西門子plcS7-200交通燈課程設計

1、長 春 大 學 課程設計紙1 引言1.1 PLC概述PLC是Programmable Logic Controller的縮寫，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幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，所以現(xiàn)在仍然將可編程邏輯控制器簡稱plc。它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、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)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.2 PLC的功能(1)控制功能邏輯控制，

2、包括（定時，計數(shù)，順序，邏輯）控制(2)數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能數(shù)學運算功能(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I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。 具有溫度測量接口，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)絡技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(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準的硬件接口或?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 子S7-200

3、的Profibus現(xiàn)場總線口，其通信速率可以達到12Mbps。 在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡，以便完成較大規(guī)模的復雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。(5)人機界面功能提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應用程序相互作用，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，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視 、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。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處于運行

4、狀態(tài)時，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實質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機再結(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 西門子S7-200系列的編程軟件1.4.1 編程準備(1)指令集和編輯器的選擇寫程序之前，用戶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是專為S7-200PLC設計的，專用性強，采用SIMATIC指令編寫的程序執(zhí)行時間短，可以使用LAD、STL、FBD三種編輯器。IEC1131-3指令集是按國際電工委員會（IEC）PLC編程標準提供的指令系統(tǒng)，作為不同PLC廠商的指令標準，集中指令較少。有些SIMATIC所包含的指令，在IEC 1131-3中不是標準指令。IEC1131-3標

6、準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” “一般”標簽“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” “一般”標簽“默認編輯器”。(2) 根據(jù)PLC類型進行參數(shù)檢查在PLC和運行STEP7-Micro/WIN的PC連線后，在建立通信或編輯通信設置以前，應根據(jù)PLC的類型進行范圍檢查。必須保證STEP7-Micro/WIN中PLC類型選擇與實際PLC類型相符。方法如下

7、：a. 菜單命令“PLC”“類型” “讀取PLC”。b. 在指令樹“項目”名稱“類型” “讀取PLC”1.4.2 程序的調(diào)試和監(jiān)控在運行STEP 7-Micro/WIN 32編程設備和PLC之間建立通信并向PLC下載程序后，便可運行程序，收集狀態(tài)進行監(jiān)控和調(diào)試程序。(1)選擇工作方式PLC有運行和停止兩種工作方式。在不同的工作方式下，PLC進行調(diào)試的操作方法不同。 單擊工具欄中的“運行”按鈕或“停止”按鈕可以進入相應的工作方式.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)：停止用戶程序執(zhí)行；執(zhí)行輸入更新；用戶中斷條件被禁用。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“強制”或“取消強制”命令。當PLC位于STOP（停止）工作方式可以進行下列操作：(1) 使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)檢視操作數(shù)的當前值。（因為程序未執(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)強制數(shù)值。使用圖狀態(tài)寫入數(shù)值。(3) 寫入或強制輸出。(4)執(zhí)行有限次掃描，并通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)觀察結(jié)果。選擇運行工作方式:(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 工作要求和過程主要程序要求如下：信號燈受啟動開關(guān)控制。當啟動開關(guān)接同時，信號燈系統(tǒng)開始工作，先南、北紅燈亮，在東、西綠燈亮。當啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。（1）南、北綠燈和東、西綠燈不能同時亮，如果同時亮則應關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立刻報警。（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。至此一個循環(huán)結(jié)束。（4）上述動作循環(huán)進行。注意：要求南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，否則關(guān)閉系統(tǒng)，并立刻報警。3 交通燈控制的設計3.1 順序圖設啟動按鈕用I0.0表示, 6個工作狀態(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表示定時器.當I0.0啟動按鈕得電時,將激活S0.0,進入第一步狀態(tài),在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈亮,同時啟動定時器T1, T1定時時間到時,轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.0激活S0.1進入下一個工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈閃.同時啟動定時器T2, T2定

11、時時間到時,轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.1激活S0.2進入下一個工作狀態(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,當定時器T6時間到時再次激活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:輸入輸出機內(nèi)器件南北紅燈Q0.0T37 南北紅燈 33S啟動開關(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交通燈控制時序圖圖2-9交通燈控制時序圖6 設計梯形圖7心得體會 通過交通燈課設我們有對定時器，計數(shù)器從新的學習了一遍。這次課設加強了我們對定時器，計數(shù)器的記憶和應用的熟練程度。同時這次課設也讓我們對組態(tài)王有了一定的了解，通過自己的自學我們能夠用組態(tài)王做出簡單的畫面連接?？偨Y(jié)通過兩周的課程設計，我們不僅加深了對監(jiān)控組態(tài)軟件的應用和PLC的編程設計的了解和使用，還學到了許多課本上沒有涉及知識，練習了SQL連接的方法和原理。經(jīng)過一段時間的課程設計，在湯老師的帶領(lǐng)下，我們學到了很多知識。讓我對之前在課本上很多不明的知

13、識在實踐設計中有了新的領(lǐng)悟和認識，才體會到“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的真正含義。我們原來認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方面，如果沒有實踐體驗，是發(fā)現(xiàn)不了這些問題的。這次課程設計給了我們一個很好的機會去學習那些書本上不能學到的知識，增長了我們的見識 ，使我們對設計操作有了一定的直觀認識。在做課程設計的組態(tài)設計時，由于交通燈系統(tǒng)涉及到的控制變量較多，需要對每個變量進行定義和編程，要考慮函數(shù)定義的類型和它所對應的PLC程序中的端口號。開始編程的時候因為考慮不周到，總會丟掉一些變量條件，或是變量定義類型不對，組態(tài)運行屢屢失敗，經(jīng)過多次改進和調(diào)試，程序終于運行成功。課程設計的過程也是復習和再學習的過程，要完成設計任務，就必須將書本上的知識與實際相結(jié)合，這使我們上課學到的知識得到系統(tǒng)的重新認知，讓我們更加清晰的記憶了相應的原理和操作運行方式。兩周的設計操作中，我們參加了設計的各個方面的討論和動手實踐，獲得了寶貴的經(jīng)驗，這是我們在將來的日子里最需要擁有的財富，同時，我們小組成員的協(xié)力合作，也使我們體會到了團隊精神的重要性。經(jīng)過這段時間的鍛煉，我們熟悉了一個設計的整個流程，提高了自己的動手能力，為以后的設計打下了基礎。參考文獻1殷洪義.可編程序控制器選擇設計與維護.北京：機械工業(yè)出版社，2002