1、因此在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。 可编程序控制器是一种存储器控制器，支持控制系统工作的程序存放在存储器中利用程序来实现逻辑控制，完成控制任务。在可编程控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，首先要针对具体的被控对象，分析它对控制系统的要求，然后编制出相应的控制程序，利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。系统运行时，可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句，对它们的内容加以解释并执行。根据输入设备的状态和其他条件，可编程控制器将其程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。可编程控制器是利用软件来实现控制逻辑的，能
2、够适应不同的控制任务的需要，通用、灵活、可靠性高。它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它的内部存储器可以执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入或输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技（Computer Control Communication）相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大 . 可编程控制器（Programmable Logical Contro
3、ller）简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司（DEC ）为美国通用公司（GM）研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子（SIEMENS）公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司
4、也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍:1982年美国PLC用户中，有48%来自自动程序操作部门（如汽车、拖拉机
5、工业、机械工业等）、13%来自石油化工业、9%来自食品饮料业、7%来自冶金工业、其余部分来自造纸、采矿、污水处理等部门“。近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已经越来越快地采用PLC控制系统取代传统的继电接触控制系统。国产化的小型PLC性能也基本达到国外同类产品的技术指标。因此，作为一名电气工程技术人员，必须掌握PLC及其控制系统的基本原理与应用技术，以适应当前电气控制技术的发展需求。本次课程设计内容为双车道交通灯的自动控制，要求为按下启动按钮，按照下列要求实现控制：东西方向红灯亮，同时，南北方向绿灯亮7秒，随后南北方向
6、绿灯闪烁3秒，之后南北方向黄灯亮2秒；紧接着南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮7秒，随后东西方向绿灯闪烁3秒，之后东西方向黄灯亮2秒，实现一个循环。如此循环，实现交通灯的控制。按下停止按钮，交通灯立即停止工作。系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理本系统由西门子公司生产的S7-200PLC、人机交互和串口通信和电源组成。其所需完成的功能是将键盘采集到的信息通过I/O端口输送到PLC内部进行数据处理，以实现对交通灯的控制。图2.1 系统组成图PLC的外部设备中，最重要的就是编程器，它用来对用户程序进行写入，检查，修改和调试，也可以在线监视 PLC的运行，它经过编程器接口与CPU联系，完成人-
7、机对话。目前，有很多PLC都可以利用 微型计算机作为编程工具，这时应配上相应的编程软件及接口，由于微机的强大功能，使PLC的编程和调试更为方便。 另外，PLC的外部设备中还包括打印机：在用户程序编制阶段用来打印带注解的梯形图或指令语句表程序，以利于维修和系统的改造 ；外存储器：存储部分程序或改变生产工艺流程时需要调用的程序，它所存的程序也可重新装入内存，有利于PLC的内存程序的恢复；EPROM写入器：用语将用户程序写入到EPROM中去，它提供了一个非易失性的用户程序保存方法。 PLC是一种微机控制系统，工作原理也与微机相同，但它在应用时一般将其等效成输入，输出和内部控制电路三部分。输入部分用于
8、接受被控设备的信息或操作命令等外部信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关，按钮，传感器转换信号等连接的端口，每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个由接到输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供，也可由独立的交流电源供给，每个输入继电器可以有无数多个内部触电（动合，动断的形式均可），供用户设计PLC的内部控制电路时使用。 内部控制电路是是用户根据控制要求编制的程序，作用是运算和处理由输入部分得到的信息并判断应产生哪些输出。PLC的程序一般用梯形图表示，而梯形图是以继电器控制的电气原理图演变而来的，PLC中的动合、动断触点、线圈等概念与
