PLC的交通灯设计论文.pdf

上海海事职业技术学院 机电工程系毕业专题报告 PLC 在路口红绿灯控制中的应用在路口红绿灯控制中的应用 专专业：电气自动化技术业：电气自动化技术 班班级：自动级：自动 091091 姓姓名：胡轶昊名：胡轶昊 指导教师：黄俊指导教师：黄俊 完成日期：完成日期：20122012 年年 3 3 月月 2626 日日 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 1 PLC 交通灯设计论文交通灯设计论文 摘要摘要 本文介绍了 PLC 的基本结构及分类，PLC 的特点及应用领域，通过分析 PLC 的工作原理及 PLC 的编程语言，并且重点介绍了三菱 F140MR 型 PLC 编程语言 和指令系统，通过对梯形图程序设计方法的分析，主要介绍了两种顺序功能图转换 为梯形图的方法，即起保停电路设计方法和以转换为中心的设计方法。 针对选题十字路口交通信号灯控制系统设计，本文采用顺序控制设计法中并行 序列的顺序功能图设计方法，将东西、南北两个方向的路灯并行控制，再以转换为 中心的方法将顺序功能图转换为梯形图，最后利用编程器将指令输入 PLC 中进行调 试，最终实现交通灯的自动控制。 关键词关键词：PLC、自动控制、梯形图、顺序功能图、交通灯控制系统 第一章第一章 概述概述 1.1PLC 的基本概念与基本结构的基本概念与基本结构 1.1.1 PLC 的的基本概念的的基本概念 现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规 格、低成本和高质量的产品，为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统 必须具备极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller， PLC 正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。 PLC 应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产 过程的自动控制系统中，PLC 在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用已得到了 迅速的发展。它不仅是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系 统中也占有不可动摇的地位，PLC 应用程度之广、普及程度之高，是其他计算机控 制设备无法比拟的。 国际电工委员会（IEC）对 PLC 作了如下定义： “可编程序控制器是一种数字运 算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计。它采用可编程序的存储器，用来在 其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令、并通过 数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程，可编程序控制器 及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 2 设计” 。 由以上定义可以看出， PLC 是一种用程序里改变控制功能的工业控制计算机， 除了各种各样的控制功能外，还有与其它计算机通和信联网的功能。 此实验是以三菱公司的 PLC 为基础而进行实验的。 1.1.2 PLC 的基本结构的基本结构 1.PLC 主要由 CPU 模块、 输入模块、 输出模块和编程器组成.PLC 的特殊功能模 块用来完成某些特殊的任务。 2. I/O 模块 输入（Input）模块和输出（Output）模块简称 I/O 模块，他们相当于人的眼、 耳、鼻、手、脚，是联系外部现场设备和 CPU 模块的桥梁。 PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，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 所能管理的基本配置的 能力，即受最大的底板或机架槽数限制。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。 3. 编程器 编程器是用来生成用户程序，便用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户 程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入好编辑指令 表程序，因此又叫做指令编辑器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的 PLC 编程，或者用与现场调试和维护。 4. 电源 PLC 使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源。内部的开关电源为各模块提供不同等 级的直流电源。小型的 PLC 可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关） 提供 DC 24V 电源，驱动 PLC 负载的直流电源一般由用户提供。 5.PLC 的通信联网 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范围内交换信息。 了解了 PLC 的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的 概念，做到既经济又合理，尽可能发挥 PLC 所提供的最佳功能。 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 3 1.2 PLC 的特点与应用领域的特点与应用领域 1.2.1 PLC 的特点的特点 （1） 可靠性高，抗干扰强 （2） 功能强大，性价比高 （3） 编程简易，现场可修改 （4） 配套齐全，使用方便 （5） 寿命长，体积小，能耗低 （6） 系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便 1.2.2 PLC 的应用领域的应用领域 PLC 已经广泛地应用到很多工业部门，随着其性能价格的不断提高，PLC 的应 用范围不断扩大，主要由一下几个方面： （1）数字量逻辑控制 （2）运动控制 （3）闭环过程控制 （4）数据处理 （5）联网通信 第二章第二章 基于基于 PLC 十字路口交通信号灯控制系统设计十字路口交通信号灯控制系统设计 2.1 设计选题及设计选题及 PLC 控制过程控制过程 在十字路口的东西、南北主干道上装设红灯、绿左转、绿直行和黄灯，控制机 动车辆和非机动车辆，人行斑马线上装设红、绿灯控制行人。 其控制过程为： 东西南北方向主干道的红灯 一直处于点亮状态， 提示主干道上左转通行时直 行禁止通行， 直行通行时左转禁止通行， 只有红 灯亮时该方向车辆禁止通行。 主干道车辆通行时 交通灯信号的变化规律为：左转绿灯亮 15 秒后 闪烁三次，黄灯亮 2 秒，然后直行绿灯亮（同时 东西方向人行道绿灯亮） ，15 秒后闪烁三次，黄 灯亮 2 秒，然后绿灯全部熄灭，只有红灯亮，车 辆禁止通行。 该系统属于连续循环工作的控制系统，要求系统启动后能够周期性地连续循环 工作，故系统中设置两个输入信号分别控制系统的启动和停止。PLC 选用三菱 F1 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 4 40MR 基本单元，I/O 接口数为 24/16。 分析系统的控制模型可以看出，人行道斑马线上的绿灯状态与直行绿灯信号相 同，可用同一个控制信号。故整个控制系统需设置两个输入接口：X400 接启动输入 开关 SB1， X401 接停止输入开关 SB2； 再设置九个输出端口分别控制各信号灯。 PLC 的 I/O 接口分配如图二所示。