西門子PLC交通燈設(shè)計

1、目錄1 引言41.1 PLC概述41.2 PLC的功能41.3 PLC的工作原理和結(jié)構(gòu)51.3.1 PLC的工作原理：51.3.2 結(jié)構(gòu)：51.4 PLC的硬件介紹和選型51.5 西門子S7-200系列PLC的基本指令81.5.1 邏輯取及輸出線圈指令（LD、LDI、OUT）8 單個觸點串聯(lián)指令（AND、ANI）91.5.3 S7-200系列PLC的定時器指令101.6 西門子S7-200系列的編程軟件111.6.1 編程準(zhǔn)備111.6.2 程序的調(diào)試和監(jiān)控122 交通燈控制要求132.1 路況示意圖132.2 工作要求和過程132.3 根據(jù)交通燈示意圖模擬控制實驗143 交通燈控制的設(shè)計14

2、3.1 順序圖143.2 I/O分配及接線圖153.3 編制程序173.4 交通燈時序波形圖213.5 PLC系統(tǒng)調(diào)試214 致謝225 參考文獻221.5 西門子S7-200系列PLC的基本指令1.5.1 邏輯取及輸出線圈指令（LD、LDI、OUT）（一）指令用法LD：取指令，用于常開觸點與母線連接。LDI：取反指令，用于常閉觸點與母線連接。OUT：線圈驅(qū)動指令，用于將邏輯運算的結(jié)果驅(qū)動一個指定線圈。（二）指令用法說明（1）LD、LDI指令用于將觸點接到母線上，操作目標(biāo)元件為X、Y、M、T、C、S。LD、LDI指令還可與AND、ORB指令配合，用于分支回路的起點。（2）OUT指令的目標(biāo)元件為

3、Y、M、T、C、S和功能指令線圈。（3）OUT指令可以連續(xù)使用若干次，相當(dāng)于線圈并聯(lián)。1.5.2 單個觸點串聯(lián)指令（AND、ANI）1.指令用法AND：與指令。用于單個觸點的串聯(lián)，完成邏輯“與”運算，助記符號為AND*，*為觸點地址。ANI：與反指令。用于常閉觸點的串聯(lián)，完成邏輯“與非”運算，助記符號為ANI*，*為觸點地址。2.指令用法說明（1）AND、ANI指令均用于單個觸點的串聯(lián)，串聯(lián)觸點數(shù)目沒有限制。該指令可以重復(fù)多次使用。指令的目標(biāo)元件為X、Y、M、T、C、S。（2）OUT指令后，通過觸點對其他線圈使用OUT指令稱為縱接輸出。（3）串聯(lián)觸點的數(shù)目和縱接的次數(shù)雖然沒有限制，但由于圖形編

4、程器和打印機功能有限制，因此盡量做到一行不超過10個觸點和1個線圈，連續(xù)輸出總共不超過24行。（4）串聯(lián)和并聯(lián)指令是用來描述單個觸點與其他觸點或觸點組成的電路連接關(guān)系的。指令名稱指令符功能操作數(shù)取LD bit讀入邏輯行或電路塊的第一個常開接點Bit：I，Q，M，SM，T，C，V，S取反LDN bit讀入邏輯行或電路塊的第一個常閉接點與A bit串聯(lián)一個常開接點與非AN bit串聯(lián)一個常閉接點或O bit并聯(lián)一個常開接點或非ON bit并聯(lián)一個常閉接點電路塊與ALD串聯(lián)一個電路塊無電路塊或OLD并聯(lián)一個電路塊輸出= bit輸出邏輯行的運算結(jié)果Bit：Q，M，SM，T，C，V，S置位S bit，N

