ap0404214基于组态技术的plc实现交通灯控制系统_毕业设计(编辑修改稿)

ap0404214基于组态技术的plc实现交通灯控制系统_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

的功能。 3． 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 4． 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功 耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 五邑大学本科毕业设计 5 可编程控制器的应用领域和发展趋势 PLC 的应用领域 PLC 是以微控制器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列优点，因而在国内外 PLC 被广泛应用到冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着 PLC 性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大 [3]。 从应用类型看， PLC 的应用大致可归纳为以下几个方面： （ 1）开关量逻辑控制 和动力控制 PLC 具有强大的逻辑运算功能，可以实现各种简单和复杂的逻辑控制。 利用 PLC 最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等，这是 PLC 最基本的应用，也是 PLC 最广泛的应用领域。 大多数 PLC 都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。 （ 3） 模拟量控制 PLC 中配置有 A/D 和 D/A 转换模块。 其 中 A/D 模块能将现场的温度、压力、流量、速度等这些模拟量经过 A/D 转换变为数字量，再经 PLC 中的微处理器进行处理（微处理器处理的数字量）去进行控制或者经 D/A 模块转换后，变成模拟量去控制被控对象，这样就可以实现 PLC 对模拟量的控制。 （ 4） 通信联网 现代 PLC 一般都有通信功能， PLC 的通信包括 PLC 与 PLC、 PLC 与上位计算机、 PLC与其它智能设备之间的通信， PLC 系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工 厂自动化（ FA）系统发展的需要。 PLC 的发展阶段及发展趋势 一、 PLC 的发展阶段 （ 1） 早期的 PLC(60 年代末 — 70 年代中期 ) 早期的 PLC，一般称为可编程逻辑控制器，这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制定时等，它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进，以适应工业控制现场的要求。 装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器；另外还采取了一些措五邑大学本科毕业设计 6 施以提高其抗干扰的能力；在软件编程上采用广大电工程技术 人员所熟悉的继电器控制线路的方式 — 梯形图 [4]。 （ 2） 中期的 PLC(70 年代中期 — 80 年代中后期 ) 在 70 年代微处理器的出现，使 PLC 发生了巨大的变化。 美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元 (CPU)，这样使 PLC 的 功能大大增强，在软件方面除了保持其原有的逻辑运算计时、计数等功能以外，还增加了算术运算数据处理和传送通讯自诊断等功能；在硬件方面除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块，各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加， 还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 的 应用范围得以扩大。 （ 3） 近期的 PLC(80 年代中后期至今 ) 进入 80 年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。 而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片，这样使得 PLC 软硬件功能发生了巨大变化。 二、 PLC 的发展趋势 （ 1）向高速度 、 大容量和超大型 、 超小型两个方向发展 为了提高 PLC 的处理能力，要求 PLC 具有更好的响应速度和更大的存储容量。 目前，有的 PLC 的扫描速度可达。 PLC 的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。 在存储容量方面，有的 PLC 最高可达几十兆字节。 当前中小型 PLC 比较多，为了适应市场的多种需要，今后 PLC 要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。 （ 2） PLC 大力开发智能模块，加强联网通信能力 为满足各种自动化控制系统的要求，近年 不 断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程 I/O 模块、通信和人机接口模块等。 这些带 CPU 和存储器的智能 I/O模块，既扩展了 PLC 功能，又使用灵活方便，扩 大了 PLC 应用范围。 （ 3）增强外部故障的检测与处理能力 ，编程语言多样化 根据统计资料表明：在 PLC 控制系统的故障中， CPU 占 5%， I/O 接口占 15%，输入设备占 45%，输出设备占 30%，线路占 5%。 前二项共 20%故障属于 PLC 的内部故障，它可通过 PLC 本身的软、硬件实现检测、处理；而其余 80%的故障属于 PLC 的外部故障。 因此， PLC 生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。 在 PLC 系统结构不断发展的同时， PLC 的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。 