基于西门子的交通灯控制设计.doc
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1、 Xinjiang Institute of Engineering 毕 业 论 文论文题目 系(部) 学科专业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 四月十四日基于西门子S7-200的交通灯控制设计摘 要自从交通灯诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改善,设计方法也开始多种多样,从而使交通灯显得更加智能化。特别是近几年来,随着电子与计算机技术的飞速发展,电子电路分析和设计方法有了很大的改善,电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,而现今PLC技术飞快发展,应用越来越广,在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。随着科技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型
2、化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作用更加突出。同时交通控制更是趋向智能化方向发展,LED交通信号灯在连续发光、雨淋、灰尘等恶劣的气候条件下,仍然能保持较好的工作性能,并且价格更低廉。本文重要通过西门子PLC 控制交通红绿灯。关键词:西门子S7-200,交通灯,PLC,梯形图。 ABSTRACT Since the birth of traffic lights, the circuit in its internal control system have continually been improved, also began to design methods varied, so
3、that traffic lights become more intelligent. In particular, in recent years, with electronics and the rapid development of computer technology, electronic circuit analysis and design methods have greatly improved, electronic design automation has become a modern electronic system in an indispensable
4、 tool and means now, PLC todays rapid technological development, has become an increasingly widespread applications in industrial automation position is extremely important, widely used in various industries. With the development of science and technology, programmable controllers improvement of the
5、 function, together with the small, low-price, high reliability in the modern industry of a more prominent role, And more traffic control Trend is the development of intelligent, LED traffic lights in the continuing luminescence, rain, dust and other adverse weather conditions, can still maintain go
6、od work performance and lower prices. In this paper, Siemens Programmable Logic Controller control traffic through the traffic lights. Key words: Siemens S7-200, traffic lights, PLC, ladder-diagram. 目 录第1章:plc的基础知识错误!未定义书签。1.1概述错误!未定义书签。1.2 plc的由来与发展错误!未定义书签。1.21 由来错误!未定义书签。1.22 发展错误!未定义书签。1.3 plc的功
7、能错误!未定义书签。1.4 plc的工作原理和结构错误!未定义书签。1.41 PLC的工作原理错误!未定义书签。1.42结构错误!未定义书签。1.5 PLC的硬件介绍及选型错误!未定义书签。1.51 硬件介绍错误!未定义书签。1.52 PLC系统的其它设备错误!未定义书签。1.53 PLC的通信联网错误!未定义书签。1.6 S7-200系列PLC的基本指令错误!未定义书签。1.61 逻辑取及输出线圈指令(LD、LDI、OUT)错误!未定义书签。1.62 单个触点串联指令(AND、ANI)错误!未定义书签。1.63 S7-200系列PLC的定期器指令错误!未定义书签。1.7 S7-200系列编程
8、软(STEP7-Micro/WIN)编程软件错误!未定义书签。1.71 STEP7-Mirco/WIN窗口组件错误!未定义书签。1.72 编程准备错误!未定义书签。1.73 STEP7-Mirco/WIN重要编程功能与程序的上载下载错误!未定义书签。1.74 程序的调试与监控错误!未定义书签。1.8 顺序功能图(SFC)错误!未定义书签。第2章: 交通灯控制规定错误!未定义书签。2.1路况示意图(模拟图)错误!未定义书签。2.2工作规定和过程错误!未定义书签。2.3根据交通灯示意图模拟控制实验错误!未定义书签。第3章 交通灯控制的设计错误!未定义书签。3.1 顺序功能图错误!未定义书签。3.2
9、 I/O分派及接线图错误!未定义书签。3.3 编制程序错误!未定义书签。3.4交通灯时序波形图错误!未定义书签。3.5 PLC系统调试错误!未定义书签。致 谢错误!未定义书签。参 考 文 献错误!未定义书签。 第1章:plc的基础知识1.1概念 PLC是Programmable Logic Controller的缩写,即可编程逻辑控制器。它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机(PC)相区别,所以现在仍然将可编程逻辑控制器简称plc。它是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编
10、程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。1.2 plc的由来与发展1.21 由来1968年美国汽车公司提出取代继电器控制装置的规定。1969 年,美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功,初次采用程序化的手段应用于电气控制,这是第一代可编程序控制器,称Programmable,是世界上公认的第一台PLC。1969年,美国研制出世界第一台PDP-14;1971年,日本研制出第一台DCS-8;1973年,德国研制出第一台PLC;1974
11、年,中国研制出第一台PLC;1.22 发展(一) 初期的PLC(60年代末70年代中期)初期的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含义,其重要功能只是执行原先由继电器完毕的顺序控制,定期等。(二) 中期的PLC(70年代中期80年代中,后期)在70年代,微解决器的出现使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解决器作为PLC的中央解决单元(CPU)。这样,使PLC得功能大大增强。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,还增长了算术运算、数据解决和传送、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
