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南京工程學院畢業(yè)論文專業(yè):機電一體化班級:高機電(2)班姓名:指導老師:論文名稱:PLC控制交通燈日期:摘要PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計,可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為,可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一,PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應性強的特性,同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制,特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應用于交通燈系統(tǒng)中。同時,PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現(xiàn)科學化管理.關鍵詞:交通燈PLC程序設計目錄摘要 II第1章前言 11.1課題背景 11.2研究目的和意義 11.3本文的主要工作 2第2章可編程程序控制器(PLC) 32.1PLC概述 32.1.1PLC的發(fā)展歷程 32.1.2PLC的發(fā)展趨勢 42.1.3PLC的應用 52.2PLC的硬件結構 62.3PLC的工作原理 72.4本章小結 8第三章梯形圖的設計與編程方法 93.1控制要求 93.2控制時序 93.3PLC交通燈畢業(yè)論文硬件及外圍元器件 104.1梯形圖 114.3軟件設計 16第五章設計總結 16謝辭 17參考文獻 18PAGEPAGEI-PAGEI- 第1章前言1.1課題背景1858年,在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅,藍兩色的機械扳手式信號燈,用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年,英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上,安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成,紅色表示“停止”,綠色表示“注意”。1869年1月2日,煤氣燈爆炸,使警察受傷,遂被取消。1914年,電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成,安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”,綠燈亮表示“通行”。1918年,又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈,一種是把壓力探測器安在地下,車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈;另一種是用擴音器來啟動紅綠燈,司機遇紅燈時按一下嗽叭,就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時,它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間,推遲汽車放行,以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn),使交通得以有效管制,對于疏導交通流量、提高道路通行能力,減少交通事故有明顯效果。1968年,聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號,面對綠燈的車輛可以直行,左轉彎和右轉彎,除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號,面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號,面對黃燈的車輛不能越過停車線,但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。1.2研究目的和意義在十字路口設置交通燈可以對交通進行有效的疏通,并為交通參與者的安全提供了強有力的保障。但是隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展,原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng),使其適應現(xiàn)在的交通狀況,成為研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈,通常的做法是:事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查,運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而,實際上車輛流量的變化往往是不確定的,有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、較適用的方案,仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象:綠燈方向幾乎沒有什么車輛,而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的,統(tǒng)計的方法已不能適應迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀,更為現(xiàn)實的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應控制的交通燈。目前,大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉換時間間隔的控制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復雜的、隨機的和不確定的,采用固定時間的控制方法,經(jīng)常造成道路有效利用時間的浪費,出現(xiàn)空等現(xiàn)象,影響了道路的暢通。