数控技术毕业设计(论文)PLC在交通控制信号灯中的应用.doc
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1、PLC在交通控制信号灯中的应用系 别: 机械工程系 学生姓名: 专业班级: 数控二班 学 号: 指导教师: 2009 年10 月20 日独创性声明 本人声明所呈交的毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名: 日期: 年 月 日毕业论文版权使用授权书 本毕业论文作者完全了解学校有关保留、使用毕业论文的规定,即:学校有权保留并向有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文
2、被查阅和借阅。本人授权郑州职业技术学院要以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文。 保密,在_年解密后适用本授权书. 本论文属于 不保密。(请在以上方框内打“”)毕业论文作者签名: 指导教师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日摘 要PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术、数字技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。也是工业自动化装置中应用最多的一种设备。PLC控制技术是电气控制技术的一朵奇葩。经过30多年的发展,PLC已形成了完整的工业控制器产品系列,其功能从初期的主要用于替代继电接触器控
3、制的简单功能,发展到目前的具有近似于计算机的强有力的软件功能。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高。PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。在该设计中,还引入F940触摸屏模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行,十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。关键字:PLC控制;交通信号灯控制目
4、 录摘 要I1 可编程控制器概述(1)1.1 可编程控制器的定义(1)1.2 可编程控制器的产生于发展(1)1.3 可编程控制器的主要性能指标(2)1.4 PLC的分类(3)1.5 PLC的应用(3)2 可编程控制器的原理(5)2.1 PLC的基本结构及其功能(5)2.2 可编程控制器的硬件组成(6)2.3 可编程控制器的软件(6)2.4 可编程控制器的工作原理(6)2.5 PLC的基本指令(7)3 梯形图的设计与编程方法(10)3.1 确定元件的编号,分配I/O地址(10)3.2 梯形图的编程规则(10)4 PLC对交通信号灯的控制(13)参考文献(17)致 谢(18)1 可编程控制器概述1
5、.1 可编程控制器的定义到了20世纪70年代后期,随着微电子技术和计算机技术的发展,使PLC在处理速度和控制功能上都有了很大的提高。1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,
6、今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Compur)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC1.2 可编程控制器的产生于发展1968年美国最大的汽车制造公司通用汽车公司(GM),为适应生产小批量、多品种、低成本和高质量产品的市场需求,增强市场竞争力,提出研制PLC的基本构思:直接用于工业环境。1969年美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器,其型号为PDP14型,在GM公司装配线上试用成功。这项新技术的应用,在工业界产生了巨大的影响。从此可编程控制器在世界各地迅速发张起来。1971年,日本从美国引进了这项新技术,并很快研制成功了日
7、本第一台可编程控制器。19731974年,德国、法国也相继研制成功了他们的可编程控制器。我国从1974年开始研制,1977年研制成功了以1位微处理器MC14500为核心的可编程控制器,并开始应用于工业生产控制。从第一台PLC诞生至今,PLC大致经历了四次更新换代。第一代PLC,多数用1位机开发,采用磁芯存储器存储,仅具有逻辑控制、定时、计数功能。第二代PLC,使用了8位微处理器及半导体存储器,其产品逐步系列化,功能也有所增强,能实现数字运算、传送、比较等功能。第三代PLC,采用了高性能微处理器及位片式CPU,工作速度大幅度提高,同时促使其向多功能和联网方向发展,并且有较强的自诊断能力。第四代P
8、LC,不仅全面使用16位、32位微处理器作为CPU,内存容量也较大。可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统。编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等外,还可以使用高级语言,外设也更多样化。1.3 可编程控制器的主要性能指标a)I/O点数指PLC主机的输入、输出端子数。在选用PLC时,要根据控制对象需要的I/O点数来选定PLC的机型。当主机的I/O点数不够时,可通过接扩展单元来扩展I/O点数。但因为一般的扩展单元只有接口和驱动电路而没有CPU,它是由主机的CPU来寻址的,所以最大扩展点数受CPU寻址能力的限制。b)内存容量指用户程序的容量。在PLC中程序指令是按“步”存放的(一条指令往往不止一步