多种编程语言的并 存、互补与发展是 PLC 进步的一种趋势。 五邑大学本科毕业设计 7 PLC 的基本构成及工作原理 PLC 的基本构成 编 程 器 外部设备接口 存 储 器系 统程 序用户程序数 据C P U输入接口I/O扩展接口输入接口电 源I/O扩展单元。 打 印 机计 算 机盒 式 磁 带 机条 码 扫 描 仪按 钮触 点行 程 开 关输 入 设 备输 出 设 备电 磁 阀电 磁 线 圈指 示 灯 图 21 PLC 基本组成框图 整个 PLC 的基本组成原理框图如图 21 所示。 PLC 的基本组成可分为两大部分：硬件系统和软件系统。 硬件系统是指组成 PLC 的所有具体电子电路， 其中主要有中央处理器 CPU、存储器、输入 /输出接口、通信接口、编程器和电源等部分，此外还有扩展设备、 EPROM 的读写器和打印机等选配的设备。 软件系统是指管理、控制、使用 PLC，并确保 PLC 正常工作的一整套程序。 这些程序有来自 PLC 生产厂家的，也有来自用户的，一般称前者为系统程序，后者为用户程序。 PLC 的工作原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即在 PLC 运行时， CPU 根据用户按控制要求编制好并存放于用户程序存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无 跳转指令，则从第一条指令开始 逐条顺序执行用户程序，直至程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。 在 每次扫描过程中，还要完成对输入信号的 采样和对输出状态的刷新等工作。 五邑大学本科毕业设计 8 PLC 的扫描工作方式示意图如图 22 所示。 系 统 上 电初 始 化硬 件 、 用 户 程 序 内存 的 检 查检 查 结 果 正 常扫 描 周 期 监 视 时 间预 置执 行 用 户 程 序程 序 结 束E N D 命 令扫 描 周 期 固 定 值 设定 检 查有 固 定 值 设 置等 待 直 到 设 定 的 扫描 周 期 为 止计 算 扫 描 周 期输 入 触 点 → 输 入 继 电器 输 出 继 电 器 → 输 出触 点外 设 端 口 服 务I / O 、 内 部 辅 助 、 特殊 辅 助 、 辅 助 记 忆继 电 器 区 域 清 零 、定 时 器 预 置 、 识 别扩 展 单 元设 置 各 异 继 电 器异 常 ： （ E R R / A L M ） L E D 灯 亮警 告 ： （ E R R / A L M ） L E D 闪 烁异 常 或 警 告警 告Y异常1 . 公 共 处 理2 . 执 行 程 序NNY3 . 扫 描 周 期 计算 处 理4 . I / O 刷 新5 . 外 设 端 口 服务Y 图 22 PLC 的扫描工作方式示意图 可编程控制器的编程语言 PLC 的用户程序是用户利用 PLC 的编程语言，根据控制要求编制的程序。 在 PLC 的五邑大学本科毕业设计 9 应用中，最重要的是用 PLC 的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。 由于 PLC 是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力， PLC 的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形 象的专用语言。 PLC 编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的 PLC 产品采用的编程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图等 [5]。 下面主要介绍最常见的 PLC 编程语言：梯形图语言 梯形图是 PLC 中最典型的、最基本的一种编程方式。 梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。 它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具 有形象、直观、实用的特点。 因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的 PLC 的编程语言，是 PLC 的第一编程语言 [6]。 如图 23 所示是传统的电器控制线路图和 PLC 梯形图。 S B 1S B 2S B 3K A 1K A 1K A 20 . 0 1 0 . 0 00 . 0 21 0 0 . 0 11 0 0 . 0 11 0 0 . 0 2 图 23 电气控制线路图与梯形 从图中可看出，两种图表示思想 基本 是一致的，具体表达方式有一定区别。 PLC 的梯形图使用的是内部继电器，定时 /计数器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是 原电器控制线路硬接线无法比拟的。 梯形图程序所表达的控制逻辑关系是和继 电器线路基本一致的，梯形图中的符号 ， ， 分别代表控制线路中的常开触点（或常开按钮），常闭触点（或常闭按钮）和继电器线圈，每一个触点和线圈均给出一个对应的编号。 不同产品型号的 PLC机，其编号规定不同，但表达的含意是相同的。 梯形图虽与继电器线路很相似，但梯形图在实际应用中仍有其严格的规定，具体规定可有如下几点： （ 1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序进行排列。 以一个继电器线圈为一个控制逻辑行（即为一阶梯层）。 每一条逻辑行都起始于左母线，终止于继电器线圈，右母线通常可以省略不画。 （ 2）梯形图中母线的意义类似于继电器线路中的电源线，但它不产生实际的物理电流。 而只是假想在梯形图中有“电流”流动，我们称之为“概念电流”。 概念电流在梯形图中只能作从左向右的单向流动，改变层次也只能先上后下。 五邑大学本科毕业设计 10 （ 3）梯形图由若干“梯层”组成。 每个梯层由若干条并联支路组成。 每条支路又有若干个编程符号串联组成。 支路或符号的最大串联，并联数都是有一定限制的，具体 PLC产品有不同规定。 （ 4）梯形图中的继电器线圈不是继电控制电路中的物理继电器，而是与内存映像区中的某一位相对应的，因此称之为“软继电器”。 如果梯形图中某 继电器的线圈“通电”或触点“闭合”，则映像区中对应存储器的状态为高电平“ 1” ； 反之，则为低电平“。