基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要（共7篇）
1.基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要 篇一
PLC技术应用项目说明书 天塔之光模拟控制 学院机械工程学院 专业机械电子工程 班级2012级机电1班 学生姓名温伟杰 指导老师王苗苗 2015 年 10 月30 日 课程设计任务书
兹发给2012级机电1班学生温伟杰课程设计任务书,内容如下: 1.设计题目:天塔之光模拟控制 2.应完成的项目:(1选题的背景和意义;(2明确设计任务,拟定总体设计方案(有机械结构的要进行结构设计,三维软件建模;
(3硬件设计,传感器、PLC(和电机选型,设计信号采集、转换电路,画出PLC端口分配图、接线控制端子连接图;(4软件设计,编写控制程序流程图(或重要程序,设计人机界面;(5课程设计说明书1份。3.参考资料以及说明:(1王国海可编程序控制器及其应用[M]北京:中国劳动社会保障出版社, 2007(2钟肇新可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2003(3常晓玲电气控制系统与可编程控制器[M].北京:机械工业出版社,2004(4盖超会阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京:中国电力出版社,2011(5廖常初FX2N系列PLC编程及其应用[M]北京:机械工业出版社.2005 4.本设计任务书于2015年10月12日发出,应于2015年10月30日前完成,然后进行答辩。
指导教师签发2015年10月30日 课程设计评语: 课程设计总评成绩: 指导教师签字: 年月日 目录
摘要.......................................................................................................................................................I 第一章绪论(1 1.1论文选题背景及意义(1 1.2现状和发展趋势(1 第二章天塔之光系统总体设计方案(2 2.1设计方案(2 第三章硬件设计(3 3.1PLC的选型(3 3.1.1日本三菱FX2n(3 3.1.2德国西门子S7(3 3.1.3美国通用(4 3.2I/O接口分配表(5 3.3天塔之光系统电气原理图(6 第四章软件设计(7 4.1流程图(7 4.2天塔之光重要梯形图(8 4.3人机界面(9 4.3.1 触摸屏设计界面(9
4.3.2 触摸屏仿真界面(9 第五章总结(12 参考文献(13 附件(14 摘要
本文介绍了利用三菱FX2N系列PLC对天塔之光的控制,阐述了控制方案。实现天塔之光功能的方式有多种,可以采用早期的模拟电路、数字电路或数模混合电路。今年来随着科技的飞速发展,单片机、PLC的应用不断走向深入,同时带动传统的控制检测技术的不断更新。本文采用日本三菱公司生产的FX2N-64MR 型PLC作为核心控制器进行天塔之光系统的设计,并且设计出了系统结构图、程序指令、梯形图以及输入输出端子的分配方案。
关键词:PLC 控制天塔之光 第一章绪论
1.1论文选题背景及意义
随着时代的发展与科学水平的进步,加强对PLC技术的研究具有重要意义。原来的艺术灯饰控制系统常采用继电器逻辑控制或电子逻辑控制装置,这种控制方式存在着硬件布线复杂.安装和维护不方便,灵活性差,可靠性不高的缺点,尤其是在实现多层次的大中型艺术灯饰的控制上工作量很大。本设计采用PLC来实现艺术照明灯的自动控制,具有工作量少,接线简单,工作可靠,易于修改闪动次数和亮.灭持续时间的优点,减少扫描时间,这是PLC编程必须遵循的原则,这种设计可以满足各种造型要求,受到良好的视觉效果。
1.2现状和发展趋势
PLC是目前工业控制中使用最为普遍的一种。PLC是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置,它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起,具有高可靠性.灵活通用,易于编程和使用方便等特点,近年来在工业自动控制.机电一体化以及改造传统产业等方面得到广泛的应用,被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之首。
属于电类专业,电气工程实际上是其母体。电气工程及其自动化的研究对象是电能,而电信息的检测、处理、控制等技术在电能从产生到利用的各个环节中都起着越来越重要的作用。因此,有关电信息的研究也成了电气工程及其自动迄今为止,通信和计算机都主要以电作为信息的载体。因此,这些专业也都化专业的重要组成部分,专业名称中也就有了的“及其自动化”。
近年来,PLC的功能不断完善,随着计算机技术.信号处理技术.控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在运动控制.过程控制的领域也发挥着十分重要的作用。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内,PLC在我国仍将保持高速增长势头。
第二章天塔之光系统总体设计方案 2.1 设计方案
PLC控制天塔之光,天塔之光由9盏灯按照一定的规律点亮及熄灭,不断循环发光。
(1控制流程为:环绕型闪烁。
具体流程为: L8亮→2s后→L9亮→2s后→L6亮→2s后→L7亮→2s后→L4亮→2s后→L5亮→2s后→L2亮→2s后→L3亮→2s后→L1亮→2s后→全部熄灭→2s 后→L1亮→2s后→L3亮→2s后→L2亮→2s后→L5亮→2s后→L4亮→2s后→L7亮→2s后→L6亮→2s后→L9亮→2s后→L8亮→2s后→全部熄灭……如此循环。
(2控制流程为:发射型闪烁。
具体流程为: L1亮2s后熄灭→L2、L3、L4、L5亮2s后熄灭→L6、L7、L8、L9亮2s后熄灭→接着L1亮2s后熄灭;……如此循环。
本次设计选用第二种方案。
图2-1天塔示意图 第三章硬件设计 3.1 PLC的选型 3.1.1日本三菱FX2n FX2n系列PLC的主机成为基本单元,包括CPU、存储器、输入输出口及电源,是PLC的主要部分。为主机备有的扩展其输入输出的扩展单元,扩展模块及特殊功能模块单元扩展单元是用于增加I/O点数的装置,内部设有电源。扩展模块用于增加I/O四谙熟及改变I/O比例,内部无电源,由基本单元一起使用。FX2n系列PLC输入继电器及输出继电器的序号为8进制,其余器件的序号为十进制。从元件的最大序号可以了解可编程序控制器可能具有某类器件的最大数量。例如输入继电器的编
号范围为X0~X177,为8进制编号,可计算出FX2n系列PLC可能接入的最大输入信号数为18点,这是以CPU所能介入的最大输入信号数量标示的,并不是一台具体的基本单元或扩展安装的输入口的数量。
FX2n系列PLC有基本指令27条;步进梯形指令2条;应用指令 128种,298条。FX2n系列PLC的步进梯形指令是采用步进梯形图编制顺序控制状态转移图程序的指令,它包括STL和 RET两条指令。其中步进梯形指令STL是利用内部状态软元件,在顺序控制程序上进行工序步进控制的指令;返回RET指令是表示状态流程结束用于返回主程序的指令。
3.1.2德国西门子S7 S7-200系列属于整体式小型PLC,用于代替继电器的简单控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。整体式PLC将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱
型机壳内。S7-200系列PLC提供多种具有不同I/O点数的CPU模块和数字量、模拟量I/O扩展模块供用户选用,CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。
3.1.3美国通用
