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1、1 / 25 毕业设计 ：机电工程系 专业：机械制造与自动化 姓名：周毅 学号： 58010220090138 指导教师：胡 文平 二一一年十二月三十日 毕业设计 进度计划 日 期工 作 内 容执 行 情 况 指导教师 签字 3 / 25 2018.11.07- 11.14 论文选题 2018.11.15- 11.21 搜集资料 2018.11.22- 11.30 拟定初稿 2018.12.1- 12.10 修改中稿 2018.12.11- 12.30 确定终稿 2018.01.01- 03.01 交电子档、 打印稿 3 份 教师对进 度计划 实施情况 总评 签名 年月日 本表作评定学生平时成
2、绩的依据之一 4 / 25 毕业设计 (论文中期检查记录表 学生填写 毕业设计 ( 论文题目: 基于 PLC的交通灯设计 学生姓名 : 周毅学号： 58010220090138 专业：机械制造于自动化 指导教师姓名 : 胡文平职称: 检查 教师填写 毕业设计 ( 论文题目工作量饱满一般不够 毕业设计 ( 论文题目难度大适中不够 毕业设计 ( 论文题目涉及知识点丰富 比较丰 富较少 毕业设计 ( 论文题目价值 很有价 值一般价值不大 学生是否按计划进度独立完成工作 任务 学生毕业设计 ( 论文工作进度填写情况 指导次数 学生工作态度 认真一般较差 其他检查内容： 存在问题及采取措施 : 检查教师
3、签字 : 年月日 院: 年 月日 5 / 25 摘要 可编程控制器 (PLC以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气 原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活, 而且 结构简单，抗干扰能力强。欧姆龙CPM2A 系列可编程控制器指令丰富，可以接各种 输入、输出设备，并有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是 符合交通灯控制系统的要求与特点，能够方便地联网通信。可以利用梯形图和语句 表进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。 关键词： 可编程控制器；交通灯；梯形图；语句； 6 / 25 Abstract Programmable log
4、ic controller (PLC by microprocessor as the core, generally adopted according to the relay contactor controlling system of electrical schematic diagram of the ladder diagram language program design, programming, easy extension, modification, flexible and convenient, simple in structure, strong anti-
5、jamming capability. CPM2A omron series programmable controller can meet all kinds of rich command input and output devices, and has abundant special equipment, including expansion of the analog input devices and communications equipment is consistent with traffic control system of the request and th
6、e characteristic, can be easily networked communication. Can use the ladder-diagram programming and statements, realizing the table of intersection traffic control system of automation. Key Word:programmable controller, Traffic lights, Ladder diagram, Statements, automation. 7 / 25 目录 绪言 1 第一章可编程控制器
7、PLC2 1.1 可编程控制器 PLC概述 2 1.2 PLC 的发展历程及趋势2 1.3 PLC 的硬件结构及原理5 第二章交通灯的系统设计8 2.1 交通灯控制系统的控制要求8 2.2 系统设计方案 8 2.3 硬件设计 10 2.3.1 PLC的选型及接线10 2.3.2 PLC 的安装 11 2.3.3 PLC接线 11 2.3.4 梯形图语言： 13 第三章系统检测与调试16 3.1 检测与调试 16 3.2 系统运行 16 结论 17 致谢 18 参考文献 19 1 / 25 绪言 随着科学技术的发展，电气控制技术在各个领域得到越来越广泛的应用。可编程 控制器 我国可编程序控制器的
8、发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控 制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序 控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段： 可编程序控制器的初级认识阶段 政府重视 可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导 下，于 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府 和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程 序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程序控制 器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础
9、。 1.3PLC的硬件结构及原理 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结 构上分， PLC 分为固定式和组合式 是 PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收 并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O 以及警戒定时器的 状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式 接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储 器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结 果送入 I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映
10、象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行 直到停止运行。 6 / 25 图 1.1 PLC的结构图 PLC 的 CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或 逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点( 包括其常开或常闭触点不会立即动 作，必须等扫描到该触点时才会动作。 考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而 PLC扫描用 户程序的时间一般均小于100ms ，因此， PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运 行方式 - 扫描技术。这样在对于I/O 响应要求不高的场合， PLC与继电器控制装置 的处理结果上就没有什么区别了。
11、当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执 行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1. 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们 存入 I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷 新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单 元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必 7 / 25 须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被
