plc交通灯控制系统大学学位论文.doc
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1、目录设计任务书摘要第一章 PLC方面的简介第二章 PLC的选择第三章 设备元件的选择第四章 PLC程序的设计第五章 PLC的安装、维护及故障诊断总结参考文献PLC毕业设计要求一、 设计说明书内容要求:2 设计总说明。主要介绍设计任务来源、设计标准、设计原则及主要技术资料,中文字数要在15002000字以内,英文字数以1000个左右实词为宜,关键词一般以5个左右为妥。3 目录。按三级标题编写(即:1、1.1、1.1.1);4 PLC简介;5 系统配置确定,包括输入输出信号的确定,I/O编号分配和PLC的选型;6 电气控制主电路和PLC硬件接线的设计;7 PLC程序的设计;8 上机调试结果;9 设
2、计总结;10 参考文献。格式:序号 作者题名刊名,出版年份,卷号(期号):起页-止页;11 附图:硬件接线电路图纸一张、PLC控制流程图和梯形图一张、电器控制柜图纸一张(2号图纸)。二、 设计说明书字数:1万字。三、 设计时间及分配:共六周时间:第一周:熟悉PLC基本知识及设计题目,确定输入输出信号,并选择PLC。第二三周:电气控制主电路及PLC程序的设计。第四周:上机模拟调试并修改。第五六周:编写设计说明书及准备答辩。指导教师:冯硕2006-11-12摘要可编程序控制器(Programmable controller,英文缩写为PC,后又称为PLC)是以微处理为基础,综合了计算机技术,半导体
3、集成技术,自动控制技术,数字和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动化控制装置,它几乎取代了继电器的使用。被称为现代工业自动化控制的三大支柱之一,特别是作为二十一世纪的学习电气类的大专生来讲掌握它的使用操作是十分重要的。本设计上用PLC完成对交通灯进行自动控制的,为了减少对交通警察的伤害和对车辆的顺利通行,本设备采用了自动控制的设备。当南北的红灯亮时,东西方向的绿灯也就亮起来;当红绿灯变换时,黄灯闪亮三次,当程序运行完时,程序自动循环。设计采用了国内使用较为广泛的三菱系列PLC为样机。完成对交通灯的系统控制设计,并详细介绍PLC的型号选择,如何进行程序的编程和设计的及PLC的安装,运行调试维护
4、与故障诊断等。关键词: PLC 交通灯 自动控制 自动循环The programmable preface controller (the programmable controller, English abbreviation PC, behind be called PLC again ) takes ting processing as foundation, synthesizing the calculator technique ,the semi-condnctor integration teachnique, automatic control technique ,num
5、erical technique and corresponds by letter a kind of in general use in dustrial auto control that the network technique development get up to equip .It almost replaced after the usage of the electric appliances. BEcriticize to automate a control of the modern industry of three big one of the pillars
6、, be used as a study especially for 21 centuries electricity university to living to control its usage operation is very important, is an essential to have .This design uses the PLC completion to carry on an automatic control to the transportaion light , for reducing the injury to ward the traffic p
7、oliceman and going through smoothly to the vehicle . This equipments adopted the equipments of the automatic control ,being south north of red light bright , the green light of the thing also bright , be the traffic lights trans for mation , the yellow light gleams three times . When the procedure i
8、s for the first time carry on finish , the procedure auto circulation . Designing to adopt the domestic usage more extensive Mitsubishi series PLC is a kind machine. Complete the system control toward the transportation light design , and introduced a PLC model number a choice in detail , how carry
