基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計目的:編程序控制器(PLC )于 20 世紀 60 年代在美國誕生,在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30多年的歷史,現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,成為提高工業(yè)裝備電氣自動化水平的重要設(shè)備和強大支柱。因此,PLC 技術(shù)已成為電氣自動化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能,通過實踐,可以幫助學(xué)生加深對理論知識消化吸收,提高PLC 編程技能。1.2 基本要求信號燈受一個啟動開關(guān)控制,當啟動開關(guān)接通時,信號燈系統(tǒng)開始工作,且先南北紅燈亮,東西綠燈亮。當啟動開關(guān)斷開時,所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒,在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮,并維持 20 秒。到 20 秒時,東西綠燈閃亮,閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮,并維持 2 秒。到 2 秒時,東西黃燈熄滅,東西紅燈亮,同時,南北紅燈熄滅,綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒,然后閃亮 3 秒后熄滅。同時南北黃燈亮,維持 2 秒后熄滅,這時南北紅燈亮,東西綠燈亮,周而復(fù)始。要求完成以下項目:1、畫出交通信號燈時序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號燈 PLC 控制梯形圖編程1.3 發(fā)揮部分自由發(fā)揮2 設(shè)計過程及論文的基本要求:2.1 設(shè)計過程的基本要求(1)基本部分必須完成,發(fā)揮部分可任選;(2)符合設(shè)計要求的報告一份,其中包括總體設(shè)計框圖、電路原理圖各一份;(3)報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計論文的基本要求(1)參照畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范打印,包括附錄中的圖紙。項目齊全、不許涂改,不少于4000 字。圖紙為 A4,所有插圖不允許復(fù)印。(2)裝訂順序:封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文(設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思路、設(shè)計框圖、各部分電路及相應(yīng)的詳細的功能分析和重要的參數(shù)計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹) 、小結(jié)、參考文獻、附錄(總體設(shè)計框圖與電路原理圖) 。3 時間進度安排順序 階段日期 計 劃 完 成 內(nèi) 容 備注1 2014.9.1 講解主要設(shè)計內(nèi)容,安排學(xué)生查閱資料 打分2 2014.9.2 檢查整個設(shè)計總體設(shè)計概況 打分3 2014.9.3 指導(dǎo)學(xué)生進行傳感器的選擇和 plc 應(yīng)用的注意事項 打分4 2014.9.4 檢查學(xué)生核心內(nèi)容的設(shè)計情況 打分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -II5 2014.9.5 答辯、寫報告 打分2014-9-1摘要可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可以編制程序的存儲器,用來在執(zhí)行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口,控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程??删幊绦蚩刂破?PLC)作為一種以微電腦技術(shù)為核心的自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)與計算機和通信技術(shù)融為一體,在工業(yè)自動化,機電一體化以及傳統(tǒng)的工業(yè)控制方面,得到了廣泛的應(yīng)用, 發(fā)揮著越來越大的作用。已被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、化工、能源等各種行業(yè)。它可靠性高、功能完善、抗干擾性好,具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等優(yōu)點。是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過程控制的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。城市交通信號控制是通過對交通流的調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)以達到改善人和貨物的安全運輸,提高運營效率。采用 PLC 控制交通信號燈,主要是考慮其具有對使用環(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。目前,PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中,但是在交通控制方面應(yīng)用方面還不是很廣泛。PLC 應(yīng)用于交通控制還有很大的潛能,PLC 以其可方便操作、可方便編程調(diào)試等特點,使得其有逐步取代以往的單片機在交通燈中的地位的趨勢。利用德國西門子公司的 S7—200 PLC 來實現(xiàn)交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求的分析,結(jié)合西門子 S7-200 的控制性能,通過系統(tǒng)時序圖的分析,對交通燈系統(tǒng)進行了軟、硬件設(shè)計,實現(xiàn)了十字路口交通燈的合理控制的功能,通過實驗證明該方法設(shè)計的系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟實用、遠行可靠,具有很高的實用價值。關(guān)鍵字:PLC 交通燈控制 設(shè)計 調(diào)試基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -3目錄基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計 I摘要 III目錄 41 設(shè)計任務(wù)描述 51.2 設(shè)計要求. 51.2.2 基本要求 51.2.3 發(fā)揮部分 52 設(shè)計思路 63 設(shè)計與分析 73.1 設(shè)計框圖 73.2 設(shè)計分析 74 硬件部分 94.1 PLC I/O 分配 94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 104.3 PLC 的接線形式 115 軟件設(shè)計部分 .125.1 梯形圖 .135.2 語句表 166 PLC 概述 .196.1PLC 硬件結(jié)構(gòu) .196.2 中央處理單元(CPU) .196.3 存儲器 206.4 輸入/輸出模塊 21圖 6.4.1 .23圖 6.4.2 .237 元件清單 .24小結(jié) 25致 謝 26參考文獻 27基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -41 設(shè)計任務(wù)描述1.1 設(shè)計題目:基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計1.2 設(shè)計要求.1.2.1 設(shè)計目的可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置,它使用可編程序的存儲器來存儲指令,并實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、記數(shù)和算術(shù)運算等功能。