交通灯十字路口PLC控制设计.docx
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交通灯十字路口PLC控制设计
PLC
论
文
设
计
姓名:
邹文剑(20082121019)
班级:
08电子信息工程
题目:
十字路口交通信号灯控制系统
十字路口交通信号灯控制系统摘要
本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制,其控制方法是采用西门子的S7-200系列CPU224XP型号PLC对东西南北的红、黄、绿、左绿灯实现有规律的循环闪亮,以达到对交通信号灯的控制。
控制过程中采用了顺序控制设计法用了八个定时器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。
控制程序包括有顺序功能图(SFC)、梯形图(LAD)、指令表(STL)。
仿真测试用的是S7-200汉化版的仿真软件进行仿真,最终经过多次调试实现了我们所需的全部设计要求。
关键词:
PLCS7-200,交通信号灯,顺序功能图,梯形图,自动控制
Intersectiontrafficlightcontrolsystemabstract
ThisdesignisrealizeswithPLCtotheintersectionstreet-trafficcontrollights'control,itscontrolmethodisusesSimens'sS7-200seriesCPU224XPmodelPLCtotheEast,West,SouthandNorthred,yellow,green,theleftgreenlighttorealizetheorderlycirculationtoglisten,achievestostreet-trafficcontrollights'control.Inthecontrolledprocessusedthesequentialcontroldesignlawtouseeighttimersixcounterstodividethetimeintervalfrequencydivisionratetorealizeautomaticallytoeightcontrolledmembercontrol.Thecontrolprocedureincludesthesmoothfunctionaldiagram(SFC),trapezoidalchart(LAD),instructionlist(STL).WhatsimulationtestwithisS7-200sinicizesversion'ssimulationsoftwaretocarryonthesimulation,passedthroughfinallydebugsmanytimeshasrealizedthecompletedesignrequirementswhichweneeded.
Keywords:
PLCS7-200,street-trafficcontrollights,smoothfunctionaldiagram,trapezoidalchart,automaticcontrol
目录
第一章PLC的特点及应用------------------------------------------------------4
1.1概述4
1.2PLC的特点4
1.3PLC的应用4
第二章PLC的结构及原理--------------------------------------------------------5
2.1PLC的分类5
2.2PLC的结构6
2.3PLC的工作原理7
2.4PLC编程语言8
2.5PLC的基本指令9
2.6PLC交通灯毕业设计编程器件12
第三章梯形图的设计与编程方法-----------------------------------------------12
3.1控制要求12
3.2控制时序12
3.3PLC交通灯毕业设计硬件及外围元器件12
3.4I/O分配表..............................................................13
第四章程序设计------------------------------------------------------------14
4.1PLC交通灯毕业设计流程图及梯形图14
4.2软件设计21
第五章毕业论文设计总结------------------------------------------------------22
参考文献--------------------------------------------------------------------22
……………………….