為此,采用不依賴數(shù)學模型的模糊控制方法設計交通燈控制器,能較好地解決這個問題。另外隨著眾多高科技技術在日常生活的普遍應用,城市空中各種電磁干擾日益嚴重,為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定,選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。隨著科學技術的日新月異,自動化程度要求越來越高,原有的交通燈裝置遠遠不能滿足當前高度自動化的需要??删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)集成自動控制技術、計量技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產(chǎn)品;充分利用計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點,采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計,配置靈活、組態(tài)方便??删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)的特點:①脫機手動工作;②聯(lián)機自動就地工作;③上機控制的單周期運行方式;④由上位機通過串口向下位機送入設定配方參數(shù)實現(xiàn)自動控制;⑤自動啟動、自動停機控制方式。近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高,使得實際應用成為可能。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因:①PLC具有很高的可靠性,通常的平均無故障時間都在30萬小時以上;②編程能力強,可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn);③抗干擾能力強,目前空中各種電磁干擾日益嚴重,為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定,我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC;根據(jù)交通信號燈系統(tǒng)的要求與特點,我們采用了德國西門子公司S7-200型PLC。西門子PLC有小型化、高速度、高性能等特點,是S7-200系列中最高檔次的超小型程序裝置。西門子可編程控制器指令豐富,可以接各種輸出、輸入擴充設備,有豐富的特殊擴展設備,其中的模擬輸入設備和通信設備是系統(tǒng)所必需的,能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控制燈實現(xiàn)控制。1.3本文的主要工作第一章,回顧交通燈的歷史,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,交通管制的要求越來越高,采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機,設計開發(fā)了交通燈控制系統(tǒng),才會滿足穩(wěn)定可靠的交通控制系統(tǒng)需求。第二章,敘述了可編程程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展、應用的歷程,通過論述可編程程序控制器的各種優(yōu)點、卓越性能、結構、原理,有一個感性的總體認識。第三章,結合交通燈控制系統(tǒng)的要求,進行硬件、程序設計,從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設計任務。第四章,通過對系統(tǒng)的調(diào)試和檢測,再進行系統(tǒng)性梳理,將隱藏的不足之處加以修正和完善,確保系統(tǒng)能順利運行。第2章可編程程序控制器(PLC)2.1PLC概述可編程序控制器(ProgrammabieLogicController,縮寫PLC)是以微處理器為基礎,綜合計算機、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置??删幊绦蚩刂破魇请S著技術的進步與現(xiàn)代社會生產(chǎn)方式的轉變,為適應多品種.小批量生產(chǎn)的需要,生產(chǎn).發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC從1969年問世以來,雖然至今還不到40年,但由于其具有通用靈活的控制性能.簡單方便的使用性能,可以適應各種工業(yè)環(huán)境的可靠性,因此在工業(yè)自動化各領域取得了廣泛的應用。有人將它與數(shù)控技術、CAD/CAM技術工業(yè)機械人技術并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術的四大支柱??删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展與應用已有30多年的歷史,現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領域,成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術能力的重要設備和強大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟的發(fā)展,努力發(fā)展可編程序控制器在我國的大規(guī)模應用,形成具有自主知識產(chǎn)權的可編程序控制器技術,應該是廣大技術人員努力的方向。2.1.1PLC的發(fā)展歷程在可編程控制器出現(xiàn)前,在工業(yè)電氣控制領域中,繼電器控制占主導地位,應用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點,特別是其接線復雜、不易更改,對生產(chǎn)工藝變化的適應性差。