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1、合合 肥肥 通通 用用 职职 业业 技技 术术 学学 院院 毕 业 设 计 论 文 题 目： 组态技术与组态技术与 PLCPLC 在交通灯控制上的应用在交通灯控制上的应用 系 别： 机机 械械 工工 程程 系系 专 业： 机机 电电 一一 体体 化化 技技 术术 学 制： 三三 年年 姓 名： 陈陈 飞飞 学 号： 1 1 1 1 0 0 7 7 0 0 3 3 0 0 3 3 指导教师： 张张 老老 师师 二 O1 零 年 四 月 十八 日 指导教师评语及成绩： 指导教师： 20 年 月 日 摘要 组态技术是当前工业中用于监控的一项新技术，它是计算机控制技术发展 的结果。以交通灯控制系统为例
2、，运用组态技术及结合相关的 PLC 程序，通过 软件仿真和交通灯指示灯的变化，实现交通灯控制系统的监控问题，且系统状 况良好,的应用可以节省大量的人力和物资。 关键词：关键词：PLC 指令 组态技术 控制系统 监控 仿真 交通灯 目录 摘要 I 目录.II 第 1 章 引言3 第 2 章 概述4 2.1 PLC 的主要特点：4 2.2 目前 PLC 的应用领域4 2.3 PLC 未来的发展4 第 3 章可编程控制器简介6 3.1 PLC 的定义6 3.2 PLC 的结构及各部分的作用6 3.2.1 主机.6 3.2.2 输入/输出（I/O）接口 .6 3.2.3 电源 .7 3.2.4 编程
3、.7 3.2.5 输入/输出扩展单元 7 3.2.6 外部设备接口 .7 3.3 PLC 的基本工作原理7 3.4 PLC 的特点8 3.5 梯形图设计规则8 第 4 章 交通灯系统控制要求10 4.1 系统硬件.10 4.2 软件系统.11 4.2.1 PLC 控制程序设计 11 4.2.2 kingview 组态实现 .12 第 5 章 PLC 与上位计算机组态王软件的通讯13 5.1 对画面运行系统调试.13 参考文献16 致谢17 第 1 章 引言 当前，组态控制技术在工业自动化领域逐渐兴起，成为一种新型的软件开 发技术。只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态、数据组态、画面组态 等
4、工作即可完成所需应用软件的开发工作，可以实现远程监控、数据采集、数 据分析、过程控制等功能。而当前很多自动控制系统中，常常选用可编程序控 制器(PLC)作为控制设备，用于数据采集、状态判别和输出控制。在 PLC 与计算 机通讯的基础上，通过组态软件可以对 PLC 的当前工作状态进行全方位的监控， 进一步通过组态软件可以对控制对象的工作过程进行全程模拟仿真，实现远程 控制。因其充分利用了计算机和 PLC 的特点，实现了优势互补而得到广泛应用。 本文利用计算机作为上位机，利用(kingview7.0)组态软件作为程序开发平台， 下位机采用三菱公司 FX-2N 系列可编程序控制器，组成一个简单实用的
5、十字路 口交通灯控制系统，以解决路口人行横道中行人闯红灯而引起的交通安全问题。 第 2 章 概述 PLC 的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高 级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试 的要求。目前，还没有一种对各厂家产品都能兼容的编程语言。如三菱公司的 产品有它自己的编程语言，OMRON 公司的产品也有它自己的语言。但不管什 么型号的 PLC，其编程语言都具有以下特点： 2.12.1 PLCPLC 的主要特点：的主要特点： 1、图形式指令结构 2、明确的变量常数 3、替代中的技术问题 4、简化应用软件生成过程 5、强化调试手段 2.22.2
6、 目前目前 PLCPLC 的应用领域的应用领域 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）开关量控制 如逻辑、定时、计数、顺序控制等。 （2）模拟量控制 如温度、压力、流量、液位、速度、电流和电压等过程。 （3）数据处理 造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 （4）运动控制 广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 （5）程控制 冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 2.32.3 PLCPLC 未来的发展未来的发展 21 世纪，PLC 会有更大的发
7、展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多 地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、 智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展； 从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、 完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各 自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌 垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看， 可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器 技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统 DCS（Distribu
8、ted Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程 控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业 以外的众多领域发挥越来越大的作用。1 第 3 章可编程控制器简介 3.13.1 PLCPLC 的定义的定义 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，用来在其内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
