交通信号灯plc控制系统设计的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

交通信号灯plc控制系统设计的设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

分又由一定容量的只读存储器（ ROM）、随机存取存储区（ RAM）和可擦除只读存储器（ EPROM）组成。 /输出单元 输入 /输出单元的作用是 PLC 与外部设备之间信息的传递。 此单元可分为输入 /输出接口和输入 /输出信号。 I/O 接口是 PLC 与输入 /输出设备连接的部件，输入接口用来接收和采集现场设备向 PLC 提供的信号。 比如：按钮、选择开关、继电器触点和数字拨码开关等开关量输入信号 与 电位器、变送器和测速发电机等传送的模拟量输入信号。 输出接口是将主机处理过的结果经过输出电路驱动输出设备，例如接触器、电磁阀、指示灯等。 I/O 信号分 为开关量和模拟量、数字量。 开关量输入单元是把现场的各种开关信号转换成 PLC 能够处理的标准二进制信号。 输入端供电电源类型不同，又可以把开关输入单元分为 直流输入单元和交流输入单元。 开关量输出单元是将 PLC 内部 CPU处理过的微弱信号转换成外部现场执行机构的开关信号，如指示灯的亮与灭。 模拟量输入单元是将模拟量信号转换成二进制数字信号，然后送给 CPU 模块进行数据处理和控制。 像温度、速度、流量、位移等都是对应于电压或电流的模拟量，这些量通过一定的 PID 运算后，控制生产的过程。 模拟量输出单元就是将 PLC 运算的数字信号转换 为相应的模拟信号的电流输出信号或者电压输出信号，在通过信号转换成外部设备需要的信号进行控制设备。 /输出扩展接口 输入 /输出扩展接口用于扩展输入 /输出点数和类型，当用户在使用 PLC 所需的输入 /输出点数超过主机的点而不够时就要通过输入 /输出扩展接口将主机与输入输出扩展单元联接在一起供用户使用。 通信接口是主机与用户实现人 —机对话或者机 —机对话的通道。 PLC 可以和编程器、显示器、打印机的等设备相连，构成多级局部网络或者多级分布式控制系统。 该接口的功能是并行 /串行数据的交换、通信格式的识 别、信号电平的转换以及数据传输的检验。 盐城工学院本科生毕业设计说明书（ 2020） 5 PLC 内部的 CPU、存储器、输入输出接口都是需要直流电来供电，所以我们供给 PLC 的外围输入交流电都必须经过交直流转换电路转换后给 PLC 供电。 很多 PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，为避免电源干扰，接口电路的电源回路是相互独立的。 PLC 的软件系统组成 实际上 PLC 是 一种工业控制计算机，不仅要有硬件系统，而且软件系统也是必备的，只有软件系统配合硬件系统才能完成某一项任务，两者是相辅相成的。 PLC的软件系统通常分为系统程序和用户程序。 系统程序是可编程序控制器 PLC 的工作依据和基础，通常采用汇编语言编写，属于知识劳动成果，一般生产商都会固化在 EPROM 中，防止他人抄袭和篡改， 用户不能直接读写干预。 系统程序又分为系统监视程序与解释程序两种。 顾名思义，系统监视程序是指监控 PLC 工作的程序。 系统监控程序的主要工作是诊断 PLC 的工作状况以及 PLC 与外部的信息交换。 解释程序是指用来解释用户编写的程序，使其能够在 PLC 中正常的运行。 PLC 开始启动后，由系统监控程序启动解释程序，对用户程序进行解释，把原来用梯形图或者指令表编写的程序， 解释成 PLC 的微处理器可以接受执行的程序，完成用户想要完成的目的，这一切的活动都在系统监视程序的监视下完成，防止出现错误。 用户想要完成某项任务，就要编写 PLC 可以识别的任务指令，而这种用编程器或者编程软件编写的完整指令被称为用户程序。 当编写好程序后，用户可以通过编程软件与 PLC 相连，把程序下载到 PLC 内部，当 PLC 上电检测后，就可以执行程序所要完成的任务。 PLC 的工作原理 PLC 其实是 一种特殊的工业控制微型计算机，由于具有特殊的接口器件和监控软件，使得它的工作原理、编程语言与 一般的计算机不同。 