毕业设计（论文）基于三菱plc蚂蝗桥交通灯控制系统设计

毕业设计毕业设计题目：题目：基于三菱基于三菱 plcplc 蚂蝗桥交通灯控制系统设计蚂蝗桥交通灯控制系统设计 院院 ( (系系) )： 专专 业：业： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 年 月 日毕业设计（论文）任务书学生姓名学号专 业院（系）毕业设计（论文）题目基于三菱 plc 蚂蝗桥交通灯控制系统设计任务与要求任务:对此交通灯系统进行合理的功能分析后，确定系统的模块，进行合理的设计，用三菱的 PLC 进行编写。要求:本次设计运用三菱 PLC 进行编程，并在实验室进行仿真，分析结果，交通灯系统在各个模块包括计时，转换正常运行。完成时间段年 月 日 至 年 月 日 共 10 周指导教师单位职称院（系）审核意见毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字201011.82010.1115选题2010.11.15-2010.1122下达任务书201011.222010.12.14毕业设计初稿2010.12.14201012.28毕业设计二稿2010.12.282011.1.15准备答辩20113.52011.3.6进行答辩教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一毕业设计(论文)中期检查记录表毕业设计(论文)题目:基于三菱 plc 蚂蝗桥交通灯控制系统设计学生姓名: 学号：专业：学生填写指导教师姓名:职称:讲师毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师填写检查教师签字: 年 月 日院（系）意见(加盖公章): 年 月 日摘 要交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的自动控制管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器（PLC）实现交通灯控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。针对选题的路口交通信号灯控制系统设计，本文采用顺序控制设计法中并行序列的顺序功能图设计方法，将各个方向的路灯并行控制，再以转换为中心的方法将顺序功能图转换为梯形图，最后利用编程器将指令输入 PLC 中进行调试，最终实现交通灯的自动控制。关键词：交通灯控制系统 PLC 梯形图 顺序功能图 自动控制AbstractTraffic lights appear, make traffic to effectively control for relieves traffic flow, improve traffic capacity, reduce the number of traffic accidents have obvious effect. In order to realize the traffic management, and strive to traffic management advanced and scientific. PLC controlled traffic control system, and the system hardware and software design method, the experiment proved that the system is simple, economic and can be effectively relieves traffic, improve traffic intersection traffic capacity of. Analyzes modern urban traffic control and management problems, based on the status of the traffic to the actual situation of traffic control system is expounded the working principle, this paper presents a simple and practical urban traffic control system of PLC design scheme. Programmable controller in industrial automation the status is very important, widely used in various industries. With the development of science and technology, programmable controller function is increasingly perfect, plus miniaturization, low price, high reliability, the role in modern industry become more prominent。Topics of the intersection for traffic lights control system design, we use the sequential control design of parallel order of the sequence function chart design method, the street parallel control in all directions, then the method to convert the center into the ladder Sequential Function Chart Finally, the instruction input by the programmer to debug PLC, the ultimate realization of automatic control of traffic lights.KEY WORD ：Traffic light control system PLC Ladder Sequential Function Chart Automatic control目录目录第一章 绪论.1第一节 PLC 的基本概念和结构.1第二章 PLC 的硬件与工作原理.4第一节 PLC 的硬件.4第三章 PLC 程序设计基础.7第一节 PLC 编程语言与编程结构.7第二节 顺序控制梯形图的设计方法.10第四章 三菱公司 FX2N 型 PLC 的使用.11第一节 三菱公司的 PLC 产品及 FX2N.11第二节 