毕业设计论文-plc交通灯控制及监控系统设计

毕业设计论文-plc交通灯控制及监控系统设计内容摘要：

压，常用的为 24V。 底板或机架 大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。 PLC 的外部设备 外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分，它有四大类 ： 1） 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况。 编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 2） 监控设备：有数据监视器和图形监视器。 直接监视数据或通过画面监视数据。 3） 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、 EEPROM 写入器等。 4） 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器 ，输入模拟量的 第 5 页 共 40 页 电位器，打印机等。 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 RS232 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。 PLC 的工作原理 PLC 采用循环扫描的工作方式，在 PLC 中用户程序按先后顺序存放， CPU 从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回到第一条，如此周而复始不断循环。 PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。 全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。 当 PLC 处于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内 容。 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。 输入处理 输入处理也叫输入采样。 在此阶段，顺序读入所有输入端子的通断状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器与外界隔离， 即使输入信号发生变化，其映像寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。 程序执行 根据 PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。 遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。 从用户程 序涉及到 第 6 页 共 40 页 输入输出状态时， PLC 从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存器中。 对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。 输出处理 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。 PLC 的基本性能指标 可编程控制器的基本性能可用如下八条予以概 括： 工作速度 工作速度是指 PLC 的 CPU 执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。 工作速度是 PLC工作的基础。 速度高了，才可能通过运行程序实现控制，才可能不断扩大控制规模，才可能发挥 PLC 的多种多样的作用。 PLC 的指令是很多的。 不同的 PLC。 指令的条数也不同。 少的几十条，多的几百条。 指令不同，执行的时间也不同。 但各种 PLC 总有一些基本指令，而且各种的 PLC都有这些基本指令，故常以执行一条基本指令的时间来衡量这个速度。 这个时间当然越短越好，已从微秒级缩短到零点微秒级。 并随着微处理器技 术的进步，这个时间还在缩短。 执行时间短可加快 PLC 对一般输入信号的响应速度。 从讨论 PLC 的工作原理知，从对 PLC 加入输入信号，到 PLC 产生输出，最理想的情况也要延迟一个 PLC 运行程序的周期。 因为 PLC监测到输入信号，经运行程序后产生的输出，才是对输入信号的响应。 不理想时，还要多延长一个周期。 当输入信号送入 PLC 时， PLC 的输入刷新正好结束，就是这种情况。 这时，要多等待一个周期， PLC 的输入映射区才能接受到这个新的输入信号。 对一般的输入信号，这个延迟虽可以接受，但对急需响应的输入信号，就不能接受了。 对急需 处理的输人信号延迟多长时间 PLC 能予以响应，要另作要求。 为了处理急需响应的输入信号， PLC 有种种措施。 不同的 PLC 措施也不完全相同，提高响应速度的效果也不同。 一般的作法是采用输入中断，然后再输出即时刷新，即中断程序运行后，有关的输出点立即刷新，而不等到整个程序运行结束后再刷新。 第 7 页 共 40 页 这个效果可从两个方面来衡量：一是能否对几个输入信号作快速响应；二是快速响应的速度有多快。 多数 PLC 都可对一个或多 个输入点作快速响应，快速响应时间仅几个毫秒 ， 性能高的、大型的 PLC 响应点数更多。 工作速度关系到 PLC 对输入信号的 响应速度，是 PLC 对系统控制是否及时的前提。 控制不及时，就不可能准确与可靠，特别是对一些需作快速响应的系统。 这就是把工作速度作为 PLC第一指标的原因。 控制规模 控制规模代表 PLC 控制能力，看其能对多少输入、输出点及对多少路模拟进行控制。 控制规模与速度有关。 因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必延长 PLC 循环的时间，也必然会延长 PLC 对输入信号的响应。 为了避免这个情况， PLC的工作速度就要快。 所以，大型 PLC 的工作速度总是比小的要快。 控制规模还与内存区的大小有关。 规模 大，用户程序长，要求有更大的用户存储区。 