另一方面，它作为继电器控制装置的替代品，这两者的运行方式也是大不相同的。 这里通过 PLC 的工作方式展开对其工作原理的讲述。 PLC 的工作方式 可编程序控制器 PLC 在结构形式上与微型计算机有很多相同的地方，但是微处理器是计算机的核心单元。 由于 PLC 在工业控制过程中有着较强的逻辑运算关系，所以 PLC 并不采用微处理器的工作方式，即等待命令和中断的工作方式，而是采用一种循环扫描的工作方式。 可编程序控制器的 CPU 采用顺序逻辑扫描用户程序的工作方式，实际的含义是指输出线圈或逻辑线圈被接通 或者断开时， 直到本次扫描结束未进入下一个扫描周期之前，所有被扫描到的线圈上的触点均不会发生相应的动作。 为了消除继电器控交通信号灯 PLC 控制系统的设计 6 制装置的工作方式与 PLC 的运行方式之间的差异， PLC 采用一种扫描技术，这种技术不同于微型计算机的工作方式。 主要是根据继电器装置和 PLC 扫描程序的时间不同，即继电器装置触点动作的时间为 100ms，而 PLC 扫描的时间小于 100ms。 运用这项技术，在对于 I/O 响应时间不高的场合执行出来的结果和利用继电器执行出的结果并没有什么区别。 PLC 的工作过程和特点 在给 PLC 供电后，才能进入正常 的运行状态。 PLC 采用的循环扫描方式不同于计算机工作的方式，通常包含输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段，扫描完成这三个阶段称为一个扫描周期， CPU 会以一定的速度重复执行这三个阶段。 图 22 PLC 的扫描工作过程 PLC 的全部输入端子的所有信号按顺序读入到响应映像区，这一过程称为采样。 在一个工作周期内，采样结果的内容不会发生改变， 在进入下一个工作周期的输入采样阶段，上一个周期内的采样结果被新读取的状态信息取代。 在程序执行阶段， CPU 对用户的程序按照 步序号，遵照从左到右，从上到下 的扫描原则，逐条进行扫描、解释、执行。 从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读取出元件的状态，并根据程序运算出结果，把运算的结果存储在输出映像寄存器 和元件映像寄存器中。 程序执行完毕以后， PLC 将输出映像区的内容送入到输出锁存器中，成为 PLC的实际输出，再去驱动用户外部设备，这一过程就是输出刷新。 PLC 在进行信息处理的工作过程中，必须遵循如下规律： 再输入刷新期间，各个输入端子的接通与断开决定 着 输入映 像存储器的数据变化； PLC内部程序的如何执行要根据用户下载到 PLC内部编写的程序以及输入映像存储器和元件映像存储器里的内容来决定。 在程序执行 期间 ，输入映像存储器的内容不会随着 程序的 执行而 发生 变化，但是内部元件映像存储器和输出映像存储器里的内容 是会 随着程序的执行而变化 的 ； 输入端子输入映像区输出映像区输出锁存输出端子用户程序输入信号输出信号输入采样 程序执行 输出刷新盐城工学院本科生毕业设计说明书（ 2020） 7 执行后，输出的结果决定着输出映像存储器的内容； 输出锁存器决定着所有输出端子的状态。 图 23 PLC 的扫描周期图 PLC 的编程语言 编程语言的特 点 PLC 逻辑控制功能的实现必须通过编程语言来实现，随着 PLC 的不断发展，它的编程软件呈现多样化和高级化的发展趋势。 PLC 的编程语言是一种专门的符号语言，适应于 PLC 装置，既能满足编写容易，又能满足调试容易的要求。 这种编程语言不同于高级语言和汇编语言。 目前市场上 现有 的 PLC 种类较多，不同类型的 PLC对应的编程软件也有所不同。 其基本规律是同一厂家生产的 PLC 编程语言是可以通用。 PLC 型号虽各不相同，但是他们的编程语言有着相同的特点，比如： ：为了易于理解和记忆 ， 用户程序由图形的方式进行表 达，程序中的指令 全部由代表不同含义的 图形符号共同组成。 编程软件内拥有用户编程所需的独立运算功能编制成的象征性图形，用户可以根据 实际的 需要进行相应的编程。 