西门子PLC交通灯设计

1、目录1 引言41.1 PLC概述41.2 PLC的功能41.3 PLC的工作原理和结构51.3.1 PLC的工作原理：51.3.2 结构：51.4 PLC的硬件介绍和选型51.5 西门子S7-200系列PLC的基本指令81.5.1 逻辑取及输出线圈指令（LD、LDI、OUT）8 单个触点串联指令（AND、ANI）91.5.3 S7-200系列PLC的定时器指令101.6 西门子S7-200系列的编程软件111.6.1 编程准备111.6.2 程序的调试和监控122 交通灯控制要求132.1 路况示意图132.2 工作要求和过程132.3 根据交通灯示意图模拟控制实验143 交通灯控制的设计14

2、3.1 顺序图143.2 I/O分配及接线图153.3 编制程序173.4 交通灯时序波形图213.5 PLC系统调试214 致谢225 参考文献221.5 西门子S7-200系列PLC的基本指令1.5.1 逻辑取及输出线圈指令（LD、LDI、OUT）（一）指令用法LD：取指令，用于常开触点与母线连接。LDI：取反指令，用于常闭触点与母线连接。OUT：线圈驱动指令，用于将逻辑运算的结果驱动一个指定线圈。（二）指令用法说明（1）LD、LDI指令用于将触点接到母线上，操作目标元件为X、Y、M、T、C、S。LD、LDI指令还可与AND、ORB指令配合，用于分支回路的起点。（2）OUT指令的目标元件为

3、Y、M、T、C、S和功能指令线圈。（3）OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈并联。1.5.2 单个触点串联指令（AND、ANI）1.指令用法AND：与指令。用于单个触点的串联，完成逻辑“与”运算，助记符号为AND*，*为触点地址。ANI：与反指令。用于常闭触点的串联，完成逻辑“与非”运算，助记符号为ANI*，*为触点地址。2.指令用法说明（1）AND、ANI指令均用于单个触点的串联，串联触点数目没有限制。该指令可以重复多次使用。指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S。（2）OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令称为纵接输出。（3）串联触点的数目和纵接的次数虽然没有限制，但由于图形编

4、程器和打印机功能有限制，因此尽量做到一行不超过10个触点和1个线圈，连续输出总共不超过24行。（4）串联和并联指令是用来描述单个触点与其他触点或触点组成的电路连接关系的。指令名称指令符功能操作数取LD bit读入逻辑行或电路块的第一个常开接点Bit：I，Q，M，SM，T，C，V，S取反LDN bit读入逻辑行或电路块的第一个常闭接点与A bit串联一个常开接点与非AN bit串联一个常闭接点或O bit并联一个常开接点或非ON bit并联一个常闭接点电路块与ALD串联一个电路块无电路块或OLD并联一个电路块输出= bit输出逻辑行的运算结果Bit：Q，M，SM，T，C，V，S置位S bit，N

5、置继电器状态为接通Bit：Q，M，SM，V，S复位R bit，N使继电器复位为断开表 S7-200系列的基本逻辑指令1.5.3 S7-200系列PLC的定时器指令 类型、编号及分辨率1.TON接通延时 2.TONR有记忆接通延时 3.TOF断开延时3种分辨率（时基）：1ms、10ms、100ms分别对应不同的定时器号 定时器6个要素： 指令格式（时基、编号等） 预置值PT 使能IN 复位3种定时器不同 当前值Txxx 定时器状态（位）可由触点显示 定时值=时基×预置值PT。由于定时器的计时间隔与程序的扫描周期并不同步，定时器可能在其时基（1ms、10ms、100ms）内任何时间启动，

6、所以，未避免计时时间丢失，一般要求设置PT预置值必须大于最小需要的时间间隔。例如：使用10ms时基定时器实现140ms延时（时间间隔），则PT应设置为15（10ms×15=150ms）梯形图LAD语句表功能操作码操作数IN TONPTTxxxTONTxxx PT使能1计数，计数到设定值时（一直计数到32767），定时器位1。使能0复位（定时器位0）。一般用于单一时间间隔的定时IN TOFPTTxxxTOFTxxx PT使能1，定时器位1，计数器复位（清零）。使能由1到0负跳变，计数器开始计数，到设定值时（停止计数），定时器位0。IN TONRPTTxxxTONRTxxx PT使能1，