同时点数多，系统的存储器输入、输出的信号区（输入输出继电器区或称输入、输出映射区）也大。 这个区大，相应地内部器件（解释见后）也要增多，这些都要求有更大的系统存储区。 控制规模还与输入、输出电路数有关。 如控制规模为 1024 点，那就得有 1024 条 I/O电路。 这些电路集成于 I/O 模块中，而每个模块有多少路的 I/O 点总是有数的。 所以，规模大，所使用的模块也多。 控制规模还与 PLC 指令系统有关。 规模大的 PLC 指令条数多，指令的功能也强，才能应付对点数多的系统进行控制的需要。 控制规模是对 PLC 其它性能指标起着制约作用的指标；也是 PLC 划分为微、小、中、大和特大型 组成模块 PLC 的结构虽有箱体及模块式之分，但从质上看，箱体也是模块，只是它集成了更多的功能。 在此，不妨把 PLC 的模块组成当作所有 PLC 的结构性能。 这个性能含义是指某型号 PLC 具有多少种模块，各种模块都有什么规格，并各具什么特点。 第 8 页 共 40 页 一般讲，规模大的 PLC，档次高的 PLC 模块的种类也多，规格也多，反映它的特点的性能指标也高。 但模块的功能则单一些。 相反，小型 PLC、档次低的 PLC模块种类也少，规格 也少，指标也低。 但功能则多样些，以至于集成为箱体。 组成 PLC的模块是 PLC 的硬件基础，只有弄清所选用的 PLC 都具有那些模块及其特点，才能正确选用模块，去组成一台完整的 PLC，以满足控制系统对 PLC 的要求。 常见的 PLC 模块有： CPU 模块，它是 PLC 的硬件核心。 PLC的主要性能，如速度、规模都由它的性能来体现。 电源模块，它为 PLC 运行提供内部工作电源，而且，有的还可为输入信号提供电源。 I/O 模块，它集成了 I/O 电路，并依点数及电路类型划分为不同规格的模块。 内存模块，它主要存储用户程序，有的 还为系统提供辅加的工作内存。 在结构上内存模块都是附加于 CPU模块之中。 底板、机架模块，它为 PLC 各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。 若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口。 不同厂家或同一厂家但不同类型的 PLC 都不大相同。 箱体式的 PLC还有 I/O 扩展箱体，它不含 CPU，仅有电源及 I/O 单元的功能。 扩展箱体也依 I/O点数的多少划分有不同的规格。 除上述模块， PLC 还有特殊的或称智能或称功能模块。 如 A/D（模入）模块、 D/A（模出）模块、高速计数模块、位控模块、温度模块等等。 这些模块 有自己的 CPU，可对信号作预处理或后处理，以简化 PLC 的 CPU 对复杂的程控制量的控制。 智能模块的种类、特性也大不相同，性能好的 PLC，这些模块种类多，性能也好。 通讯模块，它接人 PLC 后，可使 PLC 与计算机，或 PLC 与 PLC 进行通讯，有的还可实现与其它控制部件，如变频器、温控器通讯，或组成局部网络。 通讯模块代表 PLC的组网能力，代表着当今 PLC 性能的重要方面。 掌握 PLC性能，一定要了解它的模块，并通过了解模块的性能，去弄清楚 PLC 的性能。 除了模块， PLC 还有外部设备。 第 9 页 共 40 页 尽管用 PLC 实现对系统的控 制可不用外部设备，配置好合适的模块就行了。 然而，要对 PLC 编程，要监控 PLC 及其所控制的系统的工作状况，以及存储用户程序、打印数据等，就得使用 PLC 的外部设备。 故一种 PLC 的性能如何，与这种 PLC 所具外部设备丰富与否，外部设备好用与否直接相关。 PLC 的外部设备有四大类： 编程设备：简单的为简易编程器，多只接受助记将编程，个别的也可用图形编程（如日本东芝公司的 EX 型可编程控制器）。 复杂一点的有图形编程器，可用梯形图语编程。 有的还有专用的计算机，可用其它高级语编程。 编程器除了用于编程，还可对系统作一些设定 ，以确定 PLC 控制方式，或工作方式。 编程器还可监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，以进行 PLC 用户程序的调试。 监控设备：小的有数据监视器，可监视数据；大的还可能有图形监视器，可通过画面监视数据。 除了不能改变 PLC 的用户程序，编程器能做的它都能做，是使用 PLC 很好的界面。 性能好的 PLC，这种外部设备已越来越丰富。 存储设备：它用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失。 这些设备，如存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器。 而为实现这些存储，相应的就有存卡器、磁带机、软驱或 ROM 写入器，以及相应的接口部 件。 各种 PLC 大体都有这方面的配套设施。 输入输出设备：它用以接收信号或输出信号，便于与 PLC 进行人机对话。 输入的有条码读入器，输入模拟量的电位器等。 输出的有打印机、编程器、监控器虽也可对 PLC输入信息，从 PLC 输出信息，但输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现，并便于使用。 随着技术进步，这种设备将更加丰富。 外部设备已发展成为 PLC 系统的不可分割的一个部分。 它的情况，当然是选用 PLC必须了解的重要方面，所以也应把它列为 PLC 性能的重要内容。 内存容量 PLC 内存有用户及系统 两大部分。 用户内存主要用以存储用户程序，个别的还将其中的一部分划为系统所用。 系统内存是与 CPU 配置在一起的。 CPU 既要具备访问这些内存的能力，还应提供相应的存储介质。 用户内存大小与可存储的用户程序量有关。 内存大，可存储的程序量大，也就可进行更为复杂的控制。 从发展趋势看，内存容量总是在不断增大着。 大型 PLC 的内存容量 第 10 页 共 40 页 可达几十 k，以至于一百多 k。 系统内存对于用户，主要体现在 PLC 能提供多少内部器件。 不同的内部器件占据系统内存的不同区域。 在物理上并无这些器件，仅仅为 RAM。 但通过运行程序进行使用时，给使用者提 供的却实实在在有这些器件。 内存器件种类越多，数量越多，越便于 PLC 进行种种逻辑量及模拟控制。