用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。自 1969 年第一臺可控編程控制器問世以來,目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器。編程序控制器(PLC)于 20 世紀60 年代在美國誕生,在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史,現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,成為提高工業(yè)裝備電氣自動化水平的重要設(shè)備和強大支柱。因此,PLC 技術(shù)已成為電氣自動化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能,通過實踐,可以幫助學(xué)生加深對理論知識消化吸收,提高PLC 編程技能。1.2.2 基本要求信號燈受一個啟動開關(guān)控制,當啟動開關(guān)接通時,信號燈系統(tǒng)開始工作,且先南北紅燈亮,東西綠燈亮。當啟動開關(guān)斷開時,所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒,在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮,并維持 20 秒。到 20 秒時,東西綠燈閃亮,閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮,并維持 2 秒。到 2 秒時,東西黃燈熄滅,東西紅燈亮,同時,南北紅燈熄滅,綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒,然后閃亮 3 秒后熄滅。同時南北黃燈亮,維持 2 秒后熄滅,這時南北紅燈亮,東西綠燈亮,周而復(fù)始。要求完成以下項目:1、畫出交通信號燈時序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號燈 PLC 控制梯形圖編程1.2.3 發(fā)揮部分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -52 設(shè)計思路按照交通燈系統(tǒng)控制要求下,結(jié)合西門子 S7-200 系列可編程控制器的特性(見附錄),選擇適合的型號。設(shè)計思想分析如下:給一個啟動的輸入信號,要配合一個SB1 的按鈕,當 SB1 啟動按鈕動作,系統(tǒng)工作。首先,南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài),東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中,南北紅燈亮 25S,需計時器設(shè)定延時 25 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮;同時,東西方向道路也一起亮綠燈 20S,需計時器設(shè)定延時 20 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍;東西綠燈閃爍 3S,需振蕩器或脈沖源(秒/次)動作使東西綠燈閃爍,還需要計時器設(shè)定延時 3 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮;東西黃燈亮 2S,需計時器設(shè)定延時 2 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。其次,東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài),南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中,東西紅燈亮 30S,需計時器設(shè)定延時 30 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮;同時,南北方向道路也一起亮綠燈 25S,需計時器設(shè)定延時 25 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍;南北綠燈閃爍 3S,需振蕩器或脈沖源(秒/次)動作使南北綠燈閃爍,還要需計時器設(shè)定延時 3 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮;南北黃燈亮 2S,需計時器設(shè)定延時 2 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。如此循環(huán)下去。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -63 設(shè)計與分析3.1 設(shè)計框圖3.2 設(shè)計分析 開始南北紅燈亮,東西綠燈亮南北紅燈亮,東西綠燈閃南北紅燈亮,東西綠燈亮東西紅燈亮,南北綠燈亮東西紅燈亮,南北綠燈閃東西紅燈亮,南北綠燈亮開始基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -7圖 1 十字路口交通示意圖這 12 個交通燈共有 6 個狀態(tài):南北紅燈(1 7)亮 東西綠燈(6 12)亮南北紅燈(1 7)繼續(xù)亮 東西綠燈(6 12)閃南北紅燈(1 7)繼續(xù)亮 東西綠燈(5 11)亮東西紅燈(4 10)亮 南北綠燈(3 9)亮東西紅燈(4 10)繼續(xù)亮 南北綠燈(3 9)閃東西紅燈(1 7) 繼續(xù)亮 南北綠燈(2 8)亮基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -84 硬件部分4.1 PLC I/O 分配交通燈控制系統(tǒng)共有一個輸入點:啟動按鈕。輸出信號有東西方向、南北方向兩組指示燈驅(qū)動信號以及東西方向、南北方向的車輛運行指示燈驅(qū)動信號甲、乙。由于每一方向的指示燈中,同種顏色的指示燈運行情況相同,為節(jié)省輸出點數(shù),采用并聯(lián)輸出法。由此確定,系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為 1,輸出點數(shù)為 8,全部為開關(guān)量。PLC I/O 點分配如表一所示。表一 PLC I/O 口分配輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址啟動按鈕 I0.0 南北紅燈 Q0.0南北黃燈 Q0.1南北綠燈 Q0.2東西紅燈 Q0.3東西黃燈 Q0.4東西綠燈 Q0.5南北車燈(乙) Q0.6東西車燈(甲) Q0.7基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖根據(jù)系統(tǒng)對 I/O 口量的需求,選用 s7—200 來完成設(shè)計,系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。