GE Fanuc PLC 系列90-70 GE Fanuc系列90家族中高性能,大规模的系列系统机架采用标准的VME 总线结构可构成完全同步的CPU热备冗余配置 ESD双重化和三重化GMR系统配置具有梯形图逻辑,C,SFC,STATE LOGIC等多种编程能力系列90-30 成本低,性能高,易于组态,便于安装可构成同步的CPU热备冗余配置 VersaMax “Six Sigma”品质控制原则多种诊断功能活的通讯端口功能强大的处理器网络接口和特殊模块系列90-Micro一体化结构设计极强的通讯功能适合低成本的小规模控制场合,最具竞争力系列90-30PLC是GE Fanuc系列90 可编程序控制器家族的一员,提供最先进的编程特性,易于组态,便于安装,独有的创新结构开辟了一条最经济的工业控制途径。领先的技术系列90-30PLC 成本低,性能高,能方便地取代从简便的继电器到复杂的中型自动化应用系统场合。几年前需由高档PLC完成的任务现在则由系列90-30来代替。GE Fanuc不断地推出新产品,扩大使用范围,显示了
其技术的领先地位,它的CPU具有强大的功能,如内装PID,结构化编程,中断控制,间接寻址及各种功能模块,能完成复杂的操作。另外系列90-30PLC有功能很强的特殊模块可供选择,包括轴定位模块,高速计数器模块,BASIC和C语言协处理器模块及Genius通讯模块。GE Fanuc丰富的开关量I/O和模拟量I/O、简化启动和故障自诊以及容易与其他PLC、计算机集成一体的特性,使您确信,系列90-30是现在与未来PLC的明智选择。促进与第三方的合作促进与第三方的合作为了及时解决用户的需求,GE Fanuc提供第三家工业设备和软件包,合作的结果进一步扩大了系列90-30的能力,通用的产
品包括:热电偶、热电阻、步进电机模块、大电流继电器模块。NATURAL LANGUAGE STATE LOGIC CONTROL为那些在系列90-30编程方面没有经验的用户提供了新的编程方式。有些厂家具有数据采集和控制软件产品,将用系列90-30与个人计算机连机。这些软件包提供的软件和系列90-30之间的结合天衣无缝,许多操作接口使用SNP通讯协议与具有内装接口的系列90-30进行通讯。
由于各类PLC的工作原理、控制方法及编程程序语言的差别不太大,并且在校期间学过三菱公司的PLC,所以选用FX2N—32MR型号PLC。
3.2 I/O接口分配表
以下是FX2N—32MR型号PLC在本次天塔之光模拟控制中的I/O接口分配:: 表3-2 I/O接口分配表
3.3 天塔之光系统电气原理图
图3-3天塔之光系统电气原理图
当启动开关SB1闭合,塔灯按照设计好的程序进行;当SB2闭合,系统停止运行。
在PLC的输出端,接一只电阻和一个发光二极管就够成了PLC的天塔之光电路,电路中的器件选择可以通过计算和实验确定,也可以参考一些典型的电路参数,电路中电阻有分压作用,阻值大概在1.3KΩ左右,发光二极管的工作电压在3V左右,PLC的工作电压是24V，这样可以使天塔之光正常工作。
第四章软件设计 4.1 流程图
天塔之光模拟控制系统的PLC流程图,根据设计要求,控制流程图如图4-1所示:
图4-1 天塔之光程序流程图 4.2天塔之光重要梯形图 第一个延时程序如图4-2-1所示:
图4-2第一个延时程序图第二个延时程序如图4-2-2所示:
图4-3第二个延时程序图第三个延时程序如图4-2-4所示:
图4-4第三个延时程序图 4.3人机界面 4.3.1 触摸屏设计界面
本次课程设计需要9个指示灯、2个按钮,如图4-3-1所示:
图4-5人机触摸屏界面设计图 4.3.2 触摸屏仿真界面
按下启动按钮后,Y0灯亮,如图4-3-3-1所示。2秒后,Y0灯熄灭,同时Y1、Y2、Y3、Y4灯亮,如图4-3-3-2所示。2秒后,Y1、Y2、Y3、Y4灯熄灭,同时Y5、Y6、Y7、Y10灯亮,如图4-3-3-3所示。2秒后,Y5、Y6、Y7、Y10灯熄灭,同时Y0灯亮,如图4-3-3-1所示......如此一直循环,直到按下停止按钮,在完成当次循环后,所有灯熄灭,如图4-3-3-4所示。
图4-6触摸屏仿真图1
图4-7触摸屏仿真图2 图 4-8 触摸屏仿真图 3 图 4-9 触摸屏仿真图 4 11
第五章 总结 本次课程设计设计一个简单的天塔之光模拟控制系统，虽然这次课程设计相对 简单，却也是一次复习之前学 PLC 的相关知识的绝好机会。硬件部分比较容易建 设，只要注意好电阻阻值的选用，基本就没啥大问题。程序上也不难。能写好延 时程序，其他部分程序就水到渠成了。通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超 越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大 脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不 断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚 持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如 意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定 会为我们而敲响。12 参考文献 [1] 王国海．可编程序控制器及其应用[M]．北京: 中国劳动社会保障出版社.2007 [2] 廖常初．FX2N 系列 PLC 编程及其应用[M]．北京: 北京：机械工业出版社.2005 [3] 俞国亮．PLC 应用技术[M]．北京：清华大学出版社.2005 [4] 赵俊生杨怀林 姚年春．电气控制与 PLC 控制技术[M]．北京：化学工业出版社.2001 [5] 杨凌．电工电子技术[M]．北京：化学工业出版社.2002.5 [6] 王兆义．小型可编程控制器实用技术 [M]．北京: 机械工业出版社，2002． [7]盖超会．阳胜峰.三菱 PLC 与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京：中国电力出版 社，2011 [8] 阮友德．电气控制与 PLC 实训教程[M]．北京：中国劳动社会保障出版社.2001 [9]常晓玲．电气控制系统与可编程控制器[M].北京：机械工业出版社，2004 [10]钟肇新．可编程控制器原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2003 13 附件 14
2.基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要 篇二
关键词：触摸屏,PLC,组态,交通灯
0 引言
随着社会的不断发展城市的人口在不断的增长, 相应的城市道路也在不断的扩建, 所以会出现越来越多的十字路口, 当然对于不同的路段人流的状况也各不相同, 对交通信号灯的功能要求也越来越高, 怎样实现资源的最优化是建设节约型社会的关键。
PLC与工控机相比具有可靠性高、抗干扰能力强、安装使用方便、编程简单、体积小、功耗低等优点。触摸屏是一种较适于工业控制的人机界面, 其界面友好, 输入简单, 便于系统的维护和改造。本设计将PLC与触摸屏结合对十字路口交通信号灯监控是具有一定科学意义的, 实现对交通灯的实时监控、参数修改及异地控制。
1 监控系统硬件设计
过对控制要求进行分析可知, 该控制系统有4个输入 (正常起动与停止, 南北强通与东西强通) 、24个输出包括南北方向主干道三色灯3组6盏 (南北2盏同色灯并联后接在PLC同一输出端) 、人行道灯2盏, 东西方向主干道三色灯3组6盏 (东西2盏同色灯并联后接在PLC同一输出端) 、人行道灯2盏, 倒计时显示两位数字 (七段码显示) 14盏。因此可采用三菱FX2N-48MR的PLC, 该型号PLC共有24点输入和24点输出, 可满足设计要求。触摸屏选用三菱F940GOT-SWD。该方案中触摸屏作操作显示终端, PLC作为下位机与触摸屏进行通信, 操作者通过触摸屏发出指令, PLC接到指令后通过运算、比较, 输出控制命令, 驱动信号灯及显示装置按控制要求工作。其控制装置的系统框图如图1所示。
2 触摸屏画面的组态设计
该交通灯监控系统采用FX-DU软件进行画面组态, FX-DU软件是用于图形终端显示屏幕制作的Windows系统平台软件, 支持多个公司的图形终端。 该软件功能完善, 图形、对象工具丰富, 窗口界面直观形象, 操作简单易用, 可以进行实时读取、写入显示屏幕, 还可以设置保护密码。触摸屏不仅具有按钮功能方便操作者输入信号, 而且还能监控系统运行状态, 实现交通路口的无人值守。其组态软件操作简便易行, 可组态出各种显示和控制功能, 实现系统操作状态、当前过程值和故障的可视化。