第一章PLC的特点及应用
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的特点
1可靠性高,抗干扰能力强;2通用性高,使用方便3程序设计简单,易学,易懂;4采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便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。
第二章PLC的结构及原理
2.1PLC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。
2.2PLC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
图1-1PLC控制系统示意图
1. PLC的硬件
2.PLC的物理结构
PLC的物理结构:
整体式、模块式
2.1.2CPU模块中的存储器
存储器分类与特点:
RAM、ROM、EPROM、EEPROM
2.1.3I/O模块
1.plc的工作方式
2.2.1用触点和线圈实现逻辑运算
2.2.2PLC的操作模式
RUN模式执行用户程序,“RUN”LED亮。
STOP模式不执行用户程序,可将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。
TERM(终端)模式与通信有关。
CPU模块上的模式开关在RUN位置时,上电自动进入RUN模式。
PC-PLC之间建立起通信连接后,若模式开关在RUN或TERM位置,可用编程软件中的命令改变CPU的工作模式。
2.3PLC的工作原理
中断程序的处理与立即I/O指令可提高响应速度。
外部输入电路接通时,对应的输入映像寄存器为ON(1状态),梯形图中对应的常开触点闭合,常闭触点断开。
梯形图中Q0.0的线圈“通电”,对应的硬件继电器的常开触点闭合,接在标号为0.0的端子的外部负载工作。
2.4PLC编程语言
EC1131-3是国际电工委员会制订的的可编程控制器的编程语言标准,共规定了五种编程语言。
顺序功能图(Sequentialfunctionchart)
梯形图(Ladderdiagram)
功能块图(Functionblockdiagram)
指令表(Instructionlist)
结构文本(structuredtext)
S7-200的编程软件中,用户可以选用梯形图、功能块图和语句表三种编程语言。
(1)顺序功能图
是一种位于其它编程语言之上的图形语言,用来编制顺序控制程序。
它提供了一种组织程序的图形方法,步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元素。
有三种基本结构:
顺序结构(单系列)、选择系列和并行系列。
对目前大多数PLC来说,顺序功能图还仅仅作为组织编程的工具使用,尚需用其它编程语言(如梯形图)将它转化为PLC的可执行程序。
因此,通常只是将顺序功能图作为PLC的辅助编程工具,而不是一种独立的编程语言。
(2)梯形图(LAD)
国内使用最多,是一种图形式的PLC编程语言,它沿用了电气工程师熟悉的继电接触器控制原理图的形式和概念
LAD的编程要点:
LAD由触点、线圈和功能块三元素组成。
由这三元素组成的独立电路称为网络(NETWORK)
网络左右两侧的垂直母线代表电源(S7系列省去右侧母线)。
触点接通,“电流”才能从左至右流经功能块和线圈,产生相应的操作和动作。
功能块设有EN和ENO端,只有“电流”流进EN端功能块才能执行相关的操作,仅当操作无误“电流”才会流出ENO端,导致后续的动作或操作。
逻辑运算从左至右执行,各网络从上到下执行。
(3)功能块图(FBD)
一种类似于数字逻辑门电路的编程语言,有数字电路基础的人很容易掌握。
该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系,方框的左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入、输出端的小圆圈表示“非”运算,方框用“导线”连接在一起,信号自左向右流动。
西门子公司的“LOG0”系列微型可编程序控制器就使用功能块图编程语言。
(4)指令表程序
指令是程序的最小独立单位,用户程序是由若干条顺序排列的指令构成的。
一条指令由一个操作码和一个操作数组成,操作数由标识符和参数组成。
操作码定义要执行的功能,它告诉CPU该执行什么操作;操作数为执行该操作所需要的信息,它告诉CPU用什么去做。
一般情况下,指令的操作数在PLC的存贮器中。
(5)结构文本
是为国际标准IEC61131-3标准创建的一种专用的高级语言。
与梯形图相比,它能实现复杂的数学运算,编写程序非常简洁和紧凑S7-200的三种编程语言按照格式编写,则可以进行相互转换。