12、读入。 2. 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序( 梯形 图。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线 路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后 根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷 新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定 的特殊功能指令。 3. 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映 象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外
13、设。 PLC的扫描工作过程如图1.2 、图 1.3 所示 图 1.2 PLC 的扫描工作过程图 图1.3 PLC 的扫描周期图 输入刷新程序执行 输出刷新 一个扫描周期 输入刷新 用 户 输 出 设 备 输 入 端 子 输 入 锁 存 器 输 入 映 象 寄 存 器 输 出 映 象 寄 存 器 输 出 锁 存 器 输 出 端 子 程 序 执 行 用 户 输 入 设 备 写 读 8 / 25 第二章交通灯的系统设计 2.1 交通灯控制系统的控制要求 1. 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先 南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 2. 南北绿
14、灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报 警。 3. 南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到 20S 时，东西绿灯闪烁，闪烁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，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。 4. 东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁 3S，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。 5. 周而复始。 2.2 系统设计方案 按照交通灯系统控制要求下，结合西门子S7-200 系列可编程控制器的特性 LDNOT TIM007 TIM 003 #0
15、250 LD TIM003 TIM 007 #0300 LDNOT TIM003 TIM 009 #0200 LD TIM009 TIM 010 #0030 LD TIM010 TIM 008 #0020 LD TIM003 TIM 004 #0250 LD TIM004 TIM 005 #0030 LD TIM005 TIM 006 #0020 LDNOT TIM003 OUT 10.01 LD TIM003 OUT 10.04 LD 10.01 ANDNOT TIM009 LD TIM009 ANDNOT TIM010 AND TIM002 ORLD OUT 10.02 15 / 25 L
16、D TIM010 ANDNOT TIM008 OUT 10.03 LD 10.04 ANDNOT TIM004 LD TIM004 ANDNOT TIM005 AND TIM002 ORLD OUT 10.05 LD TIM005 ANDNOT TIM006 OUT 10.06 LD 10.05 AND 10.02 OUT 10.00 LDNOT TIM011 TIM 002 #0005 LD TIM002 TIM 011 #0005 ILC(03 END(01 16 / 25 第三章系统检测与调试 3.1 检测与调试 硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器万用表、示波器等）， 检查用
17、户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电 源线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求 的值 第四步：是联机检查因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的 调试。 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内 部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、 由分到合。由分到合是指首先按逻辑
18、功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试 电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在 某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电 路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近 及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分 层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定 位故障元件了。 3.2 系统运行 程序检查无误后，可以将PLC与相关输出设备相连接；并把程序写入其中运行， 通过观察交通灯的变化，从而检测程序是否有误。 17 / 25 结论 在程序设计过程
19、中，我对以前的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写 程序，遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计 法、电气原理图设计法、顺序控制设计法。特别多顺序控制设计有了一定的了解。 这里面最经典我认为是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的编程 方法这个三个是很值得研究的，也是一种格式。只要你能熟悉掌握，灵活应用的 话，那么编程对你来说将变的非常容易。一个流程图无论多么复杂，都可以拆分上 面的形式，然后就可以利用上面的方法编程了。当然对于简单的流程也可以用顺序 设计。这种方法也是一种固定的格式，只要按照它的格式就可以写出正确的程序， 它的优点可以说易懂，条理清晰
20、。但结构多。对于活动步多的设计我想用这个设计 比较烦琐。 更加体会到PLC 的可靠性高，抗干扰能力强，通用性强，控制程序可变，使用 方便等优点。更加熟悉了OMRON编程软件使用方法与各种基本指令。 致谢 这次毕业设计中，虽然都没太多的经验，但是在胡老师的指导下，同学鼓励、 帮助下，相互奋勉，最终圆满的完成了设计任务。在整个过程当中，有许多人给了 18 / 25 我启发和帮助，在毕业论文完成之际，我要在此表达对他们最诚挚的感谢。首先， 最需要感谢的人是我的指导老师胡老师。老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计 的每个阶段，从选题到查阅资料，方案可行的确定和论文纲领细节的修改，中期检 查，后期详细设
21、计等整个过程中都给予了我悉心的指导。每一次的批评和教育，使 我受益非浅，值此论文完成之际, 谨向胡老师再一次向他致以衷心的谢意，感谢他为 学生营造的浓郁学术氛围 , 以及学习上的耐心细致帮助! 最后我还要感谢我的同学与 朋友，他们也给我很大的帮助，给我提供了不少的建议，让我少走了许多的弯路。 参考文献 1 刘永华 . 电气控制与 PLC ，北京航空航天大学出版社, 2007 2 罗宇航 . 流行 PLC实用程序及设计 . 西安电子科技大学出版社, 2007 3 伊宏业 . PLC 可编程控制器教程 . 航空工业出版社 , 1997 4 刘洪涛，黄海编 . PLC 应用开发从基础到实践 . 电子工业出版社 , 2007