基于三菱PLC的交通灯设计.docx
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基于三菱PLC的交通灯设计
摘要2
第一章概述3
1.1PLC的基本概念与基本结构3
1.1.1PLC的的基本概念3
1.1.2PLC的基本结构3
1.2PLC的特点与应用领域5
1.2.1PLC的特点5
1.2.2PLC的应用领域6
第二章PLC的硬件与工作原理6
2.1PLC的硬件6
2.1.1PLC的物理结构6
2.1.2CPU模块中的存储器6
2.2PLC的工作原理7
第三章PLC程序设计基础8
3.1PLC编程语言与编程结构8
3.1.1顺序功能图（SFC）9
3.1.2梯形图（LD）9
3.1.3功能块图（FBD）10
3.1.4指令表（IL）11
3.2顺序控制梯形图的设计方法11
3.2.1起保停电路的编程方式11
3.2.2以转换为中心的编程方式12
第四章三菱公司F1—40MR型PLC的使用13
4.1三菱公司的PLC产品及F1—40MR13
4.1.1F1系列PLC的指令系统简介：
13
4.1.2F1—40MR的编程元件：
13
4.1.3某些编程元件使用特性及含义：
14
4.2F1-20P简易编程器的使用14
4.2.2编程操作14
第五章基于PLC十字路口交通信号灯控制系统设计17
5.1设计选题及PLC控制过程17
5.2顺序功能图18
5.3以转换为中心的梯形图的设计20
5.4交通灯控制系统的编程指令21
5.5程序调试22
5.5.1在系统设计中注意的问题22
5.5.2程序调试中遇到的问题及解决方法22
5.5.3心得体会23
致谢23
参考文献23
摘要
本文介绍了PLC的基本结构及分类，PLC的特点及应用领域，通过分析PLC的工作原理及PLC的编程语言，并且重点介绍了三菱F1－40MR型PLC编程语言和指令系统，通过对梯形图程序设计方法的分析，主要介绍了两种顺序功能图转换为梯形图的方法，即起保停电路设计方法和以转换为中心的设计方法。
针对选题十字路口交通信号灯控制系统设计，本文采用顺序控制设计法中并行序列的顺序功能图设计方法，将东西、南北两个方向的路灯并行控制，再以转换为中心的方法将顺序功能图转换为梯形图，最后利用编程器将指令输入PLC中进行调试，最终实现交通灯的自动控制。
关键词：
PLC、自动控制、梯形图、顺序功能图、交通灯控制系统
第一章概述
1.1PLC的基本概念与基本结构
1.1.1PLC的的基本概念
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（ProgrammableLogicController，PLC正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
PLC应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用已得到了迅速的发展。
它不仅是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位，PLC应用程度之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。
国际电工委员会（IEC）对PLC作了如下定义：
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令、并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程，可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。
由以上定义可以看出，PLC是一种用程序里改变控制功能的工业控制计算机，除了各种各样的控制功能外，还有与其它计算机通和信联网的功能。
此实验是以三菱公司的PLC为基础而进行实验的。
1.1.2PLC的基本结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（见图1-1）.PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。
1.CPU模块
CPU主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。
在PLC控制系统中，CPU模块相当于认得大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出；存储器用来存储程序和数据。
并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，
与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。
它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。
CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。
一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。
箱体式PLC的主箱体也有这些显示。
它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。
CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。
2.I/O模块
输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
3.编程器
编程器是用来生成用户程序，便用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入好编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。
它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的PLC编程，或者用与现场调试和维护。
4.电源
PLC使用AC220V电源或DC24V电源。
内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。
小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
5.PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。
1.2PLC的特点与应用领域
1.2.1PLC的特点
（1）．可靠性高，抗干扰强
（2）．功能强大，性价比高
（3）．编程简易，现场可修改
（4）．配套齐全，使用方便
（5）．寿命长，体积小，能耗低
（6）．系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便
1.2.2PLC的应用领域
PLC已经广泛地应用到很多工业部门，随着其性能价格的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，主要由一下几个方面：
（1）数字量逻辑控制
（2）运动控制
（3）闭环过程控制
（4）数据处理
（5）联网通信
第二章PLC的硬件与工作原理
2.1PLC的硬件
2.1.1PLC的物理结构
根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。
1.整体式PLC
整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。
对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
2.模块式PLC
大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。
用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。
2.1.2CPU模块中的存储器
存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。
系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。
用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。
1.随机存取存储器（RAM）
用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。
RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。
2.只读存储器（ROM）
ROM的内容只能读出，不能写入。
3.可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）
S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。
2.1.3I/O模块
各I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。
输入模块：
PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。
输出模块：
输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。
输出电流的典型值为0.5—2A,负载电源由外部现场提供。
2.2PLC的工作原理
可编程控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。
这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。
继电器在控制系统中有功率放大、电气隔离、逻辑运算的作用。
PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序不实现控制功能。
为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至PLC停机或切换到STOP工作状态。
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