7、计数器开始计数，计数到设定值时，计数器位1。使能断开，计数器停止计数，计数器位仍为1，使能位再为1时，计数器在原来的计数基础上计数。 S7-200的定时器指令以上三种计数器可以通过复位指令复位。1.6 西门子S7-200系列的编程软件1.6.1 编程准备（一）. 指令集和编辑器的选择写程序之前，用户必须选择指令集和编辑器。在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种。SIMATIC是专为S7-200PLC设计的，专用性强，采用SIMATIC指令编写的程序执行时间短，可以使用LAD、STL、FBD三种编辑器。IEC1131-3指令集是按国际电工委员会（IEC）PL

8、C编程标准提供的指令系统，作为不同PLC厂商的指令标准，集中指令较少。有些SIMATIC所包含的指令，在IEC 1131-3中不是标准指令。IEC1131-3标准指令集适用于不同厂家PLC，可以使用LAD和FBD两种编辑器。本教材主要用SIMATIC编程模式。1单命令“工具”“选项” “一般”标签“编程模式” 选SIMATIC。程序编辑器有LAD、STL、FBD三种。本论文主要用LAD和STL。2择编辑器的方法如下：用菜单命令“检视” LAD或STL。或者菜单命令“工具”“选项” “一般”标签“默认编辑器”。（二）根据PLC类型进行参数检查在PLC和运行STEP7-Micro/WIN的PC连线

9、后，在建立通信或编辑通信设置以前，应根据PLC的类型进行范围检查。必须保证STEP7-Micro/WIN中PLC类型选择与实际PLC类型相符。方法如下：1菜单命令“PLC”“类型” “读取PLC”。2在指令树“项目”名称“类型” “读取PLC”1.6.2 程序的调试和监控在运行STEP 7-Micro/WIN 32编程设备和PLC之间建立通信并向PLC下载程序后，便可运行程序，收集状态进行监控和调试程序。（一）选择工作方式PLC有运行和停止两种工作方式。在不同的工作方式下，PLC进行调试的操作方法不同。 单击工具栏中的“运行”按钮或“停止”按钮可以进入相应的工作方式.（1）选择STOP工作方式

10、在STOP（停止）工作方式中，可以创建和编辑程序，PLC处于半空闲状态：停止用户程序执行；执行输入更新；用户中断条件被禁用。PLC操作系统继续监控PLC，将状态数据传递给STEP 7-Micro/WIN 32，并执行所有的“强制”或“取消强制”命令。当PLC位于STOP（停止）工作方式可以进行下列操作：1 使用图状态或程序状态检视操作数的当前值。（因为程序未执行，这一步骤等同于执行“单次读取”）2 可以使用图状态或程序状态强制数值。使用图状态写入数值。3 写入或强制输出。4 执行有限次扫描，并通过状态图或程序状态观察结果。（2） 选择运行工作方式当PLC位于RUN（运行）工作方式时，不能使用“

11、首次扫描”或“多次扫描”功能。可以在状态图表中写入和强制数值，或使用LAD或FBD程序编辑器强制数值，方法与在STOP（停止）工作方式中强制数值相同。还可以执行下列操作（不能在STOP工作方式使用）：1 使用图状态收集PLC数据值的连续更新。如果希望使用单次更新，图状态必须关闭，才能使用“单次读取”命令。2 使用程序状态收集PLC数据值的连续更新。3 使用RUN工作方式中的“程序编辑”编辑程序，并将改动下载至PLC。2 交通灯控制要求2.1 路况示意图 北 西 东 南2.2 工作要求和过程主要程序要求如下：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

12、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.西灯也亮，并维持20s，到20s时，东、西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。在东西绿灯熄灭时，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。注意：要求南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则关闭系统，并立刻报警。2.3 根

