电气0801毕业论文

1、济源职业技术学院毕业设计济源职业技术学院 毕 业 设 计题目 交通灯的PLC控制设计 系别 电气工程系 专业 电气自动化技术 班级 电气0801 姓名 王志伟 学号 08040102 指导教师 常小明 日期 2011年03月 设计任务书设计题目：交通灯的PLC控制设计设计要求：东西红灯亮55S灭35S南北向左转亮6s闪4S灭南北向绿灯灭亮26S闪4S灭南北黄灯灭亮5S灭南北红灯灭45S亮45S东西向左转灭亮6s闪4S灭东西向绿灯灭亮26S闪4S灭东西黄灯灭亮5S表1 交通灯运行规律表在本设计中有开始按钮和停止按钮2个输入端口，共有2个七段数码管和6个指示灯，指示灯的具体亮、熄如上表1，在东西方

2、向设一组数码管显示器，按倒计时的方式显示通行和停止时间。设计进度要求：第一周：搜集设计资料。第二周：观察交通灯的运行规律。第三周：进行硬件设计。第四周：进行软件设计。第五周：整理资料。第六、七周：修改整理设计报告。第八周：毕业答辩。 指导教师（签名）： 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。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、C

3、AD/CAM将成为工业生产的三大支柱。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。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。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一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。根据我这次交通灯的设计要求，我采用了2个输入端和24个输出端，选用主机CPU226，由于CPU226有16个输出端口不够设计所需，又使用了1个8输出端口电流流量为50mA的EM222扩展模块，最终实现交通灯的设计要求。关键词：交通灯 P

4、LC 程序 设计 CPU2233目 录摘 要31 PLC的特点及应用51.1 概述51.2 PLC的特点51.3 PLC的应用52 PLC的结构及原理72.1 PLC的分类72.2 PLC的结构72.3 PLC的工作原理92.4 PLC汇编语言92.5 主要功能93 交通灯控制电路的设计123.1 控制要求123.2 控制对象123.3 控制规律123.4 输入输出（I/O）地址分配123.5 系统接线图123.6 程序流程图133.7梯形图143.8 调试过程304 设计总结31致 谢32参考文献331 PLC的特点及应用1.1 概述可编程控制器（Programmable Controlle

5、r）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。1.2 PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强2.配套齐全，功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎4.体积小，重量轻，能耗低5.系统设计周期短6.安装简便，调试方便，维护工

6、作量小7.采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便1.3 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. 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。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

7、（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。 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。 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。PI

8、D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。 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

9、系统。 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。2 PLC的结构及原理2.1 PLC的分类1.按plc的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。2.按plc的I/O点数分类：1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下；3）大型2048点以上。3.按plc功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。2.2 PLC的结构可编程序控制器主机的硬件电路由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、电源等五

10、部分组成1. 中央处理器CPU是可编程序控制器的控制中心，在系统监控下工作，承担将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU常用的微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。小型PLC的CPU多采用单片机或专用CPU；大型PKC的CPU多采用位片式结构，具有高速数据处理能力。2. 存储器可编程序控制器的存储器由只读存储器ROM和随机存储器RAM两大部分构成。只读存储器ROM用以存放系统程序；中间运算数据和用户程序存在随机存储器RAM中，断电时，中间运算数据和用户程序保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支持的RAM中。3. 基本I/O接口电路1）

11、 输入接口单元PLC内部输入电路的作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1s-15ms之间。多数PLC的输入接口单元都相同，通常有两种类型。一种是直流输入；另一种是交流输入。2） 输出接口单元PLC输出电路用来将CPU运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电式、晶体管式和晶闸管输出型三种。3） 公共端点通常将一组PLC输入/输出电路公共端与PLC内部连在一起，以减

12、少PLC外部接线。比如PLC一般以3、4个输出接点为一组，在PLC内部连成一个输出公共端，公共端点之间是绝缘隔离的。分组后，不同组的负载可以采用不同的驱动电源。4. 接口电路PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。1） I/O扩展接口电路I/O扩展电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。2） 外设通信接口电路外设通信接口电路用于连接手持编程器、其他图形编程器和文本显示器等，并能组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡同通过RS-485接口与电缆和计算机连接

