西門(mén)子plcS7-200交通燈課程設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng) 春 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)紙1 引言1.1 PLC概述PLC是Programmable Logic Controller的縮寫(xiě)，即可編程邏輯控制器。它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC和可編程序控制器PC幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，所以現(xiàn)在仍然將可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱(chēng)plc。它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1.2 PLC的功能(1)控制功能邏輯控制，

2、包括（定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序，邏輯）控制(2)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能數(shù)學(xué)運(yùn)算功能(3)輸入/輸出接口調(diào)理功能具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)I/O模塊完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶(hù)要求選擇。 具有溫度測(cè)量接口，直接連接各種電阻或電偶。 (4)通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái) PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。如西門(mén) 子S7-200

3、的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線口，其通信速率可以達(dá)到12Mbps。 在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說(shuō)的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。(5)人機(jī)界面功能提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過(guò)程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。 (6)編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視 、試驗(yàn)和記錄，并通過(guò)打印機(jī)打印出程序文件。1.3 PLC的工作原理和結(jié)構(gòu)1.3.1 PLC的工作原理：采用循環(huán)掃描方式。在PLC處于運(yùn)行

4、狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。注意：由于PLC是掃描工作過(guò)程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段才能改變。1.3.2 結(jié)構(gòu)：plc實(shí)質(zhì)上是一種專(zhuān)用與工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)再結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式（模塊式）兩種，固定式plc包括CPU板，I/O板，顯示面板，內(nèi)存塊，電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式plc包括CPU模塊，I/O模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或機(jī)架。這些模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。接口部件輸出輸入接口部件件中央處理單元 CPU板

5、 電源部件1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖1.4 西門(mén)子S7-200系列的編程軟件1.4.1 編程準(zhǔn)備(1)指令集和編輯器的選擇寫(xiě)程序之前，用戶(hù)必須選擇指令集和編輯器。在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3兩種。SIMATIC是專(zhuān)為S7-200PLC設(shè)計(jì)的，專(zhuān)用性強(qiáng)，采用SIMATIC指令編寫(xiě)的程序執(zhí)行時(shí)間短，可以使用LAD、STL、FBD三種編輯器。IEC1131-3指令集是按國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）PLC編程標(biāo)準(zhǔn)提供的指令系統(tǒng)，作為不同PLC廠商的指令標(biāo)準(zhǔn)，集中指令較少。有些SIMATIC所包含的指令，在IEC 1131-3中不是標(biāo)準(zhǔn)指令。IEC1131-3標(biāo)

6、準(zhǔn)指令集適用于不同廠家PLC，可以使用LAD和FBD兩種編輯器。本教材主要用SIMATIC編程模式。a. 單命令“工具”“選項(xiàng)” “一般”標(biāo)簽“編程模式” 選SIMATIC。程序編輯器有LAD、STL、FBD三種。本論文主要用LAD和STL。b. 擇編輯器的方法如下：用菜單命令“檢視” LAD或STL?；蛘卟藛蚊睢肮ぞ摺薄斑x項(xiàng)” “一般”標(biāo)簽“默認(rèn)編輯器”。(2) 根據(jù)PLC類(lèi)型進(jìn)行參數(shù)檢查在PLC和運(yùn)行STEP7-Micro/WIN的PC連線后，在建立通信或編輯通信設(shè)置以前，應(yīng)根據(jù)PLC的類(lèi)型進(jìn)行范圍檢查。必須保證STEP7-Micro/WIN中PLC類(lèi)型選擇與實(shí)際PLC類(lèi)型相符。方法如下