1968年美國通用汽車公司(G.M)為了適應汽車型號的不斷更新,生產(chǎn)工藝不斷變化的需要,實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn),希望能有一種新型工業(yè)控制器,它能做到盡可能減少重新設計和更換電器控制系統(tǒng)及接線,以降低成本,縮短周期。于是就設想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結合起來,制成一種通用控制裝置,而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程,使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。1969年美國數(shù)字設備公司(DEC)根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求,研制成功了世界上第一臺可編程控制器,并在通用汽車公司的自動裝配線上試用,取得很好的效果。從此這項技術迅速發(fā)展起來。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能,只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)。隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展,20世紀70年代中期微處理器技術應用到PLC中,使PLC不僅具有邏輯控制功能,還增加了算術運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20世紀80年代以后,隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展,16位和32位微處理器應用于PLC中,使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強,同時可靠性提高,功耗、體積減小,成本降低,編程和故障檢測更加靈活方便,而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能,使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個階段:1970—1980年:PLC的結構定型階段。在這一階段,由于PLC剛誕生,各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)(如邏輯電路型、1位機型、通用計算機型、單板機型等),但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結構形成,取得了市場的認可,得以迅速發(fā)展.推廣。PLC的原理、結構、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟,PLC的應用領域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機床、生產(chǎn)線擴展。1980—1990年:PLC的普及階段。在這一階段,PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴大,價格不斷下降,PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格.品種開始系列化,并且形成了固定I/O點型、基本單元加擴展塊型、模塊化結構型這三種延續(xù)至今的基本結構模型。PLC的應用范圍開始向順序控制的全部領域擴展。比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有F.F1.F2小型PLC系列產(chǎn)品,K/A系列中、大型PLC產(chǎn)品等。1990—2000年,PLC的高性能與小型化階段。在這一階段,隨著微電子技術的進步,PLC的功能日益增強,PLC的CPU運算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加,使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā),PLC的應用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。此外,PLC的體積大幅度縮小,出現(xiàn)了各類微型化PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品,AIS/A2US/Q2A系列中,大型PLC系列產(chǎn)品等。2000年至今:PLC的高性能與網(wǎng)絡化階段。在本階段,為了適應信息技術的發(fā)展與工廠自動化的需要,PLC的各種功能不斷進步。一方面,PLC在繼續(xù)提高CPU運算速度,位數(shù)的同時,開發(fā)了適用于過程控制,運動控制的特殊功能與模塊,使PLC的應用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領域。與此同時,PLC的網(wǎng)絡與通信功能得到迅速發(fā)展,PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設備,還可以通過各種總線構成網(wǎng)絡,為工廠自動化奠定了基礎。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品(包括最新的FX3u系列產(chǎn)品),Qn,QnPH系列中,大型PLC系列產(chǎn)品等。2.1.2PLC的發(fā)展趨勢從當前產(chǎn)品技術性能來看,PLC發(fā)展趨勢仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。①體積小型化。電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術發(fā)展的必然結果?,F(xiàn)代PLC無論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結構都已經(jīng)與早期的PLC有了很大的不同,PLC體積被大幅度縮小。