PLC的交通燈設(shè)計(jì)論文.pdf

上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系畢業(yè)專題報(bào)告 PLC 在路口紅綠燈控制中的應(yīng)用在路口紅綠燈控制中的應(yīng)用 專專業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù)業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù) 班班級(jí)：自動(dòng)級(jí)：自動(dòng) 091091 姓姓名：胡軼昊名：胡軼昊 指導(dǎo)教師：黃俊指導(dǎo)教師：黃俊 完成日期：完成日期：20122012 年年 3 3 月月 2626 日日 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 1 PLC 交通燈設(shè)計(jì)論文交通燈設(shè)計(jì)論文 摘要摘要 本文介紹了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)及分類，PLC 的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，通過分析 PLC 的工作原理及 PLC 的編程語言，并且重點(diǎn)介紹了三菱 F140MR 型 PLC 編程語言 和指令系統(tǒng)，通過對梯形圖程序設(shè)計(jì)方法的分析，主要介紹了兩種順序功能圖轉(zhuǎn)換 為梯形圖的方法，即起保停電路設(shè)計(jì)方法和以轉(zhuǎn)換為中心的設(shè)計(jì)方法。 針對選題十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文采用順序控制設(shè)計(jì)法中并行 序列的順序功能圖設(shè)計(jì)方法，將東西、南北兩個(gè)方向的路燈并行控制，再以轉(zhuǎn)換為 中心的方法將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，最后利用編程器將指令輸入 PLC 中進(jìn)行調(diào) 試，最終實(shí)現(xiàn)交通燈的自動(dòng)控制。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：PLC、自動(dòng)控制、梯形圖、順序功能圖、交通燈控制系統(tǒng) 第一章第一章 概述概述 1.1PLC 的基本概念與基本結(jié)構(gòu)的基本概念與基本結(jié)構(gòu) 1.1.1 PLC 的的基本概念的的基本概念 現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī) 格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng) 必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（Programmable Logic Controller， PLC 正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。 PLC 應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn) 過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC 在其他領(lǐng)域，例如民用和家庭自動(dòng)化的應(yīng)用已得到了 迅速的發(fā)展。它不僅是單機(jī)自動(dòng)化中應(yīng)用最廣的控制設(shè)備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)中也占有不可動(dòng)搖的地位，PLC 應(yīng)用程度之廣、普及程度之高，是其他計(jì)算機(jī)控 制設(shè)備無法比擬的。 國際電工委員會(huì)（IEC）對 PLC 作了如下定義： “可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn) 算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在 其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令、并通過 數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程，可編程序控制器 及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 2 設(shè)計(jì)” 。 由以上定義可以看出， PLC 是一種用程序里改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， 除了各種各樣的控制功能外，還有與其它計(jì)算機(jī)通和信聯(lián)網(wǎng)的功能。 此實(shí)驗(yàn)是以三菱公司的 PLC 為基礎(chǔ)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。 1.1.2 PLC 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 1.PLC 主要由 CPU 模塊、 輸入模塊、 輸出模塊和編程器組成.PLC 的特殊功能模 塊用來完成某些特殊的任務(wù)。 2. I/O 模塊 輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱 I/O 模塊，他們相當(dāng)于人的眼、 耳、鼻、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和 CPU 模塊的橋梁。 PLC 的對外功能，主要是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O 點(diǎn)數(shù)確 定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的 能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入 暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 3. 編程器 編程器是用來生成用戶程序，便用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶 程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入好編輯指令 表程序，因此又叫做指令編輯器。它的體積小，價(jià)格便宜，一般用來給小型的 PLC 編程，或者用與現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)。 4. 電源 PLC 使用 AC 220V 電源或 DC 24V 電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同等 級(jí)的直流電源。