根据系统的控制模型和控制要求可画出系统中各输出 信号的控制时序如图三所示。 2.2 以转换为中心的梯形图的设计以转换为中心的梯形图的设计 在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且满足相应的转换 条件，则转换实现。 在以转换为中心的编程方法中，将改转换所有前级步对应的存储器位的常开触 点与转换对应的触点或电路串联，该串联电路即为起保停电路的启动电路，用它作 为使所有后续步对应的存储器位置位，和所有前级步对应的前级步对应的存储器位 复位。根据顺序控制的顺序功能图得到如下以转换为中心的梯形图： 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 5 2.3 交通灯控制系统的编程指令交通灯控制系统的编程指令 PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，但是小型 PLC的指令系统比汇编语言的简单得多， 有的PLC的指令系统仅有20来条指令。 指令 表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语 言。如果使用图形编程器，可以直接将梯形图送入PLC，并在显示器上显示出来。 如果使用简易编程器，则必须将梯形图转换成指令表后再送入PLC，这种转换的规 则是很简单的。在用户存贮器中，指令按步序号顺序排列。 根据以转换为中心的梯形图可以得其指令表如下： 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 6 地址指令变量115ORM211 1LDX400116OUTY430 2ORM100117LDM201 3ANIX401118ORM203 4OUTM100119OUTY431 5LDM71120LDM205 6SM200121ORM207 7LDM211122OUTY432 8ANDM222123LDM204 9ANDT550124ORM210 10ANDT51125OUTY433 11SM200126LDM201 12RM211127ORM202 13RM222128ORM203 14LDM200129ORM204 15ANDM100130ORM210 16SM201131ORM211 17SM212132OUTY434 18RM200133LDM213 19LDM201134ORM215 20ANDT450135OUTY531 21SM202136LDM217 22RM201137ORM221 23LDM203138OUTY532 24ANDT452139LDM216 25ANIC460140ORM222 26SM202141OUTY533 27RM203142LDM212 28LDM202143ORM213 29ANDT451144ORM214 30SM203145ORM215 31RM202146ORM216 32LDM203147ORM222 33ANDT452148OUTY434 34ANDC460149LDM201 35SM204150OUTT450 36RM203151K15 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 7 37LDM204152LDM202 38ANDT453153OUTT451 39SM205154K0.5 40RM204155LDM203 41LDM205156OUTT452 42ANDT454157K0.5 43SM206158LDM204 44RM205159OUTT453 45LDM207160K2 46ANDT456161LDM205 47ANIC461162OUTT454 48SM206163K15 49RM207164LDM206 50LDM206165OUTT455 51ANDT455166K0.5 52SM207167LDM207 53RM206168OUTT456 54LDM207169K0.5 55ANDT456170LDM207 56ANDC461171OUTT456 57SM210172K0.5 58RM207173LDM210 59LDM210174OUTT457 60ANDT457175K2 61SM211176LDM211 62RM210177OUTT550 63LDM212178K40 64ANDT551179LDM212 65SM213180OUTT551 66RM212181K40 67LDM213182LDM213 68ANDT552183OUTT552 69SM214184K15 70RM213185LDM214 71LDM215186OUTT553 72ANDT554187K0.5 73ANIC462188LDM215 74SM214189OUTT454 75RM215190K0.5 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 8 76LDM214191LDM216 77ANDT553192OUTT555 78SM215193K2 79RM214194LDM217 80LDM215195OUTT556 81ANDT554196K15 82ANDC462197LDM220 83SM216198OUTT557 84RM215199K0.5 85LDM216200LDM221 86ANDT555201OUTT50 87SM217202K0.5 88RM216203LDM222 89LDM217204OUTT51 90ANDT556205K2 91SM220206LDM204 92RM217207ORM71 93LDM211208RSTC460 94ANDT550209LDM203 95ANIC463210OUTC460 96SM220211K3 97RM221212LDM210 98LDM220213ORM71 99ANDT557214RSTC461 100SM221215LDM207 101RM220216OUTC461 102LDM221217K3 103ANDT50218LDM216 104ANDC463219ORM71 105SM222220RSTC462 106RM221221K3 107LDM201222LDM222 108ORM202223ORM71 109ORM203224RSTC463 110ORM204225LDM221 111ORM205226OUTC463 112ORM206227K3 113ORM207228END 114ORM210 上海海事职业技术学院机电工程系毕业专题 9 2.4 程序调试程序调试 2.4.1 在系统设计中注意的问题在系统设计中注意的问题 （1）在系统设计中要注意寄存器、定时器等元件的编号是按八进制进行的，在 写某一步时，如果出现 M208、M209、T458 等书写时，是一定要避免的。 （2）在计数器的使用时，一定要设置计数器的初始化复位，并在计数器使用完 毕后一步使其复位，否则将不能使用设置好的计数器，或者不能按设置要求来进行 计数。 2.4.2 程序调试中遇到的问题及解决方法程序调试中遇到的问题及解决方法 问题（1） ：输完指令后执行程序，设置好控制输出的灯没有完全亮。 分析：说明控制该灯的步不正确或是死步。 解决方案：检查梯形图，发现东西方向的输出未写入梯形图，修改梯形图并转 换为指令，插入到程序中，再运行程序，所有设置输出均正常。 问题（2）交通灯未出现闪烁，并且未进入到下一步状态 分析：说明控制该步转换条件的定时器有问题，是根据西门子的定时器来设计 的，可能会有区别。 解决方案：查看三菱 PLC 参考资料，发现其定时器的使用与西门子的设置有区 别，在三菱 PLC 中，定时器的设置虽是 0.1999 秒定时器，但可以输入 0.5 秒，设 置值 K 就是定时时间，而西门子的定时器如果是 100ms 的定时器则设置值 K 为 5 即为 0.5 秒，检查指令表，修改 K 值，插入到程序中，再运行程序，所有设置输出 均正常,程序运