杨海龙PLC在生活中的一例应用.doc

郑州电子信息职业技术学院毕 业 论 文课题名称： PLC在生活中的一例应用 作 者： 杨海龙 学 号： 0802110467 系 别： 机电工程系 专 业： 机电一体化技术 指导教师： 康 丽 2011年4月13日中文摘要PLC在生活中的一例应用摘 要PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在该设计中，还引入F940触摸屏模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行，十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。关键词：交通控制；交通灯；PLC控制郑州电子信息职业技术学院2011届毕业论文目 录 中文摘要1 引言11.1 PLC的特点11.2 PLC的应用11.2.1开关量的逻辑控制11.2.2模拟量控制11.2.3运动控制11.2.4过程控制21.2.5数据处理21.2.6通信及联网2 1.3 PLC的分类和结构3 1.4 PLC的工作原理3 1.5 PLC汇编语言3 1.6 PLC的基本指令4 1.6.1输入输出指令（LD/LDI/OUT）4 1.6.2触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）5 1.6.3电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）5 1.6.4程序结束指令（END）6 1.7 编程器件62 梯形图的设计与编程方法62.1 确定各元件的编号，分配I/O地址62.2 梯形图的编程规则 63 PLC在交通灯的应用73.1 设计要求73.2 设计步骤及原理74 总结10参考文献11致谢121 引言 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.1 PLC的特点(1)可靠性高，抗干扰能力强；(2)通用性高，使用方便；(3)程序设计简单，易学，易懂；(4)采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；(5)系统设计周期短；(6)安装简便，调试方便，维护工作量小；(7)对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。1.2 PLC的应用目前，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。 1.2.1 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。1.2.2 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 1.2.3 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 1.2.4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。1.2.5 数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。1.2.6 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 1.3 PLC的分类和结构(1) 按plc的结构形式分类：a,整体式；b,模块式。(2) 按plc的I/O点数分类：a,小型256点以下；b,中型256点以上，2048点以下；c,大型2048点以上。(3) 按plc功能分类：低档型，中档型，高档型。PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。接受接口部件输出 电 源 部 件 中央处理单元 CPU板输入接口部件 驱动现场信号 受控元件图1.1 PLC的基本结构框图1.4 PLC的工作原理 (1) 输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。 (2) 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。 (3) 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。1.5 PLC汇编语言采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：梯形图，语句表，功能图等。梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。 语句表：又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的基础符编程。例：下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例： END X000 X001 Y000 X010图1.2 PLC的梯形图例它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令，用以 结束程序。梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：地址指令变量0000LDX0000000ORX0100000AND NOTX0010000OUTY0000000END表1.1 助记符程序1.6 PLC的基本指令1.6.1 输入输出指令（LD/LDI/OUT）下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件以列表的形式加以说明： 符号 功 能 梯形图表示 操作元件 LD（取） 常开触点与母线相连 X，Y，M，T，C,S LDI（取反） 常闭触点与母线相连 X，Y，M，T，C,SOUT（输出） 线圈驱动 Y，M，T，C，S,F 表1.2 LD/LDI/OUT三条指令LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。OUT 指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。 X000 Y000 地址 指令 数据 0000 LD X000 0001 OUT Y000表1.3 LD与LDI指令1.6.2 触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 AND（与） 常开触点串联连接 X，Y，M，T，C,S ANDI（与非） 常闭触点串联连接 X，Y，M，T，C,S OR（或） 常开触点并联连接 X，Y，M，T，C,S ORI （ 或非） 常闭触点并联连接 X，Y，M，T，C,S 表1.4 AND/ANDI与OR/ORI指令AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。 X001 X002 Y001 地址 指令 数据 0002 LD X001 X003 0003 ANDI X002 0004 OR X003 0005 OUT Y001 表1.4 AND/ANDI与OR/ORI指令1.6.3 电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制。将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 ORB（块或） 电路块并联连接 无 ANB（块与） 电路块串联连接 无 表1.5 电路块的并联和串联指令1.6.4 程序结束指令（END） 在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。1.7 编程器件一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。2 梯形图的设计与编程方法梯形图是各种PLC通用的编程语言，尽管各厂家的PLC所使用的指令符号等不太一致，但梯形图的设计与编程方法基本上大同小异。2.1 确定各元件的编号，分配I/O地址利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，PLC是按编号来区别操作元件的 。我们选用的FX2N型号的PLC，其内部元件的地址编号如下表所示，使用时一定要明确，每个元件在同一时刻决不能担任几个角色。一般讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号点数是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当），故I/O的分配实际上是把PLC的入、出点号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入座”进行接线。FX2N系列的I/O地址分配及一些其他的内存分配前面都已介绍过了，同学们也可以参考FX系列的编程手册。2.2 梯形图的编程规则(1)每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。(2)梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点）。(3)线圈不能直接接在左边母线上。(4)在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。(5)在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。3 PLC在交通灯的应用3.1 设计要求信号灯受启动开关控制。当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南.北红灯亮，在东.西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南.北绿灯和东.西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。（2）南.北红灯亮，维持25s，在南.北红灯亮的同时东.西灯亮，并维持20s，到20s时，东.西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。在动系绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东.西黄灯熄灭 ，东.西红灯亮。同时，南.北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东.西红灯亮，维持30s，南北绿灯亮，维持25s，然后闪亮3s后熄灭，同时南.北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南.北红灯亮，东.西绿灯亮。（4）上述动作循环进行。3.2 设计步骤及原理根据控制要求，画出交通灯的状态图。如图3.1： 图3.1 交通灯指挥信号状态图根据任务要求，可以算出I/O点数，根据I/O点数及功能要求，选择FX2-48MR型PC机。 I/O输出如下：输入地址： 启动 X000 输出地址： 南北 绿灯 Y000 南北 黄灯 Y001 南北 红灯 Y002 报警灯 Y003东西 绿灯 Y004 东西 黄灯 Y005 东西 红灯 Y006交通灯的面板示意图如下： MG MY SR SY SG MR 北 西 东 SG SY SR 南 MG MY MR 图3.2 交通灯的面板示意图该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，其标号分别为MG、MY、MR和SG 、SY、SR。其中，其中，交通灯选用5V直流电，COM端为交通灯的公共端。而灯与程控器之间的接线图如下： 程 Y000 控 Y001 器 Y002 的 : 输 : 出 : 5V 端 COM 图3.3 灯与程控器之间的接线图从上图可看出，程控器的公共端接5V电源的负极，而灯的公共端接电源的正端，灯的另一端接到程控器的输出端，如Y000，Y001 等。地址指令变量地址指令变量0000LDT00029ANIY30001ANDX00030ANDX00002ANIT40031OUTY20003OUTT000320LDT00004K2500033OUTY60005LDT00034LDY20006OUTT40035ANIT60007K3000036LDT60008LDIY30037ANIT70038ANDT100009ANDX00039ORB0038OUTY40010ANIT00039LDT70011OUTT60040ANIT50012K2000041OUTY50013LDT60042LDY60014OUTT70043ANIT10015K300044LDT10016LDT70045ANIT20017OUTT50046ANDT100018K200047OUTY00019LDT00048LDT20020OUTT10049ANIT30021K2500050OUTY10022LDT10051LDY00023OUTT20052ANDY40024K300053OUTY30025LDT20054LDX00026OUTT30055ANIT110027K200056OUTT100028LDIT00057K50