基于PLC的十字路口红绿灯控制论文.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流基于PLC的十字路口红绿灯控制论文.精品文档.毕业论文(设计)十字路口交通灯的PLC控制摘 要可编程序控制器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,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的应用更加突出。城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便,用法简单、通用性强等特点,本文用三菱FX2N的可编程控制器控制十字路口信号灯来说明可编程控制器硬件、软件的设计。解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。关键词:交通灯;PLC;FX2N;控制 Abstra
2、ctThe variable procedure controller is in industry automate the position is extremely important, extensive application in each profession. Along with the development of science and technology, the function of the programmable controller is increasingly perfect, plus smallscaled turn, the price is lo
3、w, the credibility is high, the application that is in modern industry is more out standing. The city transportation light control adopts programmable to make the tool contain high credibility, the maintenance convenience, the method of using is simple, the in general use strong etc. characteristics
4、, this text uses the design that the programmable controller of the Mitsubishi FX2N control intersections conveyance light explains the programmable controller hardware software. Resolve the good highway transportation light control problem will is guarantee the transportation contain preface, safet
5、y, fast movement of important link.Keywords: The transportation light ; PLC ; FX2N ;control目录1 PLC的特点及应用11.1 概述11.2 PLC的结构及特点21.3 PLC的应用31.4可编程控制器的发展42 PLC的分类及工作原理72.1 PLC的分类72.2 PLC的工作原理72.3 PLC汇编语言72.4 PLC的基本指令82.5 编程器件103 梯形图的设计与编程方法103.1控制要求103.2硬件及外围器件103.3I/O分配表114 程序设计114.1梯形图124.2指令表144.3流程图
6、165 设计总结17参考文献18谢辞191 PLC的特点及应用1.1 概述可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础,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。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力,受到用户的青睐。因此在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用,成为了现代工业控制的三大支柱之一。可编程控制器是一种存储器控制器,支持控制系统工作的程序存放在存储器中利用程序来实现控制逻辑,完成控制任务。在可编程控制器构成的控制系统中,要实现一个控制任务,首先要针对具体的被控对象,分析它对控制系统的
7、要求,然后编制出相应的控制程序,利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。系统运行时,可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句,对它们的内容加以解释并执行。根据输入设备的状态和其他条件,可编程控制器将其程序执行结果输出给相应的输出设备,控制被控对象工作。可编程控制器是利用软件来实现控制逻辑的,能够适应不同的控制任务的需要,通用、灵活、可靠性高。它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它的内部存储器可以执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入或输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是在继电器控制逻辑基础上,与3C技(
8、Computer Control Communication)相结合,不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制,发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制,但随着技术的发展,其应用领域正在不断扩大 . 可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC,是60年代末发明的工业控制器件,是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上,可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展,PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化,其控制技术也朝着智能化方向不断发展,同时推动了先进制造技术
9、的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初,PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久,西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC,当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初,日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期,美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强,适合于大批量生产的装置,所以成本迅速下降;加上其是专为工业控制所设计,所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便,实现了低水平的操作、高性能的控制,所
10、以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域,其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战,更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中,有48%来自自动程序操作部门(如汽车、拖拉机工业、机械工业等)、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门“。近年来,随着我国对外开放,日、美、西德等国生产的PLC己通过多种途径进入了我国,引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC,首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用
11、了美国和西德的PLC。可编程序控制器的分类:PLC的种类很多,其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此,PLC的分类没有一个严格的统一标准,而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致的分类。1.2 PLC的结构及特点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相同。 图1就比较直观的表示出了PLC各组成部分的关系。图1 PLC的组成1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)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
12、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。 为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。2、输出寄存器输入寄存器可按位进行寻址,每一位对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的
13、改变由输入开关量驱动,并保持一个扫描周期。CPU可以读其值,但不可以写或进行修改。3、输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。4、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 5、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、
14、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。PLC的结构决定了它有如下特点:1、可靠性高,抗干扰能力强;2、通用性高,使用方便;3、程序设计简单,易学,易懂;4、采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便;5、系统设计周期短;6、安装简便,调试方便,维护工作量小;7、对生产工艺改变适应性强,可进行柔性生产。1.3 PLC的应用目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如
15、下几类。 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、模拟量控制 在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构
16、配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5、数
17、据处理 现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6、通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接
18、口,通信非常方便。1.4可编程控制器的发展20世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期。PLC发展至今,已有30多年的历史。伴随着半导体技术、计算机技术、通讯技术的发展,工业控制领域已有了翻天覆地的变化,PLC亦再不断发展变化中,PLC正朝着新的技术发展。近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中,PLC往往是作为一个核心部件来使用,仅PLC方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,
19、减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO,我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨,在交通控制方面也应与国际接轨。PLC在世界各地得到了广泛应用,同时,PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC
20、在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行
21、过程中,每执行一步该计数器自动加1, 程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都
22、是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。 近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。 通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实
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