9、能的原则而设计。 3.23.2 PLCPLC 的结构及各部分的作用的结构及各部分的作用 3.2.13.2.1 主机主机 主机部分包括中央处理器（CPU） 、系统程序存储器和用户程序及数据存储 器。CPU 是 PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出 逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作， 将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各 种内部判断等。PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放 系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定， 用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储
10、器，主要存放用户编制的应用程 序及各种暂存数据和中间结果。2 3.2.23.2.2 输入输入/ /输出（输出（I/OI/O）接口）接口 I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如 按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后 的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O 点数 即输入/输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型 机有几百个点，大型机将超过千点。 3.2.33.2.3 电源电源 图中电源是指为 CPU、存
11、储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流 开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。 3.2.43.2.4 编程编程 编程是 PLC 利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监示 PLC 的工作情况。通过专用的 PC/PPI 电缆线将 PLC 与电脑联接，并利用专用的 软件进行电脑编程和监控。 3.2.53.2.5 输入输入/ /输出扩展单元输出扩展单元 I/O 扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即 主机）连接在一起。 3.2.63.2.6 外部设备接口外部设备接口 此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相 应的操作。 实
12、验装置提供的主机型号有西门子 S7-200 系列的 CPU224(AC/DC/RELAY)。 输入点数为 14，输出点数为 10；CPU226(AC/DC/RELAY)，输入点数为 26，输出 点数为 14。 3.33.3 PLCPLC 的基本工作原理的基本工作原理 PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式 1.1每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 1.2输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有 新 的状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状 态才被读入。 1.3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 1.4元件映象寄
13、存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 1.5扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU 执行指令的速度（2）指令本 身占有的时间（3）指令条数 1.6由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象， 即输入/输出响应延迟。3 3.43.4 PLCPLC 的特点的特点 （1）体积小 （2）可靠性高 （3）柔性好，可在线更改程序 （4）对环境条件无要求 （5）价格低廉具备招标要求的所有功能 3.53.5 梯形图设计规则梯形图设计规则 （1）每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或 右母线（右母线可以不画出） 。注意：左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈 与右母线之
14、间则不能有任何触点。 （2）梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能 串联。 （3）触点的使用次数不受限制。 （4）一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。如果在程序中，同 一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出” 。对于“双线圈输出” ，有些 PLC 将其视为语法错误，绝对不允许；有些 PLC 则将前面的输出视为无效，只 有最后一次输出有效；而有些 PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允 许双线圈输出。 （5）对于不可编程梯形图必须难过等效变换，变成可编程梯形图，例如图 5-1 所示。 （6）有几个串联电路相并联时，应将串联触点多的回路放在上方，如图 5-2a
15、 所示。在有几个并联电路相串联时，应将并联触点多的回路放在左方，如 图 5-2b 所示。这样所编制的程序简洁明了，语句较少。 第 4 章 交通灯系统控制要求 交通灯对我们人类来说是个必不可少的交通信号工具，它关系着我们的人 身安全。尤其在大城市里，绝容不得有半点失误。本文的控制要求如下：按启 动按钮 X0，交通灯开始工作，按停止按钮 X1，交通灯停止工作。系统启动后， 南北方向红灯亮 25S，同时东西方向绿灯亮 20S,到 20S 时东西方向绿灯开始闪 亮 3S 后熄灭，然后过渡到东西方向黄灯亮 2S 后熄灭；之后东西方向红灯亮， 南北方向红灯熄灭，南北方向绿灯亮。东西方向红灯亮 30S，在此
16、同时南北方 向绿灯亮 25S，到 25S 时南北方向绿灯开始闪亮，闪亮 3S 后熄灭，然后过渡到 南北方向黄灯亮 2S 后熄灭；之后又回到南北方向红灯亮，东西方向红灯熄灭， 东西方向绿灯亮的状态。两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为 0.5S。两个方向的 信号灯，按上面的要求周而复始地进行工作。 图图 1 1 系统结构图系统结构图 4.14.1 系统硬件系统硬件 根据系统的控制要求所设计的硬件电路组成见图 1。系统的硬件主要由计 算机（PC 机） 、可编程序控制器（PLC）及交通灯等构成。其中 PLC 选用三菱公 司 FX2N 一 48MR 系列可编程序控制器，其输出端可以直接驱动继电器、接触器 等负载，构成一个自动化的交通控制系统。在系统成功完成后，只需安装相应