7、：a. 菜單命令“PLC”“類(lèi)型” “讀取PLC”。b. 在指令樹(shù)“項(xiàng)目”名稱(chēng)“類(lèi)型” “讀取PLC”1.4.2 程序的調(diào)試和監(jiān)控在運(yùn)行STEP 7-Micro/WIN 32編程設(shè)備和PLC之間建立通信并向PLC下載程序后，便可運(yùn)行程序，收集狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)試程序。(1)選擇工作方式PLC有運(yùn)行和停止兩種工作方式。在不同的工作方式下，PLC進(jìn)行調(diào)試的操作方法不同。 單擊工具欄中的“運(yùn)行”按鈕或“停止”按鈕可以進(jìn)入相應(yīng)的工作方式.選擇STOP工作方式:在STOP（停止）工作方式中，可以創(chuàng)建和編輯程序，PLC處于半空閑狀態(tài)：停止用戶(hù)程序執(zhí)行；執(zhí)行輸入更新；用戶(hù)中斷條件被禁用。PLC操作系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控

8、PLC，將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給STEP 7-Micro/WIN 32，并執(zhí)行所有的“強(qiáng)制”或“取消強(qiáng)制”命令。當(dāng)PLC位于STOP（停止）工作方式可以進(jìn)行下列操作：(1) 使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)檢視操作數(shù)的當(dāng)前值。（因?yàn)槌绦蛭磮?zhí)行，這一步驟等同于執(zhí)行“單次讀取”）(2) 可以使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強(qiáng)制數(shù)值。使用圖狀態(tài)寫(xiě)入數(shù)值。(3) 寫(xiě)入或強(qiáng)制輸出。(4)執(zhí)行有限次掃描，并通過(guò)狀態(tài)圖或程序狀態(tài)觀察結(jié)果。選擇運(yùn)行工作方式:(1)使用圖狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。如果希望使用單次更新，圖狀態(tài)必須關(guān)閉，才能使用“單次讀取”命令。(2)使用程序狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新。(3)使用RUN工作方式中的“程

9、序編輯”編輯程序，并將改動(dòng)下載至PLC。2 交通燈控制要求2.1 路況示意圖 北 西 東 南2.1路況示意圖2.2 工作要求和過(guò)程主要程序要求如下：信號(hào)燈受啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接同時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，先南、北紅燈亮，在東、西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。（1）南、北綠燈和東、西綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮則應(yīng)關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并立刻報(bào)警。（2）南北向綠燈亮30s，東西紅燈亮。30s后，南北向黃燈閃爍3次，每次通斷各0.5s，東西紅燈亮3s。閃3次后南北紅燈亮，東西綠燈亮。（3）東西向綠燈亮30s，南北紅燈亮。30s后，東西向黃燈閃爍3次，每次通斷各0.5s，南北紅燈亮3s。閃

10、3次后東西紅燈亮，南北綠燈亮。至此一個(gè)循環(huán)結(jié)束。（4）上述動(dòng)作循環(huán)進(jìn)行。注意：要求南北綠燈和東西綠燈不能同時(shí)亮，否則關(guān)閉系統(tǒng)，并立刻報(bào)警。3 交通燈控制的設(shè)計(jì)3.1 順序圖設(shè)啟動(dòng)按鈕用I0.0表示, 6個(gè)工作狀態(tài)分別用順序控制繼電器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分別用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定時(shí)器.當(dāng)I0.0啟動(dòng)按鈕得電時(shí),將激活S0.0,進(jìn)入第一步狀態(tài),在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈亮,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T1, T1定時(shí)時(shí)間到時(shí),轉(zhuǎn)換條件滿(mǎn)足,結(jié)束S0.0激活S0.1進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈閃.同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T2, T2定

11、時(shí)時(shí)間到時(shí),轉(zhuǎn)換條件滿(mǎn)足,結(jié)束S0.1激活S0.2進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西黃燈亮,依次激活S0.3,S0.4.S0.5,當(dāng)定時(shí)器T6時(shí)間到時(shí)再次激活S0.0,不斷循環(huán)執(zhí)行。順序功能圖如圖3.1所示。3.1 交通燈順序功能圖3.2 I/O分配及接線圖下面先跟據(jù)輸入/輸出接口的數(shù)量編制出輸入輸出分配表：I/O分配表:輸入輸出機(jī)內(nèi)器件南北紅燈Q0.0T37 南北紅燈 33S啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0南北黃燈Q0.1T38 東西紅燈 33S南北綠燈Q0.2T39 東西綠燈 30S停止開(kāi)關(guān)I0.1東西紅燈Q0.4T40 東西黃燈閃 3S東西黃燈Q0.5T43 南北綠燈 30S東西綠燈Q0.6