F-20P 简易编程器的使用.15第五章 蚂蝗桥交通灯控制系统设计.19第一节 选题及 PLC 控制过程.19第二节 编程控制器 I/0 分配.22第三节 顺序功能图.23第四节 转换为中心的梯形图的设计.24第五节 交通灯控制系统的编程指令.27第六节 程序调试.29结论.30参考文献.321第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 PLC 的基本概和结构的基本概和结构一、PLC 的的基本概念现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller）PLC 正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC 应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC 在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用已得到了迅速的发展。它不仅是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位，PLC 应用程度之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。国际电工委员会（IEC）对 PLC 作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令、并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程，可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。由以上定义可以看出，PLC 是一种用程序里改变控制功能的工业控制计算机，除了各种各样的控制功能外，还有与其它计算机通和信联网的功能。二、PLC 的基本结构PLC 主要由 CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成，如图 1-1 所示。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊的任务。1. CPU 模块 、2CPU 主要由微处理器（CPU 芯片）和存储器组成。在 PLC 控制系统中，CPU 模块相当于认得大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出；存储器用来存储程序和数据。并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源 PLC 内部电路的图 1-1PLC 的组成工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但 PLC 中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对 CPU 内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在 PLC 中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU 模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式 PLC 的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接 I/O 模板或底板， 、3有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU 模块上还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定起始工作方式、内存区等。2.I/O 模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称 I/O 模块，他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚，是联系外部现场设备和 CPU 模块的桥梁。PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，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 CPU 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。I/O 模块集成了 PLC 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。3.编程器编程器是用来生成用户程序，便用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入好编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的 PLC编程，或者用与现场调试和维护。4.电源PLC 使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源。内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。小型的 PLC 可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供 DC24V 电源，驱动 PLC 负载的直流电源一般由用户提供。5.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 RS-232 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。 、4第二章第二章 PLC 的硬件与工作原理的硬件与工作原理第一节第一节 PLC 的硬件的硬件一、PLC 的物理结构根据硬件结构的不同，可以将 PLC 分为整体式、模块式和混合式。1.整体式 PLC整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式 PLC，有一块CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。2.模块式 PLC大、中型 PLC 一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。用户可以选用不同档次的 CPU 模块、品种繁多的 I/O 模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。