人行道和车道指示灯PLC控制系统设计.docx
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人行道和车道指示灯PLC控制系统设计
摘要:
本设计主要介绍三菱FX系列可编程控制器,对人行道指示灯的控制,阐述控制方案。
实现人行道交通灯的方法这有多种方法,可以采用早期的模拟数字电路技术,或是模拟电路与数字电路的混合电路,随着科技开展,现在也采用可编程控制器来控制。
本设计主要采
-16MR-001型PLC作为核心控制器对人行道交通灯的控制设计.采用顺序功能图设计法,设计出顺序功能图,梯形图指令,指令表程序,并进展程序调试.
第1章可编程控制器概述
1.1PLC的定义特点.
1.1.1PLC的定义
可编程控制器是在传统顺序控制器的根底上引入微电子技术.计算机技术,自动控制技术和通信技术而形成的新型工业控制装置.早期的可编程控制器在功能上只能进展逻辑控制,因此称它为可编程逻辑控制器(CprogrammableLogiccontroller.PLC)随着技术的开展国外一些厂家采用微处理器(Microprocessor)作为中央处理单元,使其功能大大增强,现已经广泛应用于工业控制的各个领域.1980年美国电器制造商协会(NEMA)将它命名为可编程控制器(Programmable.Controller.PC)由于个人计算机简称PC为防止混淆可编程控制器仍简称PLC.
国际电工委员会(IEC)曾于1987年2月对可编程控制器的定义是:
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用了可编程的存储器,用来在其部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和计数操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入/输出,控制各种类型的机械或生产过程〞
1.12PLC的特点
1可靠性高,抗干扰能力强
PLC是为工业控制而设计的,可靠性高,抗干扰能力强是它重要的特点之一。
PLC的平均无故障间隔时间可达几十万小时。
PLC在硬件和软件上均采用了提高可靠性的措施。
2编程简单、使用方便。
PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言。
近年来又开展了面向对象的顺序功能图语言,使编程更简单方便。
3通用性好,组合灵活。
PLC是通过软件来实现控制目的,同一台PLC可用于不同的控制对象,只需改变软件就可以实现不同的控制要求,充分表现了灵活性和通用性。
4、功能完善,适应面广。
PLC不仅可以完成逻辑运算、计数、定时和算术运算功能。
配合特殊功能模块还可实现定位控制、过程控制和数字控制等功能。
5、体积小,功耗低。
PLC是采用半导体集成电路制成的,因此具有体积小,重量轻,功耗低的特点。
6、设计施工周期短。
1.2PLC的分类
1.2.1按结构形式分类
根据PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类。
1、整体PLC是将电源、CPU、存储器与I/O等各个功能集成在一个机壳,其特点是结构紧凑,体积小、价格低。
小型PLC一般多采用这种结构。
2、模块式PLC是将电源模块、CPU模块、I/O接口模块作为单独的模块安装在同一底版或框架上的PLC。
其特点是配置灵活、装配维护方便。
大、中型PLC多采用这种结构。
1.2.2按I/O点数和存储容量可将PLC分为大型、中型、小型三类。
1、I/O点数在256点以下存储容量为2K步的为小型PLC。
2、I/O点数在256~2048点之间,存储容量为2K~8K步之间的为中型PLC。
3、I/O点书在2048以上。
存储容量为8K步以上的为大型PLC。
1.3PLC的应用领域
随着微电子技术的快速开展,PLC的制造本钱不断降低,而功能却不断增强,目前,在先进工业国家PLC已成为工业控制中的标准设备,应用领域已覆盖整个工业企业,概括起来主要应用在以下几个方面:
1逻辑控制2过程控制
3运动控制4通信联网
5数据处理
第2章PLC指令系统
2.1FX系列PLC的根本逻辑指令
2.1.1LD、LDI、OUT指令
LD:
取指令,是从左母线取常开触点指令,表示常开触点与母线相连。
操作对象有:
X、Y、M、S、T、C
LDI:
取反指令,是从左母线上去常闭触点指令,表示常闭触点与母线相连。
操作对象有:
X、Y、M、S、T、C
OUT:
输出指令,表示对输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、计数器C的线圈进展驱动的指令,但不能用于输入继电器。
2.1.2触电的串并联指令
1AND、ANI指令
AND:
与指令,用于单个常开触点的串联,操作对象有:
X、Y、M、S、T、C
ANI:
与非指令,用于单个常闭触点的串联,操作对象有:
X、Y、M、S、T、C
AND和ANI串联的触点数量无限制,并且可以屡次使用。
2OR、ORI指令
OR:
或指令,用于单个常开触点的并联,操作对象有:
X、Y、M、S、T、C
ORI:
或非指令,用于单个常开触点的并联,操作对象有:
X、Y、M、S、T、C
OR、ORI指令紧接在LD、LDI指令后使用,亦即对LD、LDI指令规定的触点再并联一个触点,并联次数无限制。
2.1.3电路块的串并联指令
1.串联电路的并联指令
ORB:
多触点电路块的并联连接指令。
ORB指令是不带操作元件的指令。
2.并联电路的串联指令
ANB:
多触点电路块的串联连接指令。
ANB指令是不带操作元件的指令。
2.1.4置位与复位指令
1.SET:
置位指令,使操作保持ON的指令。
2.RST:
复位指令,使操作保持OFF的指令。
2.1.5取反指令
INV:
取反指令,表示将INV指令电路之前的运算结果取反。
在梯形图上用一条短斜线表示,它不带操作元件,不能直接与母线连接也不能像OR、ORI、ORP、ORF一样单独使用。
2.1.6空操作指令
NOP:
空操作指令,使该步进展空操作。
END:
为程序完毕指令,将输入输出处理到零。
2.2编程元件
2.2.1输入继电器和输出继电器
1.输入继电器〔X〕
PLC的输入端子是从外部接收信号的窗口,PLC部与输入端子连接的输入继电器〔X〕是光电隔离的电子继电器,线圈的吸合与释放只取决于PLC外部触点的状态。
2.输出继电器〔Y〕
PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口,输出继电器的线圈由程序控制,且外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用。
输出继电器常开/常闭触电的使用次数不限。
2.2.2辅助继电器〔M〕
PLC部有很多辅助继电器,启动作原理与输出继电器一样,只能由程序驱动。
辅助继电器也称中间继电器,主要包含以下三类:
1.通用辅助继电器
2.锁存(断电保护)辅助继电器
3.特殊辅助继电器
2.2.3状态继电器〔S〕
状态继电器是用于编制顺序控制程序的一种编程元件〔状态标志〕,常与STL指令〔步进梯形指令〕配合使用,主要用于编程过程中顺控状态的描述和初始化,FX2n系列PLC的状态继电器通常分为以下几类:
初始化使用:
S0~S9〔10点〕
返回原点状态器:
S10~S19〔10点〕
通用型:
S20~S499〔480点〕
断电保持型:
S500~S899〔400点〕
报警型:
S900~S999〔100点〕
2.2.4定时器〔T〕与计数器(C)
定时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器。
定时器的元件号与其设定值如下:
1.100ms定时器T0~T199,共200点,计时围:
0.1~3276.7s;
2.10ms定时器T200~T245,共46点,计时围:
0.01~327.67s;
3.1ms积算定时器T246~T249,共4点,计时围:
0.001~32.767s;
4.100ms积算定时器T250~T255,共6点,计时围:
0.1~3276.7s.