9、),“步”占用一个地址单元,一个地址单元占两个字节。c)指令功能可以从两个方面来衡量PLC指令功能的强弱:一是指令条数的多少;二是在指令中有多少综合性指令,因为一条综合性指令一般就能完成一项专门操作(如查表、排序、PID控制等),相当于一个子程序。d)扫描速度一般指执行一步指令所需的时间,单位为us/步。有时也用执行1000步指令的时间计算,则单位为ms/千步。e)内部寄存器PLC内部有许多寄存器,用以存放变量状态、中间结果和数据等,还有许多辅助寄存器给用户提供特殊功能,以简化整个系统的设计。因此,内部寄存器的配置情况也是衡量PLC硬件功能强弱的主要指标之一。f)高功能模块PLC除了主控模块外
10、,还可以配接各种高功能模块。主控模块实现基本的控制功能,高功能模块则可实现一些特殊的专门功能。因此,高功能模块的配置反映了PLC功能的强弱,是衡量PLC产品档次高低的一个重要标志。已开发的常用高功能模块主要有:A/D和D/A转换模块、高速计数模块、高速脉冲输出模块、PID控制模块、模糊控制模块、位置控制模块、速度控制模块、网络通信模块,以及各种物理量转换模块等。这些高功能模块使PLC不但能进行开关量顺序控制,而且能进行模拟量控制,以及精确的速度和定位控制。1.4 PLC的分类PLC一般按控制规模和结构形式分类。a) 按PLC的控制规模分类按PLC的控制规模分类,PLC可分为小型机、中型机、大型
11、机。通常小型机的控制点数小于256点,用户程序存储器的容量小于8K字。中型机的控制点数一般在256点2048点范围内,用户程序存储器的容量小于50K字。大型机的控制点数都在2048点以上,用户程序存储器的容量达50K字以上。b) 按PLC的结构形式分类PLC按结构形式可分为整体式、模块式和叠装式三类。(1)整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O部件都集中在一个机箱内。其结构紧凑、体积小、价格低。一般小型PLC采用这种机构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O和电源。扩展单元内只有I/O和电源。(2)模块式PLC 模块式是将PLC各部分分成
12、若干个单独的模块,如电源模块、CPU模块、I/O模块和各种功能模块。模块式PLC由机架和各种模块组成(3)叠装式PLC 将整体式和模块式结合起来,称为叠装式PLC。它除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块,配置比较方便。1.5 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、交通运输及环保等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。 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
13、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
14、、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。 5) 数据处理 现代PLC具有数学运算、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。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
15、,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都具有通信接口,通信非常方便。2 可编程控制器的原理2.1 PLC的基本结构及其功能 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: a)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
16、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。 b)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。 C)电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、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。d)输入、输出单元(Input/Output Unit)输入、输出单元是可编程控制器的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。输
17、入单元将现场的输入信号,经过输入单元接口电路的转换,变换成为中央处理器能接受和识别的低电压信号,送给中央处理器进行运算;输出单元则将中央处理器输出的低电压信号变换成为控制器件所能接受的电压、电流信号,以驱动信号灯、电磁阀、电磁开关等。通常,PLC的输入单元类型有:直流、交流和交直流输入单元;PLC的输出单元类型有:晶体管输出方式、晶闸管输出方式和继电器输出方式。2.2 可编程控制器的硬件组成PLC的硬件是由中央处理器CPU、存储器、输入/输出I/O接口,编程器和电源、外设接口、I/O扩展单元接口等部分组成。系统程序存储器用户程序存储器I/O扩展接口外设接口CPU输出单元电源输入单元PLC的硬件
18、结构示意图2.3 可编程控制器的软件PLC的软件包括系统软件和应用软件。系统软件主要是系统的管理程序和用户指令的解释程序,已固化在系统程序存储器中,用户不能够更改。应用软件即用户程序,是由用户根据控制要求,按照PLC编程语言自行编制的程序。2.4 可编程控制器的工作原理PLC运行过程,一般分为输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。(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
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