3.CPU 模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，它使 PLC 具有基本的智能，能完成 PLC 设计者的规定的各种工作。系统程序由 PLC 的生厂家设计并固定化在 ROM（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使 PLC 能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。（1）.随机存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出 RAM 中的内容，也可以将用户程序写入 RAM，因此 RAM 、5又叫读/写存储器。RAM 的工作速度高、价格便宜、改写方便。（2）.只读存储器（ROM）ROM 的内容只能读出，不能写入。（3）.可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）S7-200 用 EEPROM 来存储用户程序和长期保存的重要数据。4.I/O 模块各 I/O 点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC 与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。输入模块：PLC 通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC 控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。输入电路中设有 RC 滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。输出模块：输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为 0.52A,负载电源由外部现场提供。5.PLC 的工作原理可编程控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。继电器在控制系统中有功率放大、电气隔离、逻辑运算的作用。PLC 有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC 通过执行反映控制要求的用户程序不实现控制功能。为了使 PLC 的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至 PLC 停机或切换到 STOP 工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，PLC 还要完成内部处理、通信处理等工作，一共有五个阶段如图 2-1所示。PLC 的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指 、6令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。在内部处理阶段，PLC 检查 CPU 模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成别的一些内部工作。在通信服务阶段，PLC 与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当 PLC 处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。PLC 处于运行（RUN）状态时，还要完成另外三个阶段的操作。在 PLC 的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映象寄存器和输出映象寄存器。PLC 梯形图中别的编程元件也有对应的（a）RUN (b)STOP映象存储区，它们统称为元件映象寄存器。PLC 的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU 从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在程序执行阶段，当执行指令时，从输入映象寄存器或别的元件映象寄存器中将有关编程元件的“0”/“1”状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映象寄存器中。因此，各编程元件的映象寄存器（输入映象寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。读取输入执行用户程序处理通信请求自诊断检查改写输出读取输入处理通信请求自诊断检查改写输出（a)（b)图 2-1 扫描过程 、7第三章第三章 PLCPLC 程序设计基础程序设计基础第一节第一节 PLC 编程语言与编程结构编程语言与编程结构现代的 PLC 一般备有多种编程语言，供用户使用。但不同厂家的 PLC 的编程语言有很大的区别，用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法。因此，IEC（国际电工委员会）1994 年 5 月公布了可编程序控制器标准（IEC1131）。该标准由以下 5 部分组成：通用信息、设备与测试要求、PLC 的编程语言、用户指南和通讯。由其制定的编程语言即满足目前市场的要求，又适应未来技术的发展。同时，IEC11313图 3-1plc 的编程语言详细说明了句法、语义和下述 5 种 PLC 编程语言如图 3-1 所示。顺序功能图梯形图功能块图指令表文本结构标准中有两种图形语言梯形图（LD）和功能块图（FBD），还有两种文字语言指令表（IL）和结构文本（ST），可以认为顺序功能图（SFC）是一种结构块控制程序流程图。1.顺序功能图（SFC）SFC 提供了一种组织程序的图形方法，在 SFC 中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和动作（Action）是 SFC 中的三种主要元件（见图 5）。步是一种逻辑块，即对应于特定的控制任务的编程逻辑；动作是控制任务的独立部分；转换是从一个任 、8务到另一个任务的原因。作为梯形图语言，SFC 提供用户了以上三种基本结构（见图 5）。在顺序结构中，CPU 首先反复执行 1 中的动作，直到转换 1 变为“1”状态，CPU 才处理第 2 步。在选择支路中，取决于哪一个转换是活动的，CPU 只执行一条支路。在并行支路中，所有的支路被同时执行。对于目前大多数 PLC 来说，SFC 还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需用其它的编程语言（如梯形图）将它转换为 PLC 可执行的程序。