基于plc技术的交通灯设计

基于plc技术的交通灯设计内容摘要：

2）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。 I/O 映象区，由于 P LC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入 各输 入状 态和 数据 在输 出刷 新阶 段才将 输出 的状 态和 数 据送至 相 应的 外设 ， 因此 它 需要 一 定数 量 的存 储单 元 (RA M) 以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作 I/O 映象区，一个开关量 I/O 占用存储单元中的一个位 (bit)，一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字 (16 个 bit) ， 因此整个 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。 系统软设备存储区 除了 I/O 映象区区以外，系统 RA M 存储区还包括 P LC 内部 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 7 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 )的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 P LC 断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当 P LC 断电时数据被清零。 1) 逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统 R AM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的 P LC 还提供数量 不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。 2) 数据寄存器与模拟量 I/O 一样，每个数据寄存器占用系统 RA M 存储区中的一个字 (16bits) ，另外 P LC 还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。 3) 计时器 4) 计数器 （ 3）用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的 PLC 其存储容量各不相同。 （三）电源 PLC 的电源在整 个系统中 起着十分 重要得作 用。 如果 没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此 P LC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在 +10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将 P LC 直接连接到交流电网上去。 （四） I/O 模块 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O 模块集成了 P LC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 输入模块将电信号变换成数字信号进入 P LC 系统，输出模块相反。 I/O 分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块。 常用的 I/O 分类如下： （ 1）开关量：按电压水平分，有 220 VAC、 110 VAC、 24 VDC，按隔离方 式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 （ 2）模拟量：按信号类型分，有电流型（ 420 mA,020 mA）、电压型（ 010 V,05 V,1010 V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 （ 3）除了上述通用 I/ O 外，还有特殊 I/ O 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 8 （ 4）按 I/O 点数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少，但其最大数受 CP U 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 （五） PLC 系统的其它设备 编程设备：编程器是 P LC 开发应用、监测运行、检查维护不可 缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 P LC 及 P LC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。 小编程器 P LC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 （六） PLC 的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。 因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有 人提出 网络就是控制器 的观点说法。 PLC 具有通信联网的功能，它使 P LC 与 P LC 之间、 P LC 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 P LC 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， P LC 之间的通讯网络是各厂家专用的， P LC 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 P LC 之间、 P LC 与计算机之间可以方便地进 行通讯与联网。 （七）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 P LC 及 P LC 所控制的系统的工作状况。 编程器是 P LC 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。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 9 （ 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 EP RO M 、EEPROM 写入器等。 （ 4）入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。 了解了 P LC 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 P LC 所提供的最佳。 PLC 的特点 PLC 是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点： 1. 可靠性高，抗干扰能力强 ； 为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各 PC 的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使 PC 除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息， 停止运行等待修复外，还使 PC 具有了很强的抗干扰能力。 2. 通用性强，控制程序可变，使用方便 ； PLC 品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。 用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变 P LC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。 因此， P LC 除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。 3. 功能强，适应面广 ； 现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、 记录显示等功能。 既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。 4. 编程简单，容易掌握 ； 目前，大多数 P LC 仍采用继电控制形式的 “梯形图编程方式 ”。 既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。 P LC 在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 10 （ PLC 内部增加了解释程序）。 与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。 5. 减少了 控制系统的设计及施工的工作量 ； 由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。 同时， P LC 的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。 并且，由于 PLC 的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。 6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便 ； PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。 并且由于 P LC 的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的功能 PLC 功能有下面几点： 1. 顺序控制：这是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配生产线，包装生产线，电镀流水线及电梯控制等。 程控：在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液体、速度、电流和电压等，称为模拟量。 可编程控制器有A/D 和 D/A 转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟控制用于程控。 2. 数据处理：一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便地对生产过程中的资料进行处理。 用 PLC 可以构成监控系统，进行数据采集和处理、控制生产过程。 较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机，实现对各种机械的位置控制。 3. 通信联网：某些控制系统需要多台 PLC 连接起来使用或者由一台计算机与多台 PL C 组成分布式控制系统。 可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 11 4. 显示打印：可编程控制器还可以连接显示终端和打印等外围设备，从而实现显示和打印的功能。 PLC 的工作原理 PLC(Power Line Co mmunicatio n) 即电力线 通信是 指利 用电力线传输数据和话 音信号的一种通信方式。 迄今， P LC 技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用。 在高压输电网（ 35 kV 以上）、中压输电网（ 10 kV35kV）以及低压 (10kV 以下 ) 的各个领域，数据传输的通讯数率不断提高。 现阶 段 ，在 低压 配 电网 上 传输 数 率已 由 1 Mbps 发展 到 2Mbps 、14Mbps、 24 Mbps、 45 Mbps 甚至达到 100 Mbps 和 200Mbps 的高速率，传输距离可达 300 米。 在中压配电网传输技术方面，高于 10 Mbps数据信号的设想和方案也日益引起人们的重视并开发成功。 P LC 的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信。 本章小结 通过本章对 P LC 的原理、特点、功能、发展做简单的介绍，加深了对 P LC 的了解，为接下来对 P LC 的应用，提供了理论基础。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 12 第 3 章 硬件系统设计 硬件电路的设计是为了保证 P LC 能在现场中运行，硬件设计不仅包括了电路板的设计，还包括了 P LC I/O 点的分配。 这也是至关重要的，程序通过 I/O 点的输入输出，来完成逻辑量控制的显示。 交通灯显示的设计 由于十字路口交通灯的是有两条直行 道组成的，所以东西方向和南北方向的交通灯可以如图 31 进行连接： 图 31 交通灯连接图 倒计时显示的设计 十字路口信号灯的倒计时，如果完全使用 P LC 的一个输出点控制一排 LED 灯的显示方法的话，那么一个七段数码管至少需要 7L1 L2 L3 L4 L5 L6 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 13 个输出点。 实验室的 OMRON P LC 的输出点只有 16 个，远远不够实现倒计时的方式，并且出于节约 P LC 输出点的方式，加入 C D4511译码，取消 P LC 的直接译码，这样不仅大大的节约 了输出点，而且也能完全实现倒计时功能。 由于 4 个数码管的线皆由一个 I/O 口控制，因此，在每一瞬间，4 位 LE D 会显示相同的字符。 要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方式轮流点亮各位 LE D，即在每一瞬间只使某一位显示字符。 使每位分时显示该位应显示字符，根据人眼视觉特性，当 LE D所加信号频率大于 50 Hz 时 ,人眼不能感觉其变化，所以 每位显示的间 隔不 能 超 过 20 ms ，也 就 是 说 要在 20 ms 之 内 分 时的 点 亮 所 有LE D， LE D 越多所分的时间越短，亮度就会不足；如果增加点亮时间，又会使扫描频率下降，有闪烁感容易造成人眼的彼劳，故常采用动态扫描方式。 七段共阴极数码管的引脚图 通过对七段共阴极数码管引脚与 CD4511 的连接。 如图 32 图 32 七段共阴极数码管引脚图 CD4511 的使用说明 CD4511 是一个用于驱动共阴极 LE D （数码管）显示器的 BCD 码 — 七段码译码器，特点：具有 B CD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CM。