交通信號燈plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 通信及聯(lián) 網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 。 PLC 的特點 抗干擾能力強，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點 接觸不良，容易出現(xiàn)故障， PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的 1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 而 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。 配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運 算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編 語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相似。PLC 按其結(jié)構(gòu)形式可分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 接受 驅(qū)動 現(xiàn)場信號 受控元件 圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)框圖 PLC 編程語言 采用面向控制過程、面向問題、簡單直觀的 PLC 進行編程，其編程語言常用的有：梯形圖、語句表、功能圖等。 梯形圖 梯形圖是使用最多的 PLC 圖形編程語言。梯形圖與繼電器電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形圖由觸點、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點電表邏輯輸入條件，例如外部的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯運算的結(jié)果，常用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的標志位等。指令框用來表示定時器、 計數(shù)器或者數(shù)學(xué)運算等附加指令。使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到 PLC。 語句表 語句表又叫指令表，它是一種類似于微機的匯編語言中的文本語言，用指令的助記符編程，由多條語句組成一個程序段，可以實現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖表示的功能。 功能塊圖 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號來表示控制邏輯。即用類似于與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號自左向右流動。 輸入接口部件 中央處理單元 CPU 板 接口部件輸出 電 源 部 件 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 設(shè)計的主要內(nèi)容 （ 1） 交通信號燈的控制要求 （ 2） 交通信號燈的控制時序 （ 3） PLC 應(yīng)將控制電路設(shè)計 （ 4） 交通信號燈程序設(shè)計過程 （ 5） 交通信號燈的 PLC 程序 因為是交通燈的單片機控制設(shè)計，所以要了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。然后轉(zhuǎn)狀態(tài) 1 南北紅燈，東西綠燈通車。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài) 2 東西綠燈滅，黃燈閃爍幾次，南北仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài) 3，南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài) 4，南北綠燈滅，閃幾次黃燈，東西仍然紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài) 1。 （這一小節(jié)寫你的整個設(shè)計的內(nèi)容，即把第三、四兩章的內(nèi)容做綜合總結(jié)?。? 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計概要 設(shè)計的基本原則和內(nèi)容 我們在學(xué)習(xí)了 PLC 的大量相關(guān)知識后，要能夠把其運用在實際設(shè)計當中。當然，要設(shè)計經(jīng)濟、可靠、簡潔的 PLC 控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識和實際的工作經(jīng)驗。那么，我們首先來看一下 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和內(nèi)容。 一、 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 最大限度地滿足被控對象的控制要求； 保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全； 滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、實用和維修方便； 選擇 PLC 時，要考慮生產(chǎn)和工藝改進所需的余量。 二、 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容 選擇合適的用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象； 分配 I/O，設(shè)計電氣接線圖，考慮安全措施； 選擇適合系統(tǒng)的 PLC； 設(shè)計程序； 調(diào)試程序，一個是模擬調(diào)試，一個是聯(lián)機調(diào)試； 設(shè)計控制柜，編寫系統(tǒng)交付使用的技術(shù)文件，說明書、電氣圖、電氣元件明細表。 驗收、交付使用。 設(shè)計的步驟和實現(xiàn)過程 一、 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，最好繪制編程流程圖，相當于設(shè)計思路； 設(shè)計梯形圖； 程序輸入 PLC 模擬調(diào)試，修改 ，直到滿足要求為止； 現(xiàn)場施工完畢后進行聯(lián)機調(diào)試，直至可靠地滿足控制要求； 編寫技術(shù)文件； 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 交付使用。 我們在設(shè)計流程圖時，也要遵循以下過程： 1) 分析生產(chǎn)工藝過程； 2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，分配 I/O； 3) 選擇 PLC； 4) 設(shè)計 PLC 接線圖以及電氣施工圖； 5) 程序設(shè)計和控制柜接線施工。 具體的設(shè)計步驟框圖如圖 21 所示。 圖 21 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟框圖 分析控制要求 確定 I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O、設(shè)計電氣圖 編寫流程圖 設(shè)計梯形圖 編制程序清單 輸入程序并檢查 調(diào)試滿足 N Y 聯(lián)機調(diào)試 滿足 N N 編制技術(shù)文件 交付使用 設(shè)計控制柜 現(xiàn)場連接 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 二、 PLC 控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過程及特點 PLC 執(zhí)行程 序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， PLC 對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程 序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時， PL