因此，通常只是将 SFC 作为 PLC 的辅助编程工具，而不是一种独立的编程语言。2.梯形图(LD)梯形图是使用得最多的 PLC 图形编程语言，有时又被称为电路或程序。它是一种软件信息，是一种反映 PLC 的输入输出控制逻辑关系的程序软件，它与传统的继电器控制系统的梯形图（硬件）电路不同，不是真正的物理（硬件）电路，一定不能把它们当作硬件电路来看待。由于梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，因此很容易被工厂熟悉继电器控制的电气技术人员掌握，特别适用于开头量逻辑控制。IEC1131-3 的梯形图中除了线圈、常开触点和常闭触点外，还允许增加功能和功能块。3.梯形图的主要特点（1）.PLC 梯形图是的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等。但是它们不是真实物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。（2）.梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（Bus bar）。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压。当图 6 中的触点 1、2 接通时，可假设“概念电流”或“能流”（Power flow）从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序一致。能流的方向只能从左向右流动，因此图 6 中（a）图应改为图（b）所示的等效电路。（3）.根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程 、9元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑运算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。解算的结果立即可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑结算是根据输入映象寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。（4）.梯形图中的线圈应放在最右边，如图 3.2 所示。（a）的电路应改为图7（b）中的电路。（5）.梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可无限次的使用。4.梯形图经验设计方法：（1）.可根据原有的继电逻辑控制图进行转化设计；（2）.没有固定的方法和步骤可遵循，试探性和随意性强；（3）.由于需要中间变量完成记忆联锁互锁，需要考虑的因素很多；（4）.设计耗时长，且修改麻烦；5.梯形图编规则：（1）.每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。（2）.梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点），如图 3-2 所示。 (a） (b）图 3-2 梯形图的形式 (a）错误 (b）正确（3）.线圈不能直接接在左边母线上。（4）.在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。图 3-3 错误梯形图 、10（5）.在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析 PLC 的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。如图 3-3 所示。6.功能块图(FBD)这是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，具有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号是自左向右流运的。像 SFC 一样，功能块图 FBD 也是一种图形语言，在 FBD 中也允许嵌入别的语言（如梯形图、指令表和结构文本）。第二节第二节 顺序控制梯形图的设计方法顺序控制梯形图的设计方法一、起保停电路的编程方式根据顺序功能图设计梯形图时，可以用为存储器位 M 来代表步，某一步为活动步时，对应的存储器位为 1 状态，某一转换实现时，改转换的后续步为活动步，前级步变为死步。起保停电路仅仅使用与触电和线圈有关的指令，设计起保停电路的关键是找出它的启动条件和停止条件。根据转换实现的基本规则，转换实现的基本条件是前级步为活动步，并且满足相应的转换条件，该步才为 1 状态，并且后续步为死步。 对于并行序列，如果某一步的前面有 N 个转换（即有 N 个分支进入该步），则代表该步的辅助继电器的启动电路有 N 条支路并联而成，各支路由某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应的转换条件对应的触点或电路串联而成。二、以转换为中心的编程方式在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且满足相应的转换条件，则转换实现。在以转换为中心的编程方法中，将改转换所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联，该串联电路即为起保停电路的启动电路，用它作为使所有后续步对应的存储器位置位，和所有前级步对应的前级步对应的存储器位 、11复位。 、12第四章第四章 三菱公司三菱公司 FX2NFX2N 型型 PLCPLC 的使用的使用第一节第一节 三菱公司的三菱公司的 PLC 产品及产品及 FX2N一、FX2N 系列 PLC 的指令系统简介（1）.FX2N 系列 PLC 的指令可分为两大类：基本逻辑指令：又称为通用逻辑指令，是 PLC 中最基本的编程语言，用于开关量 I/O 的控制系统的梯形图程序设计，共二十条。掌握了它们也就初步掌握了 PLC的使用方法，基本上就能满足开关量逻辑控制系统的编程了。特殊功能指令：共 87 条，可用于编制特殊程序，如高速 I/O 处理、数据传输、计数器的特殊用法、算术运算和模拟量控制等。（2）.FX2N 系列 PLC 的基本逻辑指令又分为四大类：作用于触点的指令：LD/LDI、AND/ANI、OR/ORI 等。作用于线圈的指令：OUT。数据处理指令：如 S/R、RST、SFT、MC/MCR、PLS、SFT、CJP/EJP 等。独立使用的指令：如 ANB、ORB、END 等。