5、置繼電器狀態(tài)為接通Bit：Q，M，SM，V，S復(fù)位R bit，N使繼電器復(fù)位為斷開表 S7-200系列的基本邏輯指令1.5.3 S7-200系列PLC的定時器指令 類型、編號及分辨率1.TON接通延時 2.TONR有記憶接通延時 3.TOF斷開延時3種分辨率（時基）：1ms、10ms、100ms分別對應(yīng)不同的定時器號 定時器6個要素： 指令格式（時基、編號等） 預(yù)置值PT 使能IN 復(fù)位3種定時器不同 當(dāng)前值Txxx 定時器狀態(tài)（位）可由觸點顯示 定時值=時基×預(yù)置值PT。由于定時器的計時間隔與程序的掃描周期并不同步，定時器可能在其時基（1ms、10ms、100ms）內(nèi)任何時間啟動，

6、所以，未避免計時時間丟失，一般要求設(shè)置PT預(yù)置值必須大于最小需要的時間間隔。例如：使用10ms時基定時器實現(xiàn)140ms延時（時間間隔），則PT應(yīng)設(shè)置為15（10ms×15=150ms）梯形圖LAD語句表功能操作碼操作數(shù)IN TONPTTxxxTONTxxx PT使能1計數(shù)，計數(shù)到設(shè)定值時（一直計數(shù)到32767），定時器位1。使能0復(fù)位（定時器位0）。一般用于單一時間間隔的定時IN TOFPTTxxxTOFTxxx PT使能1，定時器位1，計數(shù)器復(fù)位（清零）。使能由1到0負(fù)跳變，計數(shù)器開始計數(shù)，到設(shè)定值時（停止計數(shù)），定時器位0。IN TONRPTTxxxTONRTxxx PT使能1，

7、計數(shù)器開始計數(shù)，計數(shù)到設(shè)定值時，計數(shù)器位1。使能斷開，計數(shù)器停止計數(shù)，計數(shù)器位仍為1，使能位再為1時，計數(shù)器在原來的計數(shù)基礎(chǔ)上計數(shù)。 S7-200的定時器指令以上三種計數(shù)器可以通過復(fù)位指令復(fù)位。1.6 西門子S7-200系列的編程軟件1.6.1 編程準(zhǔn)備（一）. 指令集和編輯器的選擇寫程序之前，用戶必須選擇指令集和編輯器。在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3兩種。SIMATIC是專為S7-200PLC設(shè)計的，專用性強，采用SIMATIC指令編寫的程序執(zhí)行時間短，可以使用LAD、STL、FBD三種編輯器。IEC1131-3指令集是按國際電工委員會（IEC）PL

8、C編程標(biāo)準(zhǔn)提供的指令系統(tǒng)，作為不同PLC廠商的指令標(biāo)準(zhǔn)，集中指令較少。有些SIMATIC所包含的指令，在IEC 1131-3中不是標(biāo)準(zhǔn)指令。IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)指令集適用于不同廠家PLC，可以使用LAD和FBD兩種編輯器。本教材主要用SIMATIC編程模式。1單命令“工具”“選項” “一般”標(biāo)簽“編程模式” 選SIMATIC。程序編輯器有LAD、STL、FBD三種。本論文主要用LAD和STL。2擇編輯器的方法如下：用菜單命令“檢視” LAD或STL?；蛘卟藛蚊睢肮ぞ摺薄斑x項” “一般”標(biāo)簽“默認(rèn)編輯器”。（二）根據(jù)PLC類型進行參數(shù)檢查在PLC和運行STEP7-Micro/WIN的PC連線

9、后，在建立通信或編輯通信設(shè)置以前，應(yīng)根據(jù)PLC的類型進行范圍檢查。必須保證STEP7-Micro/WIN中PLC類型選擇與實際PLC類型相符。方法如下：1菜單命令“PLC”“類型” “讀取PLC”。2在指令樹“項目”名稱“類型” “讀取PLC”1.6.2 程序的調(diào)試和監(jiān)控在運行STEP 7-Micro/WIN 32編程設(shè)備和PLC之間建立通信并向PLC下載程序后，便可運行程序，收集狀態(tài)進行監(jiān)控和調(diào)試程序。（一）選擇工作方式PLC有運行和停止兩種工作方式。在不同的工作方式下，PLC進行調(diào)試的操作方法不同。 單擊工具欄中的“運行”按鈕或“停止”按鈕可以進入相應(yīng)的工作方式.（1）選擇STOP工作方式