12、,还增长了模拟量模块、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长,还提供了一定数量的数据寄存器,使PLC得应用范围得以扩大。(三) 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,微解决器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的PLC所采用的微解决器的当次普遍提高。并且,为了进一步提高PLC的解决速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑解决芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、交通,轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 1.3 plc的功能1.31
13、 PLC的功能重要包含以下几个方面: 1:控制功能逻辑控制,涉及(定期,计数,顺序,逻辑)控制。 2:数据采集、存储与解决功能数学运算功能 3:输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能,通过I/O模块完毕对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户规定选择。 具有温度测量接口,直接连接各种电阻或电偶。 4:通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术,有RS232或RS485接口,可进行远程I/O控制,多台 PLC可彼此间联网、通信,外部器件与一台或多台可编程控制器的信号解决单元之间,实现程序和数据互换,如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信解决器按标准的硬件接口
14、或专有的通信协议完毕程序和数据的转移。如西门 子S7-200的Profibus现场总线口,其通信速率可以达成12Mbps。 在系统构成时,可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络,以便完毕较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统,现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 5:人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序互相作用,以便作决策和调整。 6:编程、调试等使用复杂限度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏,进行编程、调试、监视 、实验和记录,并通过打印机打印出程序文献。1.4 plc的工作原理和结构1.4
15、1 PLC的工作原理: 采用循环扫描方式。在PLC处在运营状态时,从内部解决、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。注意:由于PLC是扫描工作过程,在程序执行阶段即使输入发生了变化,输入状态映象寄存器的内容也不会变化,要等到下一周期的输入解决阶段才干改变。1.42 结构:plc实质上是一种专用与工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机再结构上分为固定式和组合式(模块式)两种,固定式plc涉及CPU板,I/O板,显示面板,内存块,电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式plc涉及CPU模块,I/O模块,内存模块,电源模块,底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组
16、合配置。接口部件输出PLC的基本结构框图如下:输入接口部件件中央解决单元 CPU板 电源部件1.5 PLC的硬件介绍及选型1.51 硬件介绍(一)PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装和控制室安装两类;按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。 (二)输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用规定的统一。例如对输入模块,应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用规定。对输出模块,应考虑选用的输出模块类型,通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点;可控硅输出模块合用于开关频繁,电感性低功率
17、因数负荷场合,但价格较贵,过载能力较差。输出模块尚有直流输出、交流输出和模拟量输出等,与应用规定应一致。 (三)CPU的构成 CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接受并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运营后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。 CPU重要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还涉及外围
18、芯片、总线接口及有关电路。内存重要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来,不必要具体分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。 (四)I/O的分派 PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完毕的。I/O模块集成了PLC的I/O电
19、路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。 常用的I/O分类如下: 开关量:按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量:按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外,尚有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按I/O点数拟定模
20、块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。 (五)电源的选择 根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而拟定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运营是很重要的。 电源模块的选择重要考虑电源输出额定电流和电源输入电压.电源模块的输出额定电流必须大于CPU模块、I/O模块和其它特殊模块等消耗电流的总和,同时还应考虑此后I/O模块的扩展等因素;电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。直流输入电源对于输入电压一般都是宽范围
21、:如5V为4.5-9V,12V为9-18V,24V为18-36V,48V为36-72V,110V为60-160V。交流输入电源一般为220VAC(176-264V)和三相三线(四线),并带有PFC功率因数校正功能。(六)存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展,存储器的价格已下降,因此,为保证应用项目的正常投运,一般规定PLC的存储器容量,按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时,应选择容量更大,档次更高的存储器。 经济性的考虑 ,选择PLC时,应考虑性能价格比。考虑经济性时,应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素,进行比较和兼顾,最终选出较满意的产品。 输入
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