②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能與I/O性能兩大方面??删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展狀況如下:(1)我國可編程序控制器的發(fā)展與國際上的發(fā)展有所不同,國際上可編程序控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應用,而我國則是從成套設備引進、可編程序控制器引進應用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛應用。大致可劃分為下述三個階段:①可編程序控制器的初級認識階段(70年代后期到80年代初期)國際上可編程序控制器的發(fā)展,首先引起了國內(nèi)工程技術界的極大興趣,所以我國對可編程序控制器的認識始于70年代后期到80年代初期的成套設備引進中,當時的上海寶鋼一期工程中有多項工程引進了十幾種機型約200多臺可編程序控制器。這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個鋼鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線上,取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng),并部分取代了模擬量控制和小型DDC系統(tǒng)。繼寶鋼一期工程后,國內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進的設備和生產(chǎn)線大都配備了可編程序控制器,其應用范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等各領域。正是在成套設備引進過程中,我們打開了眼界,了解認識了可編程序控制器,這也促進了可編程序控制器在我國的發(fā)展。②可編程序控制器的引進應用和消化移植階段(80年代初期到90年代初期)80年代初期開始,隨著我國改革開放的不斷深入,在成套設備引進的同時,國外原裝的可編程序控制器開始涌入國內(nèi)市場。許多部門和單位相繼引進可編程序控制器并自己設計組成控制系統(tǒng),其應用范圍也擴大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細化工等工業(yè)領域。③可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段(90年代初期到現(xiàn)在)進入90年代,我國的可編程序控制器進入了廣泛發(fā)展階段,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(2)政府重視可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視,在當時機械電子工業(yè)部的領導下,于1991年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會??删幊绦蚩刂破餍袠I(yè)協(xié)會在政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用,溝通了情況,為做出決策提供了依據(jù)。同時可編程序控制器的標準化工作也受到了有關部門的重視,于1993年成立了可編程序控制器標準化技術委員會,為我國可編程序控制器的進一步發(fā)展打下了基礎。2.1.3PLC的應用1PLC的應用領域PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使得其應用受到限制。但最近十多年來,PLC的應用面越來越廣,其主要原因是:一方面由于微處理器芯片幾有關元件的價格大大下降,使得PLC的成本下降;另一方面PLC的功能大大增強,它也能解決復雜的計算和通信問題。目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC的應用范圍通??煞殖梢韵?種類型:(1)順序控制這是PLC應用最廣泛的領域,也是最適合PLC使用的領域。它用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC應用于單機控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制等。例如:注塑機械、印刷機械、、包裝機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。(2)運動控制PLC制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊,在多數(shù)情況下,PLC把描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模塊,其輸出移動一軸或數(shù)據(jù)到目標位置。每個軸移動時,位置控制模塊保持適當?shù)奈恢煤图铀俣?,確保運動平滑。(3)過程控制PLC還能控制大量的過程參數(shù),例如:溫度、流量、壓力、液位和速度。PID模塊提供了使PLC具有閉環(huán)控制的功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某個變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定植上。(4)數(shù)據(jù)處理在機械加工中,PLC作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于CNC和NC系統(tǒng)中,可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。(5)通信網(wǎng)絡PLC的通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC和其他智能控制設備(如計算機、變頻器、數(shù)控裝置)之間的通信。PLC與其他智能控制設備一起,可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。2PLC在我國的應用