PLC圖 2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)檢測裝置交通燈計數(shù)器CPU定時器基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -104.3 PLC 的接線形式如圖 3 所示圖 3 PLC 接線圖端口 I0.0 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號,端口 Q0.0 接起報警作用的信號燈,端口 Q0.1接南北紅燈,端口 Q0.2 接?xùn)|西綠燈,端口 Q0.3 接?xùn)|西黃燈,端口 Q0.4 接?xùn)|西黃燈,Q0.5接南北綠燈,Q0.6 接南北黃燈?;?s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -115 軟件設(shè)計部分控制系統(tǒng)的程序可分為兩個模塊:開始模塊和十字路口信號燈控制模塊。其中十字路口信號燈控制模塊是主模塊。時間設(shè)定由定時器(T)完成,通過不同的定時器的交替觸發(fā)和定時來控制各個車道每個信號燈的亮滅時間。時間的設(shè)定可根據(jù)實際狀況分時設(shè)置。根據(jù)控制任務(wù)要求,運用 step7 一 micro/win32軟件設(shè)計交通燈系統(tǒng)的梯形圖程序,如圖 4?;?s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -125.1 梯形圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -13基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -145.2 語 句表基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -15基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -16基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -175.3 時序圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -18圖 4 十字路口交通燈時序6 PLC 概述6.1PLC 硬件結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機,其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同,中央處理單元(CPU) ,如下 圖 2-1 所示?;?s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -194-1 PLC 硬件結(jié)構(gòu)6.2 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是 PLC 控制中樞。它 PLC 系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器狀態(tài),并能診斷用戶程序中語法錯誤。當 PLC 投入運行時,首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分 別存入 I/O 映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將 I/O 映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行。進一步提高 PLC 可靠性,近年來對大型 PLC還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三 CPU 表決式系統(tǒng)。 這樣,某個 CPU 出現(xiàn)故障,整個系統(tǒng)仍能正常運行。6.3 存儲器存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -20程序存儲器。1、PLC 常用存儲器類型(1)RAM (Random Assess Memory) 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器),其存取速度最快,由鋰電池支持。(2)EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下,存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變 。紫外 線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。(3)EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。 [3]2、PLC 存儲空間分配各種 PLCCPU 最大尋址空間各不相同,PLC 工作原理,其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域:(1)系統(tǒng)程序存儲區(qū)(2)系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)(包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)(3)用戶程序存儲區(qū) [4]系統(tǒng)程序存儲區(qū):系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解 釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化 EPROM 中,用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC性能。系統(tǒng) RAM 存儲區(qū):系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備,如:邏基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -21輯線圈;數(shù)據(jù)寄存器;計時器;計數(shù)器;變址寄存器;累加器等存儲器。 [5](1)I/O 映象區(qū):PLC 投入運行后,輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),輸 出刷新階段才將輸 出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放 I/O 狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些單元稱作 I/O 映象區(qū)。一個開關(guān)量 I/O 占用存儲單元中一個位(bit),一個模擬量 I/O 占用存儲單元中一個字(16 個 bit)。整個 I/O 映象區(qū)可看作兩個部分組成:開關(guān)量 I/O 映象區(qū);模擬量 I/O 映象區(qū)。(2)系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) :I/O 映象區(qū)區(qū)以外,系 統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備(邏輯線圈、 計時器、 計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等)存 儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域,前者 PLC 斷電時,由內(nèi)部鋰電池供電,數(shù)據(jù)不會 遺失;后者當 PLC 斷電時,數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲區(qū):主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到 PLC 機的 RAM 存貯器中,以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。6.4 輸入/ 輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?,F(xiàn)場 的輸入信號,如按鈕開關(guān),行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量(壓力、流量、溫度、 電壓、電流)等,都要通過輸入模塊送到 PLC。