本触摸屏画面共有3幅 (图2) 。通过设定参数, 可以根据不同的要求进入不同的画面进行操作, 如画面切换、动态画面监控等。
2.1 主界面
交通灯监控画面首页如图3所示, 介绍了设计题目以及设计时间。页面中设有一个触摸键, 作画面切换, 切换到控制面板。
2.2 控制面板
交通灯的控制面板如图4所示。画面上设有起动、停止、南北强通、东西强通4个按钮, 操作者可以通过面板上的按钮向PLC发出控制指令, 以便交警在中央控制室内就可以远程指挥交通画面中设有前翻和后翻按钮来切换画面。
为了能够更加快捷的查看交通灯的运行情况, 在起动、南北强通和东西强通按钮中还插入了画面切合功能, 按下控制按钮直接切换到监控画面。
2.3 监控画面
交通灯的监控画面如图5所示。画面中有十字路口模型, 以便更加直观地对交通灯进行监控。以动画形式实时显示20盏红绿灯的运行情况。当实际系统中横向绿灯亮时, 该画面上相应的绿灯就会随之点亮。
在画面中加入了两位七段数码管, 显示主干道南北和东西方向的计时时间, 从“29”开始倒计时, 直到“00”进入下一轮循环。
另外, 为了行人能够更方便地通过道路、了解人行道红绿灯的实时情况, 特地添加了棒图, 从大到小递减来显示红绿灯的当前状态。
3PLC的软件设计
3.1 交通灯主程序
PLC的主程序采用梯形图语言, 根据控制系统的要求, 把主程序设计分为三大模块, 每个模块对应系统相应的功能, 如图6所示。
其中X0, X2, X3是进入三个模块的条件。由于X2, X3为急车强通控制方式, 应在正常时序控制方式前加入X2和X3的动断触点, 以便结束正常时序控制方式进入急车强通控制方式。为了避免在一路强通工作期间, 另一路强通信号来临使二者同时接通, 发生信号短时错乱, 故在程序中应分别编写南北强通和东西强通的互锁程序, 以便同一时间只能响应一路信号。
3.2 交通灯倒计时显示程序
显示程序实际上是一个定时计数程序, 采用两个移位指令编写个位和十位数字显示程序。由移位指令产生个位、十位的同步信号使LED七段数码管每隔一秒显示一组数字, 从“29”开始, 直到“00”再进入下一轮循环为了使个位、十位显示同步, 程序中采用M0作为两组定时器的起动信号。同时, 在处理特殊程序和停止时应让倒计时显示停止, 即使用区间复位指令 (ZRST) 使M39～M53再接到X1, X2, X3的上升沿信号时全部复位, 以使返回正常程序时红绿灯的计时时间与灯的运行情况一致。
3.3 交通灯棒图显示程序
交通灯棒图显示是将定时器的值送给数据寄存器 (D) , 然后让棒图显示数据寄存器中的数值。为了能够使棒图实现递减显示, 需要使用减法指令 (SUB) , 用定时器的设定值减去定时值, 结果再送给数据寄存器。
4 结论
本设计是对交通灯监控系统的一次真实再现, 该监控系统具有以下特点:
1) 该监控系统将PLC触摸屏结为一体, 结构紧凑、设计合理、功能齐全, 参数易修改, 过程可监控, 具有良好的模拟效果和可视化效果。
2) 该监控系统是对实际交通灯控制系统的一次模拟, 只须配上不同的软件程序, 就可以实现不同的要求。
3) 该监控系统结构简单、经济、运行可靠。
实践表明, 该系统设计方案合理, 可靠性高, 达到预期目标, 实现效果好, 具有很高的实用价值, 对于进一步开发更高效的交通灯监控系统有一定的参考价值。
参考文献
[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[2]张桂香.机电类专业毕业设计指南[M].北京:机械工业出版社, 2005.
3.基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要 篇三
关键词:PLC;组态王;交通灯;仿真控制
一、引言
组态软件又称为组态监控软件,随着工业的发展,组态软件得到了非常广泛的应用,已在电力、供水、化工、小区安防等诸多领域用作数据采集、监控及过程控制。组态软件的出现,为使用者大大地提高了便利,通过组态软件,能对控制系统进行实时监控,让使用者对系统运行状况了如指掌,特别是对系统出现紧急情况时,能及时采取措施,而这一切则是通过组态软件设计的人机界面达成的。
本文基于组态软件之一的组态王和三菱PLC编程软件,以交通灯控制系统为例,构建起系统仿真控制模型,并进行调试运行。
二、控制系统任务
随着城市化进程的加快,人们的生活水平日益提高,汽车数量也是与日俱增,这对城市的交通设施来说是一大考验,作为城市交通疏导的一大工具交通信号灯,显得尤为重要。采用PLC作为系统的控制器,是因为PLC有着可靠性高、抗干扰能力强、简单易学、维护方便等优点。
系统设计要求为:南北红灯亮并保持25秒,同时东西绿灯亮,保持20秒,20秒钟到了之后,东西绿灯闪亮3次(每周期1秒)后熄灭;继而东西黄灯亮并保持2秒,到2秒后,东西黄灯灭,东西红灯亮并保持30秒,同时南北红灯灭,南北绿灯亮25秒,25秒到了之后,南北绿灯闪亮3次(每周期1秒)后熄灭;继而南北黄灯亮并保持2秒,到2秒后,南北黄灯灭,南北红灯亮,同时东西红灯灭,东西绿灯亮,到此完成一个循环。该系统未涉及左转、右转灯设置。
三、系统设计
根据控制系统要求,建立I/O分配表如表1所示,组态王中数据库中变量必须与I/O一一对应起来,这样才能对这些I/O进行监控。
然后在组态王(KingView)6.51中,设计出交通灯控制系统的图形界面,如表1所示。
在三菱PLC编程软件GX Developer中编写好控制系统梯形图程序,在组态王数据词典中建立起与系统I/O一致的变量,这些变量的数据类型为I/O离散,其他的不需要与程序进行数据交换的变量,比如东西向汽车、南北向汽车等,这些变量类型为I/O实数。
进行组态王动画连接,将界面中各部分与数据词典中对应的变量连接起来。红、黄、绿灯由动画连接中填充属性变化得到,当条件成立时,填充对应的颜色。其中东西、南北向时间显示在PLC程序中由D10寄存器来控制,在组态王中要获得时间显示动画,则使用动画连接中的模拟值输出,将时间显示对应到变量中的D10寄存器即可。
接下来设计汽车、行人移动动画。分别将南北向汽车、南北向行人、东西向汽车、东西向行人变量的初始值和最大值进行设置。本系统中,统一设置初始值等于0和最大值等于1000,数值反应出来的是其移动的距离。在命令语言中编写如下程序:
if(\本站点东西时间显示>2&&\本站点东西红灯= =0&&\本站点东西汽车<700)
{\本站点东西汽车=\本站点东西汽车+50;}
else
{\本站点东西汽车=0;}
if(\本站点南北时间显示>2&&\本站点南北红灯= =0&&\本站点南北汽车<600)
{\本站点南北汽车=\本站点南北汽车+50;}
else
{\本站点南北汽车=0;}
if(\本站点东西时间显示>2&&\本站点东西红灯= =0&&\本站点行人东西相移动<700)
{\本站点行人东西相移动=\本站点行人东西相移动+10;}
else
{\本站点行人东西相移动=0;}
if(\本站点南北时间显示>2&&\本站点南北红灯= =0&&\本站点行人南北相移动<600)
{\本站点行人南北相移动=\本站点行人南北相移动+10;}
else
{\本站点行人南北相移动=0;}
通过命令语言来实现汽车、行人移动的动画,每执行一次该命令语言,汽车移动50,而行人移动10,数值的大小反映出来的是移动快慢的动画效果。
四、调试运行
由于是在无PLC硬件的条件下,进行模拟控制,但是三菱PLC仿真器并不能与组态王直接进行通讯,所以采用三菱OPC Server软件,作为仿真器和组态王之间数据交换的媒介。在OPC Server中建立好与I/O一致的数据名称。
系统设计好后,便进行调试运行,运行三菱PLC仿真器GX Simulator,将编写好的梯形图程序逻辑测试启动,开启OPC Server,然后运行组态王运行系统,系统运行良好,与控制要求相符,运行效果如图2所示。
五、结论
本文是在无PLC硬件条件下,基于组态王和三菱编程软件开发出的交通灯仿真控制系统,并且进行了仿真模拟控制实验,实验取得了较好的效果,为下一步进行实际硬件电路的设计作了铺垫。本文采用的这种方法可以让工程人员进行离线调试,同时还为开发PLC仿真实验平台提供了新的思路。
参考文献:
[1]姜新桥.可编程控制器应用基础[M].华中科技大学出版社,2009.
