西门子plcS7200交通灯课程设计报告书.docx

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西门子plcS7200交通灯课程设计报告书

1引言

1.1PLC概述

PLC是ProgrammableLogicController的缩写，即可编程逻辑控制器。

它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。

为与个人计算机（PC）相区别，所以现在仍然将可编程逻辑控制器简称plc。

它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

1.2PLC的功能

（1）控制功能逻辑控制，包括（定时，计数，顺序，逻辑）控制

（2）数据采集、存储与处理功能数学运算功能

（3）输入/输出接口调理功能具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节。

位数和精度可以根据用户要求选择。

具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。

（4）通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。

通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。

如西门子S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。

通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。

（5）人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。

允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。

（6）编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

1.3PLC的工作原理和结构

1.3.1PLC的工作原理：

采用循环扫描方式。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

注意：

由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。

1.3.2结构：

plc实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机再结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式plc包括CPU板，I/O板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。

模块式plc包括CPU模块，I/O模块，内存模块，电源模块，底板或机架。

这些模块可以按照一定的规则组合配置。

接口部件输出

输

入

接

口

部

件

件

中央处理单元

CPU板

电源部件

1.1PLC的基本结构框图

1.4西门子S7-200系列的编程软件

1.4.1编程准备

（1）指令集和编辑器的选择

写程序之前，用户必须选择指令集和编辑器。

在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种。

SIMATIC是专为S7-200PLC设计的，专用性强，采用SIMATIC指令编写的程序执行时间短，可以使用LAD、STL、FBD三种编辑器。

IEC1131-3指令集是按国际电工委员会（IEC）PLC编程标准提供的指令系统，作为不同PLC厂商的指令标准，集中指令较少。

有些SIMATIC所包含的指令，在IEC1131-3中不是标准指令。

IEC1131-3标准指令集适用于不同厂家PLC，可以使用LAD和FBD两种编辑器。

本教材主要用SIMATIC编程模式。

a.单命令“工具”→“选项”→“一般”标签→“编程模式”→选SIMATIC。

程序编辑器有LAD、STL、FBD三种。

本论文主要用LAD和STL。

b.择编辑器的方法如下：

用菜单命令“检视”→LAD或STL。

或者菜单命令“工具”→“选项”→“一般”标签→“默认编辑器”。

（2）根据PLC类型进行参数检查

在PLC和运行STEP7-Micro/WIN的PC连线后，在建立通信或编辑通信设置以前，应根据PLC的类型进行范围检查。

必须保证STEP7-Micro/WIN中PLC类型选择与实际PLC类型相符。

方法如下：

a.菜单命令“PLC”→“类型”→“读取PLC”。

b.在指令树→“项目”名称→“类型”→“读取PLC”

1.4.2程序的调试和监控

在运行STEP7-Micro/WIN32编程设备和PLC之间建立通信并向PLC下载程序后，便可运行程序，收集状态进行监控和调试程序。

（1）选择工作方式

PLC有运行和停止两种工作方式。

在不同的工作方式下，PLC进行调试的操作方法不同。

单击工具栏中的“运行”按钮或“停止”按钮可以进入相应的工作方式.

选择STOP工作方式:

在STOP（停止）工作方式中，可以创建和编辑程序，PLC处于半空闲状态：

停止用户程序执行；执行输入更新；用户中断条件被禁用。

PLC操作系统继续监控PLC，将状态数据传递给STEP7-Micro/WIN32，并执行所有的“强制”或“取消强制”命令。

当PLC位于STOP（停止）工作方式可以进行下列操作：

（1）使用图状态或程序状态检视操作数的当前值。

（因为程序未执行，这一步骤等同于执行“单次读取”）

（2）可以使用图状态或程序状态强制数值。

使用图状态写入数值。

（3）写入或强制输出。

（4）执行有限次扫描，并通过状态图或程序状态观察结果。

选择运行工作方式:

（1）使用图状态收集PLC数据值的连续更新。

如果希望使用单次更新，图状态必须关闭，才能使用“单次读取”命令。

（2）使用程序状态收集PLC数据值的连续更新。

（3）使用RUN工作方式中的“程序编辑”编辑程序，并将改动下载至PLC。

2交通灯控制要求

2.1路况示意图

北

西东

南

2.1路况示意图

2.2工作要求和过程

主要程序要求如下：

信号灯受启动开关控制。

当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南、北红灯亮，在东、西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

（1）南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。

（2）南北向绿灯亮30s，东西红灯亮。

30s后，南北向黄灯闪烁3次，每次通断各0.5s，东西红灯亮3s。

闪3次后南北红灯亮，东西绿灯亮。

（3）东西向绿灯亮30s，南北红灯亮。

30s后，东西向黄灯闪烁3次，每次通断各0.5s，南北红灯亮3s。

闪3次后东西红灯亮，南北绿灯亮。

至此一个循环结束。

（4）上述动作循环进行。

注意：

要求南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则关闭系统，并立刻报警。

3交通灯控制的设计

3.1顺序图

设启动按钮用I0.0表示,6个工作状态分别用顺序控制继电器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分别用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定时器.