由于這些信號電平各式各樣,而可 編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標準電平,所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號,并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -22接收的控制信號,以驅(qū)動如電磁閥、燈光 顯示、電機等 執(zhí)行機構(gòu)??删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型,每種 類型又有不同的參數(shù)等級,主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊,部件上都設(shè)有接線端子排,為了濾除信號的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對信號的處理,這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路,其目的是把 PLC 與外部電路隔離起來,以提高 PLC 的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換,即 A/D 或 D/A轉(zhuǎn)換。由于工 業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量,因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸入模塊 A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量,經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇 PLC 的 1/0總線掛接?,F(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是0—5 伏和 0—10 伏兩種。另外還有:0—somV、 0—IV、—5—+SV、—10—+10V,0—10mA 等。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴,把它轉(zhuǎn)換成 8 未、10 未或 12 位的二進制數(shù)字信號,送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號,提供給執(zhí)行機構(gòu)。基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -23圖 6.4.1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -24圖 6.4.27 元件清單名稱 型號 數(shù)量 備注計算機 1可編程控制器 S7-200 1西門子數(shù)據(jù)線 1STEP7-Micro/WIN 1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -25小結(jié)PLC 課程結(jié)束了,又到了課程設(shè)計的時候,我們組分到了:基于 S7-200 PLC 的十字路口交通信號燈的系統(tǒng)設(shè)計 面對這個題目根據(jù)老師課堂講的內(nèi)容很快就確定了設(shè)計的方向,并與同學(xué)們的合作解決遇到的問題。通過這次設(shè)計,我意識到了 PLC 編程技術(shù)在現(xiàn)實中的廣泛應(yīng)用,并了解到自己學(xué)習(xí)中的不足之處,看到了理論與實踐的差距。 通過一周的 PLC 設(shè)計實踐。我學(xué)會了 PLC 的基本編程方法,對 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中,提高了我們的工程素質(zhì),在沒有做實踐設(shè)計以前,我們對知道的撐握都是思想上的,對一些細節(jié)不加重視,當我們把自己想出來的程序與到 PLC 中的時候,問題出現(xiàn)了,不是不能運行,就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題,我們對 PLC 的理解得到加強,看到了實踐與理論的差距。 通過合作,我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學(xué)后,很多同學(xué)都沒有過深入的交流,在設(shè)計的過程中,我們用了分工與合作的方式,每個人互責(zé)一定的部分,同時在一定的階段共同討論,以解決分工中個人不能解決的問題,在交流中大家積極發(fā)言,和提出意見,同時我們還向別的同學(xué)請教。在此過程中,每個人都想自己的方案得到實現(xiàn),積極向同學(xué)說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。 通過此次課設(shè),讓我了解了 PLC 梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解,也讓我了解了關(guān)于 PLC 設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際,從中找出最適合的設(shè)計方法。實踐不同于理論,理論上可行的設(shè)計,在考慮實際條件的種種影響下,必須有所取舍,有側(cè)重,才能事半功倍,紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行?;?s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -26致 謝在設(shè)計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過程中,不是每一個問題都能自己解決,向老師請教或向同學(xué)討論是一個很好的方法,不是有句話叫做學(xué)而不思則怠,做事要學(xué)思結(jié)合。PLC 不僅需要編程能力,更是要求設(shè)計者了解控制電路的時序關(guān)系,作用原理,在接到題目之后,通過查詢資料對題目的所需要的編程器件,設(shè)計思路有了一定準備,但還是遇到了很多問題,感謝祝老師給予的及時指導(dǎo)和幫助,能夠跳出我們的思維局限性,從更高的,宏觀的層面和維度來分析問題,給出中肯和針對性的建議,通過和同學(xué)的討論,更是使我完善了自己能力的不足之處,并能使我們一起提高。感謝學(xué)校老師給我們提供實踐的機會和條件,能夠鍛煉自己的實際動手能力,不僅停留在理論層面的學(xué)習(xí),更要將所學(xué)轉(zhuǎn)化為一種能力和素質(zhì),培養(yǎng)自己的工程實踐經(jīng)驗,從最基礎(chǔ)的課程設(shè)計做起,為實際動手操作,打?qū)嵒A(chǔ),因為只有實踐,才能出真知。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -27參考文獻[1] 王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013[2] 趙景波等 .零基礎(chǔ)學(xué)西門子 S7-200 PLC.北京:機械工業(yè)出版社, 2010[3] 龔?fù)瑥垬涑?,王?. 實例解讀西門子 PLC.北京:中國電力出版社,2013[4] 李國麗,朱維勇電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書合肥:中國科技大學(xué)出版社,2000基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計目的:編程序控制器(PLC )于 20 世紀 60 年代在美國誕生,在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30多年的歷史,現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,成為提高工業(yè)裝備電氣自動化水平的重要設(shè)備和強大支柱。