4.基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要 篇四
课程名称：十字路口人行道交通灯设计
专
业：自动化
学
号：2011551810
班
级：11自动化（3）班
学生姓名：余帆
完成日期：2015年1月11日
摘要
PLC是一种新型的通用的自动控制装置。PLC它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，是专门为工业控制而设计的，具有功能强、运用灵活、可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、编程简单，使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列有点。十字路口的红绿灯指挥着行人和车辆的安全运行，实现红绿灯的自动指挥能使交通管理工作得到改善，也是交通管理工作自动化的重要标志之一。解决好公路交通灯控制问题是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。
本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是采用西门子的S7-200系列CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制程序为梯形图(LAD)。
关键词：PLC控制、梯形图、交通灯
目录
0
（一）PLC概述.............................错误！未定义书签。
1.1 PLC的硬件结构........................................3 1.2 PLC的工作原理.........................................4 1.3 S7-200的概述.........................................5
（二）交通信号灯............................................7
（三）方案设计..............................................8
3.1控制要求...............................................8 3.2系统设计方案分析.......................................8 3.3 交通灯状态图..........................................9 3.4 主程序流程图：.......................................10
（四）硬件设计............................................10 4.1 硬件选择.............................................10 4.2 PLC的I/O分配表.....................................10
4.3 PLC的硬件接线图：..................................11
（五）软件设计............................................12 5.1 十字路口交通信号灯梯形图..............................12
（六）仿真实验............................................14
（七）设计总结............................................16 参考文献....................................................16 1
（一）PLC概述
可编程序控制器（Programmabie Logic Controller,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要，生产、发展起来的一种新型的工业控制装置，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。
1.1 PLC的硬件结构
PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，模块式包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。其结构如图1所示。中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，按照系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止。
图1 PLC的结构图
1.2 PLC的工作原理
PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段：
1输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
3输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
1.3 s7-200的概述
西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号：
小型PLC中，CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU 222是S7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU 224具有更多的输入输出点及更大的存储器。CPU 226和226XM是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的PLC具有下列特点：
集成的24V电源
可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA输出。CPU224输出280mA，CPU 226、CPU 226XM输出400mA可用作负载电源。
高速脉冲输出
有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电（3）通信口CPU 221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。
CPU 226、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。
（4）模拟电位器CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。
（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。
（6）EEPROM存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。
（7）电池模块用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。
（8）不同的设备类型CPU 221～226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。
（9）数字量输入/输出点CPU 221具有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224具有14个输入点和10个输出点；
CPU226/226XM具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型
（10）高速计数器CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快脉冲信号。
（二）交通信号灯
交通十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢?交通信号灯控制方式很多，可以用电子电路来实现，也可以用单片机编程控制来实现。本文主要介绍如何利用PLC来实现十字路口交通灯的控制。
随着社会的发展，人们的消费水平不断提高，私人车辆不断的增加。人多、车多、道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC根据不同时刻车流量的不同，将红绿灯时长按一定的规律分档。这样就可以达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞留，缓解交通拥挤，实现最优控制，从而提高交通控制系统的效率。
交通信号灯的出现，使得交通得以管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管制，力求交通管理先进性、科学化。
用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法。实验证明该系统实现简单、经济，能够有效的疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制和管理问题的现状，结合交通实际情况阐述了交通控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程控制器在工业自动化中的地位极其重要。广泛应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、低价格、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。
（三）方案设计
3.1控制要求
交通灯控制系统的控制要求如下：
（1）信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
（2）南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始
3.2系统设计方案分析
按照交通灯系统控制要求下，结合西门子S7-200系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个SB1的按钮，当SB1启动按钮动作，系统工作。
当启动开关SD合上时，I0.0触点接通，Q0.2得电，南北红灯亮；同时Q0.2的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T49的动合触点闭合，Q0.7线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T43的动合触点接通，与该触点串联的T59动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T44的动断触点断开，Q0.3线圈失电，东西绿灯灭；此时T44的动合触点闭合、T47的动断触点断开，Q0.4线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后，T42的动断触点断开，Q0.4线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T37的动断触点断开，Q0.2线圈失电，南北红灯灭，T37的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，东西红灯亮，Q0.5的动合触点闭合，Q0.0线圈得电，南北绿灯亮。1秒后，T50的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T38动合触点闭合，与该触点串联的T59的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T39动断触点断开，Q0.0线圈失电，南北绿灯灭；此时T39的动合触点闭合、T48的动断触点断开，Q0.1线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。维持2秒后，T40动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北黄灯灭。这时起动累计时间达5秒钟，T41的动断触点断开，T37复位，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。
3.3 交通灯状态图
十字路口交通灯如下图1所示，将12个交通灯进行编号
图2 十字路口交通灯状态图
3.4 控制要求及程序流程：
（1）按下启动按钮，信号灯开始工作，东西向绿灯、南北向红灯同时亮。（2）东西向绿灯亮25s后，闪烁三次，频率为1s/次。然后东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，30s后东西绿灯亮……按此循环。
