lc機電一體化畢業(yè)論文-- PLC交通燈設(shè)計

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1、論文題目 PLC交通燈設(shè)計 系 部 機電與汽車分院 學(xué)生姓名 許斌斌 專業(yè)名稱 機電一體化 班級/學(xué)號 103053324 指導(dǎo)教師 何鶯 摘 要 PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計,可編程控

2、制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認為,可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一,PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性,同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制,特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。同時,PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現(xiàn)科學(xué)化管理. 第一章 PLC的特點及應(yīng)用 1.1 概述 可編程控制器（Programmable Control

3、ler）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。 1.2 PLC的特點 1 可靠性高，抗干擾能力強； 2 通用性高，使用方便； 3程序設(shè)計簡單，易學(xué)，易懂； 4采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便； 5系統(tǒng)設(shè)計周期短

4、； 6安裝簡便，調(diào)試方便，維護工作量?。? 7對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強，可進行柔性生產(chǎn)； 1.3 PLC的應(yīng)用 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度

5、等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3 運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為

6、工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制

7、的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 第二章 PLC的結(jié)構(gòu)及原理 2.1 PLC的分類 1 按plc的結(jié)構(gòu)形式分類：1）整體式；2）模塊式。 2 按plc的I/O點數(shù)分類：1）小型256點以下；2）中型256點以上，2048點以下；3）大型2048點以上。 3按plc功能分類：抵擋型，中擋型，高檔型。

8、 2.2 PLC的結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下： 接口部件輸出 輸入接口部件 中央處理單元 CPU板 接受 驅(qū)動 現(xiàn)場信號

9、 受控元件 電 源 部 件 2.3 PLC的工作原理 1.plc的工作方式 1）輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入緞子通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存，接著進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時，即使輸入信號發(fā)生變化，內(nèi)存中輸入信息也不變化，只有在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能讀入信息。 2） 程序執(zhí)行階段：plc對用戶程序掃描。 3）輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢通過隔離電路，驅(qū)動功率放大器，電路是輸出端子向外界輸出控制信號驅(qū)動外部負載。 2.4 PLC匯編語言 采用面向

10、控制過程，面向問題，簡單直觀的plc編寫橫語言，常用的有：梯形圖，語句表，功能圖等。 1. 梯形圖：由繼電器控制邏輯演變而來，兩者具有一定程度的相似性，但梯形圖編程語言功能更強更方便。 主要特點： 1）自上而下，從左到右的順序排列，兩列垂直線為母線。每一邏輯行，起使左母線。 2）梯形圖中采用繼電器名稱，但不是真實物理繼電器稱為“軟繼電器” 3）每個梯級流過的是概念電流，從左向右，其兩端母線設(shè)有電源。 4）輸入繼電器，用于接入信號，而無線圈，輸入繼電器，通過輸入接入的繼電器，晶體及晶閘管才能實現(xiàn)。 2.語句表：又叫指令表，類似計算機匯編語言形式，用指令的記助符編程

11、。例：下圖是三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的最簡單的梯形圖例： X000 X001 Y000 X010 END 它有兩組，第一組用以實現(xiàn)啟動、停止控制。第二組僅一個END指令，用以 結(jié)束程序。 l 梯形圖與助記符的對應(yīng)關(guān)系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序為：先輸入，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序為： 地址 指令 變量 0000 LD

12、 X000 0001 OR X010 0002 AND X001 0003 OUT Y000 0004 END 反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應(yīng)的梯形圖 2.5 PLC的基本指令 1 輸入輸出指令（LD/LDI/OUT） 下面把LD/LDI/OUT三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件 以列表的形式加以說明： 符號 功 能 梯形圖表示 操作元件 LD（取） 常開觸點與母線相連 X，Y，M，T，C,S LDI（取反）常閉觸點與母線相連 X，Y

13、，M，T，C,S OUT（輸出） 線圈驅(qū)動 Y，M，T，C，S,F LD與LDI指令用于與母線相連的接點，此外還可用于分支電路的起點。 OUT 指令是線圈的驅(qū)動指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續(xù)使用多次。 X000 Y000 地址 指令 數(shù)據(jù) 0000 LD X000

14、 0001 OUT Y000 2 觸點串連指令（AND/ANDI）、并聯(lián)指令（OR/ORI） 符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 AND（與） 常開觸點串聯(lián)連接 X，Y，M，T，C,S ANDI（與非） 常閉觸點串聯(lián)連接 X，Y，M，T，C,S OR（或） 常開觸點并聯(lián)連接 X，Y，M，T，C，S ORI（ 或非） 常閉觸點并聯(lián)連接 X