因此,PLC 技術(shù)已成為電氣自動化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能,通過實踐,可以幫助學(xué)生加深對理論知識消化吸收,提高PLC 編程技能。1.2 基本要求信號燈受一個啟動開關(guān)控制,當啟動開關(guān)接通時,信號燈系統(tǒng)開始工作,且先南北紅燈亮,東西綠燈亮。當啟動開關(guān)斷開時,所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒,在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮,并維持 20 秒。到 20 秒時,東西綠燈閃亮,閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮,并維持 2 秒。到 2 秒時,東西黃燈熄滅,東西紅燈亮,同時,南北紅燈熄滅,綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒,然后閃亮 3 秒后熄滅。同時南北黃燈亮,維持 2 秒后熄滅,這時南北紅燈亮,東西綠燈亮,周而復(fù)始。要求完成以下項目:1、畫出交通信號燈時序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號燈 PLC 控制梯形圖編程1.3 發(fā)揮部分自由發(fā)揮2 設(shè)計過程及論文的基本要求:2.1 設(shè)計過程的基本要求(1)基本部分必須完成,發(fā)揮部分可任選;(2)符合設(shè)計要求的報告一份,其中包括總體設(shè)計框圖、電路原理圖各一份;(3)報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計論文的基本要求(1)參照畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范打印,包括附錄中的圖紙。項目齊全、不許涂改,不少于4000 字。圖紙為 A4,所有插圖不允許復(fù)印。(2)裝訂順序:封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文(設(shè)計題目、設(shè)計任務(wù)、設(shè)計思路、設(shè)計框圖、各部分電路及相應(yīng)的詳細的功能分析和重要的參數(shù)計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹) 、小結(jié)、參考文獻、附錄(總體設(shè)計框圖與電路原理圖) 。3 時間進度安排順序 階段日期 計 劃 完 成 內(nèi) 容 備注1 2014.9.1 講解主要設(shè)計內(nèi)容,安排學(xué)生查閱資料 打分2 2014.9.2 檢查整個設(shè)計總體設(shè)計概況 打分3 2014.9.3 指導(dǎo)學(xué)生進行傳感器的選擇和 plc 應(yīng)用的注意事項 打分4 2014.9.4 檢查學(xué)生核心內(nèi)容的設(shè)計情況 打分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -II5 2014.9.5 答辯、寫報告 打分2014-9-1摘要可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng),專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可以編制程序的存儲器,用來在執(zhí)行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口,控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。可編程序控制器(PLC)作為一種以微電腦技術(shù)為核心的自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)與計算機和通信技術(shù)融為一體,在工業(yè)自動化,機電一體化以及傳統(tǒng)的工業(yè)控制方面,得到了廣泛的應(yīng)用, 發(fā)揮著越來越大的作用。已被廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、化工、能源等各種行業(yè)。它可靠性高、功能完善、抗干擾性好,具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕等優(yōu)點。是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過程控制的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。城市交通信號控制是通過對交通流的調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)以達到改善人和貨物的安全運輸,提高運營效率。采用 PLC 控制交通信號燈,主要是考慮其具有對使用環(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。目前,PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中,但是在交通控制方面應(yīng)用方面還不是很廣泛。PLC 應(yīng)用于交通控制還有很大的潛能,PLC 以其可方便操作、可方便編程調(diào)試等特點,使得其有逐步取代以往的單片機在交通燈中的地位的趨勢。利用德國西門子公司的 S7—200 PLC 來實現(xiàn)交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求的分析,結(jié)合西門子 S7-200 的控制性能,通過系統(tǒng)時序圖的分析,對交通燈系統(tǒng)進行了軟、硬件設(shè)計,實現(xiàn)了十字路口交通燈的合理控制的功能,通過實驗證明該方法設(shè)計的系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟實用、遠行可靠,具有很高的實用價值。關(guān)鍵字:PLC 交通燈控制 設(shè)計 調(diào)試基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -3目錄基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計 I摘要 III目錄 41 設(shè)計任務(wù)描述 51.2 設(shè)計要求. 51.2.2 基本要求 51.2.3 發(fā)揮部分 52 設(shè)計思路 63 設(shè)計與分析 73.1 設(shè)計框圖 73.2 設(shè)計分析 74 硬件部分 94.1 PLC I/O 分配 94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 104.3 PLC 的接線形式 115 軟件設(shè)計部分 .125.1 梯形圖 .135.2 語句表 166 PLC 概述 .196.1PLC 硬件結(jié)構(gòu) .196.2 中央處理單元(CPU) .196.3 存儲器 206.4 輸入/輸出模塊 21圖 6.4.1 .23圖 6.4.2 .237 元件清單 .24小結(jié) 25致 謝 26參考文獻 27基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -41 設(shè)計任務(wù)描述1.1 設(shè)計題目:基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計1.2 設(shè)計要求.1.2.1 設(shè)計目的可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置,它使用可編程序的存儲器來存儲指令,并實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、記數(shù)和算術(shù)運算等功能。