（3）南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后，闪烁3次，频率为1s/次。然后南北向黄灯亮，2s后南北向红灯亮，30s后南北向绿灯亮……按此循环下去。
（四）硬件设计
4.1 硬件选择
本设计采用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用西门子的S7-200系列CPU222型号PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，9
以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用顺序控制法用多个定时器自动实现对六个控制对象的控制。根据交通信号灯的亮灭规律，可用PLC编程对其实行自动控制。
4.2 PLC的I/O分配表
名称
启动按钮停止按钮
表1 交通信号灯PLC的输入/输出点分配表
输入信号
输出信号
代号 输入点编号
名称 代号 输出点编号
SB1
I0.0
南北向绿
灯
L0
Q0.0
SB2 I0.1
南北向黄灯
L1 Q0.1
南北向红
灯
L2 Q0.2
东西向绿
灯
L3 Q0.3
东西向黄
灯
L4 Q0.4
东西向红
灯
L5 Q0.5
4.3 PLC的硬件接线图：
图5 PLC 控制接线图
端口I0.0为接入系统开关的传送信号，端口Q0.0接南北绿灯，端口Q0.1接南北黄灯，端口Q0.2接南北红灯，端口Q0.3接东西绿灯，端口Q0.4接东西黄灯，端口Q0.5接东西红灯。
（五）软件设计
5.1 十字路口交通信号灯梯形图
（六）仿真实验
（七）设计总结
在这次课程设计中我遇到了一些问题，但加强了以往学过的理论的知识的应用。虽然这次的课程设计花了我一个星期的时间，通过这次的锻炼，我学到了很多的东西，不仅锻炼了自己的思考能力、绘图能力和程序仿真能力，还锻炼了综合应用知识的能力，同时，我也是在这次课程设计中意识到了自己的不足，我还有许多未知的知识和问题等着学习和处理，知道了今后需要更加努力，使自我能够不断完善。
经过本次课程设计，让我更加深刻的学习和巩固了PLC这门课程，不仅从理论上掌握了课堂上没有学懂的知识，还从实践中扩展了我的知识面，让我对我们专业的知识有了更加全面的认识，更加清晰的认识到我们专业知识的实用性是如此的强，不仅能培养我们的兴趣爱好，更对我们今后的求职就业起到至关重要的作用。
参考文献
5.基于plc水塔水位控制系统设计 篇五
课程名称：专 业 综 合 实 训
专 业： 生产过程自动化
班 级：
学 号：
姓 名：
指导教师： 成 绩：
完成日期：
目 录
1、PLC简介.........................................................................................................1 1.1、可编程控制器的产生..................................................................................1 1.2、PLC的发展..................................................................................................3 1.3、PLC的未来展望..........................................................................................4 1.4、PLC的特点..................................................................................................4 1.5、PLC的组成..................................................................................................5 1.5.1、中央处理单元(CPU)................................................................................6 1.5.2、存储器.......................................................................................................6 1.5.3、输入/输出模块..........................................................................................8 1.5.4、扩展模块...................................................................................................9 1.5.5、编程器.......................................................................................................9 1.5.6、电源.........................................................................................................11 1.6、PLC的工作原理........................................................................................11 1.6.1、扫描技术.................................................................................................12 1.6.2、PLC的I/O响应时间.............................................................................13 1.7、梯形图程序设计........................................................................................13
2、方案的论证...................................................................................................15 2.1、工艺过程分析............................................................................................15 2.2、PLC型号的选择........................................................................................15 2.3、工作控制方式............................................................................................15
3、水塔水位系统PLC硬件设计.....................................................................17 3.1、水塔水位系统控制电路............................................................................17 3.2、输入/输出分配...........................................................................................18 3.3、水塔水位系统的接线图............................................................................18
4、水塔水位控制系统PLC软件设计.............................................................19 4.1、程序流程图................................................................................................19 4.2、梯形图........................................................................................................20 4.3、系统程序的具体分析................................................................................21
4.4、水塔水位控制系统梯形图的对应指令表................................................22
5、总结...............................................................................错误！未定义书签。致
谢.............................................................................................................24 参考文献.............................................................................................................25
摘要
在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。
关键词： 水位控制、欧姆龙PLC
1、PLC简介
1.1、可编程控制器的产生
可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。
可编程控制器(Programmable Controller)也可称逻辑控制器(Programmable Logic Controller),是一微处理器为核心的工业自动控制通用装置，是计算机家族的一名成员，简称PC。为了与个人电脑（也简称PC）相混淆通常将可编程控制器称为PLC。
可编程控制器的产生和继电器—接触器控制系统有很大的关系。继电器—接触器控制已经有伤百年的历史，它是一种弱电信号控制强电信号的电磁开关，具有结构简单、电路直观、价格低廉、容易操作、易于维修的有优点。对于工作模式固定、要求比较简单的场合非常使用，至今仍有广泛的用途。但是当工作模式改变时，就必须改变系统的硬件接线，控制柜中的物件以及接线都要作相应的变动，改造工期长、费用高，用户宁愿扔掉旧控制柜，另做一个新控制柜使用，阻碍了产品更新换代。
随着工业生产的迅速发展，市场竞争的激烈，产品更新换代的周期日益缩短，工业生产从大批量、少品种，向小批量、多品种转换，继电器—接触器控制难以满足市场要求，此问题首先被美国通用汽车公司（GM公司）提了出来。通用汽车公司为适合汽车型号的不断翻新，满足用户对产
品多样性的需求，公开对外招标，要求制造一种新的工业控制装置，取代传统的继电器—接触器控制。其对新装置性能提出的要求就是著名的GM10条，编程方便，现场可修改程序； 维修方便，采用模块化结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制装置； 数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制装置竞争； 输入可以是交流115V； 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；在扩展时，原系统只要很小变更；用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
这十项指标就是现代PLC的最基本功能，值得注意的是PLC并不等同于普通计算机，它与有关的外部设备，按照“易于与工业控制系统连成一体”和“便于扩充功能”的原则来设计。