5.2.3程序结构
S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。
1、主程序
主程序OB1是程序的主体,每一个项目都必须并且只能有一个主程序,在主程序中可以调用子程序和中断程序。
主程序通过指令控制整个应用程序的执行,每次CPU扫描都要执行一次主程序。
STEP7MicroWin的程序编辑器可以选择不同的程序。
2、子程序
子程序是一个可选的指令的集合,仅在被其他程序调用时执行。
同一子程序可以在不同的地方被多次调用,使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。
3、中断程序
中断程序是指令的一个可选集合,中断程序不是被主程序调用,它们在中断事件发生时由PLC的操作系统调用。
中断程序用来处理预先规定的中断事件,因为不能预知何时会出现中断事件,所以不允许中断程序改写可能在其它程序中使用的存储器。
2.5PLC的基本指令
1.逻辑指令
LD(Load):
取指令,由常开触点逻辑运算开始
LDN(LoadNot):
取反指令,由常闭触点逻辑运算开始。
=(Out):
线圈驱动指令。
LD、LDN、=指令使用说明:
①LD、LDN指令用于与输入公共线(输入母线)相连的触点,在分支电路块的开始处也要使用LD、LDN指令,与后面的OLD、ALD指令配合完成块电路的编程。
②=指令用于输出继电器、辅助继电器、定时器及计数器等,但不能用于输入继电器。
③并联的=指令可以连续使用任意次。
④在同一程序中不要使用双线圈输出,即同一个元器件在同一程序中只使用一次=指令。
⑤LD、LDN的操作数:
I,Q,M,SM,T、C、V和S。
═指令的操作数为:
Q,M,SM,V,S、T和C也作为输出线圈,但在S7-200PLC中输出时不以使用═指令形式出现(见定时器和计数器指令)操作数:
Q,M,SM,T,C,V和S。
A(And):
与指令,用于单个常开触点串联连接。
AN(AndNot):
与反指令。
用于单个常闭触点串联连接。
A、AN指令的使用:
A、AN指令使用说明:
①A、AN是单个触点串联连接指令,可连续使用。
但在用梯形图编程时会受到打印宽度和屏幕显示的限制,S7-200PLC的编程软件中规定的串联触点使用上限为11个。
②若要串联多个触点组合回路时,须采用后面说明的ALD指令。
③若按正确次序编程,可以反复使用=指令。
④A、AN的操作数:
I,Q,M,SM,T,C,V和S。
2.触点并联指令
O(Or):
或指令。
用于单个常开触点并联连接。
ON(OrNot):
或反指令。
用于单个常闭触点并联连接。
O、ON指令使用说明:
①O、ON指令可作为一个接点的并联连接指令,紧接在LD、LDN指令之后用,即对其前面LD、LDN指令所规定的触点再并联一个触点,可以连续使用。
②若要将两个以上触点的串联回路和其他回路并联时,须采用后面说明的OLD指令。
③O、ON的操作数:
I,Q,M,SM,T,C,V和S。
3.串联电路块的并联指令
OLD(OrLoad):
用于串联电路块的并联连接。
OLD指令使用说明:
①几个串联支路并联连接时,其支路的起点以LD、LDN开始,支路终点用OLD指令。
②如需将多个支路并联,从第二条支路开始,在每一支路后面加OLD指令。
用这种方法编程,对并联支路的个数没有限制。
③OLD指令无操作数。
4.并联电路块的串联指令
ALD(AndLoad):
用于并联电路块的串联连接
ALD指令使用说明:
①分支电路(并联电路块)与前面电路串联连接时,使用ALD指令。
分支的起始点用LD、LDN指令,并联电路块结束后,使用ALD指令与前面电路串联。
②如果有多个并联电路块串联,顺次以ALD指令与前面支路连接,支路数量没有限制。
③ALD指令无操作数。
5.置位与复位指令
置位指令:
从S-bit开始的N个元件置1并保持.
复位指令:
从S-bit开始的N个元件清0并保持
S/R指令使用说明:
①对同一元件可以多次使用S/R指令(与=指令不同)。
②对计数器和定时器复位,计数器和定时器的当前值将被清零。
③N的取值范围为1~255,N可为:
VB,IB,QB,MB,SMB,SB,LB,AC,常数,*VD,*AC,*LD。
一般情况下使用常数。
④S/R指令的操作数为:
I,Q,M,SM,T,C,V,S和L。
6.立即指令
立即指令:
对输入/输出点进行快速直接存取。
作用:
提高PLC对输入/输出过程的响应速度,不受PLC循环扫描工作方式的影响。
特点:
①当用立即指令读取输入点的状态时,对I进行操作,相应的输入映像寄存器中的值并未更新。
②当用立即指令访问输出点时,对Q进行操作,新值同时写到PLC的物理输出点和相应的输出映像寄存器。