用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。自 1969 年第一臺可控編程控制器問世以來,目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場合最多的工業(yè)控制器。編程序控制器(PLC)于 20 世紀60 年代在美國誕生,在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史,現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,成為提高工業(yè)裝備電氣自動化水平的重要設(shè)備和強大支柱。因此,PLC 技術(shù)已成為電氣自動化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能,通過實踐,可以幫助學(xué)生加深對理論知識消化吸收,提高PLC 編程技能。1.2.2 基本要求信號燈受一個啟動開關(guān)控制,當啟動開關(guān)接通時,信號燈系統(tǒng)開始工作,且先南北紅燈亮,東西綠燈亮。當啟動開關(guān)斷開時,所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒,在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮,并維持 20 秒。到 20 秒時,東西綠燈閃亮,閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮,并維持 2 秒。到 2 秒時,東西黃燈熄滅,東西紅燈亮,同時,南北紅燈熄滅,綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒,然后閃亮 3 秒后熄滅。同時南北黃燈亮,維持 2 秒后熄滅,這時南北紅燈亮,東西綠燈亮,周而復(fù)始。要求完成以下項目:1、畫出交通信號燈時序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號燈 PLC 控制梯形圖編程1.2.3 發(fā)揮部分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -52 設(shè)計思路按照交通燈系統(tǒng)控制要求下,結(jié)合西門子 S7-200 系列可編程控制器的特性(見附錄),選擇適合的型號。設(shè)計思想分析如下:給一個啟動的輸入信號,要配合一個SB1 的按鈕,當 SB1 啟動按鈕動作,系統(tǒng)工作。首先,南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài),東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中,南北紅燈亮 25S,需計時器設(shè)定延時 25 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮;同時,東西方向道路也一起亮綠燈 20S,需計時器設(shè)定延時 20 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍;東西綠燈閃爍 3S,需振蕩器或脈沖源(秒/次)動作使東西綠燈閃爍,還需要計時器設(shè)定延時 3 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮;東西黃燈亮 2S,需計時器設(shè)定延時 2 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。其次,東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài),南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中,東西紅燈亮 30S,需計時器設(shè)定延時 30 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮;同時,南北方向道路也一起亮綠燈 25S,需計時器設(shè)定延時 25 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍;南北綠燈閃爍 3S,需振蕩器或脈沖源(秒/次)動作使南北綠燈閃爍,還要需計時器設(shè)定延時 3 秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮;南北黃燈亮 2S,需計時器設(shè)定延時 2 秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。如此循環(huán)下去。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -63 設(shè)計與分析3.1 設(shè)計框圖3.2 設(shè)計分析 開始南北紅燈亮,東西綠燈亮南北紅燈亮,東西綠燈閃南北紅燈亮,東西綠燈亮東西紅燈亮,南北綠燈亮東西紅燈亮,南北綠燈閃東西紅燈亮,南北綠燈亮開始基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -7圖 1 十字路口交通示意圖這 12 個交通燈共有 6 個狀態(tài):南北紅燈(1 7)亮 東西綠燈(6 12)亮南北紅燈(1 7)繼續(xù)亮 東西綠燈(6 12)閃南北紅燈(1 7)繼續(xù)亮 東西綠燈(5 11)亮東西紅燈(4 10)亮 南北綠燈(3 9)亮東西紅燈(4 10)繼續(xù)亮 南北綠燈(3 9)閃東西紅燈(1 7) 繼續(xù)亮 南北綠燈(2 8)亮基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -84 硬件部分4.1 PLC I/O 分配交通燈控制系統(tǒng)共有一個輸入點:啟動按鈕。輸出信號有東西方向、南北方向兩組指示燈驅(qū)動信號以及東西方向、南北方向的車輛運行指示燈驅(qū)動信號甲、乙。由于每一方向的指示燈中,同種顏色的指示燈運行情況相同,為節(jié)省輸出點數(shù),采用并聯(lián)輸出法。由此確定,系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為 1,輸出點數(shù)為 8,全部為開關(guān)量。PLC I/O 點分配如表一所示。表一 PLC I/O 口分配輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址啟動按鈕 I0.0 南北紅燈 Q0.0南北黃燈 Q0.1南北綠燈 Q0.2東西紅燈 Q0.3東西黃燈 Q0.4東西綠燈 Q0.5南北車燈(乙) Q0.6東西車燈(甲) Q0.7基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖根據(jù)系統(tǒng)對 I/O 口量的需求,選用 s7—200 來完成設(shè)計,系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。PLC圖 2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)檢測裝置交通燈計數(shù)器CPU定時器基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -104.3 PLC 的接線形式如圖 3 所示圖 3 PLC 接線圖端口 I0.0 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號,端口 Q0.0 接起報警作用的信號燈,端口 Q0.1接南北紅燈,端口 Q0.2 接?xùn)|西綠燈,端口 Q0.3 接?xùn)|西黃燈,端口 Q0.4 接?xùn)|西黃燈,Q0.5接南北綠燈,Q0.6 接南北黃燈。