雖然我國在PLC生產(chǎn)方面比較弱,但在PLC應用方面,我國是很活躍的,近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品,年銷售額30多億人民幣,應用的行業(yè)也很廣。

在我國,一般按I/O點數(shù)將PLC分為以下級別(但不絕對,國外分類有些區(qū)別):

微型:32I/O小型:256I/O中型:1024I/O大型:4096I/O巨型:8192I/O

在我國應用的PLC系統(tǒng)中,I/O64點以下PLC銷售額占整個PLC的47%,64點~256點的占31%,合計占整個PLC銷售額的78%。2.2PLC的硬件結構PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結構基本上與微型計算機從結構上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等,這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。其結構如圖2-1所示。中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞,它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器I/O以及警戒定時器的狀態(tài);并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時,首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過命令解釋后,按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi),等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置,如此循環(huán)運行直到停止運行。圖2-1PLC的結構圖2.3PLC的工作原理PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式,即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開,該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作,必須等掃描到該觸點時才會動作??紤]到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上,而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms,因此,PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術。這樣在對于I/O響應要求不高的場合,PLC與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區(qū)別了。當PLC投入運行后,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。1輸入采樣階段在輸入采樣階段,PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內(nèi)。輸入采樣結束后,轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此,如果輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。2用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段,PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算,然后根據(jù)邏輯運算的結果,刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。3輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后,PLC就進入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。PLC的掃描工作過程如圖2-2、圖2-3所示 用戶用戶輸出設備輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器輸出映象寄存器輸出鎖存器輸出端子程序執(zhí)行用戶輸入設備寫讀讀圖2-2PLC的掃描工作過程圖輸入刷新輸入刷新程序執(zhí)行輸出刷新一個掃描周期輸入刷新圖2-3PLC的掃描周期圖2.4本章小結本章介紹的是PLC的產(chǎn)生、發(fā)展及應用,通過這些基礎知識,更好地理解PLC的控制,基于PLC在交通燈控制系統(tǒng)上應用這一范疇,使下一步PLC的程序設計開發(fā)和實際需要有機地融合在一起。第三章梯形圖的設計與編程方法3.1控制要求信號燈受啟動及停止按鈕的控制,當按下啟動按鈕時,信號燈系統(tǒng)開始工作,并周而復始地循環(huán)工作,當按下停止按鈕時,系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài),所有信號燈都熄滅。3.2控制時序交通燈示意圖如圖1所示,在東西南北兩個方向均安裝信號燈,兩個方向各6個燈,分為紅、黃、綠三種顏色。工作時序如圖2所示,假設東西向較忙,綠燈時間是南北向的2倍(40s)。按下起動按鈕后,南北向綠燈亮維持20s,20s后,南北黃燈閃爍3次,計6S,期間,東西向紅燈也亮,并維持26s;26s后,東西方向綠燈亮40s,后東西向黃燈閃爍3次,計6s,期間,南北向紅燈也亮,并維持46so接下去周而復始,直到停止按鈕被按下為止。3.3PLC交通燈畢業(yè)論文硬件及外圍元器件根據(jù)信號燈的控制要求,所有的器件有:三菱FX系列PLC、起動按鈕SB1、停止按鈕SB2、紅黃綠色信號燈各4只,輸入/輸出端口接線如圖3所示。