基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试课件.ppt

专业方向选修模块子模块二,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,某十字路口南北和东西方向均设有红、黄、绿三色信号灯如下图所示。交通灯按一定的顺序交替变化，以下是交通灯变化时序图。,一、任务描述,十字路口交通灯示意图,十字路口交通灯时序图,二、项目目标,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,,三、项目资讯,1.基本知识及梯形图设计1）PLC产生、结构和特点产生1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上。当时叫可编程逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。结构,可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成.,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,2）PLC工作原理PLC是采用周期循环扫描的工作方式，CPU连续执行用户程序和任务的循环序列称为扫描。CPU对用户程序的执行过程是CPU的循环扫描，并用周期性地集中采样、集中输出的方式来完成的。a执行CPU自诊断测试阶段b处理通信请求阶段c输入处理阶段d程序执行阶段e输出处理阶段,,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,3）数据存储类型A数据的长度其最基本的存储单位是位bit，8位二进制数组成1个字节ByteB数据类型及数据范围,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,C常数S7-200的许多指令中常会使用常数。常数的数据长度可以是字节、字和双字。CPU以二进制的形式存储常数，书写常数可以用二进制、十进制、十六进制、ASCII码或实数等多种形式。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,4）编址方式,,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,5）元件功能及地址分配（1）输入映像寄存器（输入继电器）I输入继电器是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。输入继电器可采用位，字节，字或双字来存取。输入继电器位存取的地址编号范围为I0.0～I15.7。（2）输出映像寄存器（输出继电器）Q“输出继电器”是用来将输出信号传送到负载的接口，每一个“输出继电器”线圈都与相应的PLC输出相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用。除此之外，还有一对常开触点与相应PLC输出端相连（如输出继电器Q0.0有一对常开触点与PLC输出端子0.0相连）用于驱动负载。输出继电器位存取的地址编号范围为Q0.0～Q15.7。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,（3）变量存储器V变量存储器主要用于存储变量。可以存放数据运算的中间运算结果或设置参数。CPU224/226为V0.0～V5119.7共5KB存储容量。（4）内部标志位存储器（中间继电器）M内部标志位存储器，用来保存控制继电器的中间操作状态，其作用相当于继电器控制中的中间继电器。内部标志位存储器可采用位、字节、字或双字来存取。内部标志位存储器位存取的地址编号范围为M0.0～M31.7共32个字节。（5）特殊标志位存储器SMPLC中还有若干特殊标志位存储器,特殊标志位存储器位提供大量的状态和控制功能，用来在CPU和用户程序之间交换信息，特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取，CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0～SM179.7共180个字节。其中SM0.0～SM29.7的30个字节为只读型区域。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,SM0.0运行监视。当PLC处于运行（RUN）状态时SM0.0始终为“1”状态。当PLC运行时可以利用其触点驱动输出继电器，在外部显示程序是否处于运行状态。SM0.1初始化脉冲。每当PLC的程序开始运行时，SM0.1线圈接通一个扫描周期，因此SM0.1的触点常用于启动控制程序中只执行一次的初使化程序。SM0.3开机进入RUN时，接通一个扫描周期，可用在启动操作之前，给设备提前预热。SM0.4输出占空比为50的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，产生周期为1min的时钟脉冲，若将时钟脉冲信号送入计数器作为计数信号，可起到定时器的作用。SM0.5占空比为50的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，产生周期为1s的时钟脉冲。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,（6）局部变量存储器L局部变量存储器L用来存放局部变量，局部变量存储器L和变量存储器V十分相似，主要区别在于全局变量是全局有效，即同一个变量可以被任何程序（主程序、子程序和中断程序）访问。而局部变量只是局部有效，即变量只和特定的程序相关联。局部存储器可以按位、字节、字、双字直接寻址，其位存取的地址编号范围为L0.0～L63.7。L可以作为地址指针。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,（7）定时器TPLC所提供的定时器作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。定时器的定时精度分别为1ms、10ms和100ms三种，CPU222、CPU224及CPU226的定时器地址编号范围为T0～T225，它们分辨率、定时范围并不相同，应根据所用CPU型号及时基，正确选用定时器的编号。（8）计数器C计数器用于累计计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数。