9、继电器控制电路相同，在PLC内部还有定时器、技术器、移位器、内部辅助继电器等。继电器控制系统中没有器件，他们的线圈自动合，动断触点只能在PLC内部控制电路中使用，如要与外部电路相连，则必须通过输出部分。 输出部分作用是驱动外部负载，在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器（有继电器形、双向硅形，晶体管形等三种形式），它也有无限多个软件实现的动合，动断触点，可在PLC内部控制电路中使用，但对应每个输出只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载，外部复杂的驱动电源接在输出公共端（COM）上。 总之，在使用PLC时，可以把输入端为一个继电器线圈，其相应的继电器结点可以在内
10、部控制电路中使用，而输出端又可以等效为内部输出继电器的一个动合触点，驱动外部设备。 PLC一般采用循环扫描方式工作，在PLC加电后，先进行初始化处理、开始运行之后，串行的执行器存储器中的程序。PLC的内部工作过程用图表示为如本章末之图： 用PLC 设计一个控制系统时，必须知道有一个输入信号后PLC要经过多长时间才能有一个对应的输出信号，这样才能精确的解决系统各个不见之间配合问题。从PLC受到一个输入信号到PLC向输出端输出一个控制信号所需的PLC I/O响应时间，一般在设计系统时都要对此进行一定的考虑。 顺序控制是PLC最基本、应用最广泛的领域。由于它具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低
11、、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统。如：有色冶金行业的冶炼厂和选矿厂的物料输送及配料、井下采矿皮带输送系统、选矿厂球磨机及各润滑站系统、电收尘输灰系统、冶炼厂转炉本体联锁和加料系统等，其它行业如汽车生产线、印刷机械、加工机床、包装机以及日常生活的电梯控制等。2.2 系统变量定义及分配表SB1 I0.0 起动按钮SB2 I0.1 停止按钮 HL1（HL7） Q0.0 东西红灯 HL2（HL8） Q0.1 东西黄灯 HL3（HL9） Q0.2 东西绿灯 HL4（HL10） Q0.4 南北红灯 HL5（HL11） Q0.5 南北黄灯
12、 HL6（HL12） Q0.6 南北绿灯2.3 系统接线图设计2.4系统梯形图设计2.5系统可靠性设计PLC是专门为工业生产环境而设计的控制设备。当工作环境较为恶劣，如电磁干扰较强、湿度高、电源、输入和输出电路等易受到干扰时，会使控制系统的可靠性受到影响 除了为特殊工作环境而设计的PLC外，一般PLC工作的环境温度应在055的范围，并要避免太阳光直接照射；安装时要远离大的热源，保证足够大的散热空间和通风条件；空气的相对湿度应小于85%，不结露，以保证PLC的绝缘良好。PLC应避免安装在有振动的场所；对振动源允许的条件则应按照产品说明书的要求，安装减振橡胶垫或采取其他防振措施。空气中有粉尘和有害
13、气体时，应将PLC封闭安装。不同的PLC产品，对电源的要求也不同，对电磁干扰较强、而对PLC可靠性要求又较高的场合，PLC的供电应与动力供电和控制电路供电分开；必要时，可采用带屏蔽的隔离变压器供电、串联LC滤波电路等。在设计时，外接的直流电源应采用稳压电源，供电功率应留有20%30%的余量。对由控制器本身提供的直流电源，应了解它所能提供的最大电流，防止过电流造成设备损坏。PLC的良好接地是正常运行的前提。在设计时，PLC的接地应与动力设备的接地分开，采用专用接地；如不能分开接地时，应采用共用接地；绝对禁止采用共通接地方法。接地点应尽可能靠近PLC，接地线的线径应大于4mm2，接地电阻一般应小于
14、10。PLC的接线包括输入接线和输出接线。输入接线的长度不宜过长，一般不大于30m；在线路距离较长时，可采用中间继电器进行信号的转换。输入接线的COM端与输出接线的COM端不能接在一起。输入接线与输出接线的电缆应分开设置。必要时，可在现场分别设置接线箱。集成电路或晶体管设备的输入信号和输出信号的接线必须采用屏蔽电缆；屏蔽层的接地端应为一点接地，接地点宜在控制器侧。对可靠性要求较高的应用场合，冗余设计和降级操作是必要的。冗余设计可采用热后备或冷后备方式。热后备方式操作时，冗余的后备系统也同时运行，两者输出的结果一致时，表示系统是正常运行的；一旦结果不一致，则发出警报信号，同时，根据自诊断的结果，
15、切换到正常的系统去。冷后备方式操作时，冷后备系统不运行，它在自诊断检测出运行系统故障后才切入后备系统。对PLC来说，冗余系统的范围主要是CPU、存储单元、电源系统和通信系统，只有在可靠性要求很高时，才会包括输入输出单元的冗余等。降级操作是指在设计时，将手动操作包括在内的设计。例如，紧急停车的设计，关键设备的开停和再启动功能的设计等。这样，一旦发生故障，可采用降级的操作，即对部分或全部设备进行手动的开停操作，以避免设备的损坏或对人员的伤害。此外，在设计中也可考虑从全自动到半自动、直至手动的操作等。由于PLC是通过输入电路接受开关量、模拟量等输入信号，因此输入电路的元器件质量的好坏和连接方式直接影