二、FX2N 的编程元件FX 系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X 代表输入继电器，Y 代表输出继电器，M 代表辅助继电器，SPM 代表专用辅助继电器，T 代表定时器，C 代表计数器，S 代表状态继电器，D 代表数据寄存器，MOV 代表传输等。输入继电器（X）PLC 的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器 X 是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进 、13制输入），线圈的吸合或释放只取决于 PLC 外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于 10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为 X000 X007，X010 X017，X020 X027 。它们一般位于机器的上端。输出继电器（Y） PLC 的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到 PLC 的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进制输出，输出为 Y000 Y007，Y010Y017，Y020Y027 。它们一般位于机器的下端。辅助继电器（M）PLC 内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由 PLC 内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如图 4-1 所示，它只起到一个自锁的功能。在 FX2N 中普遍途采用 M0M499，共 500 点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。 X000 X001 M3图 4-1 继电器自锁定时器（T）在 PLC 内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有 1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数 K 作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时M3 、14器或计数器往往会发生误动作。定时器通道范围如下：100 ms 定时器 T0T199， 共 200 点，设定值：0.1 3276.7 秒；10 ms 定时器 T200TT245，共 46 点，设定值：0.01327.67 秒；1 ms 积算定时器 T245T249，共 4 点，设定值：0.00132.767 秒；100 ms 积算定时器 T250T255，共 6 点，设定值：0.13276.7 秒；定时器指令符号及应用如图 4-2 所示。 X000 K123 T20 图 4-2 定时器当定时器线圈 T200 的驱动输入 X000 接通时，T200 的当前值计数器对 10 ms 的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值 K123 相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的 1.23 秒（10 * 123ms = 1.23s）时才动作，当 T200 触点吸合后，Y000 就有输出。当驱动输入 X000 断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。如果是积算定时器，它的符号接线如图所示 4-3。 X001 X002 图 4-3 复位定时器线圈 T250 的驱动输入 X001 接通时，T250 的当前值计数器对 100 ms 的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值 K345 相等时，定时器的输出触点动作。在RSTT250T250ENDY000T20 、15计数过程中，即使输入 X001 在接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为34.5s（100 ms*345=34.5s）时触点动作。当复位输入 X002 接通，定时器就复位，输出触点也复位。计数器（C）FX2N 中的 16 位增计数器，是 16 位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减 1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。其设定值在 K1K32767 范围内有效。设定值 K0 与 K1 含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C0 C99，共 100 点。保持用计数器的通道号：C100C199，共 100 点。通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。如图 4-4 所示。 X010 X011 K 计数器 C0图 4-4 计数器由计数输入 X011 每次驱动 C0 线圈时，计数器的当前值加 1。当第 10 次执行线圈指令时，计数器 C0 的输出触点即动作。之后即使计数器输入 X011 再动作，计数器的当前值保持不变。当复位输入 X010 接通（ON）时，执行 RST 指令，计数器的当前值为 0，输出接点也复位。应注意的是，计数器 C100C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。RSTC 0Y000C0 、16数据寄存器数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N 中每一个数据寄存器都是 16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储 32 bit 数据（最高位为正、负符号位）。通用数据寄存器 D 通道分配 D 0D199，共 200 点。只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由 RUNSTOP 时，全部数据均清零。（若特殊辅助继电器 M8033 已被驱动，则数据不被清零）。停电保持用寄存器 通道分配 D200D511，共 312 点，或 D200D999，共 800点（由机器的具体型号定）。基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC 运行与否，其内容也不变化。然而在二台 PLC 作点对的通信时，D490D509 被用作通信操作。