杨江电器控制与PLC 结课论文.docx

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杨江电器控制与PLC结课论文

电器控制与PLC结课论文

（西门子S7-300机型）

《交通信号灯控制》

学号5011213316

所属学院信息工程学院

专业计算机科学与技术

班级17-3班

学生姓名杨江

塔里木大学制

目录

引言2

一、PLC的产生4

二、PLC的结构4

（一）中央处理单元（CPU）4

（二）存储器5

（三）电源5

（四）I/O模块5

三、PLC的编程5

3.1基本指令系统特点5

3.2图形式指令结构6

3.21“逻辑与”和“逻辑或”的嵌套表达式。

6

四、交通信号灯控制系统设计6

4.1系统工作时的要求7

4.2状态转移图8

4.3硬件图8

4.4交通灯程序梯形图9

五、仿真14

六、小结15

引言

城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。

交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。

目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。

根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口4相位交通灯为例，把PLC作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。

通过实验保证了系统运行稳定可靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。

关键字：

可编程PLC交通智能控制

一、PLC的产生

PLC是可编程序控制器的简称,它是一种数字运算电子系统，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。

它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程的自动控制中。

PLC是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。

二、PLC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相同：

（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。

（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。

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。

（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。

（三）电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的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。

三、PLC的编程

3.1基本指令系统特点

PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。

3.2图形式指令结构

程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。

系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。

3.21“逻辑与”和“逻辑或”的嵌套表达式。

1.当控制逻辑是串联和并联的复杂组合时，CPU的扫描顺序是先“与”后“或”先串联后并联的特点是触点组先串联，再将整个触点组和其他触点组并联。

先并联后串联的特点与先串联后并联的次序正好相反。

2..加法运算指令

四、交通信号灯控制系统设计

城市交通道路十字路口是靠交通信号指挥灯来维持交通秩序，在每个方向上都有红、黄、绿三种指挥灯，信号灯受一个启动开关控制。

当按下一个启动按钮，信号系统开始工作，直到按下停止开关，系统停止工作。

某城市路口交通信号图

4.1系统工作时的要求

1、南北方向绿灯和东西方向绿灯不能同时亮，如果同时亮就立即关闭系统和发出警报信号。

2,。

南北红灯维持25s，同时都东西绿灯也亮，持续20s，到20s时，东西绿灯开始亮，亮3s后灭。

然后东西黄灯亮维持2s后灭，东西红灯亮，与此同时，南北红灯灭，绿灯亮。

3.东西红灯亮30s，同时南北绿灯亮25s,闪亮3s灭，接着南北黄灯维持2s灭，

同时南北红灯亮，东西绿灯也亮。

4.两个方向的信号灯，按上面要求周而复始的工作。

4.2状态转移图

4.3硬件图

机架：

S300

4.4交通灯程序梯形图

五、仿真

（1）常规检查。

在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查（包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等），避免损坏PLC块（用STEP7的诊断程序对所有模块进行检查）。

（2）系统调试。

系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。

其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，采用

STEP7能对用户编制程序进行自动诊断处理，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。

而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。

在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随时发现问题、随时解决问题，从

而使系统逐步完善。

因此，一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。

（3）在线调试设备开停时，必须先调试空开关的运行情况；如果设备设有运行监视开关，则可把监视开关强制为"正式运行时，撤销强制）

。

调试单台设备时可针对性地建立该设备的变量表，对该设备及其与该设备相关的变量进行实时监视。

这样既可判断逻辑操作是否正确，对模拟量的变化也可一目了然。

比如调试电动执行器时，可建立一变量表，对执行器的位置信号、限位信号、过力矩信

号及输出命令信号等进行实时监视，便可非常直观地观测执行器的动作情况。

（4）S7-300 PLC

模拟量模块可通过变换信号类型卡支持各种类型信号。

当改

造老生产工艺线时，不可避免地会遇到多类信号。

因此，设计时最好不把几种信号接到同一模块；同时必须先组态好模块，再接信号线，检查无误后送电。

此外，应避免两线制与四线制信号、电流与电压信号的混接，以免烧坏模块。

六、小结

PLC课程结束了，在这段时间里，经过老师、同学对我的指导，我受益匪浅，学习了不少关于PLC方面的知识。

我更加了解了关于PLC设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。

课程设计是一种实践性的学习，在这次实践中我们懂得了PLC这门课不单是纸上的一段程序指令，把它放到工程中去，它能控制一项复杂巨大的工程，虽然只是一个小小的指令，手指轻轻一点，工程就能有序地进行。

这次课程设计让我们学会应用自己所学的基础知识，加上一定地程序改进就可以运行，大大增加我们学习PLC的兴趣，让我们在实践中的到一些学会知识的满足与成就感！

在本次学习中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。

我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这次学习会使我们受益匪浅。

非常感谢丛申老师孜孜不倦的教诲，教授我们知识,让我从中学到了很多东西。