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1、 参考资料 一种基于一种基于 PLCPLC 的交通信号灯的控制系统毕的交通信号灯的控制系统毕 业设计业设计 目 录 第一章引言 1 1 1 PLC 简介 1 1 2 PLC 工作原理 3 1 3 PLC 主要功能 4 1 4 课题研究背景 7 第二章基于 PLC 的交通信号灯的控制系统设计的实现 9 2 1 需求分析 9 2 2 流程图 9 2 3 I O 端口分配 10 2 4 PLC 机型选择 10 2 5 原理图 12 2 6 布置图 12 2 7 接线图 12 2 8 源程序 12 第三章总结 13 致 谢 14 参考文献 15 附录 16 附录一 原理图 16 附录二 布置图 17
2、附录三 接线图 18 附录四 源程序 19 附录五 元器件明细表 21 参考资料 第一章 引言 1 1 PLC 简介 可编程序控制器 PLC 是以微处理器为基础 综合了计算机技术 自动控制技 术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置 它具有体积小 功能强 灵活通用与维护方便等一系列的优点 特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境 的能力 受到用户的青睐 因此在冶金 化工 交通 电力等领域获得了广泛的应 用 成为了现代工业控制的三大支柱之一 可编程序控制器是一种存储器控制器 支持控制系统工作的程序存放在存储器 中利用程序来实现逻辑控制 完成控制任务 在可编程控制器构成的控制系统中 要实现一
3、个控制任务 首先要针对具体的被控对象 分析它对控制系统的要求 然 后编制出相应的控制程序 利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器 中 系统运行时 可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句 对它们的容加 以解释并执行 根据输入设备的状态和其他条件 可编程控制器将其程序执行结果 输出给相应的输出设备 控制被控对象工作 可编程控制器是利用软件来实现控制 逻辑的 能够适应不同的控制任务的需要 通用 灵活 可靠性高 它是一种专为 在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 它的部存储器可以执行逻辑 运算 顺序运算 计时 计数和算术运算等操作的指令 并能通过数字式或模拟式 的输入或输出控制
4、各种类型的机械或生产过程 PLC 是在继电器控制逻辑基础上 与 3C 技 Computer Control Communication 相结合 不断发展完善的 目前已从小 规模单机顺序控制 发展到包括过程控制 位置控制等场合的所有控制领域 PLC 早期主要应用于工业控制 但随着技术的发展 其应用领域正在不断扩大 可编程 控制器 Programmable Logical Controller 简称 PC 或 PLC 是 60 年代末发明的工 业控制器件 是美国数字公司 DEC 为美国通用公司 GM 研制开发并成功应用于汽 车生产线上 可编程控制器自此诞生 随着计算机技术的飞速发展 PLC 软硬件
5、水 平与规模也发生了质与量的变化 其控制技术也朝着智能化方向不断发展 同时推 动了先进制造技术的相应发展 现代 PLC 已经成为真正的工业控制设备 最初 PLC 主要是用在生产线控制和大型机械的控制上 但不久 西德的西门子 SIEMENS 公司 BBC 公司就开始研制 PLC 当时主要是用于轧钢机 升降设备等大型设备上 70 年 代初 日本的 OMRON 也推出了他们的 PLC 三菱 日立 富土 东芝 横河 日电 等公司也先后加入了 PLC 制造者的行列 70 年代中期 美国和西德首先出现了微电 脑化的小型 PLC 由于 PLC 是为工业控制所生产的通用性很强 适合于大批量生产 的装置 所以成
6、本迅速下降 加上其是专为工业控制所设计 所以具有极好的抗干扰 性能 并且他的使用和维护都极为方便 实现了低水平的操作 高性能的控制 所以 在机械制造业深受欢迎 小型 PLC 开始步入诸如塑料注塑机 包装机械 橡胶机械 参考资料 纺织机械等轻工机械的控制领域 其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为 控制单元的做法构成了强有力的挑战 更有全面取代传统继电器控制屏的趋势 据 国外资料介绍 1982 年美国 PLC 用户中 有 48 来自自动程序操作部门 如汽车 拖 拉机工业 机械工业等 13 来自石油化工业 9 来自食品饮料业 7 来自冶金工 业 其余部分来自造纸 采矿 污水处理等部门 近年来