文件寄存器通道分配 D1000D2999，共 2000 点。文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500 点为一个单位，最多可在参数设置时到 2000 点。用外部设备口进行写入操作。在 PLC 运行时，可用 BMOV 指令读到通用数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用 BMOV 将 数据写入 RAM 后，再从 RAM 中读出。将数据写入 EEPROM 盒时，需要花费一定的时间，务必请注意。RAM 文件寄存器 通道分配 D6000D7999，共 2000 点。驱动特殊辅助继电器 M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用 BMOV 指令传送数据（写入或读出）。特殊用寄存器通道分配 D8000D8255，共 256 点。是写入特定目的的数据或已经写入数据寄存器，其内容在电源接通时，写入初始化值（一般先清零，然后由系统 ROM 来写入）。第二第二节节 F-20P 简易编程器的使用简易编程器的使用开机显示：PROGRAM MODEMONLINE (PC) 联机；OFFLINE (HPP) 脱机； 、171.HPP 操作面板功能键【RD/WR】,读出/写入；【INS/DEL】,插入/删除；【MNT/TEST】,监视/测试；各功能键交替起作用，按一次时选择第一个功能，再按一次，则选择第二个功能。其它键【OTHER】,在任何状态下按此键，显示方式菜单（项目单）。安装ROM 写入模块时，在脱机方式菜单上进行项目选择。清除键【CLEAR】,如在按【GO】键前（即确认前）按此键，则清除键入的数据。此键也可以用于清除显示屏上的出错信息或恢复原来的画面。帮助键【HELP】,显示应用指令一览表。在监视时，进行十进制数和十六进制数的转换。空格键【SP】,在输入时，用此键指定元件号和常数。步序键【STEP】,用此键设定步序号。光标键【】、【】,用此键移动光标和提示符，指定当前元件的前一个或后一个元件，作行滚动。执行键【GO】,此键用于指令的确认、执行，显示后面的画面（滚动）和再搜索。指令、元件号、数字键，上部为指令，下部为元件符号或数字。上、下部的功能是根据当前所执行的操作自动进行切换。下部的元件符号【Z/V】、【K/H】、【P/I】交替起作用。2.HPP 主要功能操作手持编程器 HPP 复位：RST+GO；程序删除：PLC 处于 STOP 状态。逐条删除：读出程序，逐条删除用光标指定的指令或指针，基本操作：【读出程序】【INS】【DEL】【】、【】【GO】。指定范围的删除：【INS】【DEL】【STEP】【步序号】【SP】【STEP】【步序号】【GO】。元件监控：【MNT】【SP】【元件符号】【元件号】【GO】 、18【】、【】。强制 ON/OFF：PC 状态：RUN、STOP元件的强制 ON/OFF，先进行元件监控，而后进行测试功能。【MNT】【SP】【元件符号】【元件号】【GO】【TEST】【SET】/【RST】。其中【SET】为强制 ON，【RST】为强制 OFF。注意：在 PLC 为 RUN 运行时，可能会使强制失效，为验证强制输出，最好 PLC 为 STOP。程序的写入：【RD/WR】【指令】【元件号】【GO】。计时器写入：【RD/WR】【OUT】【T】【SP】【K】【延时时间值】【GO】。程序的插入：PLC 处于 STOP 状态。读出程序【INS】指令的插入【GO】。联机方式菜单有 7 个项目：方式切换、程序检查、存储盒传送、参数设置、元件变换、蜂鸣器音量调整、锁存清除。（1）.方式切换：由联机方式切换到脱机方式。按【GO】键，进行联机脱机方式切换。按【CLEAR】键返回方式菜单。（2）.程序检查：程序检查时，分“有错”和“无错”两种情况。有错时，显示有错的步序号，出错信息和出错代码。有错或无错时，只要按【CLEAR】或【OTHER】键，则显示方式菜单。（3）.存储盒的传送：PLC 停止状态；用【】、【】键，使光标对准所选项目，然后按【GO】。说明：FXROMEEPROM 时，应将 EEPROM 盒内的保护开关置于 OFF；4K 或 8K 的程序，不能从存储盒传送到内部 RAM（显示“PC PARA.ERROR）。正确传送后，显示“COMPLETED”。（4）.参数设定： 、19参数设定包括：缺省值（DEFAULT values）、存储器容量、锁存范围、文件寄存器的设定和关键字登记。（5）.元件变换：PLC 停止状态；此操作可以在同一类元件内进行元件号变换。执行此操作时，程序中的该元件号全部被置换（包括在 END 指令后的该元件号）。（6）.蜂鸣器音量调整：PLC 停止状态；利用【】、【】键调整显示条的长度，条越长，音量越大，音量分 10 级，用【OTHER】或【CLEAR】键，返回方式菜单。（7）.锁存清除：PLC 停止状态；注意：程序存储器为 EPROM 时，此操作不能用来进行文件寄存器的清除。程序为 EEPROM 时，存储器保护开关处于 OFF 位置，才能进行文件寄存器的清除。文件寄存器以外的元件，无论存储器的形式为 RAM、EPROM、EEPROM 中任何一种，其锁存清除均有效。 、20第五章第五章 蚂蝗桥交通灯控制系统设计蚂蝗桥交通灯控制系统设计第一节第一节 选题及选题及 PLC 控制过程控制过程图 5-1 蚂蝗桥交通灯如图 5-1 所示,在 T 字路口的东西、东面、南面、主干道上装设红灯、绿灯和黄灯辆，人行斑马线上装设红、绿灯控制行人。其控制过程为：从西面到南面，东面到西面，南面到东面的车辆，只会受到人行红绿灯的影响，当人行道亮红灯的时候，从西面到南面，东面到西面，南面到东面的车辆可以一直行走，反之则停下,具体控制为:西到东的绿灯亮 20s,黄灯亮 3s红灯亮 68s 西到南的绿灯亮 68s,黄灯亮 3s,红灯亮 20s。南到西的红灯亮 23s,绿灯亮 27s,黄灯亮 3s,红灯亮 38s，南到东的绿灯亮 68s 黄灯亮 3s,红灯亮 20s。东到南的绿灯亮 68s,黄灯亮 3s,红灯亮 20s。东到南的红灯亮 53s,绿灯亮 15s,黄灯亮 3s,红灯亮 20s。 、21该系统属于连续循环工作的控制系统，要求系统启动后能够周期性地连续循环工作，故系统中设置两个输入信号分别控制系统的启动和停止。PLC 选用三菱 FX2N。分析系统的控制模型可以看出，故整个控制系统需设置两个输入接口：X1 接启动输入开关 SB1，X5 接停止输入开关 SB2；再设置 13 个输出端口分别控制各信号灯。PLC 的 I/O 接口分配如图 5-2 所示。根据系统的控制模型和控制要求可画出系统中各输出信号的控制时序如图 5-3 所示。 