这种方法 化抽象为 直观、 化复杂繁琐为 易懂， 备受 广大用户的欢迎。 ：在编程中，图形符号相当于指令操作码，规定其运算功能，指令操作数可以由用户根据实际需要写入， PLC 的产品型号决定着本产品的 PLC常数和变量的取值范围，详细的说明，可以参照使用说明书。 ：用户编写的 PLC 程序结构简单，多为块式结构，功能块不同，完成的任务也不同。 这样方便调试者对整个程序的控制功能和顺序进行维护和修改。 ：我们需要的软件越简单越好。 以往用高级语言和汇编语言编程时都要经过三步，即编辑、编译、链接。 这样相对比较繁琐、复杂。 我们需要的是一个编辑过程即可，其他的工作由系统软件自行完成。 ： PLC 程序调试 由 生产厂家提供了完善的硬件的条件， 主要 使用编程器或者编程软件， 使 PLC 与 编程器上的输入输出按键、显示器 连接，在 内部编辑、调试、监控等在软件支持下，进行程序诊断和调试相对 比较 简单。 输入 刷新 程序执行 输出刷新 一个扫描周期 输入刷新 交通信号灯 PLC 控制系统的设计 8 编程语言的 形式 PLC 拥有完整的编程语言，每一个生产厂家，甚至同一厂家生产的不同型号的PLC 都具有适应该产品的编程语言。 目前市场上的 PLC 最常用的编程语言有四种：梯形图编程语言、功能图编程语言、指令语句表编程语言、高级语言编程。 （ LAD） 梯形图编程语言类似于继电装置控制电路，形象直观。 是一种由图形符号组成的编程语言。 习惯上成为 “梯形图 ”。 梯形图按 “从左到右 ”， “自上而下 ”的顺序排列，最左边的竖线称为 “起始母线 ”或者 “左母线 ”，然后按照控制要求和规则连接各个 “软触点 ”，最后以继电器线圈结束。 目 前，最受程序员欢迎的梯形图，是使用最多 和最常见 的一种编程语言。 (STL) 指令语句表编程语言又称助记符语言，它类似于汇编语言，采用一些容易记忆的助记符来表示 PLC 的某种操作。 它有操作符和操作数两部分组成，比汇编语言更直观易懂。 虽然不如梯形图直观形象更易懂，但是方便键入。 （ SFC） 功能图编程语言是近些年来新出的一种比较新颖的编程方法，它像控制系统流程图一样的功能图来表达一个顺序控制过程，适合于 “步进控制 ”。 高级语言的更接近于人脑的思维，更 加的通俗易懂，而且弥补了其他编程语言的不足之处。 但是这种高级语言比较难掌握，需要很好的计算机基础和 C 语言知识，学习者的思维逻辑能力要很强。 PLC 的扫描周期和响应时间 PLC 的 I/O 响应时间 输入 /输出的滞后时间就是 PLC的 I/O响应时间，是指从 PLC的外部输入信号 发生变化直至相对应的输出设备发生变化的时间间隔 ， I/O 响应时间 由输入电路的滤波时间、输出电路的滞后时间以及扫描工作方式所产生的滞后时间组成。 PLC 工作方式带来的特殊性 在执行 PLC 的控制 时，由于输入滤波与软元件的驱动时间等方面的原因，会造成 I/O 响应滞后。 当在同一程序中，多处使用同一个线圈，在执行程序时容易出现二重线圈动作，执行二重输出时，后面的输出继电器线圈优先动作。 盐城工学院本科生毕业设计说明书（ 2020） 9 系统硬件设计 硬件系统组成 根据交通信号灯要实现的功能分析，此系统的核心元器件是 PLC，还包括外围设备，即输入设备和输出设备。 其中输入设备应该包含有启动按钮、停止按钮、亮灯时间预置按钮、紧急情况按钮、计时开始按钮、计时快速调整按钮分别为 1 个，当遇到交通堵塞时，按下紧急按钮后需要一个 东西方向绿灯或者南北方向绿灯的转换开关；当亮灯按下亮灯时间预置按钮后需要一个东西方向亮灯时间预置或者南北方向亮灯时间预置的转换开关；亮灯时间预置这项功能需要两个 4 位 BCD 拨码盘来实现。 输出设备包括东西南北四个方向的红绿黄信号灯各一盏，共 12 盏信号灯；因为为了能够让每个通行的人更好的把握时间，更安全的通过十字路口，系统有时间倒计时功能，时间显示部分采用共 阳 型 7 段数码管来显示，四个方向各需要 2 个，共 8 个数码管。 整个的硬件系统就要这些元器件按一定的顺序、位置连接在 PLC 上，完成交通信号灯 PLC 控制系统的硬件设计。 I/O 地址分配 根据硬件系统的组成分析，可知其中输入点包括 6 个按钮需。