13、据交通灯示意图模拟控制实验在PLC交通灯模拟模块中，东西南北都有3个控制信号灯，他们分别是： 1， 禁止通行灯 （亮时为红色） 2， 允许通行 （亮时为绿色） 3， 准备禁止通行 （亮时为黄色）所以结合交通灯实际情况可以设计交通灯模拟控制实验：当交通系统起动开关接通时按照工作要求南北向和东西向均设有红灯25秒，绿灯20秒，绿灯闪亮3秒和黄灯2秒。当东西方向的红灯点亮时，南北方向应该依次点亮绿灯，绿灯闪亮，然后黄灯点亮。反之，当南北方向的红灯点亮时，东西方向应该依次点亮绿灯，绿灯闪亮，然后黄灯点亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。3 交通灯控制的设计3.1 顺序图根据第二章交通灯的控制要求可

14、以画出顺序功能图设启动按钮用I0.0表示, 6个工作状态分别用顺序控制继电器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分别用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定时器.当I0.0启动按钮得电时,将激活S0.0,进入第一步状态,在该状态南北红灯亮,东西绿灯亮,同时启动定时器T1, T1定时时间到时,转换条件满足,结束S0.0激活S0.1进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西绿灯闪.同时启动定时器T2, T2定时时间到时,转换条件满足,结束S0.1激活S0.2进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西黄灯亮,依次激活S0.3,S0.4.S0.5,当定时器T6时

15、间到时再次激活S0.0,不断循环执行.顺序功能图如图3.1所示南北红灯亮东西绿灯闪南北红灯亮东西绿灯亮南北红灯亮东西黄灯亮东西红灯亮南北绿灯亮东西红灯亮南北绿灯闪东西红灯亮南北黄灯亮原始状态S0.0S0.1S0.5S0.2S0.3S0.4南北绿灯亮东西绿灯亮报警并使I0.0失电I0.0T0T1T2T3T4T5交通灯顺序功能图3.2 I/O分配及接线图硬件结构设计了解各个对象的控制要求,分析对象的控制要求,确定输入/输出(I/O)接口的数量,确定所控制参数的精度及类型.如对开关量,模拟量的控制,用户存储器的存储容量等.选择合适的PLC机型及外设,完成PLC的硬件结构配置. 根据上述选型及工作要求

16、,绘制PLC控制交通灯的电路接线图,编制I/O接口功能表,根据信号控制要求,I/O分配及其接线分别如图3.2（1），（2）所示所谓输入/输出接口电路是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件，各输入输出点的通断态用发光二极管（LED）显示，外部接线一般接在PLC的接线端子上。下面先跟据输入/输出接口的数量编制出输入输出分配表：I/O分配表输入输出机内器件报警灯 Q0.0T37 南北红灯 25S启动开关I0.0南北红灯Q0.1T38 东西红灯 25S南北绿灯Q0.2T39 东西绿灯 20S南北黄灯Q0.3T40 东西绿灯闪 3S停止开关I0.1东西红灯Q0.4T41 东西黄灯 2S东西绿灯Q

17、0.5T42 南北绿灯 20S东西黄灯Q0.6T43 南北绿灯闪 3ST44 南北黄灯 2ST37I0.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2I0.1 1L Q0.31M Q0.4 Q0.52L GND+24V L1 NSB1SB2220VPLC交通灯外部分配及接线图3.3 编制程序根据上述I/O分配表编制出程序如下：T38I0.0Q0.0IN TONPT 100ms250ssT38T37IN TONPT 100ms250sT39T37I0.0Q0.0IN TONPT 100ms200sSsST40T39IN TONPT 100ms30T41T40IN TONPT 100ms20T42T37IN T

18、ONPT 100ms200T43T423020T44T43IN TONPT 100msIN TONPT 100msQ0.1I0.0Q0.0T37 Q0.4T37 Q0.2T39Q0.1 T40T40 <=I10>=I1T40T40<=I30>=I20T41Q0.3T40T42Q0.5T42Q0.4 T43T43<=I10>=I1T43T43<=I30>=I20Q0.6T44T43 Q0.0Q0.5Q0.2指令表如下LDI0.0TONT38, 250ANQ0.0LDNQ0.0ANT38AI0.0TONT37, 250AT37LDT37TONT39, 200LDT39LDT40TONT40, 30ANT41LDT40=Q0.3TONT41, 20LDQ0.4LDT37ANT42TONT42, 200=Q0.5LDT42LDT43 >=I,I=1TONT43, 30AT43 <=I,I=10LDT43=Q0.5TONT44, 20LDT43 >=I,I=20LDNT37AT43 <=I,I=3