当I0.0启动按钮得电时,将激活S0.0,进入第一步状态,在该状态南北红灯亮,东西绿灯亮,同时启动定时器T1,T1定时时间到时,转换条件满足,结束S0.0激活S0.1进入下一个工作状态,在该状态南北红灯亮,东西绿灯闪.同时启动定时器T2,T2定时时间到时,转换条件满足,结束S0.1激活S0.2进入下一个工作状态,在该状态南北红灯亮,东西黄灯亮,依次激活S0.3,S0.4.S0.5,当定时器T6时间到时再次激活S0.0,不断循环执行。

顺序功能图如图3.1所示。

3.1交通灯顺序功能图

3.2I/O分配及接线图

下面先跟据输入/输出接口的数量编制出输入输出分配表：

I/O分配表:

输入

输出

机内器件

南北红灯Q0.0

T37南北红灯33S

启动开关I0.0

南北黄灯Q0.1

T38东西红灯33S

南北绿灯Q0.2

T39东西绿灯30S

停止开关I0.1

东西红灯Q0.4

T40东西黄灯闪3S

东西黄灯Q0.5

T43南北绿灯30S

东西绿灯Q0.6

T44南北黄灯闪3S

4PLC参考电路

图2-2红绿灯控制PLC电气原理图

5交通灯控制时序图

图2-9交通灯控制时序图

6设计梯形图

7心得体会

通过交通灯课设我们有对定时器，计数器从新的学习了一遍。

这次课设加强了我们对定时器，计数器的记忆和应用的熟练程度。

同时这次课设也让我们对组态王有了一定的了解，通过自己的自学我们能够用组态王做出简单的画面连接。

总结

通过两周的课程设计，我们不仅加深了对监控组态软件的应用和PLC的编程设计的了解和使用，还学到了许多课本上没有涉及知识，练习了SQL连接的方法和原理。

经过一段时间的课程设计，在汤老师的带领下，我们学到了很多知识。

让我对之前在课本上很多不明的知识在实践设计中有了新的领悟和认识，才体会到“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的真正含义。

我们原来认为自己已基本掌握的东西可能仅仅是一些肤浅的表面或是总体的一个方面，如果没有实践体验，是发现不了这些问题的。

这次课程设计给了我们一个很好的机会去学习那些书本上不能学到的知识，增长了我们的见识，使我们对设计操作有了一定的直观认识。

在做课程设计的组态设计时，由于交通灯系统涉及到的控制变量较多，需要对每个变量进行定义和编程，要考虑函数定义的类型和它所对应的PLC程序中的端口号。

开始编程的时候因为考虑不周到，总会丢掉一些变量条件，或是变量定义类型不对，组态运行屡屡失败，经过多次改进和调试，程序终于运行成功。

课程设计的过程也是复习和再学习的过程，要完成设计任务，就必须将书本上的知识与实际相结合，这使我们上课学到的知识得到系统的重新认知，让我们更加清晰的记忆了相应的原理和操作运行方式。

两周的设计操作中，我们参加了设计的各个方面的讨论和动手实践，获得了宝贵的经验，这是我们在将来的日子里最需要拥有的财富，同时，我们小组成员的协力合作，也使我们体会到了团队精神的重要性。

经过这段时间的锻炼，我们熟悉了一个设计的整个流程，提高了自己的动手能力，为以后的设计打下了基础。

参考文献

[1]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护.北京：

机械工业出版社，2002

[2]戴仙金.西门子S7-200系列PLC应用与开发.北京：

中国水利水电出版社，2007

[3]廖常初.PLC基础及应用.北京：

机械工业出版社

[4]史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：

化学工业出版社，2003

[5]孙振强.可编程控制器原理及应用教程.北京：

清华大学出版社

[6]阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：

人民邮电出版社，2006

[7]王宇.PLC电气控制与组态设计.北京：

电子工业出版社，2010