基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -115 軟件設(shè)計部分控制系統(tǒng)的程序可分為兩個模塊:開始模塊和十字路口信號燈控制模塊。其中十字路口信號燈控制模塊是主模塊。時間設(shè)定由定時器(T)完成,通過不同的定時器的交替觸發(fā)和定時來控制各個車道每個信號燈的亮滅時間。時間的設(shè)定可根據(jù)實際狀況分時設(shè)置。根據(jù)控制任務(wù)要求,運用 step7 一 micro/win32軟件設(shè)計交通燈系統(tǒng)的梯形圖程序,如圖 4?;?s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -125.1 梯形圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -13基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -145.2 語 句表基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -15基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -16基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -175.3 時序圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -18圖 4 十字路口交通燈時序6 PLC 概述6.1PLC 硬件結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機,其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同,中央處理單元(CPU) ,如下 圖 2-1 所示。基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -194-1 PLC 硬件結(jié)構(gòu)6.2 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是 PLC 控制中樞。它 PLC 系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器狀態(tài),并能診斷用戶程序中語法錯誤。當 PLC 投入運行時,首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分 別存入 I/O 映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序,命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后,最后將 I/O 映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置,如此循環(huán)運行,直到停止運行。進一步提高 PLC 可靠性,近年來對大型 PLC還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng),或采用三 CPU 表決式系統(tǒng)。 這樣,某個 CPU 出現(xiàn)故障,整個系統(tǒng)仍能正常運行。6.3 存儲器存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應(yīng)用軟件存儲器稱為用戶基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -20程序存儲器。1、PLC 常用存儲器類型(1)RAM (Random Assess Memory) 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器),其存取速度最快,由鋰電池支持。(2)EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下,存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變 。紫外 線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。(3)EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。 [3]2、PLC 存儲空間分配各種 PLCCPU 最大尋址空間各不相同,PLC 工作原理,其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域:(1)系統(tǒng)程序存儲區(qū)(2)系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)(包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)(3)用戶程序存儲區(qū) [4]系統(tǒng)程序存儲區(qū):系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解 釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化 EPROM 中,用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC性能。系統(tǒng) RAM 存儲區(qū):系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備,如:邏基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -21輯線圈;數(shù)據(jù)寄存器;計時器;計數(shù)器;變址寄存器;累加器等存儲器。 [5](1)I/O 映象區(qū):PLC 投入運行后,輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),輸 出刷新階段才將輸 出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲單元(RAM)以存放 I/O 狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些單元稱作 I/O 映象區(qū)。一個開關(guān)量 I/O 占用存儲單元中一個位(bit),一個模擬量 I/O 占用存儲單元中一個字(16 個 bit)。整個 I/O 映象區(qū)可看作兩個部分組成:開關(guān)量 I/O 映象區(qū);模擬量 I/O 映象區(qū)。(2)系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū) :I/O 映象區(qū)區(qū)以外,系 統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備(邏輯線圈、 計時器、 計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等)存 儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域,前者 PLC 斷電時,由內(nèi)部鋰電池供電,數(shù)據(jù)不會 遺失;后者當 PLC 斷電時,數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲區(qū):主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到 PLC 機的 RAM 存貯器中,以便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。