9、on the plait distance of the procedure and design of and PLC gearing , circulate , adjust to try a maintenance and break down to examine a patient .etc.Key word : PLC . The transportation light controls . Auto matically. The auto circulation .第一章 PLC方面的简介PC是一种为工业控制而设计的专用计算机,它的系统组成与微型计算机相似。同样是由硬件和软件组
10、成。为了适应恶劣的工作环境并能取得很高的可靠性,多功能,使用方便等要求,其硬件配置和系统程序,应用软件又与微型计算机有很大的区别。 1.1 PLC 的硬件及作用PLC的硬件主要有:中央处理器(CPU),存储器,输入 / 输出(I/O)接口,电源等。下图 电源输入接口中央处理器输出接口存储器外围接口编程器至设备来自用户设备 中央处理器(CPU)它是CPU的核心,是按PLC中系统程序赋予的功能,指挥PLC有条不紊地进行工业生产。其主要任务有:控制从编程器键入的用户 程序和数据的接收与存储;用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据并存入输入映像存储器或数据存储器中;诊断PLC内部电路的工作故障
11、和编程中的语法错误等;PLC进入运行状态后,从存储器逐条读取拥护指令,经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送,逻辑或算术运算等;根据运算结果更新有关标志位和输出映像存储器的内容,再经输出部件实现输出控制,制表打印或数据通信等功能。 存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器。 系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序,并固化在ROM内,用户不能直接更改,它使PLC具有基本的智慧,能够PLC设计者规定的各项工作。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的,这部分程序的多少决定PLC性能的强弱。用户存储器包括用户程序存储器和用户功能存储器两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制
12、任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户可以根据需要进行修改或增删。用户功能存储器是用来存放用户程序中使用ON/OFF状态,数值数据等。它的容量多少关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少,是反映PLC性能的重要指标之一。 输入/输出接口输入/输出接口是PLC与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种类型的输出信号 ;一类是由按纽,选择开关,行程开关,接近开关,光电开关等的开关量输入信号。另一类是由电位器,测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号,输出接口用来连接被控对象中各执行元件等。电源小型整体式可变成控制器内部有一个开关或稳压电源,此电源一方面可为CPU板,I/O板及扩展单
13、元提供工作电源(5VDC),另一方面可为外部输入元件提供24VDC。编程器它的作用是供用户进行程序的编制,编辑,调试和监视。也可以脱机编程,具有LCD或CRT图形显示功能,也可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。 其他部件 PLC还可以配有盒式磁带机,EPROM写入器,存储器卡等其他外部设备。 1.2 PLC的软件组成及作用可编程控制器的软件分为两部分:系统软件和用户程序。系统软件由PLC制造商固化在机内,用以控制可编程程序控制器本身的运作。用户程序由可编程控制器的使用者编制并输入,用于控制外部对象的运行。 系统软件 系统软件又可分为系统管理程序,用户指令解释程序及标准程序模块和系统调用。 系统管
14、理程序 系统管理程序是系统软件中最重要的部分。主管控制可编程控制的运作。其作用包括三个方面:一是运行管理,对控制可编程控制器何时输入,何时输出,何时计算,何时自检,何时通信等运作时间上分配管理。二是存储空间管理,即生成用户环境。由它规定各种参数程序的存放地址,将用户使用的数据参数,存储地址转化为实际的数据格式及物理存放地址,将有限的资源变为用户很方便地直接使用的元件。三是系统自检程序,它包括各种系统出错检验,用户程序语法检验,句法检验,警戒时钟运行等。用户指令解释程序中所周知,任何计算机最终都是执行机器语言指令的。但是机器语言编程确是非常复杂的事情。可编程控制器可用梯形图语言编程。把使用者直观
15、易懂的梯形图变成机器懂得的机器语言。这就是解释程序的任务。解释程序将梯形图逐条解释,翻译成相应的机器语言指令,由CPU执行这些指令。标准程序模块和系统调用这部分由许多独立的程序块组成,各程序块完成不同的功能。这些完成输入,输出处理,有些完成特殊运算等。这部分程序的多少决定了可编程控制器性能的强弱。整个系统软件是一个整体,其质量的好坏很大程度上影响可编程控制器的性能,很多情况下通过改进系统就可在不增加任何设备的条件下大大改善可编程控制器的性能。因此可编程控制器的生产厂家对可编程控制器的系统软件都非常重视。用户程序用户程序是可编程控制器的使用者针对具体控制对象编制的程序,在小型可编程控制器中,用户