其他还有一些指令,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。
由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。
并实时运行。
2.6PLC交通灯毕业设计编程器件
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。
第三章梯形图的设计与编程方法
3.1控制要求
信号灯受启动及停止按钮的控制,当按下启动按钮时,信号灯系统开始工作,并周而复始地循环工作,当按下停止按钮时,系统将停止在初始状态,所有信号灯都熄灭。
3.2控制时序
在十字路口的东西、南北主干道上装设红灯、绿左转、绿直行和黄灯,控制机动车辆和非机动车辆,人行斑马线上装设红、绿灯控制行人。
其控制过程为:
东西南北方向主干道的红灯一直处于点亮状态,提示主干道上左转通行时直行禁止通行,直行通行时左转禁止通行,只有红灯亮时该方向车辆禁止通行。
主干道车辆通行时交通灯信号的变化规律为:
左转绿灯亮15秒后闪烁三次,黄灯亮2秒,然后直行绿灯亮(同时东西方向人行道绿灯亮),15秒后闪烁三次,黄灯亮2秒,然后绿灯全部熄灭,只有红灯亮,车辆禁止通行。
3.3PLC交通灯毕业设计硬件及外围元器件
该系统属于连续循环工作的控制系统,要求系统启动后能够周期性地连续循环工作,故系统中设置两个输入信号分别控制系统的启动和停止。
PLC选用三菱F1—40MR基本单元,I/O接口数为24/16。
分析系统的控制
图二:
I/O接口分配
图三输出时序图
PLC交通灯毕业设计模型
模型可以看出,人行道斑马线上的绿灯状态与直行绿灯信号相同,可用同一个控制信号。
故整个控制系统需设置两个输入接口:
X400接启动输入开关SB1,X401接停止输入开关SB2;再设置九个输出端口分别控制各信号灯。
PLC的I/O接口分配如图二所示。
根据系统的控制模型和控制要求可画出系统中各输出信号的控制时序如图三所示。
第4章程序设计
4.1PLC交通灯毕业设计流程图及梯形图
4.2软件设计
采用步进梯形指令双流程编程实现,应用并联分支结构,其状态转移图如图4所示。
由图可知,我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动,分别运行各自的时序动作,相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合,不会出现差错。
现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理,东西方向工作过程基本相同,在此不再赘述。
当启动按钮SB1按下时,x400接通,左转绿灯亮15秒后闪烁三次,黄灯亮2秒,然后直行绿灯亮(同时东西方向人行道绿灯亮),15秒后闪烁三次,黄灯亮2秒,然后绿灯全部熄灭,只有红灯亮,车辆禁止通行。
状态转到T48循环,当启动按钮开关SB2按下时,运行完成一个周期后系统停止。
第五章PLC交通灯毕业论文设计总结
经过本次课程设计,让我更加深刻的学习和巩固了PLC这门课程,不仅从理论上掌握了课堂上没有学懂的知识,还从实践中拓宽了我的知识面,让我对我们专业的知识有了更加全面的认识,更加清晰的认识到我们专业知识的实用性是如此的强,可以通过平时学的知识自己设计很多有意思的电子产品,不仅能培养我们的兴趣爱好,更对我们今后的发展起到至关重要的作用。
在这次课程设计中遇到了很多问题,也获得了很多意想不到的知识。
在每次突破一个问题后都有种久违的满足感,甚至对每发现一个问题都有种莫名的兴奋。
虽然这次的课程设计整整花了我一个多月的时间,每天从早到晚,头脑中就只有这个设计,甚至屡次因为忙于修改方案,调试程序,想解决问题的方法而忘记吃饭、休息,这种感觉不像高中时段那样被人追着学习,而这是自主的去思考突破,是自身的能动力起了作用。
因此,这次的课程设计很有意义,感谢我们系上的领导为我们精心安排了这次课程设计,让我们在短时间内掌握了很多知识,以及知识以外的许多东西,比如吃苦耐劳的精神、专研问题的韧劲等等,在此特别感谢我们PLC课程的谢汝生老师每天来到教室为我们传授她丰富的知识和经验,感谢谢老师的悉心教导才有了我们的设计取得突破性进展。
参考文献
1.廖常初主编.PLC基础及应用.北京:
机械工业出版社,2004
2.廖常初等.PLC的顺序控制编程方法.工业自动化,(香港),1997
3.廖常初主编.PLC基础及应用.北京:
机械工业出版社,2002
4.廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志,2001
5.廖常初.电机及拖动.高等教育出版社,
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