小型的 PLC 可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關(guān)） 提供 DC 24V 電源，驅(qū)動(dòng) PLC 負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。 5.PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計(jì)算機(jī)以 及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn) 在幾乎所有的 PLC 新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有 RS-232 接口， 通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。 了解了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，我們在購買程控器時(shí)就有了一個(gè)基本配置的 概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳功能。 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 3 1.2 PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域 1.2.1 PLC 的特點(diǎn)的特點(diǎn) （1） 可靠性高，抗干擾強(qiáng) （2） 功能強(qiáng)大，性價(jià)比高 （3） 編程簡易，現(xiàn)場可修改 （4） 配套齊全，使用方便 （5） 壽命長，體積小，能耗低 （6） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便 1.2.2 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到很多工業(yè)部門，隨著其性能價(jià)格的不斷提高，PLC 的應(yīng) 用范圍不斷擴(kuò)大，主要由一下幾個(gè)方面： （1）數(shù)字量邏輯控制 （2）運(yùn)動(dòng)控制 （3）閉環(huán)過程控制 （4）數(shù)據(jù)處理 （5）聯(lián)網(wǎng)通信 第二章第二章 基于基于 PLC 十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)選題及設(shè)計(jì)選題及 PLC 控制過程控制過程 在十字路口的東西、南北主干道上裝設(shè)紅燈、綠左轉(zhuǎn)、綠直行和黃燈，控制機(jī) 動(dòng)車輛和非機(jī)動(dòng)車輛，人行斑馬線上裝設(shè)紅、綠燈控制行人。 其控制過程為： 東西南北方向主干道的紅燈 一直處于點(diǎn)亮狀態(tài)， 提示主干道上左轉(zhuǎn)通行時(shí)直 行禁止通行， 直行通行時(shí)左轉(zhuǎn)禁止通行， 只有紅 燈亮?xí)r該方向車輛禁止通行。 主干道車輛通行時(shí) 交通燈信號(hào)的變化規(guī)律為：左轉(zhuǎn)綠燈亮 15 秒后 閃爍三次，黃燈亮 2 秒，然后直行綠燈亮（同時(shí) 東西方向人行道綠燈亮） ，15 秒后閃爍三次，黃 燈亮 2 秒，然后綠燈全部熄滅，只有紅燈亮，車 輛禁止通行。 該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)工作的控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動(dòng)后能夠周期性地連續(xù)循環(huán) 工作，故系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)輸入信號(hào)分別控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。PLC 選用三菱 F1 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 4 40MR 基本單元，I/O 接口數(shù)為 24/16。 分析系統(tǒng)的控制模型可以看出，人行道斑馬線上的綠燈狀態(tài)與直行綠燈信號(hào)相 同，可用同一個(gè)控制信號(hào)。故整個(gè)控制系統(tǒng)需設(shè)置兩個(gè)輸入接口：X400 接啟動(dòng)輸入 開關(guān) SB1， X401 接停止輸入開關(guān) SB2； 再設(shè)置九個(gè)輸出端口分別控制各信號(hào)燈。 PLC 的 I/O 接口分配如圖二所示。根據(jù)系統(tǒng)的控制模型和控制要求可畫出系統(tǒng)中各輸出 信號(hào)的控制時(shí)序如圖三所示。 2.2 以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖的設(shè)計(jì)以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖的設(shè)計(jì) 在順序功能圖中，如果某一轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步都是活動(dòng)步并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換 條件，則轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。 在以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，將改轉(zhuǎn)換所有前級(jí)步對應(yīng)的存儲(chǔ)器位的常開觸 點(diǎn)與轉(zhuǎn)換對應(yīng)的觸點(diǎn)或電路串聯(lián)，該串聯(lián)電路即為起保停電路的啟動(dòng)電路，用它作 為使所有后續(xù)步對應(yīng)的存儲(chǔ)器位置位，和所有前級(jí)步對應(yīng)的前級(jí)步對應(yīng)的存儲(chǔ)器位 復(fù)位。根據(jù)順序控制的順序功能圖得到如下以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖： 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 5 2.3 交通燈控制系統(tǒng)的編程指令交通燈控制系統(tǒng)的編程指令 PLC的指令是一種與微機(jī)的匯編語言中的指令相似的助記符表達(dá)式，但是小型 PLC的指令系統(tǒng)比匯編語言的簡單得多， 有的PLC的指令系統(tǒng)僅有20來?xiàng)l指令。 指令 表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設(shè)計(jì)時(shí)一般使用梯形圖語 言。如果使用圖形編程器，可以直接將梯形圖送入PLC，并在顯示器上顯示出來。 如果使用簡易編程器，則必須將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表后再送入PLC，這種轉(zhuǎn)換的規(guī) 則是很簡單的。在用戶存貯器中，指令按步序號(hào)順序排列。 