由圖可見:起動按鈕SB1接于輸入繼電器X0端,停止按鈕SB2接于輸入繼電器xl端,東西方向的綠燈接于輸出繼電器Y5端,東西方向黃燈接于輸出繼電器Y4端,東西方向的紅燈接于輸出繼電器Y3端,南北方向綠燈接于輸出繼電器Y2端,南北方向的黃燈接于輸出繼電器Y1,南北方向紅燈接于輸出繼電器Y0。將輸出端的COM1及COM2用導線相連,輸出端的電源為交流220V。如果信號燈的功率較大,一個輸出繼電器不能帶動兩只信號燈,可以采用一個輸出點驅動一只信號燈,也可以采用輸出繼電器先帶動中間繼電器,再由中間繼電器驅動信號燈。3.4I/O分配表第四章程序設計4.1梯形圖4.2PLC交通燈畢業(yè)論文指令圖4.3軟件設計采用步進梯形指令雙流程編程實現(xiàn),應用并聯(lián)分支結構,其狀態(tài)轉移圖如圖4所示。由圖可知,我們把東西和南北方向信號燈的動作分成兩個流程同時起動,分別運行各自的時序動作,相互之間的配合由統(tǒng)一的時鐘進行有機配合,不會出現(xiàn)差錯?,F(xiàn)僅以南北方向的動作簡單分析一下工作原理,東西方向工作過程基本相同,在此不再贅述。系統(tǒng)起動時,利用M8002開機脈沖自動進入XO狀態(tài),系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。當啟動按鈕SB1按下時,xO11接通,Y1和Y4同時起動,Y1使南北綠燈亮,Y4使東西紅燈亮(東西方向以下不分析),x0起動的同時TO開始計時,20s后利用常開接點的閉合使狀態(tài)進入T4,此時Y3和Y5起動,T4使南北黃燈亮,T1計時6s,6s后進入T2,在T3狀態(tài)下,起動CO和T2,此時南北黃燈滅,CO計數(shù)加1,T2時間到時,如果co,J-數(shù)不到3次,狀態(tài)轉到T0循環(huán),如果CO計數(shù)到3次,狀態(tài)轉入T4,這樣就做到了南北方向黃燈閃爍3次的要求。南北方向黃燈閃爍3次后,系統(tǒng)進入T4狀態(tài),在T4狀態(tài)下,為下次閃爍作好準備,同時起動Y3和Y5,Y1使南北紅燈亮,亮46s后進入X0狀態(tài),至此南北方向的一個循環(huán)執(zhí)行完,此時東西方向也應該完成,在兩個方向都完成后(必須都完成),又重新進入X0和X11······,如此反復工作。在任何時候按下停止按鈕SB2,Xl接通,并復位相關狀態(tài)和計數(shù)器,系統(tǒng)自動停止。第五章設計總結在設計過程中,經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況,就是心里老想著這樣的接法可以行得通,但實際接上電路,總是實現(xiàn)不了,因此耗費在這上面的時間用去很多。我趁著做課程設計的同時也對課本知識有了鞏固和加強,由于課本上的知識太多,平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能,而且考試內(nèi)容有限,所以在這次課程設計過程中,我們了解了很多元件的功能,并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。經(jīng)過一個月的設計里,過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過,也曾一度熱情高漲。從開始時的滿富激情到后來汗水背后的復雜心情,點點滴滴無不令我回味無長。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的,只有理論知識是遠遠不夠的,只有把所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論,才能真正為社會服務,從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題,可以說得是困難重重,這畢竟第一次做,難免會遇到過各種各樣的問題,同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處,對以前所學過的知識理解得不夠深刻,掌握得不夠牢固。謝辭當我以學子的身份踏入大學校門的那天起,便已注定我將在這里度過人生中最美麗的青春年華。提筆寫下“謝辭”,我才驚覺自己即將真正離開,人生亦從此展開新的畫卷。盡管不舍,卻更珍惜,因為我的生命中有那么多可愛的人值得感激。他們使我的大學生活充滿了色彩,無論收獲、遺憾,對我來說都是一筆寶貴的財富。4年的大學生活不知不覺中就要結束了,在這段難忘的生活中,有我許多美好的回憶。在這份大學的最后一頁里,首先感謝黨、感謝學院給我們提供這個能自我展示的平臺,感謝我們的指導教師,你們從一開始的論文方向的選定,到最后的整篇文論的完成,都非常耐心的對我進行指導。給我提供了數(shù)據(jù)資料和建議。謝謝我們班主任老師,是你的悉心教導、孜孜不倦我們才能順利的完成學業(yè)。我要感謝在我4年的學習中無私傳授我知識的各位老師,是你們將自己寶貴的財富無私地奉獻給了我們,讓我們能在學業(yè)上有所成績;是你們讓我倍感教師職業(yè)的偉大,交給我們知識,又不忘教育我們?nèi)绾巫鋈耍≡诖?,我還要感謝班上兄弟們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵,也是他們陪我度過這4年的生活。參考文獻1廖常初主編.PLC基礎及應用.北京:機械工業(yè)出版社,20042廖常初等.PLC的順序控制編程方法.工業(yè)自動化,(香港),19973廖常初主編.PLC基礎及應用.北京:機械工業(yè)出版社,20024.廖常初.PLC梯形圖的順序控制設計法.電工技術雜志,20015劉永華.電氣控制與PLC,北京航空航天大學出版社,20076鐘肇新,范建東編.可編程控制器基礎及應用.