16、响着控制系统的可靠性。比如：按钮、行程开关等输入开关量的触点接触是否良好、接线是否牢固等。设备上的机械限位开关是比较容易产生故障的元件。在设计时，应尽量选用可靠性高的接近开关代替机械限位开关。此外，按钮的常开和常闭触点的选择也会影响到系统的可靠性。在输入端有感性负荷时，为了防止反冲感应电势损坏模块，在负荷两端并接电容C和电阻R（交流输入信号），或并接续流二极管D（直流输入信号）。通过实验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般选0.1F+120；负荷容量在10VA以上时，一般选0.47F+47较适宜。直流输入方式时，经试验得二极管的额定电流应选为1A，额定电压要大于电源电压的3倍在输出端有感
17、性负载时，通过试验得出：若是交流负载场合，应在负载的两端并接CR浪涌吸收器；如交流是100V、200V电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47F+47。CR愈靠近负载，其抗干扰效果愈好；若是直流负载场合，则在负载的两端并接续流二极管D。二极管也要靠近负载。二极管的反向耐压应是负载电压的4倍。从PLC的软件程序来考虑提高控制系统的可靠性为了提高PLC控制系统工作的可靠性，可以专门设置一个定时器，作为监控程序部分，对系统的运行状态进行检测。若程序运行能正常结束，则该定时器就立即被清零；若程序运行发生故障，如出现死循环等，该定时器在设定的时间到就无法清零，此时PLC发出报警信号。在设计
18、应用程序时，使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控。如果用PLC来控制某一对象时，编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视：该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的最大时间；当启动该对象运行时，同时也启动该定时器。若该对象的运行程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常；否则，属运行不正常，发出报警信号或停机信号。控制系统设计3.1 控制程序流程图设计3.2 控制程序时序图设计3.3 控制程序设计思路 根据设计的要求，设置两个输入信号，分别负责启动和停止；设置六个输出信号，分别连接东西红灯、东西绿灯、东西黄灯、南北红灯、南北
19、绿灯、南北黄灯。设计中使用了经验设计法的编程思路，运用若干计时器及中间继电器来达到外部期望的输出。3.4 创新设计内容 本设计的要求比较简单，是直接用经验设计法设计出来的，经过反复的创新尝试后，增加了一些辅助触点和中间编程元件，删减了一些多余的程序段，使得程序更加简洁、直观。系统调试及结果分析4.1 系统调试及解决的问题 经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭触点写成了常开触点。虽然找错误是一个十分枯燥无味的工
20、作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到很多有用的东西。4.2 结果分析程序运行以后，输出结果符合所期望的设计要求，即东西方向红灯亮，同时，南北方向绿灯亮7秒，随后南北方向绿灯闪烁3秒，之后南北方向黄灯亮2秒；结束语通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。在此要感谢我的指导老师韩洪涛对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助，。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教
21、等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛。在整个设计中我懂得了许多东西，培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力和思维能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。衷心感谢我的家人，感谢他们这么多年来对我无私的奉献和在背后的默默的支持。如果没有他们的付出，我是无法完成多年的求学历程的。路在脚下，要怎么走，是每个求知者自己决定的。我相信我可以走好人生的每一步，每一步都很精彩。参考文献1 陈建明.电气
22、控制与plc应用.北京：电子工业出版社，2003.2 夏天伟.电器学. 北京：机械工业出版社.附录源程序：Network 1 LD I0.0O M0.0O T42AN I0.1AN T37= Q0.0= M0.0TON T37, 120Network 2 O M0.1O T41AN T40= Q0.6= M0.1Network 3 LD M0.0TON T38, 70TON T39, 100Network 4 LD T38EUO M0.2AN T39= M0.2TON T40, 5Network 5 LD T40O M0.3AN T41= M0.3TON T41, 5Network 6 LD T39= Q0.5Network 7 LD T37O M0.4AN T42= Q0.4= M0.4TON T42, 120Network 8 O M0.5O T46AN T45= Q0.2= M0.5Network 9 LD M0.4TON T43, 70TON T44, 100Network 10 LD T43O M0.6AN T44= M0.6TON T45, 5Network 11 LD T45O M0.7AN T46= M0.7TON T46, 5Network 12 LD T44= Q0.1
