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1、设计任务书设计题目；基于PLC的交通灯控制设计要求：按下启动开关后，东西方向绿灯亮4S后再闪烁2S熄灭，黄灯接着点亮2S后熄灭，红灯再亮8S循环，相对应的同时间，南北方向红灯亮8S，接着绿灯亮4S后闪烁2S后熄灭，黄灯亮2S熄灭，红灯再亮循环。当按下停止按钮，所有的灯熄灭。设计进度要求：第一周：确定题目,查阅相关资料第二周：根据设计要求分析基于PLC交通灯的程序设计第三周：根据基于PLC交通灯的设计的工作原理画出流程图并编译成PLC梯形图第四周：收集基于PLC交通灯设计的资料，对硬件进行设计第五周：对软件进行设计第六周：进行上机调试,找出问题,进行修改,并改进设计第七、八周：撰写论文,毕业答辩
2、指导教师（签名）： 摘 要交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。因此，本人选择制作十字路口交通灯。传统的交通灯使用的是继电器控制，其缺点十分明显，线路复杂，维护繁琐，而且稳定性差易受外界影响，而选用可编程控制器（PLC）就可以提高效率和稳定性，且操作简单，易维护。本设计中，由于我的这次设计使用的输入为两个，输出为六个，输入和输出相对较少，经过比较，我设计的交通灯可选用CPU222的PLC主机，其输入和输出可满足本设计的使用要求，而且从经济角度考虑也是适合的。本次设计的利用定时器分时段定时，设定了六个定时网络，定时为4s、2s、2s、4
3、s、2s、2s，每个定时器所在的网络中，都含有下个网络中间继电器，当下个网络导通后，其串在之前网络中的常闭开关断开，上一个网络断开，程序如此循环。六个定时网络的中间继电器的通短状况，控制着了灯的亮灭。我相信本设计一定能够满足当前的交通需求。关键词：交通灯，PLC，定时器目 录摘要II1 PLC概述11.1 PLC的定义11.2 PLC的基本组成11.3 PLC工作原理61.4 PLC的编程语言61.5 PLC的分类及性能指标71.6 PLC的特点91.7 PLC定时器指令的介绍92 S7-200编程软件STEP 7 - Micro/WIN3.2112.1 如何控制程序作业112.2 STEP7
4、程序的使用112.3 Step 7 MicroWin V3.2文件的新建122.4 PLC程序的下载133 程序的设计153.1交通灯时序图153.2 I/O分配表与外部接线图153.3 PLC主机的选择163.4 本设计流程图183.5程序梯形图183.6 程序的调试和检测中遇到的问题21致 22参考文献231 PLC概述1.1 PLC的定义PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、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和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设
5、备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.2 PLC的基本组成PLC的硬件系统：主机、I/O扩展模块及各种外部设备组成；PLC的软件系统：系统程序和用户程序（如图1.1）图1.1 PLC 结构示意图1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，
6、按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表决式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC部电路的工作状态和编程过程中的
7、语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 C
8、PU速度和存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 PLC 常用的存储器类型为：（1） RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。（2） EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器的所有容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器容)。（3） EEPROM(Electrical E
9、rasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的容进行修改。2、 PLC 存储空间的分配虽然各种PLC 的CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC 的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区系统RAM 存储区(包括I/O 映象区和系统软设备等)；用户程序存储区(1)系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC
10、的性能。(2)系统RAM 存储区 系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。 I/O 映象区，由于PLC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作I/O 映象区，一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量I/O 占用存储单元中的一个字(16 个bit)， 因此整个I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量I/O 映象区，模拟量I/O 映象区。1）系统软设备存
11、储区除了I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时由部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC 断电时数据被清零1) 逻辑线圈。与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2) 数据寄存器与模拟量I/O 一样，每个数据寄存器占用系统RAM 存储区中的一个字(16bits) ，
12、另外PLC 还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3) 计时器4) 计数器(3) 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC 其存储容量各不相同。3、 电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)围可以不采取其它措施，而将PLC 直接连接到交流电网上去。4、 I/O 模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态
13、。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理
14、的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 5、 PLC系统的其它设备 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 6、PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系
15、统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的围交换信息。 当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 7、 外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 （1） 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 （2）监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 （3）存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失
