.2亮13秒。

同时东西左行灯Q0.3亮10S，后闪烁3S。

3秒之后东西绿灯Q0.0亮，持续20S后，闪烁3S，黄灯Q0.1亮，持续2S。

2S之后东西红灯Q0.2亮，同时南北左行灯Q0.7亮，持续10S，然后闪烁3S，在这个过程中南北红灯Q0.6一直亮。

闪烁后，Q0.7熄灭，南北红灯Q0.6熄灭，南北绿灯Q0.4亮20S，然后闪烁3S，之后南北黄灯Q0.5亮，持续2S。

这个过程如此循环。

4.设计总结

通过本次课程设计，加深了我对课堂所学知识的了解和掌握，并且学会了从整体考虑问题，把多学科的知识综合起来运用。

通过本次设计，使我掌握了通过PLC控制十字路口交通灯的原理，加深了对PLC结构和原理的认识，对PLC编程原理有了个系统的认识。

通过这次课程设计，掌握了定时器电路的设计，对PLC的执行过程有了深刻的认识。

在这次设计中，学会了运用多学科综合去解决问题。

通过这次设计，为以后的学习与工作打下了坚实的基础，也锻炼了我对电子CAD的掌握能力，为马上就开始的毕业设计打下了基础。

参考书目

[1]黄净．电器及PLC控制技术.北京：

北京机械工业出版社，2001.

[2]周林，廖常初．PLC应用指令电工技术.北京：

北京机械工业出版社，1999-2000.

[3]廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志,2001.

[4]中华人民共和国国家标准.电气制图.中华标准出版社，1987.

[5]陈伯时．电力拖动自动控制系统.第2版，北京；

机械工业出版社，1992.5.

[6]方承远．工厂电气控制技术.北京：

机械工业出版社，2002.

[7]李建兴．可编程控制器应用技术.北京：

机械工业出版社，2004.

[8]许江，蒋跃宗．可编程控制器PLC基础应用教程.北京：

机械工业出版社，2004.

[9]周军．电气控制及PLC.北京：

机械工业出版社，2004.2.

附录

S7-200CPU的技术指标

特性

CPU221

CPU222

CPU224

CPU224XP

CPU226

本机I/O

•数字量

6入/4出

8入/6出

14入/10出

24入/16出

•模拟量

-

2入/1出

最大扩展模块数量

0个模块

2个模块

7个模块

数据存储区

2048字节

8192字节

10240字节

掉电保持时间

50小时

100小时

程序存储器：

•可在运行模式下编辑

4096字节

12288字节

16384字节

•不可在运行模式下编辑

24576字节

高速计数器

•单相

4路30KHz

6路30KHz

2路200KHz

•双相

2路20KHz

4路20KHz

3路20KHz

1路100KHz

脉冲输出（DC）

2路100KHz

模拟电位器

1

2

实时时钟

配时钟卡

内置

通讯口

1×

RS-485

2×

浮点数运算

有

I/O映象区

256

128入/128出

布尔指令执行速度

0.22μs/指令

外形尺寸（mm）

90×

80×

62

120.5×

140×

190×