用可编程控制器代替了继电器—接触器的控制，实现了逻辑控制功能，并且具有计算机功能灵活、通用性等有点，用程序代替硬接线，并且具有计算机功能灵活、通用性能强等优点，用程序代替硬接线，减少了重新设计，重新接线的工作，此种控制器借鉴计算机的高级语言，利用面向控制过程，面向问题的“自然语言”编程，其标志性语言是极易为IT电器人员掌握的梯形图语言，使得部熟悉计算机的人也能方便地使用。这样，工作人员不必在变成上发费大量地精力，只需集中精力区考虑如何操作并发挥改装置地功能即可，输入、输出电平与市电接口，市控制系统可方便地在需要地地方运行。所以，可编程控制器广泛地应用于各工业领域。
PLC问世时间不长，但是随着微处理器的发展，大规模、超大规模集成电路不断出现，数据通信技术不断进步，PLC迅速发展。PLC进入九十年代后，工业控制领域几乎全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAC/CAM）种跃居首位。
我国在八十年代初才开始使用PLC，目前从国外应进的PLC使用较为普遍的由日本OMRON公司C系列、三菱公司F系列、美国GE公司GE系列和德国西门子公司S系列等。
1.2、PLC的发展
虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分为三各阶段：
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这是的PLC多少由电继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上 以计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置种的器件主要采用分离元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上采用广大电器工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
在七十年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。
这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。再硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量快、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，是各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。
进入八十年代中、后期，由于插大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商纷纷开发研制了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬功能发生了巨大变化。
1.3、PLC的未来展望
21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
1.4、PLC的特点 可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
1.5、PLC的组成
PLC的硬件主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元，通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。典型PLC组成框图如图1.1所示。
图1.1 典型PLC组成框图
1.5.1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC控制中枢。它PLC系统程序赋予功能接收并存储从编程器键入用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器状态，并能诊断用户程序中语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描方式接收现场各输入装置状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，命令解释后按指令规定执行逻辑或算数运算结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到相应输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
进一步提高PLC可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU表决式系统。这样，某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
1.5.2、存储器
存放系统软件存储器称为系统程序存储器。存放应用软件存储器称为用户程序存储器。
1、PLC常用存储器类型
（1）RAM（Random Assess Memory）这是一种读/写存储器(随机存
储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。
（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除只读存储器。断电情况下，存储器内所有内容保持不变。紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。
（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除只读存储器。使用编程器就能很容易对其所存储内容进行修改。
2、PLC存储空间分配
各种PLCCPU最大寻址空间各不相同，PLC工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：
（1）系统程序存储区
（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）（3）用户程序存储区
系统程序存储区：系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC性能。
系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。
（1）I/O映象区：PLC投入运行后，输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，输出刷新阶段才将输出状态和数据送至相应外设。它需要一定数量存储单元(RAM)以存放I/O状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中一个字（16个bit）。整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。
（2）系统软设备存储区 ：I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）存储区。该存储区又分为具有失电保持存储区域和无失电保持存储区域，前者PLC断电时，由内部锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC
断电时，数据被清零。
用户程序存储区：主要用来存放用户的应用程序。所谓用户程序时指使用户根据工程现场的的产生过程和工艺要求编写的控制程序。次程序由使用者通过编程器输入到PLC机的RAM存贮器中，以便于用户随时修改。也可将用户程序存放在EEPROM中。
1.5.3、输入/输出模块
输入/输出模块是可编程控制器与工业生产设备或工业生产过程连接的借口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量（压力、流量、温度、电压、电流）等，都要通过输入模块送到PLC。由于这些信号电平各式各样，而可编程控制器CPU所处理的信息只能是标准电平，所以输入模块还需将这些信号转换成PLC能够接受和处理的数字信号。输入模块的作用是接收中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接收的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构。可编程控制器有多种输入/输出模块其类型有数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块。这些模块分直流和交流、电压和电流类型，每种类型又有不同的参数等级，主要有数字量输入/输出模块和模拟量输入输出/模块，部件上都设有接线端子排，为了滤除信号的噪声和便于PLC内部对信号的处理，这些模块上都带有滤波、电平转换、信号锁存电路。数字量输入模块带有广电耦合电路，其目的是把PLC与外部电路隔离起来，以提高PLC的抗干扰能力。数字两输出有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出三种方式。模拟量输入/输出模块主要用来实现模拟量与数字量之间的转换，即A/D或D/A转换。由于工业控制系统中有传感器或执行机构有一些信号是连续变化的模拟量，因此这些模拟量必须通过模拟量输入/输出模块与PLC的中央处理器连接。模拟量输入模块A/D转换后的二进制数字量，经光电耦合器和输出锁存器宇PLC的1/0总线挂接。现在标准量程的模拟电压主要是0—5伏和0—10伏两种。模拟量输入模块接收标准量程的模拟电压或电流猴，把它转换成8未、10未或12位的二进制数字信号，送给中央处理器进行处理。模拟量输出模块将中央处理器的二进制数字信号转换成标准量程的电压或电流输出信号，提供给
执行机构。
1.5.4、扩展模块
当一个PLC中心单元的I/O点数不够用时，就要对系统进行扩展，扩展接口就是用于连接中心基本单元与扩展单元的。模块随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，使可编程控制器的功能更加强大和完善。只能I/O接口模块种类很多，例如高速计数模块、PLCA控制模块、数字位基于PLC的变频恒压供水系统的设计置译码模块、阀门控制模块、智能存贮弄快以及智能I/O模块等。
1.5.5、编程器
它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。有的编程器还可与打印机或磁带机相连，以将用户程序和有关信息打印出来或存放在磁带上，磁带上的信息可以重新装入PLC。
目前编程器主要有以下三种类型：
1.便携式编程器(也叫简易编程器)；2.图形编程器；3.用于IBM—PC及其兼容机的编程器。
便于携带的特点，一般只能用指令形式编程，通过按键输入指令，通过数码管或液晶显示器加以显示、这种编程器适合小型可编程控制器的编程要求。
图形编程器以液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)作屏幕，用来显示编程内容和提供如输入、输出、辅助继电器的占有情况、程序容量等各种信息，还可在调试程序、检查程序执行时显示各种信号状态、出错提示等。
使用图形编程器可以月多种编程语言编程，梯形图显示在屏幕上十分直观。图形编程器还可与打印机、录音机、绘画仪等设备连接，有较强的监控功能。但它的价格高，适用于中、大型可编程控制器的编程要求。
用于IBM—PC及其兼容机的编程器是个人计算机加上适当的硬件接口和软件包作为编程器，也可直接编制成梯形图，其监控功能也很强。编程器工作方式主要有编程和监控两种，编程工作方式是在PLC机处于停机状态
时可以进行编程，它的功能主要是输入新的程序，或者对已有的程序予以编辑和修改。
监控工作方式可以对运行中的控制器工作状态进行监视和跟踪，一般可以对某一线圈或触点的工作状态进行监视，也可以对成组器件的工作状态进行监视，还可以跟踪某一器件在不同时间的工作状态，除搜索、监视、跟踪外，还可以对一些器件进行操作。因此编程器的监控方式对控制器中新输入程序的调试与试运行是非常有用和方便的。编程器的结构一般包括显示部分与键盘部分。显示一般用液晶显示器，主要的显示内容包括地址、数据、工作方式、指令执行情况及系统工作状态等。键盘有单功能键和双功能键，在使用双功能键的时候键盘中都备有一个选择键，以选择其中一种方式工作。
现在产品越来越模块化，可编程控制器也不例外，它的结构紧密、坚固，外形小巧，CPU本身只提供了一定数量的数字输入和输出点数。不同厂家、不同型号的PLC的输入／输出点数也不同，有的大型机输入／输出点数可达16K，而很多小型机仅有10来点，而且CPU本身不带模拟输入与输出，但CPU一般都带有扩展接口。因此，用户选型后，所需的输入或输出点数不够时，就需对系统做出必要的扩展，各个厂家也生产了专用于扩展用的各模板供用户选用。扩展模板的外形一般也小巧、坚固，有易于接线的端子排，带有扩展总线或通过总线连接器与CPU相连。主要有数字输入／输出模板，模拟输入／输出模板，热电阻、热电偶扩展模板，还有智能模板等许多具有专用功能的特殊模板。