计数器是在执行扫描操作时对部元件X、Y、M、S、T、C的触点通断次数进展积算式定时方式计数。
当计数次数达到计数器的设定值时,计数器触点动作,是控制系统完成相应的控制作用。
计数器可按其计数方式、计数围以与计数开关量的频率,计数器的元件号与设定值等分为如下5类:
1.16位通用计数器
2.16位锁存计数器
3.32位通用加、减双向计数器
4.32位加、减双向高速计数器
2.2.5数据存放器〔D〕
数据存放器主要用来存储参数与工作数据,包括模拟量控制、位置控制和数据输入、输出等工作中所用到的数据。
数据存放器分为4种类型:
1通用数据存放器
2锁存数据存放器
3文件存放器
4特殊数据存放器
第3章PLC控制系统设计
控制要求:
X1或X0人行道和车道指示灯按如下图所示的示意图点亮。
按下人行道按钮X0或X1,车道绿灯Y3亮人行道Y5亮,30S以后车道黄灯Y2亮,10S以后车道红灯Y1亮,5S以后人行道绿灯Y6亮,15S以后人行道绿灯Y6开始闪烁,每隔1S闪一次,闪烁五次后,人行道红灯Y5亮,5S以后返回到初始状态。
PLC选型的根本原如此是:
所选的PLC应能够满足控制系统的功能需要。
一般从系统功能、PLC的物理结构、指令和编程方式、PLC的存储容量和响应时间、通信联网功能等方面进展综合考虑。
3.2.1PLC结构的选型
在一样功能和一样I、O点数的情况下,整体式PLC比模块式PLC价格低。
模块式具有功能扩展灵活、维修方便、容易判断故障等优点。
3.2.2PLC输出方式的选择
不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。
继电器输出型的PLC工作电压围广,触电的导通压降小,承受瞬时过电压和瞬时过电流的能力较强,但是动作速度较慢,触点寿命有一定的限制。
如果系统的输出信号变化不是很频繁,建议优先选用继电器输出型的PLC。
晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载。
它们的可靠性高,反响速度快,不受动作次数的限制,但是过载能力稍差。
3.2.3PLC电源的选择
电源是PLC干扰引入的主要途径之一,因此应选择优质电源以助于提高PLC控制系统的可靠型。
3.2.4存储容量的选择
PLC程序存储器的容量通常以字或步为单位,用户程序存储器的容量可以作粗略的估计算。
一般情况下可按照如下经验公式计算:
存储容量=K×总输入点数÷总输出点数
在选择存容量时同样应留有裕量,一般是运行程序的25%,不应单纯的追求大容量,在大多数情况下,满足I、O点数的PLC,存容量也能满足。
综上所述,本设计人行横道指示灯的控制选择FX2N-16MR-001型PLC。
3.3控制电路的I、O端子的分配
输入
输出
外部设备
部设备
说明
外部设备
部设备
说明
SB1
X0
启动信号
L1
Y1
车道红灯
SB2
X1
L2
Y2
车道黄灯
L3
Y3
车道绿灯
L5
Y5
人行道红灯
L6
Y6
人行道绿灯
3.4根据I、O分配画PLC外接线图
3.5.1根据控制要求进展顺序功能图设计
1步的分配如下所示:
初始状态为ON:
S0
车道绿灯亮:
S20
车道黄灯亮:
S21
车道红灯亮:
S22
人行道红灯亮:
S30
人行道绿灯亮:
S31
计时:
S32
人行道闪绿:
S33
人行道红灯亮:
S34
以上工作过程的分解可以看出,该控制系统一共9步。
2对应于每一步的动作
S0:
Y3、Y5为ON,车道绿灯Y3亮与人行道红灯Y5亮。
S20:
驱动Y3为ON,车道绿灯Y3亮,同时启动定时器T0定时30s。
S21:
驱动Y2为ON,车道黄灯Y2亮,同时启动定时器T1定时10s。
S22:
驱动Y1为ON,车道红灯Y1亮,同时启动定时器T2定时5s。
S30:
驱动Y5为ON,人行道红灯Y5亮。
S31:
驱动Y6为ON,人行道绿灯Y6亮,同时启动定时器T3定时15s。
S32:
启动定时器T4定时0.5s。
S33:
启动定时器T5定时0.5s,同时计数器开始计数,设定5次。
S34:
驱动Y5为ON,人行道红灯Y5亮,同时启动定时器T6定时5s,同时计数器复位。
3找出每个步的转移条件
由工作过程可知,每一步的转移条件为:
S0:
PLC上电之初由初始化脉冲M8002对其置位为ON,当PLC由STOP转入RUN,初始状态为ON
S20:
按钮X0或X1,即X0+X1.