10、在STOP（停止）工作方式中，可以創(chuàng)建和編輯程序，PLC處于半空閑狀態(tài)：停止用戶程序執(zhí)行；執(zhí)行輸入更新；用戶中斷條件被禁用。PLC操作系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控PLC，將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給STEP 7-Micro/WIN 32，并執(zhí)行所有的“強制”或“取消強制”命令。當(dāng)PLC位于STOP（停止）工作方式可以進行下列操作：1 使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)檢視操作數(shù)的當(dāng)前值。（因為程序未執(zhí)行，這一步驟等同于執(zhí)行“單次讀取”）2 可以使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強制數(shù)值。使用圖狀態(tài)寫入數(shù)值。3 寫入或強制輸出。4 執(zhí)行有限次掃描，并通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)觀察結(jié)果。（2） 選擇運行工作方式當(dāng)PLC位于RUN（運行）工作方式時，不能使用“

11、首次掃描”或“多次掃描”功能?？梢栽跔顟B(tài)圖表中寫入和強制數(shù)值，或使用LAD或FBD程序編輯器強制數(shù)值，方法與在STOP（停止）工作方式中強制數(shù)值相同。還可以執(zhí)行下列操作（不能在STOP工作方式使用）：1 使用圖狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。如果希望使用單次更新，圖狀態(tài)必須關(guān)閉，才能使用“單次讀取”命令。2 使用程序狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。3 使用RUN工作方式中的“程序編輯”編輯程序，并將改動下載至PLC。2 交通燈控制要求2.1 路況示意圖 北 西 東 南2.2 工作要求和過程主要程序要求如下：信號燈受啟動開關(guān)控制。當(dāng)啟動開關(guān)接同時，信號燈系統(tǒng)開始工作，先南、北紅燈亮，在東、西綠燈

12、亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。（1）南、北綠燈和東、西綠燈不能同時亮，如果同時亮則應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立刻報警。（2）南、北紅燈亮維持25s，在南、北紅燈亮的同時東.西燈也亮，并維持20s，到20s時，東、西綠燈閃亮，閃亮3s 后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東.西黃燈亮，并維持2s。到2s時，東、西黃燈熄滅，東、西紅燈亮。同時，南、北紅燈熄滅，綠燈亮。（3）東、西紅燈亮維持30s，南、北綠燈亮維持25s，然后閃亮3s后熄滅，同時南、北黃燈亮，維持2s后熄滅，這時南、北紅燈亮，東、西綠燈亮。（4）上述動作循環(huán)進行。注意：要求南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，否則關(guān)閉系統(tǒng)，并立刻報警。2.3 根

13、據(jù)交通燈示意圖模擬控制實驗在PLC交通燈模擬模塊中，東西南北都有3個控制信號燈，他們分別是： 1， 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色） 2， 允許通行 （亮?xí)r為綠色） 3， 準(zhǔn)備禁止通行 （亮?xí)r為黃色）所以結(jié)合交通燈實際情況可以設(shè)計交通燈模擬控制實驗：當(dāng)交通系統(tǒng)起動開關(guān)接通時按照工作要求南北向和東西向均設(shè)有紅燈25秒，綠燈20秒，綠燈閃亮3秒和黃燈2秒。當(dāng)東西方向的紅燈點亮?xí)r，南北方向應(yīng)該依次點亮綠燈，綠燈閃亮，然后黃燈點亮。反之，當(dāng)南北方向的紅燈點亮?xí)r，東西方向應(yīng)該依次點亮綠燈，綠燈閃亮，然后黃燈點亮。當(dāng)起動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。3 交通燈控制的設(shè)計3.1 順序圖根據(jù)第二章交通燈的控制要求可