7、随着我国对外开放 日 美 西德等国生产的 PLC 己通过多种途径进入了我国 引起了各方面的重视并得到 应用 如宝钢工程应用了数百台 PLC 首钢 武钢 开滦煤矿也分别应用了美国和 德国的 PLC 可编程序控制器的分类 PLC 的种类很多 其实现的功能 存容量 控制规模 外型等方面均存在较大 的差异 因此 PLC 的分类没有一个严格的统一标准 而是按照结构形式 控制规 模 实现的功能进行大致的分类 1 按结构形式分类 PLC 按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式 整体式 PLC 外观上是一个 长方形箱体 又称为箱式 PLC 组合式 PLC 在硬件构成上具有一定的灵活性 其规 模可以像拼积木一
8、样的进行组合 构成具有不同控制规模和功能的 PLC 因此这种 PLC 又称为积木式 PLC 整体式 PLC 整体式 PLC 的 CPU 存储器 输入输出安装在同一机体 这种结构 的特点是 结构简单 体积小 价格低 输入输出路数固定 实现的功能和控制规 模固定 灵活性较低 组合式 PLC 组合式 PLC 为总线结构 其总线做成总线板 上面有若干个总线 槽 每个总线槽可安装一个 PLC 模块 不同的模块实现不同的功能 PLC 的 CPU 存 储器和电源等做成一个模块 该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的 而 且该模块也是构成组合式 PLC 所必需的 其他的模块根据 PLC 的控制规模 实现的
9、 功能选取 安装在总线版的其他任一总线槽上 组合式 PLC 安装完成后 需进行登 记 使 PLC 对安装在个总线上的模块进行确认 组合式 PLC 的总线板又称为基版 组合式 PLC 的特点是系统构成灵活性高 可构成具有不同控制规模和功能的 PLC 价格较高 2 按控制规模分类 输入输出的总线数 又称 I O 点数 是表征 PLC 控制规模的重要参数 因此 按控制规模对 PLC 分类时 可根据 I O 点数的不同大致分为小型 中型和大型 PLC 小型 PLC I O 点数较少 在 256 点以下的 PLC 中型 PLC I O 点数较多 在 256 点以上 2048 以下的 PLC 大型 PLC
10、 I O 点数较多 在 2048 点以下的 PLC 参考资料 3 按实现的功能分类 按照 PLC 所能实现的功能的不同 可以把 PLC 大致的分为低档 中档 和高档 机三类 低档机 具有逻辑运算 计时 计数 移位自诊断监控等功能 还具有一定的 算术 数据传送和比较 通讯 远程和模拟量处理功能 中档机 除具有低档机的功能外 还具有较强的算术运算 数据传送和比较 数据转换 远程 通讯 子程序 中断处理和回路控制功能 高档机 除具有中档机的功能外 还具有带符号数的算术运算 矩阵运算 函 数 表格 CRT 显示 打印机打印等功能 一般地 低档机多为小型 PLC 采用整体式机构 中档机可为大 中 小型
11、PLC 其中小型 PLC 多采用整体式结构 中型和大型 PLC 多采用组合式结构 高档机 多为大型 PLC 采用组合式结构 目前 在国工业控制中应用最广泛的是中 低档 机 1 2 PLC 工作原理 CPU 连续执行用户程序 任务的循环序列称为扫描 CPU 的扫描周期包括读输入 执行程序 处理通信请求 执行 CPU 自诊断测试及写输出等容 PLC 可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备 它一直周而复始地循环扫 描并执行由系统软件规定好的任务 用户程序只是扫描周期的一个组成部分 用户 程序不运行时 PLC 也在扫描 只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入 写 输出这几部分容 典型的 PLC 在