15、，Y，M，T，C，S AND、ANDI指令用于一個觸點的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點的數(shù)量不限，這兩個指令可連續(xù)使用。 OR、ORI是用于一個觸點的并聯(lián)連接指令。 X001 X002 Y001 地址 指令 數(shù)據(jù) 0002 LD X001 X003 0003 ANDI X002

16、 0004 OR X003 0005 OUT Y001 3 電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ORB、ANB） 符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 ORB（塊或） 電路塊并聯(lián)連接 無 ANB（塊與） 電路塊串聯(lián)連接 無 含有兩個以上觸點串聯(lián)連接的電路稱為“

17、串聯(lián)連接塊”，串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時，支路的起點以LD或LDNOT指令開始，而支路的終點要用ORB指令。ORB指令是一種獨立指令，其后不帶操作元件號，因此，ORB指令不表示觸點，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個電路塊并聯(lián)連接，應(yīng)在每個并聯(lián)電路塊之后使用一個ORB指令，用這種方法編程時并聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制；也可將所有要并聯(lián)的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出ORB的指令，但這時ORB指令最多使用7次。 將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時使用ANB指令，各并聯(lián)電路塊的起點，使用LD或LDNOT指令；與ORB指令一樣，ANB指令也不帶操作元件，如需要將多個電路

18、塊串聯(lián)連接，應(yīng)在每個串聯(lián)電路塊之后使用一個ANB指令，用這種方法編程時串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。 ANB X000 X002 X003 Y006 X001 X004 X005 ORB X006 X003 地 址 指 令 數(shù) 據(jù) 0000 LD X000 0001 OR

19、 X001 0002 LD X002 0003 AND X003 0004 LDI X004 0005 AND X005 0006 OR X006 0007 ORB 0008 ANB 0009 OR X003 0010

20、 OUT Y006 4 程序結(jié)束指令（END） 符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 結(jié)束 END（結(jié)束） 程序結(jié)束 無 在程序結(jié)束處寫上END指令，PLC只執(zhí)行第一步至END之間的程序，并立即輸出處理。若不寫END指令，PLC將以用戶存貯器的第一步執(zhí)行到最后一步，因此，使用END指令可縮短掃描周期。另外。在調(diào)試程序時，可以將END指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認無誤后，再依次刪去插入的END指令。 其他還有一些指令，如置位復(fù)位、脈沖輸出、清除、移位、主控觸點、空操作、跳

21、轉(zhuǎn)指令等。 由梯形圖寫出與之對應(yīng)的助記符形式的指令。并由后面的GPP軟件傳輸?shù)絇LC中，實時運行。 2.6PLC交通燈畢業(yè)設(shè)計編程器件 一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時器，C代表計數(shù)器，S代表狀態(tài)繼電器，D代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV代表傳輸?shù)取? 第三章 梯形圖的設(shè)計與編程方法 3．1控制要求 信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當按下啟動按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)工作，當按下停止按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號燈都熄滅。 3．2控制時序 交通燈示意圖如圖1所示，在東西南北兩個方向均安裝信號燈，兩

22、個方向各6個燈，分為紅、黃、綠三種顏色。工作時序如圖2所示，假設(shè)東西向較忙，綠燈時間是南北向的2倍(40s)。按下起動按鈕后，南北向綠燈亮維持20s，20s后，南北黃燈閃爍3次，計6S，期間，東西向紅燈也亮，并維持26s；26s后，東西方向綠燈亮40s，后東西向黃燈閃爍3次，計6s，期間，南北向紅燈也亮，并維持46so接下去周而復(fù)始，直到停止按鈕被按下為止。 3．3PLC交通燈畢業(yè)設(shè)計硬件及外圍元器件 根據(jù)信號燈的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC、起動按鈕SB1、停止按鈕SB2、紅黃綠色信號燈各4 只，輸入／輸出端口接線如圖3所示。由圖可見：起動按鈕SB1接于輸入繼電器X0端，

23、停止按鈕SB2接于輸入繼電器xl端，東西方向的綠燈接于輸出繼電器Y5端，東西方向黃燈接于輸出繼電器Y4端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器Y3端，南北方向綠燈接于輸出繼電器Y2端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器Y1，南北方向紅燈接于輸出繼電器Y0。將輸出端的COM1及COM2用導(dǎo)線相連，輸出端的電源為交流220V。如果信號燈的功率較大，一個輸出繼電器不能帶動兩只信號燈，可以采用一個輸出點驅(qū)動一只信號燈，也可以采用輸出繼電器先帶動中間繼電器，再由中間繼電器驅(qū)動信號燈。 3．4 I/O 分配表 第四章 程序設(shè)計 4．1 PLC交通燈畢業(yè)設(shè)計梯形圖 4．2 PLC交通燈畢業(yè)設(shè)計指令圖 4．3