根據(jù)以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖可以得其指令表如下： 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 6 地址指令變量115ORM211 1LDX400116OUTY430 2ORM100117LDM201 3ANIX401118ORM203 4OUTM100119OUTY431 5LDM71120LDM205 6SM200121ORM207 7LDM211122OUTY432 8ANDM222123LDM204 9ANDT550124ORM210 10ANDT51125OUTY433 11SM200126LDM201 12RM211127ORM202 13RM222128ORM203 14LDM200129ORM204 15ANDM100130ORM210 16SM201131ORM211 17SM212132OUTY434 18RM200133LDM213 19LDM201134ORM215 20ANDT450135OUTY531 21SM202136LDM217 22RM201137ORM221 23LDM203138OUTY532 24ANDT452139LDM216 25ANIC460140ORM222 26SM202141OUTY533 27RM203142LDM212 28LDM202143ORM213 29ANDT451144ORM214 30SM203145ORM215 31RM202146ORM216 32LDM203147ORM222 33ANDT452148OUTY434 34ANDC460149LDM201 35SM204150OUTT450 36RM203151K15 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 7 37LDM204152LDM202 38ANDT453153OUTT451 39SM205154K0.5 40RM204155LDM203 41LDM205156OUTT452 42ANDT454157K0.5 43SM206158LDM204 44RM205159OUTT453 45LDM207160K2 46ANDT456161LDM205 47ANIC461162OUTT454 48SM206163K15 49RM207164LDM206 50LDM206165OUTT455 51ANDT455166K0.5 52SM207167LDM207 53RM206168OUTT456 54LDM207169K0.5 55ANDT456170LDM207 56ANDC461171OUTT456 57SM210172K0.5 58RM207173LDM210 59LDM210174OUTT457 60ANDT457175K2 61SM211176LDM211 62RM210177OUTT550 63LDM212178K40 64ANDT551179LDM212 65SM213180OUTT551 66RM212181K40 67LDM213182LDM213 68ANDT552183OUTT552 69SM214184K15 70RM213185LDM214 71LDM215186OUTT553 72ANDT554187K0.5 73ANIC462188LDM215 74SM214189OUTT454 75RM215190K0.5 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 8 76LDM214191LDM216 77ANDT553192OUTT555 78SM215193K2 79RM214194LDM217 80LDM215195OUTT556 81ANDT554196K15 82ANDC462197LDM220 83SM216198OUTT557 84RM215199K0.5 85LDM216200LDM221 86ANDT555201OUTT50 87SM217202K0.5 88RM216203LDM222 89LDM217204OUTT51 90ANDT556205K2 91SM220206LDM204 92RM217207ORM71 93LDM211208RSTC460 94ANDT550209LDM203 95ANIC463210OUTC460 96SM220211K3 97RM221212LDM210 98LDM220213ORM71 99ANDT557214RSTC461 100SM221215LDM207 101RM220216OUTC461 102LDM221217K3 103ANDT50218LDM216 104ANDC463219ORM71 105SM222220RSTC462 106RM221221K3 107LDM201222LDM222 108ORM202223ORM71 109ORM203224RSTC463 110ORM204225LDM221 111ORM205226OUTC463 112ORM206227K3 113ORM207228END 114ORM210 上海海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)專題 9 2.4 程序調(diào)試程序調(diào)試 2.4.1 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中注意的問題在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中注意的問題 （1）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要注意寄存器、定時(shí)器等元件的編號(hào)是按八進(jìn)制進(jìn)行的，在 寫某一步時(shí)，如果出現(xiàn) M208、M209、T458 等書寫時(shí)，是一定要避免的。 （2）在計(jì)數(shù)器的使用時(shí)，一定要設(shè)置計(jì)數(shù)器的初始化復(fù)位，并在計(jì)數(shù)器使用完 畢后一步使其復(fù)位，否則將不能使用設(shè)置好的計(jì)數(shù)器，或者不能按設(shè)置要求來進(jìn)行 計(jì)數(shù)。 2.4.2 程序調(diào)試中遇到的問題及解決方法程序調(diào)試中遇到的問題及解決方法 問題（1） ：輸完指令后執(zhí)行程序，設(shè)置好控制輸出的燈沒有完全亮。 分析：說明控制該燈的步不正確或是死步。 解決方案：檢查梯形圖，發(fā)現(xiàn)東西方向的輸出未寫入梯形圖，修改梯形圖并轉(zhuǎn) 換為指令，插入到程序中，再運(yùn)行程序，所有設(shè)置輸出均正常。 問題（2）交通燈未出現(xiàn)閃爍，并且未進(jìn)入到下一步狀態(tài) 分析：說明控制該步轉(zhuǎn)換條件的定時(shí)器有問題，是根據(jù)西門子的定時(shí)器來設(shè)計(jì) 的，可能會(huì)有區(qū)別。 解決方案：查看三菱 PLC 參考資料，發(fā)現(xiàn)其定時(shí)器的使用與西門子的設(shè)置有區(qū) 別，在三菱 PLC 中，定時(shí)器的設(shè)置雖是 0.1999 秒定時(shí)器，但可以輸入 0.5 秒，設(shè) 置值 K 就是定時(shí)時(shí)間，而西門子的定時(shí)器如果是 100ms 的定時(shí)器則設(shè)置值 K 為 5 即為 0.5 秒，檢查指令表，修改 K 值，插入到程序中，再運(yùn)行程序，所有設(shè)置輸出 均正常,程序運(yùn)