S21:
T0的常开触点。
S22:
T1的常开触点。
S30:
按钮X0或X1,即X0+X1
S31:
T2的常开触点。
S32:
T3的常开触点。
S33:
T4的常开触点。
S34:
C0·T5
4程序运行过程的分析
人行道交通灯的顺序功能图既有并行分支,又有选择分支。
当PLC由STOP转入RUN时,初始状态S0为ON。
这时车道绿灯Y3亮,人行道红灯Y5亮。
按人行道按钮X0或X1时,进入到并行序列,S21和S30同时为ON,此时车道绿灯Y3亮,人行道红灯Y5亮,红绿灯状态不变化。
30s后车道变为黄灯Y2亮,再过10s,车道红灯Y1亮,同时启动T2开始定时,5s后T2触电接通S31,人行道绿灯Y6亮,15s后人行道绿灯Y6开始闪烁,S32、S33每隔1s循环接通一次,一共接通5次。
S32、S33循环接通的次数由计数器C0设定,假如计数器没有计够5次,即T5·C0=1,如此跳到S32继续循环执行;假如计数器已经计够5次了,即T5·C0=1,如此状态向S34转移,人行道红灯Y5亮,同时给计数器C0复位,5s后返回到初始状态。
在状态转移过程中,即使再按动人行横道按钮X0或X1也无效。
5根据以上3个步骤,得到的按钮式人行横道指示灯控制的顺序功能图。
3.5.2根据顺序功能图画梯形图、写指令表
1梯形图
2指令表
LD
M8002
LD
T2
RST
C0
SET
S0
SET
S31
OUT
T6
STL
S0
STL
S31
K50
OUT
Y3
OUT
Y6
STL
S23
OUT
Y5
OUT
T3
STL
S34
LD
X0
K150
LD
T6
OR
X1
LD
T3
OUT
S0
SET
S21
SET
S32
RET
SET
S30
STL
S32
END
STL
S21
OUT
T4
OUT
Y3
K5
OUT
T0
LD
T4
K300
SET
S33
LD
T0
STL
S33
SET
S22
OUT
Y6
STL
S22
OUT
C0
OUT
Y2
K5
OUT
T1
OUT
T5
K100
K5
LD
T1
LD
T5
SET
S23
ANI
C0
STL
S23
OUT
S32
OUT
Y1
LD
T5
OUT
T2
AND
C0
K50
SET
S34
STL
S30
STL
S34
OUT
Y5
OUT
Y5
3.6程序调试
1.模拟调试
设计好用户程序后,一般先做模拟调试。
用PLC的硬件来调试程序时,用接在输入端的小开关或按钮来模拟PLC实际的输入信号,观察输出信号是否满足设计的要求。
2.系统调试
对于有模拟量输入的系统,可以给模拟量输入模块提供标准的输入信号,通过调节模块上的电位器或程序中的系数,使模拟量输入信号和转换后的数字量之间的关系满足要求。
完成上述的调试后,将PLC置于RUN状态,运行用户程序,并检查控制系统是否满足要求。
在调试过程中暴露出的问题与时解决,直到完全符合要求为止。
第4章总结
随着微处理器,计算机和数字通信技术的飞速开展,计算机控制系统已扩展到了几乎所有的工业领域。
PLC在我国已经广泛应用在各种机械设备和生产过程的电气控制装置中。
本设计主要用三菱FX系列PLC进展人行横道指示灯的控制,通过设计让我更深一步的了解顺序功能图、梯形图、指令表的应用以与有关PLC控制的更多知识。
同时使我懂得任何复杂的程序,往往都是由一些典型单元梯形图组合而成的,因此当各种单元梯形图达到一定量时,程序的设计将会变得很容易。
设计PLC控制系统需遵循一定的设计原如此,对控制对象的特点和要求需深入的了解,在满足各种运行条件下进展合理选择PLC的机型。
参考文献
1.郭燕萍.电气控制与PLC技术.:
师大学,2007
2.廖常初.FX系列PLC编程与应用.:
机械工业,2006
3.伟红.可编程控制器原理与应用.:
中国电力,2006
4.宋伯生.可编程控制器配置编程联网.:
中国气象,1995
致
这次课程设计能够顺利完成,首先要感我们指导教师申红军教师。
在这一学期他不辞辛苦为我们传授知识,这才有了我们今天的设计成果。
同时也感在设计过程中帮助过我的同学、朋友,在这里向这些教师、同学表示衷心的感。
限于我们的设计水平还处于初学者的水平,设计中难免有错误以与不妥之处,恳请教师给于指出与修改。
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