廣州:華東理工大學,20027張萬忠《可編程控制器入門與應用實例》北京:中國電力出版社20048臺方《可編程序控制器應用教程》北京:中國水利水電出版社20019常斗南《可編程序控制器》原理·應用·實驗北京:機械工業(yè)出版社199810邦田《電子電路實用抗干擾技術》北京:人民郵電出版社199411錢曉龍,李鴻倩《智能電器與Microloeix控制器》北京:機械工業(yè)出版社2003揚州市技師學院畢業(yè)論文題目PLC對C650普通車床的電氣改造系別電氣工程系班級高機電(2)姓名學號指導教師日期摘要可編程控制器是近年來發(fā)展迅速應用廣泛的控制裝置,是一種工業(yè)環(huán)境應用而設計的數(shù)字電子控制系統(tǒng),它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)還可以完成邏輯運算,順序控制,定時、計數(shù)、數(shù)值計算和特定的功能,其應用于從單機自動化控制到整條生產(chǎn)線的自動化及至整個工廠的生產(chǎn)自動化控制,使電器控制技術進入了一個嶄新的階段,目前PLC控制幾乎在工業(yè)生產(chǎn)的所有領域都得到了廣泛的應用。車床主要是加工各種零件的回轉表面,如內(nèi)外圓柱面,內(nèi)外圓錐面,成形回轉表面和回轉替端面等,有些車床還能車削螺紋表面。因此車床是一般機器制造業(yè)中應用最廣泛的一類機床,約占機床總數(shù)的35%—50%。但是普通車床在加工過程中還是存在很多缺點如工作效率低、精度低、故障率高、維修不便、對環(huán)境要求嚴格、自動化程度不高等。因此,本次設計的內(nèi)容主要是利用PLC(ProgrammableLogicController)對具有代表性的C650普通臥式型車床的電器部分進行改造。首先分析C650普通臥式型車床的電器控制部分,除了要完成主軸電動機點動控制運動之外,還要實現(xiàn)主軸電動機的正轉、反轉控制運動,主軸電動機正轉時的反接制動、主軸電動機反轉時的反接制動控制,快速移動電動機的啟動與停止控制,冷卻泵電動機的啟動與停止控制。同時主電動機和冷卻泵電動機有短路和過載保護,有安全照明電路。然后根據(jù)控制電路的線路圖,編寫相應的PLC的梯形圖,編譯通過后,利用PLC實驗臺進行實驗仿真。因此使C650普通臥式車床的電器部分在完成原有的功能特點外,還具有安裝簡便、穩(wěn)定性好、易于維修、擴展能力強等特點。關鍵詞:可編程控制器,PLC改造,梯形圖,車床,反接制動目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 I1車床的電氣功能分析 11.1車床的概述 11.2車床電氣原理圖 22.3控制線路特點與電氣線路概述 21.4電氣主要功能分析 52軟件的設計 62.1S7-200PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹 62.2各電氣控制部分分析及梯形圖 62.3電氣控制部分總梯形圖 133系統(tǒng)調(diào)試 15致謝 161車床的電氣功能分析1.1車床的概述1、車床的用途車床主要是加工各種零件的回轉表面,如內(nèi)外圓柱面,內(nèi)外圓錐面,成形回轉表面和回轉替端面等,有些車床還能車削螺紋表面。由于大多數(shù)機器零件都具有回轉表面,并且大部分需要用車床來加工,因此車床是一般機器制造業(yè)中應用最廣泛的一類機床,約占機床總數(shù)的35%—50%。在車床上,除使用車刀進行加工之外,還可以使用各種孔加工工具如鉆頭、絞刀、鏜刀等進行加工,或者使用螺紋刀具進行內(nèi)、外螺紋的加工。2、車床的運動為形成工件加工表面形狀,車床必須具有以下運動:(1)工件的旋轉運動是車床的主運動,其功用是使工件得到所得到的切削速度,其特點是速度較高,功率較大。(2)車刀的直線運動是車床的進給運動,其功用是使毛坯上新的金屬層被不斷的投入切削,以便加工出整個加工表面。上述運動是車床形成加工表面所需的表面成形運動。車床上車削螺紋時,工件的旋轉運動和刀具的直線運動則形成螺旋運動,是一種復合成形運動。(3)輔助運動車床上切入運動及其刀架橫向或縱向快速運動,稱為輔助運動,其功用是為表面成行運動創(chuàng)造條件,也是機床比不可少的運動3、車床的分類為適用不同的加工要求,車床的分類很多。按其結構和用途不同,可分為臥式車床]、立式車床、轉塔車床、回輪車床、落地車床、液壓仿形和半自動車床、各種專用車床(如曲軸車床、凸輪車床等)、數(shù)控車床和車削加工中心。1.2車床電氣原理圖圖2.1C650型臥式車床的電氣控制線路圖2.3控制線路特點與電氣線路概述1、控制線路的特點(1)主軸正反轉用正、反向接觸器進行控制。(2)主電動機的功率為30kW,但因不經(jīng)常啟動,所以采用直接啟動。(3)為了對刀和工件進行調(diào)整,主軸電動機的控制線路設有點動環(huán)節(jié)。(4)為提高工作效率,主軸電動機采用反接制動。在反接制動時,為減小制動電流,定子回路串入限流電阻R。在點動時,R也串入定子回路,防止頻繁點動時使主電動機過熱。(5)為監(jiān)測主軸電動機定子大電流,通過電流互感器接入電流表。為防止主軸電動機的啟動電流以及反接制動電流對電流表造成沖擊,在主軸電動機啟動和反接制動時,與電流表并聯(lián)一個時間繼電器的通電延時打開的常閉觸頭。(6)加工螺紋時,為了保證工件的旋轉速度與刀具的進給速度間的嚴格比例關系,刀架的進給運動也由主軸電動機拖動。(7)為減輕工人的勞動強度和節(jié)省輔助工時,專設一臺2.2kW的電動機拖動溜板箱快速運動。(8)加工時為防止刀具和工件的溫度過高,用一臺電動機驅動的冷卻泵供給切削液實現(xiàn)冷卻。冷卻泵電動機在主軸電動機開動后方可啟動旋轉。(9)主電動機和冷卻泵電動機有短路和過載保護。(10)有安全照明電路。2、電氣線路概述該機床電氣線路較為復雜。主電路由四臺三相異步交流電動機及其附屬電路元件組成。除冷卻泵電動機采用開關直接起動外,其余三臺異步電動機采用接觸器直接起動。M1是主軸電機,功率為30kw,由交流接觸器KM3,KM4控制其起動與停止。熱繼電器FR1是過載保護電器。短路保護電器是總電源開關中的熔斷器FU1。M2是冷卻泵電動機,功率為1.5kw,由接觸器KM1控制其啟動與停止,熱繼電器FR2是過載保護電器。短路保護電器是總電源開關中的熔斷器FU2。M3是快速移動電動機,功率為2.2kw,由接觸器KM2控制其啟動與停止,短路保護電器是總電源開關中的熔斷器FU2。該電動機的主要作用拖動溜板箱快速運動,因功率小,所以未裝設過載保護電器。主電路電源電壓為交流380v,自動空氣斷路器QF1作為電源引入開關。控制線路電源電壓為交流110v,由控制變壓器TC提供電源。照明電壓為24v,由TC1提供電源。