24、 軟件設(shè)計 采用步進梯形指令雙流程編程實現(xiàn)，應(yīng)用并聯(lián)分支結(jié)構(gòu)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4所示。由圖可知，我們把東西和南北方向信號燈的動作分成兩個流程同時起動，分別運行各自的時序動作，相互之間的配合由統(tǒng)一的時鐘進行有機配合，不會出現(xiàn)差錯。現(xiàn)僅以南北方向的動作簡單分析一下工作原理，東西方向工作過程基本相同，在此不再贅述。系統(tǒng)起動時，利用M8002開機脈沖自動進入XO狀態(tài)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。當啟動按鈕SB1按下時，xO11接通， Y1和Y4同時起動，Y1使南北綠燈亮，Y4使東西紅燈亮(東西方向以下不分析)，x0起動的同時TO開始計時，20s后利用常開接點的閉合使狀態(tài)進入T4，此時Y3和Y5起動，T4使南北

25、黃燈亮，T1計時6s，6s后進入T2，在T3狀態(tài)下，起動CO和T2，此時南北黃燈滅，CO計數(shù)加1，T2時間到時，如果co,J-數(shù)不到3次，狀態(tài)轉(zhuǎn)到T0循環(huán)，如果CO計數(shù)到3次，狀態(tài)轉(zhuǎn)入T4，這樣就做到了南北方向黃燈閃爍3次的要求。南北方向黃燈閃爍3次后，系統(tǒng)進入T4狀態(tài)，在T4狀態(tài)下，為下次閃爍作好準備，同時起動Y3和Y5，Y1使南北紅燈亮，亮46s后進入X0狀態(tài)，至此南北方向的一個循環(huán)執(zhí)行完，此時東西方向也應(yīng)該完成，在 兩個方向都完成后(必須都完成)，又重新進入X0和X11······，如此反復(fù)工作。在任何時候按下停止按鈕SB2，Xl接通，并復(fù)位相關(guān)狀態(tài)和計數(shù)器，系統(tǒng)自動停止。 總結(jié)

26、在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。 我趁著做課程設(shè)計的同時也對課本知識有了鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。 經(jīng)過兩個星期的設(shè)計里，過程曲折可謂一語難盡。在此期間我們也失落過，也曾一度熱情高漲。從開始時的滿富激情到后來汗水背后的復(fù)雜心情，點點滴滴無不令我回味無長。 通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論

27、知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。 謝 辭 當我以學(xué)子的身份踏入大學(xué)校門的那天起，便已注定我將在這里度過人生中最美麗的青春年華。提筆寫下“謝辭”，我才驚覺自己即將真正離開，人生亦從此展開新的畫卷。盡管不舍，卻更珍惜，因為我的生命中有那么多可愛的人值得感激。他們使我的大學(xué)生活充滿了色彩，無論收獲、遺憾，對我來說都

28、是一筆寶貴的財富。 三年的大學(xué)生活不知不覺中就要結(jié)束了，在這段難忘的生活中，有我許多美好的回憶。在這份大學(xué)的最后一頁里，首先感謝學(xué)院給我們提供這個能自我展示的平臺，感謝我們的指導(dǎo)老師，你們從一開始的論文方向的選定，到最后的整篇文論的完成，都非常耐心的對我進行指導(dǎo)。給我提供了大量數(shù)據(jù)資料和建議，告訴我應(yīng)該注意的細節(jié)問題，細心的給我指出錯誤，修改論文。謝謝我們班主任和在我三年的學(xué)習(xí)中無私傳授我知識的各位老師，是你們將自己寶貴的財富無私地奉獻給了我們，讓我們能在學(xué)業(yè)上有所成績；是你們讓我倍感教師職業(yè)的偉大，交給我們知識，又不忘教育我們?nèi)绾巫鋈?！在此，我還要感謝寢室的兄弟們在我完成論文的過程中給予我的幫助和鼓勵，也是他們陪我度過這三年的生活。 參考文獻 1. 廖常初主編. PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2004 2. 廖常初等.PLC的順序控制編程方法.工業(yè)自動化，（香港），1997 3. 廖常初主編. PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2002 4. 廖常初.PLC梯形圖的順序控制設(shè)計法.電工技術(shù)雜志，2001 5. 廖常初.電機及拖動.高等教育出版社，