13、可以实现编程、监控、联网等功能。5. 电源PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为PLC内部电路需要的工作电源（5V直流）。当输入端子为非干接点（无源接点）结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入端子使用）。下图2.1为一典型PLC结构简图图2.1 PLC的结构简图2.3 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

14、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。2.4 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。1. 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。2. 语句表：又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。2.5 主要功能1. 逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是PLC的最基本功能之一。PLC设置有“与”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等逻辑指令，根据外部现场（开关、按钮或其它传感器）的状态，根据

15、指定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、电机等）。因此，PLC可代替继电器进行开关控制，完成接点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。另外，在PLC中一个逻辑位的状态可以无限次的使用，逻辑关系的修改和变更也十分方便。2. 定时控制功能定时控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有许多可供用户使用的定时器，其功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值（定时时间）可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。程序执行时，PLC将根据用户用定时器指令指定的定时器对某个操作进行限时或延时控制，以满足生产工艺的要求。3. 计数控制功能 计数控制功能

16、是PLC的基本功能之一。PLC为用户提供了许多计数器，计数器记到某一个数时，产生一个状态信号，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中进行修改。程序执行时，PLC将根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数进行计数，以完成对某个计数过程的计数控制。4. 步进控制功能PLC为用户提供了若干个移位寄存器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转步条件的步进控制。即在一道工序完成以后，在转步条件控制下，自动进行下一道工序。有些PLC还专门设置了用于步进控制的步进指令和鼓形控制器操作指令，编程和使用都极为方便。5. 数据处理功能 P

17、LC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换、译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联、实现程序、数据的显示的打印。6. 回路控制功能 有些PLC具有A/D、D/A转换功能，可以方便的完成对模拟量的控制和调节。7. 通讯联网功能 有些PLC采用通讯技术，实现远程I/O控制、多台PLC之间的同位链接、PLC与计算机之间的通讯等。8. 监控功能 PLC设置了较强的监控功能，利用编程器或监视器，操作人员对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值和当

18、前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。9. 停电记忆功能 PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（如备用电池等），以保证存储器中信息能够长期保存。利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。10. 故障诊断功能 PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动终止运行。PLC的故障自诊断功能大大提高了PLC控制系统的安全性和可维护性。3 交通灯控制电路的设计3.1 控制要求

19、交通灯与数码管受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，交通灯与数码管系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有交通灯与数码管都熄灭。3.2 控制对象东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。3.3 控制规律1. 按下启动按钮后，交通灯控制系统开始工作。先亮南北方向绿灯和东西方向红灯，再亮东西方向绿灯和南北方向红灯，然后再亮南北方向绿灯和东西方向红灯，这样一直循环运行；2. 南北向：左转灯亮6秒闪4秒，接着绿灯亮26秒闪4秒，接着黄

20、灯亮5秒，接着红灯亮45秒，如此循环；3. 东西向：红灯亮45秒，接着红灯继续亮10秒左转灯亮6秒闪4秒，接着绿灯亮26秒闪4秒，再接着黄灯亮5秒，如此循环；3.4 输入输出（I/O）地址分配I0.0：启动按钮 I0.1:停止按钮 Q0.0：东西向绿灯 Q0.1：东西向黄灯 Q0.2：东西向红灯 Q0.3：东西向左转绿灯 Q0.4：南北向绿灯 Q0.5：南北向黄灯 Q0.6：南北向红灯 Q0.7：南北向左转绿灯 Q1.0Q1.7:数码管个位段码 Q2.0Q2.7：数码管十位段码3.5 系统接线图图3.1 系统接线图3.6 程序流程图图3.2 程序流程图3.7梯形图3.8 调试过程 经

21、过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。

22、虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的东西。4 设计总结城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。本文主要是采用S7-200系列的CPU226型的PLC来实现设计的效果。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得上是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中，我发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。在以后的工作学习中，我定能战胜困难与不足，去迎接新的挑战与成功！当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。致 谢当我以学子的身份踏入大学校