用扩展模板来扩展系统具有以下的优点：
用户可根据自己时间控制系统的要求，选用各种合适的扩展模块对PLC作硬件组态，以求达到各种功能或控制精度，同时节省开支，减少不必要的投资。
当已运行的系统需要改造或扩充时，PLC可以随时进行升级或改版，所作的工作仅仅是替换或增加扩展模板和修改相应的控制软件。特殊模板及智能模板的开发将进一步扩展可编程控制的功能，专用模板的开发不仅扩大了可编程控制系统的控制功能，而且将进一步提高控制质量与可靠性。
1.5.6、电源
PLC中的电源一般有三类：
1、+5V、±15V直流电源：供PLC中TTL芯片和集成运放使用；
2、供输出接口使用的高压大电流的功率电源；
3、锂电池及其充电电源。
考虑到系统的可靠性以及光电隔离器的使用，不同类型的电源其地线也不同。
目前PLC的发展非常迅速，型号众多，各种特殊功能模板不断涌现。通常根据其I/O点的数量将 PLC分为三大类：
小型机：256点以下（无模拟量）；
中型机：256 ~ 2048点（64 ~ 128路模拟量）；
大型机：2048点以上（128 ~ 512路模拟量）。
具体实现时，通常采用模板式结构，以便用户根据实际应用需求进行配置。但一些小型机常制作成一体机，其配置固定，主要供定型成套设备使用；而一些大型机一般在电源、或者CPU，甚至两者都作了热备份。
1.6、PLC的工作原理
最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：
继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。而PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC
与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
1.6.1、扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。如图2.2所示：
图1.2 PLC 扫描周期
1、输入采样阶段：在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2、用户程序执行阶段 ：在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
3、输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
1.6.2、PLC的I/O响应时间
为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可*性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。
1.7、梯形图程序设计
梯形图编程语言是一种图形化编程语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，与传统的继电器控制原理电路图非常相似，但又加入了许多功能强而又使用灵活的指令，它比较直观、形象，对于那些熟悉继电器一接触器控制系统的人来说，易被接受。继电器梯形图多半适用于比较简单的控制功能的编程，绝大多数PLC用户都首选使用梯形图编程。
指令是用英文名称的缩写字母来表达PLC的各种功能的助记符号，类似于计算机汇编语言。由指令构成的能够完成控制任务的指令组合就是指令表，每一条指令一般由指令助记符和作用器件编号组成，比较抽象，通常都先用其它方式表达，然后改写成相应的语句表，编程设备简单价廉。
通常微、小型PLC主要采用继电器梯形图编程，其编程的一般规则有：
1、梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列。每一个逻辑行起始于左母线然后是触点的各种连接，最后是线圈或线圈与右母线相连，整个图形
呈阶梯形。梯形图所使用的元件编号地址必须在所使用PLC的有效范围内。
2、梯形图是PLC形象化的编程方式，其左右两侧母线并不接任何电源，因而图中各支路也没有真实的电流流过。但为了读图方便，常用“有电流”、“得电”等来形象地描述用户程序解算中满足输出线圈的动作条件，它仅仅是概念上虚拟的“电流”，而且认为它只能由左向右单方向流：层次的改变也只能自上而下。
3、梯形图中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，相应某位触发器为“l态”，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“o态”。梯形图中继电器的线圈又是广义的，除了输出继电器、内部继电器线圈外，还包括定时器、计数器、移位寄存器、状态器等的线圈以及各种比较、运算的结果。
4、梯形图中信息流程从左到右，继电器线圈应与右母线直接相连，线圈的右边不能有触点，而左边必须有触点。
5、继电器线圈在一个程序中不能重复使用：而继电器的触点，编程中可以重复使用，且使用次数不受限制。
6、PLC在解算用户逻辑时，是按照梯形图由上而下、从左到右的先后顺序逐步进行的，即按扫描方式顺序执行程序，不存在几条并列支路同时动作，这在设计梯形图时，可以减少许多有约束关系的联锁电路，从而使电路设计大大简化。所以，由梯形图编写指令程序时，应遵循自上而下、从左到右的顺序，梯形图中的每个符号对应于一条指令，一条指令为一个步序。
当PLC运行时，用户程序中有众多的操作需要去执行，但CPU是不能同时去执行多个操作的，它只能按分时操作原理每一时刻执行一个操作。这种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。扫描从0000号存储地址所存放的第一条用户程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按存储地址号递增顺序逐条扫描用户程序，也就是顺序逐条执行用户程序，直到程序结束。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期，然后再从头开始扫描，并周而复始。
2方案的论证
2.1、工艺过程分析
水塔水位控制系统过程分析：设水塔、水池初始状态都为空着的,此时S4,S3,S2,S1均为ON。当系统启动时，扫描到水池为液位低于水池下限位时，电磁阀Y打开(10.02通电)，开始往水池里进水，如果进水超过4S，而水池液位没有超过水池下限位（传感器S4仍为ON），说明系统出现故障，系统故障指示灯闪烁（10.03闪烁）。若4S后只有水池液位按预定的超过水池下限位（传感器S4变为OFF），说明系统在正常的工作。此时只有水池下限位有水，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限（S2为ON），故水泵M（10.04通电）开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时（传感器S3变为OFF），电磁阀Y就关闭（10.02失电）。但是水塔现在还没有装满，水泵M继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔装满时（传感器S1变为OFF），水泵M停止供水（10.04失电），此次给水塔供水完成。
2.2、PLC型号的选择
输入:系统启动按钮一个,系统停止按钮一个,液位传感器四个分别表示为S4,S3，S2和S1。输入一共有6个，考虑到留有15％～20％的余量即6×（1＋15％）＝6.9取整数7，所以共需7个输入点。
输出:Y阀,故障指示灯 ,水泵M。输出共有3个，3×（1＋15％）＝3.45取整数4，所以共需4个输出点。可以选OMRON公司的CPM1A/CPM2A型PLC就能满足此例的要求。
2.3、工作控制方式
采用工控机作为上位机、PLC系统作为下位机的两级控制模式。PLC控制系统是该程控系统的核心，工控机作为监控机械手的运行状态使用。
1、上位机：计算机作为上位机，用于完成状态显示、打印输出、向PLC发送分类控制信号等功能，从而实现对控制系统的实时监控。同时，计算机还是图象处理的核心。
2、下位机：PLC作为下位机，用来完成状态判别、输出控制等工作。它直接控制电磁阀、继电器，从而实现对各执行元件的控制。本系统采用价格适中、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器欧姆龙CPM2A型PLC来实现水塔水位控制系统工艺的控制要求的。欧姆龙PLC是由电源、中央处理器和I/O元件组成的严密高速的程序控制器，配有丰富的指令系统，易于用户编程，具有丰富的特殊模块和通信能力，可以满足生产自动化的多级要求。本系统采用CPM2A是一种功能完善的紧凑型PLC，大程序容量和存储单位。另外CPU单元带RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信协议可实现程序传送，数据通信等功能。
欧姆龙公司C系列的小型机CPM2A型PLC 20点输入/输出，配有CX-Programmer软件用于控制部分编程时使用。
3、通信方式：CPM2A CPU支持多样的通信协议：点到点（Point-to-Point）接口（PPI）、多点接口（Multi-Point）（MPI）。这些都基于系统内通信结构模型，都是异步、基于字符的协议。其中PPI方式是非常简单方便的通信协议，只需要一根RS-232C线进行数据信号的传递，不需要额外再配置模块或软件。因此，本系统选择PPI方式，简单且能满足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和计算机互联。
上位机与下位机之间通过RS-232连接构成HOST LINK协议进行通信。RS-232又称为EIA-232C或RS-232C，是最通用的一种串行通讯标准。它是一种点到点的通信方式，只能连接两个通信设备。19200波特率时，最大距离为75米；9600波特率时，最大距离为900米。计算机的串口即为标准的RS-232接口。使用RS-232转换器可以免掉一个RS-422串行接口板。
3、水塔水位系统PLC硬件设计
水塔水位控制系统结构图如图3.1所示
图3.1 水塔水位自动控制示意图
3.1、水塔水位系统控制电路
图3.2 水塔水位控制系统电路图
3.2、输入/输出分配
水塔水位控制系统I/O分配表见表3.1。
表3.1 水塔水位自动控制系统I/O分配表
输入
操作功能 启动按钮 停止按钮 液位传感器s4 液位传感器s3 液位传感器s2 液位传感器s1
地址 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Y阀
输出
操作功能 故障指示灯 水泵M
地址 10.02 10.03 10.04 3.3、水塔水位系统的接线图
水塔水位控制系统的I/O接线图如3.3 所示：
图3.3 水塔水位控制系统接线图
4、水塔水位控制系统PLC软件设计
4.1、程序流程图
水塔水位控制系统的流程图，根据设计要求控制流程图如图5.1：
图4.1 水塔液位自动控制系统流程图
4.2、梯形图
PLC控制程序用CX-Programmer编程软件开发。CX-Programmer是OMRON公司PLC的软件编程﹑调试的工具程序，其运行在Windows操作系统下，具有丰富、简捷的操作环境和强大的编程、调试功能。可实现梯形图的编程、监视和控制等功能，尤其擅长于大型程序的编写，弥补了手编程器编程效率低的不足[1]。CX-Programmer编程软件支持模块化设计，在程序编写时可以直接将编写好的程序通过RS-232C传送到PLC来控制现场设备。根据程序流程图设计的梯形图如5.2所示：
图4.2 水塔水位控制系统梯形图
4.3、系统程序的具体分析
PLC采用循环扫描的的工作方式，这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相应的控制信号，任一时刻它只能执行一条指令，这就是说PLC是以“串行”方式工作的，它能有效地避免继电接触器控制系统中易出现的触点竞争和时序失配的问题。
PLC执行用户程序是从梯形图左母线开始由上至下，由左向右逐个扫描每个梯级的每个元素，进行运算，此时CPU只是与映象区进行数据交换，读取输入数据，送出输出信号。当CPU执行到END指令时，表示程序段结束，则此次扫描用户程序结束。PLC控制程序分析
实现功能：当按下00000系统启动按钮,中间继电器20001得电并自锁,系统处于等待状态并一直保持。按下00001停止按钮系统的运行停止。
实现功能：当水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀Y打开进水(Y为ON),当S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）。
实现功能：当Y打开进水（Y为ON）定时器开始定时，4秒后，如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障。