照明線路、控制電路由相應的熔斷器FU3、FU4、FU5作為短路保護電器。表2.1C650普通車床主要電氣元件目錄表符號名稱用途數(shù)量M1M2M3KMKM1KM2KM3KM4KTKASQ1FR1FR2SB1SB2SB3SB4SB5SB6FU1FU2FU3FU4FU5ELKS1KS2AR電動機電動機電動機交流接觸器交流接觸器交流接觸器交流接觸器交流接觸器時間繼電器中間繼電器限位開關熱繼電器熱繼電器按鈕按鈕按鈕按鈕按鈕按鈕熔斷器熔斷器熔斷器熔斷器熔斷器照明燈速度繼電器速度繼電器電流表電阻主傳動交流電動機冷卻泵交流電動機快速移動交流電動機短路限流電阻交流接觸器冷卻泵電動機起停交流接觸器快速移動電動機交流接觸器主軸電動機正轉交流接觸器主軸電動機反轉交流接觸器電流表時間繼電器軸電動機起停反接制動中間繼電器快速移動電動機起停限位開關主軸電動機過載保護繼電器冷卻泵電動機過載保護繼電器冷卻電動機停止按鈕主軸電動機反傳啟動按鈕冷卻電動機啟動按鈕反接制動按鈕冷卻電動機停止按鈕冷卻電動機點動按鈕主軸電動機短路保護熔斷器冷卻泵電動機短路保護熔斷器照明電路短路保護熔斷器控制電路短路保護熔斷器控制電路短路保護熔斷器照明主軸電動機反轉反接制動速度繼電器主軸電動機正轉反接制動速度繼電器監(jiān)視電流表啟動與反接制動限流電阻111111111111111111111111111111.4電氣主要功能分析本機床使用380V、50HZ三相交流電源。根據(jù)特殊定貨,亦可使用220V、50HZ、380V、60HZ、420V、50HZ、220V/440V、60HZ等三相交流電源??刂齐娐罚彰麟娐肪煽刂谱儔浩鞴╇?。電壓分別為110V、24V。為了傳動各機構,機床上裝有下列電動機M1——主電動機M2——冷卻泵電動機M3——快速移動電動機機床主電路分析:組合開關Q1將三相電源引入,FU1為主電動機M1的短路保護用熔斷器,FR1為M1電動機過載保護用熱繼電器,R為限流電阻,防止在點動時連續(xù)的啟動電流造成電動機的過載。通過互感器TA接入電流表以監(jiān)視主電動機繞組的電流。熔斷器FU2為M2、M3電動機的短路保護,接觸器KM1、KM2為電動機M2、M3啟動用接觸器,FR2為M2電動機的過載保護,快速電動機M3短時工作,所以不設過載保護。監(jiān)視主回路負載的電流表是通過電流互感器接入的。為防止電動機啟動電流對電流表的沖擊,線路中采用一個時間繼電器KT。啟動時,KT線圈通電,而KT的延時斷開的動斷觸點尚未動作,電流互感器二次側電流只流經(jīng)該觸點構成閉合回路,電流表沒有電流流過。啟動后,KT延時斷開的動斷觸點打開,此時電流流經(jīng)電流表,反映出負載電流的大小。

2軟件的設計2.1S7-200PLC編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹S7-200可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件,功能強大,主要用于開發(fā)程序,也可用于適時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序,可在全漢化的界面下進行操作。STEP7-Micro/WIN32編程軟件包括Microwin3.1;Microwin3.1的升級版本軟件Microwin3.1SP1;Toolbox(包括Uss協(xié)議指令:變頻通信用,TP070:觸摸屏的組態(tài)軟件TpDesignerV1.0設計師)工具箱;以及Microwin3.11Chinese(Microwin3.11SP1和TpDesigner的專用漢化工具)等編程軟件。STEP7-Micro/WIN編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應用程序提供了良好的編程環(huán)境。2.2各電氣控制部分分析及梯形圖1、主電動機的點動調(diào)整圖4.1所示為點動環(huán)節(jié)的控制線路圖。線路中KM3為電動機M1的正轉用接觸器,KM4為M1的反轉用接觸器,KA為中間繼電器。按下點動按鈕SB6,接觸器KM3得電,其主觸點閉合,電動機的定子繞組經(jīng)限流電阻R和電源接通,電動機在較低速度下啟動。松開按鈕SB6,KM3斷電,M1停止轉動。在點動過程中,中間繼電器KA線圈不通電,KM3線圈不會自鎖。圖3.1C2、主電動機的正反轉控制主電動機的正反轉控制電路如圖3.2所示。(1)M1的正向長動按下正向啟動按鈕SB1,接觸器KM首先得電動作,其主觸點閉合將限流電阻R短接,其輔助觸點閉合使中間繼電器KA得電,其輔助觸點(13-7)閉合使接觸器KM3得電,KM3的主觸點閉合使M1直接正向啟動,KM3的動合觸點(15-13)和K的動合觸點(5-15)的閉合將KM3的線圈自鎖。M1的正向長動對應的梯形圖如下:梯形圖分析:按下或松開觸點I0.6實現(xiàn)主電動機的點動控制;按下觸點I0.1,繼電器線圈Q0.0得電,之后中間繼電器線圈.M0.0得電,使正轉線圈Q0.3得電,Q0.3對應的觸點動作,常開觸點Q0.3閉合,完成了對正轉線圈Q0.3的自鎖控制,主電動機長期處于正轉狀態(tài)。(2)M1的反向長動按下反向啟動按鈕SB2,接觸器KM首先得電動作,其主觸點閉合將限流電阻R短接,其輔助觸點閉合使中間繼電器KA得電,其輔助觸點(21-23)閉合使接觸器KM4得電,KM4的主觸點將三相電源反接,電動機在全壓下反轉啟動。KM4的動合觸點(15-21)和KA的動合觸點(5-15)的閉合將KM4的線圈自鎖。KM4的動斷觸點(7-11)和KM3的動斷觸點(23-25)分別串在對方接觸器線圈的回路中,起到了電動機正轉與反轉的電氣互鎖作用。圖3.2C梯形圖分析:按下觸點I0.2,繼電器線圈Q0.0得電,之后中間繼電器線圈.M0.0得電,使反轉線圈Q0.4得電,Q0.4對應的觸點動作,常開觸點Q0.4閉合,完成了對正轉線圈Q0.3的自鎖控制,主電動機長期處于反轉狀態(tài)。3、主軸電動機的反接制動控制C650型臥式車床采用了反接制動方式。當電動機的轉速接近于零時,用速度繼電器的觸點給出信號切斷電動機的電源。圖4.3所示是C650型車床正反轉與反接制動

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