2020年（机械制造行业）机械学院

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1、 机械制造行业 机械学 院 奥鹏学院 毕业设计 论文 题目 PLC 控制交通灯设计 学生姓名 蔡成武 专业 机电一体化 指导教师 田老师 目录 摘要 1 第一章 PLC 的特点及应用 2 一 概述 2 二 PLC 的特点 2 三 PLC 的应用 2 第二章 PLC 的结构及原理 5 一 PLC 的分类 5 二 PLC 的结构 5 三 PLC 的工作原理 6 四 PLC 汇编语言 6 五 PLC 的基本指令 8 六 PLC 交通灯毕业设计编程器件 12 第三章梯形图的设计与编程方法 13 一 控制要求 13 二 控制时序 13 三 PLC 交通灯毕业设计硬件及外围元器件 14 第四章程序设计 1

2、5 一 PLC 交通灯毕业设计梯形图 15 二 PLC 交通灯毕业设计指令图 17 三 软件设计 20 第五章 PLC 交通灯毕业论文设计总结 21 谢辞 22 参考文献 23 摘要 PLC 可编程序控制器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 工业过程和位置的自动控制中 据统计 可编程控制器是工业自 动化装置中应用最多的一种设备 专家认为 可编程控制器将成 为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一 PLC 机器 人 CAD CAM 将成为工业生产的三大支柱 由于 PLC 具有对

3、使用环境适应性强的特性 同时其内部定时器资源十分丰富 可对 目前普遍使用的 渐进式 信号灯进行精确控制 特别对多岔路 口的控制可方便地实现 因此现在越来越多地将 PLC 应用于交 通灯系统中 同时 PLC 本身还具有通讯联网功能 将同一条道路 上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理 可缩短车辆通行等 候时间 实现科学化管理 第一章 PLC 的特点及应用 一 概述 可编程控制器 ProgrammableController 是计算机家族中的 一员 是为工业控制应用而设计制造的 早期的可编程控制器 称作可编程逻辑控制器 ProgrammableLogicController 简称 PLC 它主要用

4、来代替继电器实现逻辑控制 随着技术的 发展 这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围 因此 今天这种装置称作可编程控制器 简称 PC 但是为了避免与个 人计算机 PersonalComputer 的简称混淆 所以将可编程控 制器简称 PLC 三 PLC 的特点 PLC 的主要特点 1 高可靠性 1 所有的 I O 接口电路均采用光电隔离 使工业现场的外电路与 PLC 内部电 路之间电气上隔离 2 各输入端均采用 R C 滤波器 其滤波时间常数一般为 10 20ms 3 各模块均采用屏蔽措施 以防止辐射干扰 4 采用性能优良的开关电源 5 对采用的器件进行严格的筛选 6 良好的自诊断功能 一旦

5、电源或其他软 硬件发生异常情况 CPU 立即采 用有效措施 以防止故障扩大 7 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 使可靠性更进一步提高 2 丰富的 I O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号 如 交流或直流 开关量或模拟量 电压或电 流 脉冲或电位 强电或弱电等 有相应的 I O 模块与工业现场的器件或设备 如 按钮 行程开关 接近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀等直接 连接 另外为了提高操作性能 它还有多种人 机对话的接口模块 为了组成工业局部网 络 它还有多种通讯联网的接口模块 等等 3 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要 除

6、了单元式的小型 PLC 以外 绝大多数 PLC 均采 用模块化结构 PLC 的各个部件 包括 CPU 电源 I O 等均采用模块化设计 由机架及电缆将各模块连接起来 系统的规模和功能可根据用户的需要自行组 合 4 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式 对使用者来说 不 需要具备计算机的专门知识 因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 5 安装简单 维修方便 PLC 不需要专门的机房 可以在各种工业环境下直接运行 使用时只需将现场 的各种设备与 PLC 相应的 I O 端相连接 即可投入运行 各种模块上均有运行 和故障指示装置 便于用户了解运行情况和查找故障 由

7、于采用模块化结构 因此一旦某模块发生故障 用户可以通过更换模块的方 法 使系统迅速恢复运行 四 PLC 的功能 1 逻辑控制 2 定时控制 3 计数控制 4 步进 顺序 控制 5 PID 控制 6 数据控制 PLC 具有数据处理能力 7 通信和联网 8 其它 PLC 还有许多特殊功能模块 适用于各种特殊控制的要求 如 定位 控制模块 CRT 模块三 PLC 的应用 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用情况大致可归纳为 如下几类 1 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本 最广泛的应用领域 它取代传统的继电

8、器电路 实现逻辑控 制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可用于多机群控及自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机械 组合机床 磨床 包装生产线 电镀流水线等 2 模拟量控制 在工业生产过程当中 有许多连续变化的量 如温度 压力 流量 液位和速 度等都是模拟量 为了使可编程控制器处理模拟量 必须实现模拟量 Analog 和数字量 Digital 之间的 A D 转换及 D A 转换 PLC 厂家都生 产配套的 A D 和 D A 转换模块 使可编程控制器用于模拟量控制 3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制 从控制机构配置来说 早期直接用 于开关量 I O 模块连接位置传感器和