6.4 輸入/ 輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?,F(xiàn)場 的輸入信號,如按鈕開關(guān),行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量(壓力、流量、溫度、 電壓、電流)等,都要通過輸入模塊送到 PLC。由于這些信號電平各式各樣,而可 編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標準電平,所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號,并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -22接收的控制信號,以驅(qū)動如電磁閥、燈光 顯示、電機等 執(zhí)行機構(gòu)??删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型,每種 類型又有不同的參數(shù)等級,主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊,部件上都設(shè)有接線端子排,為了濾除信號的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對信號的處理,這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路,其目的是把 PLC 與外部電路隔離起來,以提高 PLC 的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換,即 A/D 或 D/A轉(zhuǎn)換。由于工 業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構(gòu)有一些信號是連續(xù)變化的模擬量,因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸入模塊 A/D轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量,經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇 PLC 的 1/0總線掛接。現(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是0—5 伏和 0—10 伏兩種。另外還有:0—somV、 0—IV、—5—+SV、—10—+10V,0—10mA 等。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴,把它轉(zhuǎn)換成 8 未、10 未或 12 位的二進制數(shù)字信號,送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號,提供給執(zhí)行機構(gòu)?;?s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -23圖 6.4.1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -24圖 6.4.27 元件清單名稱 型號 數(shù)量 備注計算機 1可編程控制器 S7-200 1西門子數(shù)據(jù)線 1STEP7-Micro/WIN 1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -25小結(jié)PLC 課程結(jié)束了,又到了課程設(shè)計的時候,我們組分到了:基于 S7-200 PLC 的十字路口交通信號燈的系統(tǒng)設(shè)計 面對這個題目根據(jù)老師課堂講的內(nèi)容很快就確定了設(shè)計的方向,并與同學(xué)們的合作解決遇到的問題。通過這次設(shè)計,我意識到了 PLC 編程技術(shù)在現(xiàn)實中的廣泛應(yīng)用,并了解到自己學(xué)習(xí)中的不足之處,看到了理論與實踐的差距。 通過一周的 PLC 設(shè)計實踐。我學(xué)會了 PLC 的基本編程方法,對 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中,提高了我們的工程素質(zhì),在沒有做實踐設(shè)計以前,我們對知道的撐握都是思想上的,對一些細節(jié)不加重視,當我們把自己想出來的程序與到 PLC 中的時候,問題出現(xiàn)了,不是不能運行,就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題,我們對 PLC 的理解得到加強,看到了實踐與理論的差距。 通過合作,我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學(xué)后,很多同學(xué)都沒有過深入的交流,在設(shè)計的過程中,我們用了分工與合作的方式,每個人互責(zé)一定的部分,同時在一定的階段共同討論,以解決分工中個人不能解決的問題,在交流中大家積極發(fā)言,和提出意見,同時我們還向別的同學(xué)請教。在此過程中,每個人都想自己的方案得到實現(xiàn),積極向同學(xué)說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。 通過此次課設(shè),讓我了解了 PLC 梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解,也讓我了解了關(guān)于 PLC 設(shè)計原理。有很多設(shè)計理念來源于實際,從中找出最適合的設(shè)計方法。實踐不同于理論,理論上可行的設(shè)計,在考慮實際條件的種種影響下,必須有所取舍,有側(cè)重,才能事半功倍,紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行?;?s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -26致 謝在設(shè)計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過程中,不是每一個問題都能自己解決,向老師請教或向同學(xué)討論是一個很好的方法,不是有句話叫做學(xué)而不思則怠,做事要學(xué)思結(jié)合。PLC 不僅需要編程能力,更是要求設(shè)計者了解控制電路的時序關(guān)系,作用原理,在接到題目之后,通過查詢資料對題目的所需要的編程器件,設(shè)計思路有了一定準備,但還是遇到了很多問題,感謝祝老師給予的及時指導(dǎo)和幫助,能夠跳出我們的思維局限性,從更高的,宏觀的層面和維度來分析問題,給出中肯和針對性的建議,通過和同學(xué)的討論,更是使我完善了自己能力的不足之處,并能使我們一起提高。感謝學(xué)校老師給我們提供實踐的機會和條件,能夠鍛煉自己的實際動手能力,不僅停留在理論層面的學(xué)習(xí),更要將所學(xué)轉(zhuǎn)化為一種能力和素質(zhì),培養(yǎng)自己的工程實踐經(jīng)驗,從最基礎(chǔ)的課程設(shè)計做起,為實際動手操作,打?qū)嵒A(chǔ),因為只有實踐,才能出真知。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計- -27參考文獻[1] 王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2013[2] 趙景波等 .零基礎(chǔ)學(xué)西門子 S7-200 PLC.北京:機械工業(yè)出版社, 2010[3] 龔?fù)?,張樹臣,王?. 實例解讀西門子 PLC.北京:中國電力出版社,2013[4] 李國麗,朱維勇電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書合肥:中國科技大學(xué)出版社,2000