计数器的地址编号范围为C0～C255。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,（9）高速计数器HC一般计数器的计数频率受扫描周期的影响，不能太高。而高速计数器可用来累计比CPU的扫描速度更快的事件。CPU221/222各有4个高速计数器，CPU224/226各有6个高速计数器，编号为HC0～HC5。（10）累加器AC累加器是用来暂存数据的寄存器（11）顺序控制继电器S（状态元件）顺序控制继电器是使用步进顺序控制指令编程时的重要状态元件，通常与步进指令一起使用以实现顺序功能流程图的编程。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0～S31.7。（12）模拟量输入/输出映像寄存器（AI/AQ）,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,4）S7-200系列PLC基本指令逻辑类指令（1）触点指令,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,（2）线圈指令,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,（3）RS触发器和SR触发器指令,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,（4）逻辑堆栈指令,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,5）编程软件及仿真软件使用,,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,4.电动机起停的继电控制及PLC控制分析,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,二、状态转移图（SFC）状态转移图也称功能图。一个控制过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为状态。状态与状态之间由转换分隔。相邻的状态具有不同的动作。当相邻两状态之间的转换条件得到满足时，就实现转换，即上面状态的动作结束而下一状态的动作开始，可用状态转移图描述控制系统的控制过程，状态转移图具有直观、简单的特点，是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,,1.状态转移图的组成顺序控制一个控制过程可以分为若干阶段，这些阶段称为状态。可将一动作要求作为一个状态状态器。2.状态转移图（功能图）编号S0.0-S31.7SM0.0运行监控SM0.1初始化脉冲3.状态转移图用状态来描述的工艺流程图，即描述控制系统的控制过程、功能特性的图形。其直观.,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,状态转移图,当I0.0接通，状态器S0.1受激励（置位），驱动执行Q0.0输出，当转移条件I0.1接通，工作状态从S0.1转移到S0.2，同时S0.1自动复位，Q0.1输出，Q0.0断开（一步一个状态）状态与状态之间由转换分隔，相邻的状态具有不同的动作，当相邻两状态之间的转换条件得到满足时，就实现转换。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,状态图组成一个完整的状态应由三部分组成1.驱动处理在状态下的一些元器件应完成的动作Q0.0Q0.12.转移条件规定动作完成后的转移信号，可以是单触点。I0.1、I0.23.转移目标状态，S元件，用框图表示状态器之间用有向线段连接.S0.1、S0.2.,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试,步进指令1）LSCR段开始指令标志一个SCR段（一个步）开始，为1时，允许该段工作2）SCRT段转移指令3）SCRE段结束指令每个SCR段必须使用段结束指令表示该段结束说明1段开始指令以功能框的形式表示编程，指令为SCR2段转移和段结束以线圈形式编程顺序开始输出转移结束,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,接线图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,状态转移图、步进梯形图和步进指令转换,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,说明1SCR指令的操作数或编程元件只能是状态继电器Sx．y反之，状态继电器S的指令并不仅限于SCR，它还可以应用LD，LDN，A，AN，O，ON，S，R等.21个状态继电器Sx．y作为SCR段标志位，可以用于主程序、子程序或中断程序中，指使用1次，不能重复使用。3在一个SCR段中，禁止使用循环指令FOR／NEXT、跳转指令JMP／LBL和条件结束指令END4Sx．y状态转移后，上一状态具有自动复位功能。5状态元件不能重复使用，但状态转移的顺序不一定要按寄存器的编号顺序，可任选。6不允许双线圈输出,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,步进梯形图,状态转移图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,多分支状态转移图的处理1、可选择分支与汇合分支条件I0.1和I0.4不能同时接通。在状态器S0.1时，根据I0.1和I0.4状态决定执行那一条分支（某一瞬间只能有一条支路接通）。状态器S0.6由S0.3或S0.5置位，同时前一状态器S0.3或S0.5自动复位。（1）状态图用于多个可能的分支流程中选择一个（2）步进梯形图与一般状态器编程一样，先进行驱动处理，然后设置转移条件，编程时由左右逐个编程。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,步进梯形图,步进梯形图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,2.并行的分支与汇合（1）状态表用于各分支流程需要同时执行的场合，与选择性分支、汇合程序不同的是，它容许同时执行多个支路，并且要等所有支路都同时执行完毕后才能转到下一个状态。