16、程序有三种形式:指令表(STL),梯形图(LAD)和顺序功能流程图(SFC)。1.3 PLC的工作原理 1.3.1 基本原理可编程序控制器要完成控制任务是在其硬件的支持下,通过执行反映控制要求的用户程序完成的。这一点是和计算机的原理一致的,所以可编程序控制器工作的基本原理是建立在计算机工作原理基础上的。从广义上讲,可编程序控制器PC实质上也是一种计算机控制系统。只不过它具有比计算机更强的与工业过程相连的接口,具有更适用于控制要求的编程语言。由于它是作为继电器控制盘的替代物,其核心为计算机芯片,因此与继电器控制逻辑的工作原理有很大差别。然而PC的CPU则采用顺序逐条地扫描用户程序的运行方式。即如
17、果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的这种差异,考虑到继电器控制装置中各类触点的动作时间一般在100ms以上,而PC扫描用户程序的时间一般小于100ms,因此,PC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描方式。对I/O响应要求不高的场合,那么I/O的处理结果也就没差别了。 1.3.2 PLC的工作方式可编程控制器是一种工作控制计算机,它的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的,但是CPU是以分工时操作方式来处理各项任务的。由于运算速度极高,各电器的动作似乎是同时完成的,但实际输入输出的响应是
18、有滞后的。PLC的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称扫描周期。CPU从第一条指令开始按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束。然后返回第一条指令开始新的扫描。执行用户程序时需要各种现场信息,这些现场信息已接到PLC的输出端,PLC采集现场信息有两种方式:1、集中采样输入方式,一般在扫描周期的开始或结束将所有输入信号中执行用户程序所需输入状态均在输入映像寄存器中取用,而不直接到输入端或输出模块去取用。2、立即输入方式, 随程序的执行需要哪一个输入信号就直接从输入端或输出模块取用这个输入指令状态。如“立即输入指令”就是这样,此时输入映像寄存器的内容不变,到下一次集中采
19、样输入时才变化。第二章 PLC的选择2.1 PLC的机型选择选择合理的结构型式 整体式PLC一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式PLC一般用于较复杂系统和环境差(维护量大)的场合。 安装方式的选择 集中式不需要设置驱动远程I/O硬件,系统反应快、成本低。大型系统因为它们的装置分布范围广,经常采用远程I/O式。多台联网的分布式适合用于多台设备分别独立控制,又要相互联系的场合。 具有一定的功能要求。 响应速度的要求 PLC的扫描工作方式引起的延迟可达23个扫描周期。然而对于某些个别场合,选用具有高速度I/O处理功能指令的PLC和中断输入模块的PLC等。 系统可靠性的要求 对于一般
20、PLC的可靠性均能满足,对可靠性要求很高的系统,应考虑是采用余控制系统或热备用系统 机型的统一 一个企业应尽量做到PLC的机型统一,这样不紧便于安装,也便于维护和控制。2.2 PLC的容量选择I/O的点数 应该合理选用PLC的I/O的点数,在满足控制要求的前提下力争适用的I/O点最少,但必须留有一定的备用量(1015)。 用户存储容量 2.3 I/O模块的选择开关量输入模块的选择 输入信号的类型及电压等级的选择,常用的开关量输入模块的信号类型有三种:直流输入、交流输入和交流/直流输入。输入接线方法的选择 按输入电路接线方式的不同,开关量输入模块可分为汇点式输入和分组式输入两种。如下图: COM
21、IN0IN1IN2INnCOM0IN0 IN1COM1IN2IN3汇点式输入 分组式输入 开关量的输出模块的选择 输出方式的选择 开关量输出模块有三种输出方式:继电器输出、晶体管输出和晶闸管。 COM0OUT0OUT1OUT2COM1OUT3OUT4OUT5COM0OUT0COM1OUT1COM2OUT2COM3OUT4输出接线的选择 PLC的输出接线方式不同,一般有分组式输出和和分隔式输出两种。如下图:分组式输出 分隔式输出 2.4 电源模块及其他外设的选择电源模块的选择编程器的选择 一般的手持编程器编程,它只能用商家规定语句表中的语句编程,这种方式效率低,但对于系统容量小、用量小的产品比较
22、适宜,并且体积小,易于现场调试,造价也较低。用图形编程器编程,该编程器采用梯形图编程,方便直观。一般的电气人员短期内就可以应用自如,但该编程器价格较高。用IBM个人计算机加PLC软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式。但大部分公司的PLC开发软件包价格昂贵,并且该方式不易于现场调试。因此,应根据系统的大小与难易、开发周期的长短以及资金的情况合理选购。第三章 设备元件的选择正确、合理地选用各种电器元件,是控制线路安全、可靠工作的保证,也是使电器控制设备具有一定的先进性和良好的经济性的重要环节。 3.1 主电路元器件的选择刀开关刀开关又称闸刀。主要用于接通和切断长期工作设备及不经常启动及制动、容
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