毕业设计：基于PLC的交通灯控制

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1、毕业设计：基于PLC的交通灯控制本文由只会偶尔想你贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 职业技术学院 毕 业 设 计 题 系 专 班 姓 学 目 别 业 级 名 号 基于 PLC 的交通灯控制 指 导 教 师 日 期 2009 年 12 月 设计任务书 设计题目； 设计题目； 交通灯控制 基于 PLC 的交通灯控制 设计要求： 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，相对应的同时间内，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

2、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： 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 指导教师（签名） ： 指导教师（签名） I 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

3、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、4s、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，

4、 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 II 目 摘 1 录 要 II PLC 概述 1 1.1 PLC 的定义 1 1.2 PLC 的基本组成 1 1.3 PLC 工作原理 6 1.4 PLC 的编程语言 6 1.5 PLC 的分类及性能指标 7 1.6 PLC 的特点 9 1.7 PLC 定时器指令的介绍 9 2 S7-200 编程软件 STEP 7 - Micro/WIN3.2 12 2.1 如何控制程序作业 12 2.2 STEP7 程序的使用 12 2.3

5、 Step 7 MicroWin V3.2 文件的新建 13 2.4 PLC 程序的下载 14 3 程序的设计 16 3.1 交通灯时序图 16 3.2 I/O 分配表与外部接线图 16 3.3 PLC 主机的选择 17 3.4 本设计流程图 19 3.5 程序梯形图 20 3.6 程序的调试和检测中遇到的问题 22 致 谢 23 参考文献 24 III 1 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

6、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 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

7、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，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内，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内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

8、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 内部电路的工作 状态和编程过程中的语法错误等。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。内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 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应 有足够的理解。C

9、PU 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。 CPU 速度和内存容量是 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： 2 （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

10、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内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦 除存储器内容)。 （3） EEPROM(Electrical Erasable 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内容进行修改。 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 RA

11、M 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 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

12、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）系统软设备存储区 除了 I/O 映象区区以外，系统 RAM 存储区还包括 PLC 内部各类软设备(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 3 保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 PLC 断电时由内部的锂电池供电， 数据不

13、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) ，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 PL

14、C 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 源系统是无法正常工作的，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%)范围内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。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），

15、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 4 理的基本配置的能力，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