12、T44 南北黃燈閃 3S 4 PLC參考電路圖2 -2 紅綠燈控制PLC電氣原理圖5交通燈控制時(shí)序圖圖2-9交通燈控制時(shí)序圖6 設(shè)計(jì)梯形圖7心得體會(huì) 通過(guò)交通燈課設(shè)我們有對(duì)定時(shí)器，計(jì)數(shù)器從新的學(xué)習(xí)了一遍。這次課設(shè)加強(qiáng)了我們對(duì)定時(shí)器，計(jì)數(shù)器的記憶和應(yīng)用的熟練程度。同時(shí)這次課設(shè)也讓我們對(duì)組態(tài)王有了一定的了解，通過(guò)自己的自學(xué)我們能夠用組態(tài)王做出簡(jiǎn)單的畫(huà)面連接?？偨Y(jié)通過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，我們不僅加深了對(duì)監(jiān)控組態(tài)軟件的應(yīng)用和PLC的編程設(shè)計(jì)的了解和使用，還學(xué)到了許多課本上沒(méi)有涉及知識(shí)，練習(xí)了SQL連接的方法和原理。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，在湯老師的帶領(lǐng)下，我們學(xué)到了很多知識(shí)。讓我對(duì)之前在課本上很多不明的知

13、識(shí)在實(shí)踐設(shè)計(jì)中有了新的領(lǐng)悟和認(rèn)識(shí)，才體會(huì)到“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”的真正含義。我們?cè)瓉?lái)認(rèn)為自己已基本掌握的東西可能僅僅是一些膚淺的表面或是總體的一個(gè)方面，如果沒(méi)有實(shí)踐體驗(yàn)，是發(fā)現(xiàn)不了這些問(wèn)題的。這次課程設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)很好的機(jī)會(huì)去學(xué)習(xí)那些書(shū)本上不能學(xué)到的知識(shí)，增長(zhǎng)了我們的見(jiàn)識(shí) ，使我們對(duì)設(shè)計(jì)操作有了一定的直觀認(rèn)識(shí)。在做課程設(shè)計(jì)的組態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，由于交通燈系統(tǒng)涉及到的控制變量較多，需要對(duì)每個(gè)變量進(jìn)行定義和編程，要考慮函數(shù)定義的類(lèi)型和它所對(duì)應(yīng)的PLC程序中的端口號(hào)。開(kāi)始編程的時(shí)候因?yàn)榭紤]不周到，總會(huì)丟掉一些變量條件，或是變量定義類(lèi)型不對(duì)，組態(tài)運(yùn)行屢屢失敗，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)和調(diào)試，程序終于運(yùn)行成功。課程設(shè)計(jì)的過(guò)程也是復(fù)習(xí)和再學(xué)習(xí)的過(guò)程，要完成設(shè)計(jì)任務(wù)，就必須將書(shū)本上的知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，這使我們上課學(xué)到的知識(shí)得到系統(tǒng)的重新認(rèn)知，讓我們更加清晰的記憶了相應(yīng)的原理和操作運(yùn)行方式。兩周的設(shè)計(jì)操作中，我們參加了設(shè)計(jì)的各個(gè)方面的討論和動(dòng)手實(shí)踐，獲得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，這是我們?cè)趯?lái)的日子里最需要擁有的財(cái)富，同時(shí)，我們小組成員的協(xié)力合作，也使我們體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)精神的重要性。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的鍛煉，我們熟悉了一個(gè)設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，提高了自己的動(dòng)手能力，為以后的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1殷洪義.可編程序控制器選擇設(shè)計(jì)與維護(hù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002