14、以畫出順序功能圖設(shè)啟動按鈕用I0.0表示, 6個工作狀態(tài)分別用順序控制繼電器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分別用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定時器.當(dāng)I0.0啟動按鈕得電時,將激活S0.0,進入第一步狀態(tài),在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈亮,同時啟動定時器T1, T1定時時間到時,轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.0激活S0.1進入下一個工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈閃.同時啟動定時器T2, T2定時時間到時,轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.1激活S0.2進入下一個工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西黃燈亮,依次激活S0.3,S0.4.S0.5,當(dāng)定時器T6時

15、間到時再次激活S0.0,不斷循環(huán)執(zhí)行.順序功能圖如圖3.1所示南北紅燈亮東西綠燈閃南北紅燈亮東西綠燈亮南北紅燈亮東西黃燈亮東西紅燈亮南北綠燈亮東西紅燈亮南北綠燈閃東西紅燈亮南北黃燈亮原始狀態(tài)S0.0S0.1S0.5S0.2S0.3S0.4南北綠燈亮東西綠燈亮報警并使I0.0失電I0.0T0T1T2T3T4T5交通燈順序功能圖3.2 I/O分配及接線圖硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計了解各個對象的控制要求,分析對象的控制要求,確定輸入/輸出(I/O)接口的數(shù)量,確定所控制參數(shù)的精度及類型.如對開關(guān)量,模擬量的控制,用戶存儲器的存儲容量等.選擇合適的PLC機型及外設(shè),完成PLC的硬件結(jié)構(gòu)配置. 根據(jù)上述選型及工作要求

16、,繪制PLC控制交通燈的電路接線圖,編制I/O接口功能表,根據(jù)信號控制要求,I/O分配及其接線分別如圖3.2（1），（2）所示所謂輸入/輸出接口電路是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件，各輸入輸出點的通斷態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，外部接線一般接在PLC的接線端子上。下面先跟據(jù)輸入/輸出接口的數(shù)量編制出輸入輸出分配表：I/O分配表輸入輸出機內(nèi)器件報警燈 Q0.0T37 南北紅燈 25S啟動開關(guān)I0.0南北紅燈Q0.1T38 東西紅燈 25S南北綠燈Q0.2T39 東西綠燈 20S南北黃燈Q0.3T40 東西綠燈閃 3S停止開關(guān)I0.1東西紅燈Q0.4T41 東西黃燈 2S東西綠燈Q

17、0.5T42 南北綠燈 20S東西黃燈Q0.6T43 南北綠燈閃 3ST44 南北黃燈 2ST37I0.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2I0.1 1L Q0.31M Q0.4 Q0.52L GND+24V L1 NSB1SB2220VPLC交通燈外部分配及接線圖3.3 編制程序根據(jù)上述I/O分配表編制出程序如下：T38I0.0Q0.0IN TONPT 100ms250ssT38T37IN TONPT 100ms250sT39T37I0.0Q0.0IN TONPT 100ms200sSsST40T39IN TONPT 100ms30T41T40IN TONPT 100ms20T42T37IN T

18、ONPT 100ms200T43T423020T44T43IN TONPT 100msIN TONPT 100msQ0.1I0.0Q0.0T37 Q0.4T37 Q0.2T39Q0.1 T40T40 <=I10>=I1T40T40<=I30>=I20T41Q0.3T40T42Q0.5T42Q0.4 T43T43<=I10>=I1T43T43<=I30>=I20Q0.6T44T43 Q0.0Q0.5Q0.2指令表如下LDI0.0TONT38, 250ANQ0.0LDNQ0.0ANT38AI0.0TONT37, 250AT37LDT37TONT39, 200LDT39LDT40TONT40, 30ANT41LDT40=Q0.3TONT41, 20LDQ0.4LDT37ANT42TONT42, 200=Q0.5LDT42LDT43 >=I,I=1TONT43, 30AT43 <=I,I=10LDT43=Q0.5TONT44, 20LDT43 >=I,I=20LDNT37AT43 <=I,I=3