实现功能：当S4为OFF时（表示水池水位高于水池低水位界），且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON，电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。
4.4、水塔水位控制系统梯形图的对应指令表
水塔水位控制系统指令表如图4.3所示：
图4.3 水塔水位控制系统的指令表
总结
五个星期的PLC实训很快结束了，在这短暂的实训时间里，经过老师、同学的指导，我获益匪浅，学习了不少关于自己专业方面的知识。
在完成项目期间，我们组的分工明确，有负责编程的，有负责报告找资料，有负责画电路图的……虽说分工明确，但在完成项目过程中遇到些麻烦的话组员之间还是相互配合相互帮助尽量让每个学员学到更多的专业知识，使每个组员更上一个层次。实训期间，我主要负责编程、报告及找资料，但这并不是说我在其他组员做他们任务时置之不理，与我无关。我在旁边和组员一起，参与其中的讨论分析，并会不时帮助他们完成任务。而同样我在做我的任务时，他们也会经常帮我解决一些我无法解决的问题。这样，我们组在完成这两个项目还是比较顺利的。
我做的这个题目是有关与PLC系统理论与实践相结合的设计。在此时对以前学习的知识的挑战与突破。在对这个设计的材料搜索进行独立搜索时，对于办公软件的应用有了进一步的提高。同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。
通过这次设计实践。让我更熟练的掌握了PLC软件的简单编程方法，对于PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在理论的运用中，也提高了我的工程素质。刚开始学习PLC软件时，由于我对一些细节的不加重视，当我把自己想出来的一些认为是对的程序运用到梯形图编辑时，问题出现了。转换成指令表后则显示不出很多正确的指令程序，这主要是因为我没有把理论和实践相结合，缺乏动手能力而造成的结果，最后通过老师的纠正和自己的实际操作，终于把正确的结果做了出来，同样也看清了自己的不足之处。
如今设计是做完了，可是我的学习之路还没有完，这次实训让不仅学习了不少与自己专业相关的知识，而且还懂得了团队的力量，并且让自己更相信一分努力一分收获，积极的学习态度在以后的学习、工作中是永远缺少不了的！并明白人这一辈子不能仅仅局限于那一点点满足感，要放眼望去，通过去参与各种实践，提升自己的动手能力，创造属于自己的未来。
致
谢
本文是在指导老师悉心指导下完成的。从论文的选题到相关材料的收集，从论文框架的设计到具体内容遣词造句，每一章节都凝聚着指导老师的心血。在此，学生表示最诚挚的谢意。在老师严谨的治学态度、积极的人生观、学术上孜孜追求的精神以及对学生无微不至的关怀，都给我留下了终生难忘的印象，必然将对我以后的学习和生活产生重要影响。
在完成整个论文期间，对各位老师、同学、朋友、亲人辛勤劳动以及他们在治学和人品上给予我的深刻影响，我同样铭记在心，并表示由衷的感谢。
在此，我向所有在学业上、生活上帮助、理解、支持我的老师、同学、朋友和亲人致以最真诚的谢意。
最后，感谢各位专家、学者在百忙之中审阅我的拙作。
参考文献
6.基于PLC的机械手控制设计 篇六
一 四轴联动简易机械手的结构及动作过程
机械手结构如下图1所示，有气控机械手(1)、XY轴丝杠组(2)、转盘机构(3)、旋转基座(4)等组成。
其运动控制方式为：(1)由伺服电机驱动可旋转角度为360°的气控机械手(有光电传感器确定起始0点)；(2)由步进电机驱动丝杠组件使机械手沿X、Y轴移动(有x、y轴限位开关)；(3)可回旋360°的转盘机构能带动机械手及丝杠组自由旋转(其电气拖动部分由直流电动机、光电编码器、接近开关等组成)；(4)旋转基座主要支撑以上3部分；(5)气控机械手的张合由气压控制(充气时机械手抓紧，放气时机械手松开)。
其工作过程为：当货物到达时，机械手系统开始动作；步进电机控制开始向下运动，同时另一路步进电机控制横轴开始向前运动；伺服电机驱动机械手旋转到达正好抓取货物的方位处，然后充气，机械手夹住货物。
步进电机驱动纵轴上升，另一个步进电机驱动横轴开始向前走；转盘直流电机转动使机械手整体运动，转到货物接收处；步进电机再次驱动纵轴下降，到达指定位置后，气阀放气，机械手松开货物；系统回位准备下一次动作。
二 控制器件选型
为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：
1. 步进电机及其驱动器
机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5A。M1是横轴电机，带动机械手机构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械手机构上升、下降。所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥双极恒相电流驱动，最大3A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式。驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择。一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。本驱动器最大输出电流值为3A/相(峰值)，通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出8种状态，对应8种输出电流，从0.9A到3A以配合不同的电机使用，
本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分7种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出不同的状态。
2. 伺服电机及其驱动器
机械手的旋转动作采用松下伺服电机A系列小惯量MSMA5AZA1G，其额定输出50W、100/200V共用，旋转编码器规格为增量式(脉冲数2500p/r、分辨率10000p/r、引出线11线）；有油封，无制动器，轴采用键槽连接。该电机采用松下公司独特算法，使速度频率响应提高2倍，达到500Hz ；定位超调整定时间缩短为以往松下伺服电机产品V系列的1/4。具有共振抑制功能、控制功能、全闭环控制功能，可弥补机械的刚性不足，从而实现高速定位，也可通过外接高精度的光栅尺，构成全闭环控制，进一步提高系统精度。具有常规自动增益调整和实时自动增益调整两种自动增益调整方式，还配有RS-485、RS-232C 通信口，使上位控制器可同时控制多达16个轴。伺服电机驱动器为A系列MSDA5A3A1A，适用于小惯量电动机。
3. 直流电机
可回旋360°的转盘机构有直流无刷电机带动，系统选用的是北京和时利公司生产的57BL1010H1无刷直流电机，其调速范围宽、低速力矩大、运行平稳、低噪音、效率高。无刷直流电机驱动器使用北京和时利公司生产的BL-0408驱动器，其采用24～48V直流供电，有起停及转向控制、过流、过压及堵转保护，且有故障报警输出、外部模拟量调速、制动快速停机等特点。
4. 旋转编码器
在可回旋360°的转盘机构上，安装有OMRON公司生产的E6A2增量型旋转编码器，编码器将信号传给PLC，实现转盘机构的精确定位。
5. PLC的选型
根据系统的设计要求，选用OMRON公司生产的CPM2A小型机。CPM2A在一个小巧的单元内综合有各种性能，包括同步脉冲控制、中断输入、脉冲输出、模拟量设定和时钟功能等。CPM2A的CPU单元又是一个独立单元，能处理广泛的机械控制应用问题，所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。完整的通信功能保证了与个人计算机、其它OMRON PC和OMRON可编程终端的通信。这些通信能力使四轴联动简易机械手能方便的融合到工业控制系统中。
三 软件编程
1. 软件流程图
流程图是PLC程序设计的基础。只有设计出流程图，才可能顺利而便捷地编写出梯形图并写出语句表，最终完成程序的设计。所以写出流程图非常关键也是程序设计首先要做的任务。依据四轴联动简易机械手的控制要求，绘制流程图如图2所示。
2. 程序部分
由于论文篇幅有限，这里只列出了开始两段程序，供读者参阅，见图3。
四 结束语
7.基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要 篇七
组态软件又称为组态监控软件, 随着工业的发展, 组态软件得到了非常广泛的应用, 已在电力、供水、化工、小区安防等诸多领域用作数据采集、监控及过程控制。组态软件的出现, 为使用者大大地提高了便利, 通过组态软件, 能对控制系统进行实时监控, 让使用者对系统运行状况了如指掌, 特别是对系统出现紧急情况时, 能及时采取措施, 而这一切则是通过组态软件设计的人机界面达成的。
本文基于组态软件之一的组态王和三菱PLC编程软件, 以交通灯控制系统为例, 构建起系统仿真控制模型, 并进行调试运行。
二、控制系统任务
随着城市化进程的加快, 人们的生活水平日益提高, 汽车数量也是与日俱增, 这对城市的交通设施来说是一大考验, 作为城市交通疏导的一大工具交通信号灯, 显得尤为重要。采用PLC作为系统的控制器, 是因为PLC有着可靠性高、抗干扰能力强、简单易学、维护方便等优点。
系统设计要求为:南北红灯亮并保持25秒, 同时东西绿灯亮, 保持20秒, 20秒钟到了之后, 东西绿灯闪亮3次 (每周期1秒) 后熄灭;继而东西黄灯亮并保持2秒, 到2秒后, 东西黄灯灭, 东西红灯亮并保持30秒, 同时南北红灯灭, 南北绿灯亮25秒, 25秒到了之后, 南北绿灯闪亮3次 (每周期1秒) 后熄灭;继而南北黄灯亮并保持2秒, 到2秒后, 南北黄灯灭, 南北红灯亮, 同时东西红灯灭, 东西绿灯亮, 到此完成一个循环。该系统未涉及左转、右转灯设置。
三、系统设计
根据控制系统要求, 建立I/O分配表如表1所示, 组态王中数据库中变量必须与I/O一一对应起来, 这样才能对这些I/O进行监控。
然后在组态王 (KingView) 6.51中, 设计出交通灯控制系统的图形界面, 如表1所示。
在三菱PLC编程软件GX Developer中编写好控制系统梯形图程序, 在组态王数据词典中建立起与系统I/O一致的变量, 这些变量的数据类型为I/O离散, 其他的不需要与程序进行数据交换的变量, 比如东西向汽车、南北向汽车等, 这些变量类型为I/O实数。
进行组态王动画连接, 将界面中各部分与数据词典中对应的变量连接起来。红、黄、绿灯由动画连接中填充属性变化得到, 当条件成立时, 填充对应的颜色。其中东西、南北向时间显示在PLC程序中由D10寄存器来控制, 在组态王中要获得时间显示动画, 则使用动画连接中的模拟值输出, 将时间显示对应到变量中的D10寄存器即可。
接下来设计汽车、行人移动动画。分别将南北向汽车、南北向行人、东西向汽车、东西向行人变量的初始值和最大值进行设置。本系统中, 统一设置初始值等于0和最大值等于1000, 数值反应出来的是其移动的距离。在命令语言中编写如下程序:
通过命令语言来实现汽车、行人移动的动画, 每执行一次该命令语言, 汽车移动50, 而行人移动10, 数值的大小反映出来的是移动快慢的动画效果。
四、调试运行
由于是在无PLC硬件的条件下, 进行模拟控制, 但是三菱PLC仿真器并不能与组态王直接进行通讯, 所以采用三菱OPC Server软件, 作为仿真器和组态王之间数据交换的媒介。在OPC Server中建立好与I/O一致的数据名称。
系统设计好后, 便进行调试运行, 运行三菱PLC仿真器GX Simulator, 将编写好的梯形图程序逻辑测试启动, 开启OPC Server, 然后运行组态王运行系统, 系统运行良好, 与控制要求相符, 运行效果如图2所示。
五、结论
本文是在无PLC硬件条件下, 基于组态王和三菱编程软件开发出的交通灯仿真控制系统, 并且进行了仿真模拟控制实验, 实验取得了较好的效果, 为下一步进行实际硬件电路的设计作了铺垫。本文采用的这种方法可以让工程人员进行离线调试, 同时还为开发PLC仿真实验平台提供了新的思路。
摘要：以交通灯控制为例, 基于组态王和三菱编程软件构建出仿真控制系统, 在无PLC硬件情况下, 利用OPCSever作为PLC仿真器与组态王软件数据通信的桥梁, 实现模拟控制, 系统界面友好, 效果良好。
关键词：PLC,组态王,交通灯,仿真控制
参考文献
[1]姜新桥.可编程控制器应用基础[M].华中科技大学出版社, 2009.
【基于PLC交通灯控制系统毕业设计概要】推荐阅读：
基于三菱PLC的全自动洗衣机系统的设计07-04
基于VC的PLC数据采集管理系统08-19
基于UML的图书管理系统的需求分析与设计07-12
微机原理课程设计-8255控制交通灯06-20
基于工作过程系统化课程开发06-16
基于内部控制视角的地方政府债务风险研究07-31
基于问题解决设计教学情境08-01