9、执行机构 现在一般使用专用的运动控制 模块 如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块 世界上各主 要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能 广泛用于各种机械 机床 机器人 电梯等场合 4 过程控制 过程控制是指对温度 压力 流量等模拟量的闭环控制 作为工业控制计算机 PLC 能编制各种各样的控制算法程序 完成闭环控制 PID 调节是一般闭环控 制系统中用得较多的调节方法 大中型 PLC 都有 PID 模块 目前许多小型 PLC 也具有此功能模块 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序 过程控制在冶金 化工 热处理 锅炉控制等场合有非常广泛的应用 5 数据处理 现代 PLC 具

10、有数学运算 含矩阵运算 函数运算 逻辑运算 数据传送 数据 转换 排序 查表 位操作等功能 可以完成数据的采集 分析及处理 这些 数据可以与存储在存储器中的参考值比较 完成一定的控制操作 也可以利用 通信功能传送到别的智能装置 或将它们打印制表 数据处理一般用于大型控 制系统 如无人控制的柔性制造系统 也可用于过程控制系统 如造纸 冶金 食品工业中的一些大型控制系统 6 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信 随着计算机控制的 发展 工厂自动化网络发展得很快 各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能 纷纷推出各自的网络系统 新近生产的 PLC 都具

11、有通信接口 通信非常方便 第二章 PLC 的结构及原理 一 PLC 的分类 一 按 plc 的结构形式分类 1 整体式 2 模块式 二 按 plc 的 I O 点数分类 1 小型 256 点以下 2 中型 256 点 以上 2048 点以下 3 大型 2048 点以上 三 按 plc 功能分类 抵挡型 中挡型 高档型 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 微型计算机从结构上分 PLC 分为固定式和组合式 模块式 两种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电源等 这些元素组合成一个不可拆卸的整体 模块式 PLC 包 括 CPU

12、 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 这些 模块可以按照一定规则组合配置 PLC 的基本结构框图如下 接受驱动 现场信号受控元件 中央处理单元 CPU 板 接 口 部 件 输 出 三 PLC 的工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后 其工作过程一般分为三个阶 段 可编程逻辑控制器 即输入采样 用户程序执行和输出刷新三个阶段 完成上述三 个阶段称作一个扫描周期 在整个运行期间 可编程逻辑控制 器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 一 输入采样阶段 在输入采样阶段 可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所 有输入状态和数据 并将它们存入 I O 映象区中的相应的单 元内 输

13、入采样结束后 转入用户程序执行和输出刷新阶段 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 I O 映象 区中的相应单元的状态和数据也不会改变 因此 如果输入是 脉冲信号 则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期 才能 保证在任何情况下 该输入均能被读入 二 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段 可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺 序依次地扫描用户程序 梯形图 在扫描每一条梯形图时 又 总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路 并按先左 后右 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算 然后根据逻辑运算的结果 刷新该逻辑线圈在系统RAM 存 储区中对应位的状态 或者刷新该输出线圈在I O

14、 映象区中 对应位的状态 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功 能指令 即 在用户程序执行过程中 只有输入点在 I O 映象区内的 状态和数据不会发生变化 而其他输出点和软设备在I O 映 象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化 而且排在上面的梯形图 其程序执行结果会对排在下面的凡是 用到这些线圈或数据的梯形图起作用 相反 排在下面的梯形 图 其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期 才能对排在其上面的程序起作用 在程序执行的过程中如果使用立即 I O 指令则可以直接存取 I O 点 即使用 I O 指令的话 输入过程影像寄存器的值不会 被更新 程序直接从 I

15、O 模块取值 输出过程影像寄存器会 被立即更新 这跟立即输入有些区别 三 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后 可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶 段 在此期间 CPU 按照 I O 映象区内对应的状态和数据刷 新所有的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的外设 这时 才是可编程逻辑控制器的真正输出 一 plc 的工作方式 1 输入采样阶段 在此阶段 顺序读入所有输入缎子通断状态 并将读入的信息存入内存 接着进入程序执行阶段 在程序执 行时 即使输入信号发生变化 内存中输入信息也不变化 只 有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息 2 程序执行阶段 plc 对用户程序扫描 3 输出刷新阶段 当所

16、有指令执行完毕通过隔离电路 驱动功率 放大器 电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载 四 PLC 汇编语言 采用面向控制过程 面向问题 简单直观的 plc 编写横语言 常 用的有 梯形图 语句表 功能图等 一 梯形图 由继电器控制逻辑演变而来 两者具有一定程度的 相似性 但梯形图编程语言功能更强更方便 主要特点 1 自上而下 从左到右的顺序排列 两列垂直线为母线 每一逻 辑行 起使左母线 2 梯形图中采用继电器名称 但不是真实物理继电器称为 软继 电器 3 每个梯级流过的是概念电流 从左向右 其两端母线设有电源 4 输入继电器 用于接入信号 而无线圈 输入继电器 通过输 入接入的继电器 晶体及晶闸管才能实现 二 语句表 又叫指令表 类似计算机汇编语言形式 用指 令的记助符编程 例 下图是三菱公司的 FX2N 系列产品的最 简单的梯形图例 X000X001Y000 X010 它有两组 第一用以实现启动 停止控制 第二仅一个 END 指 令 用以结束程序 END 梯形图与助记符的对应关系 助记符指令与梯形图指令有严格 的对应关系 而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现 一 般讲 其顺