12、一个周期中可完成以下 5 个扫描过程 1 自诊断测试扫描过程 为保证设备的可靠性 及时反应所出现的故障 PLC 都具有自监视功能 自监视功能主要由时间监视器完成 WDT 是一个硬件定时器 每一个扫描周期开始前都被复位 WDT 的定时可由用户修改 一般在 100 200ms 之 间 其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理 2 与网络进行通信的扫描过程 一般小型系统没有这一扫描过程 配有网络的 PLC 系统才有通信扫描过程 这一过程用于 PLC 之间及 PLC 与上位计算机或终端设 备之间的通信 3 用户程序扫描过程 机器处于正常运行状态下 每一扫描周期部包换扫描过 程 该过程在机器运
13、行中是可控的 即用户可以通过软件进行设定 用户程序的长 短 会影响过程所用的时间 4 读输入与写输出扫描过程 机器在正常运行状态下 每一时间 每个扫描周 期都包含这个扫描过程 该过程在机器运行中是否被执行是可控的 CPU 在处理用 户程序时 使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输 参考资料 出点 而是在存中设置了两个映像寄存器 一个为输入映像寄存器 另一个为输出 映像寄存器 用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值 运算结果也放在输 出映像寄存器中 在输入扫描过程中 CPU 把实际输入点的状态锁入到输入映像寄 存器 在输出过程中 CPU 把输出映像寄存器的值锁定到实际
14、输出点 为了现场调 试方便 PLC 具有 I O 控制功能 用户可以通过编程器封锁或开放 I O 封锁 I O 就是关闭 I O 扫描过程 在读输入阶段 CPU 对各个输入端子进行扫描 通过输入电路将各输入点的状 态锁入输入映像寄存器中 紧接着转入用户程序执行阶段 CPU 按照先左后右 先 上后下的顺序对每条指令进行扫描 根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态 执行用户程序 同时将执行结果写入输出映像寄存器中 在程序执行期间 即使输 入端子状态发生变化 输入状态寄存器的容也不会改变 输入端子状态变化只能在 下一个工作周期的输入阶段才被集中读入 在写输出阶段 将输出映像寄存器的状 态集中锁定到
15、输出锁存器 再经输出电路传递到输出端子 由上述分析得出循环扫描有如下特点 一 扫描过程周而复始地进行 读输入 写输出和用户程序是否执行是可控的 二 输入映像寄存器的容是设备驱动的 在程序执行过程中的一个工作周期输 入映像寄存器的值保持不变 CPU 采用集中输入的控制思想 只能使用输入映像积 存的值来控制程序的执行 三 程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值 而 在程序执行阶段 输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件 同时又可 以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果 此时的修改不会影 响输出锁存器的现在输出值 这是与输入映像寄存器完全不同的 四 对同
16、一个输出单元的多次使用 修改次序会造成不同的执行结果 由于输 出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件 所以程序的下一个扫描周期的集中输 出结果是与编程顺序有关的 即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值 这是 编程人员要注意的问题 各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟 这是 PLC 的主要缺点 各 PLC 厂家为了缩小延迟采取了很多措施 编程人员应对所使用型号的 PLC 的延迟 时间的长短很清楚 它是进行 PLC 选型时的重要指标 1 3 PLC 主要功能 PLC 的外部设备中 最重要的就是编程器 它用来对用户程序进行写入 检查 修改和调试 也可以在线监视 PLC 的运行 它经过编程器接口与 CPU 联系 完成人 参考资料 机对话 目前 有很多 PLC 都可以利用 微型计算机作为编程工具 这时应配上相 应的编程软件及接口 由于微机的强大功能 使 PLC 的编程和调试更为方便 另外 PLC 的外部设备中还包括打印机 在用户程序编制阶段用来打印带注解 的梯形图或指令语句表程序 以利于维修和系统的改造 外存储器 存储部分程序 或改变生产工艺流程时需要调用的程序 它所存的程序也可重新