当转换条件I0.1接通，S0.1分两路同时进入S0.2和S0.4，以后系统的两个分支并行工作。（2）步进梯形图梯形图构成原则同上类似，不同的是在各分支、汇合时，要将各分支的状态触点串联起来使用。（3）语句表,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,状态转移图,步进梯形图,项目2基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,案例1送料小车的PLC控制工作过程下图为某送料小车工作示意图,工作过程启动前进B延时10s后退A前进,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,I/O分配,状态转移图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,案例2编制3盏灯依次发亮的PLC程序X0合HL1亮延时20sHL2亮延时10sHL3亮延时5sHL1亮,I/O分配,状态转移图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,1.控制要求（1）初始状态。红灯HL1灭，绿灯HL2亮（表示允许汽车进入车位装料）进料阀、出料阀、电动机M1、M2、M3皆为OFF。（2）进料控制。料斗中的料不满时，检测开关S为OFF，5s后进料阀打开，开始进料；当料满时，检测开关S为ON，关闭进料阀，停止进料。,案例3自动送料装车PLC控制系统,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,（3）装车控制。①当汽车到达装车位置时，SQ1为ON，红灯HL1亮、绿灯HL2灭。同时，启动传送带电动机M3，2s后启动M2，2s后再启动M1，再过2s后打开料斗出料阀，开始装料。②当汽车装满料时，SQ2为ON，先关闭出料阀，2s后M1停转，又过2s后M2停转，再过2s后M3停转，红灯HL1灭，绿灯HL2亮。装车完毕，汽车可以开走。（4）启停控制。按下启动按钮SB1，系统启动；按下停止按钮SB2，系统停止运行。（5）保护措施。系统具有必要的电气保护环节。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,2．系统I/O分配,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,3．根据I/O分配画出PLC接线图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,3．梯形图程序,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,案例4顺序控制功能图在液体混合中的应用,液体混合装置示意图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,1.控制要求,按下启动按钮（I0.3）后，打开阀A，液体A流入容器，中限位开关变为ON时，关闭阀A，打开阀B，液体B流入容器。当液面到达上限位开关时，关闭阀B，电动机M开始运行，搅动液体，6s后停止搅动，打开阀C，放出混合液，当液面降至下限位开关之后再过2s，容器放空，关闭阀C，打开阀A，又开始下一周期的操作。按下停止按钮（I0.4），在当前工作周期的操作结束后才停止操作（停在初始状态）。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,2.顺序功能图和梯形图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,案例5顺序功能图在大小球分类选择传送装置中应用,大小球分类传送装置示意图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,1.控制要求左上为原点，机械臂的动作顺序为下降、吸住、上升、右行、下降、释放、上升、左行。机械臂下降时，当电磁铁压着大球时，下限位开关LS2（I0.2）断开；压着小球时，LS2接通，以此可判断吸住的是大球还是小球。左、右移分别由Q0.4、Q0.3控制；上升、下降分别由Q0.2、Q0.0控制，吸球电磁铁由Q0.1控制。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,2.顺序功能图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（项目资讯）,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（方案设计）,十字路口交通灯I/O分配表,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（方案设计）,十字路口交通灯PLC接线图,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（方案设计）,3．程序设计根据系统的动作要求及I/O分配用并行序列顺序控制功能图编写的程序,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（程序输入与调试）,4．程序输入与下载将顺序控制工程图转换为梯形图利用编程软件输入与下载,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（程序输入与调试）,5．程序调试程序下载完毕后，根据系统控制要求，合上开关QS，观察PLC输出继电器指示灯是否按要求变化，如有误，则检查修改程序。断开开关QS后，系统完成当前周期后所有输出停止。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（系统调试）,6．系统调试程序调试正确后，按PLC接线图将输出继电器接上负载，运行PLC,根据系统要求，合上QS后，观察负载是否按要求工作，出现故障时，检查系统接线与元件。,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（考核评价）,1.过程考核,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（考核评价）,1.过程考核（续前表）,基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计与调试（考核评价）,2.作品质量考核,,,,,谢谢观赏,谢谢观赏,