图 5-2I/O 分配 、22图 5-3 输出信号的控制时序图 、23第二节第二节 编程控制器编程控制器 I/0I/0 分配分配表 5-1I/O 分配输入输出红灯绿灯黄灯南到西红灯亮 y2南到西绿灯亮 y7南到西黄灯亮 y6开始 x1南到东红灯亮 y5南到东绿灯亮 y4南到东黄灯亮 y3西到东红灯亮 y2西到东绿灯亮 y1西到东黄灯亮 y0西到南红灯亮 y5西南绿灯亮 y4西到南黄灯亮 y3东到西红灯亮 y5东到西绿灯亮 y4东到西黄灯亮 y3东到南红灯亮 y22东到南绿灯亮 y21东到南黄灯亮 y3停止 x5人行道红灯 y23人行道绿灯 y24 、24第三节第三节 顺序功能图顺序功能图根据选题的控制过程和其输出时序图设计可设计出其顺序控制功能图。顺序功能图的三要素是步、转换条件和动作，初始步用双线框表示，一般步与用矩形框表示，矩形框中用数字表示步的编号，转换条件用短划线表示，在旁边可用文字标注。动作用矩形框，矩形框可用文字或符号表示。一个顺序控制过程可分为若干个阶段，这些阶段称为步或状态，可用辅助继电器 M 和状态继电器 S 表示，每个步都有不同的动作（初始步可以没有动作）。当相邻两步之间的转换条件满足时，就实现步与步之间的转换，即上一步动作结束而下一步动作开始。步与步之间实现转换必须满足两个条件：前级步为活动步，对应转换条件成立。采用顺序控制设计法中并行序列的顺序功能图设计方法，将东西、南北两个方向的路灯并行控制，其顺序功能图如 5-4 所示。 、25图 5-4 顺序功能图第四节第四节 转换为中心的梯形图的设计转换为中心的梯形图的设计在顺序功能图中，如果某一转换所有的前级步都是活动步并且满足相应的转换条件，则转换实现。在以转换为中心的编程方法中，将改转换所有前级步对应的存储器位的常开触点与转换对应的触点或电路串联，该串联电路即为起保停电路的启动电路，用它作为使所有后续步对应的存储器位置位，和所有前级步对应的前级步对应的存储器位复位。根据顺序控制的顺序功能图得到如下以转换为中心的梯形图如图 5-5 所所示。 、26 、27图 5-5 梯形图 、28第五节第五节 交通灯控制系统的编程指令交通灯控制系统的编程指令PLC 的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，但是小型PLC 的指令系统比汇编语言的简单得多，有的 PLC 的指令系统仅有 20 来条指令。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用图形编程器，可以直接将梯形图送入 PLC，并在显示器上显示出来。如果使用简易编程器，则必须将梯形图转换成指令表后再送入 PLC，这种转换的规则是很简单的。在用户存贮器中，指令按步序号顺序排列。根据以转换为中心的梯形图可以得其指令表如表 5-2 所示。 、29表 5-2 指令表LDM8002STLS21OUTY003STLS25ORX005OUTY007OUTT13K30STLS30ZRSTS0S36OUTY004LDT13STLS34LDX001OUTT6K270SETS34STLS36SETS0LDT6STLS23LDT10STLS0SETS22OUTY020OUTS0OUTM0STLS27OUTY004RETLDM0OUTY000OUTT8K150ENDSETS20OUTY004LDT8SETS26OUTT1K30SETS24SETS31LDT1STLS29SETS35SETS28OUTY002STLS20STLS32OUTY003OUTY020OUTY004OUTT3K30OUTY004OUTY021LDT3OUTT5K230OUTT12K150SETS30LDT5LDT12STLS34SETS21SETS33OUTY005STLS26STLS36OUTY022OUTY001OUTY024OUTT14K200OUTY004OUTT17K200STLS24OUTT0K200STLS22OUTY020LDT0OUTY006OUTY003SETS27OUTY004OUTT9K30STLS31OUTT7K30LDT9OUTY004LDT7SETS25OUTY022SETS23STLS30OUTT11K530STLS28OUTY002LDT11OUTY002OUTY005SETS32OUTY004OUTT4K200STLS35OUTT2K450STLS25OUTY023LDT2OUTY020OUTT16K710SETS29OUTY005SETS36STLS33OUTT10K200 、30第六节第六节 程序调试程序调试一、统设计中注意的问题（1）在系统设计中一定要注意一些问题，不能出现 x8，x9，y8，y9。（2）在计数器的使用时，一定要设置计数器的初始化复位，并在计数器使用完毕后一步使其复位，否则将不能使用设置好的计数器，或者不能按设置要求来进行计数。二、程序调试中遇到的问题及解决方法问题（1）：输完指令后执行程序，设置好控制输出的灯没有完全亮。分析：说明控制该灯的步不正确或是死步。解决方案：检查梯形图，发现东西方向的输出未写入梯形图，修改梯形图并转换为指令，插入到程序中，再运行程序，所有设置输出均正常。问题（2）交通灯未出现闪烁，并且未进入到下一步状态分析：说明控制该步转换条件的定时器有问题，是根据西门子的定时器来设计的，可能会有区别。解决方案：查看三菱 PLC 参考资料，发现其定时器的使用与西门子的设置有区别，在三菱 PLC 中，定时器的设置虽是 0.1999 秒定时器，但可以输入 0.5 秒，设置值 K 就是定时时间，而西门子的定时器如果是 100ms 的定时器则设置值 K 为 5 即为 0.5 秒，检查指令表，修改 K 值，插入到程序中，再运行程序，所有设置输出均正常,程序运行正确，满足设计要求。 、31结论结论通过这次实验，了解了 PLC 在自动控制中的运用，可编程序控制器（简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动化控制装置，它专门为工业控制而设计，具有功能强，编程简单，使用方便等优点，在现代工业自动控制中使用越来越广泛。此实验后，基本掌握了三菱公司 FX2N 型 PLC 的使用方法，并用其来设计简单的自动控制过程，受益匪浅。通过这次设计实践。我学会了 PLC 的基本编程方法，对 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到 PLC 中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对 PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。在设计的过程中，对于自己设计参数是一个很让人头疼的问题，所以通过本次论文，我也感到自己在这些方面还有很多的不足，要在这方面加强练习，程序的套路是很多种的，我们要学会在其中找到最优的方案，这样不仅可以提高自己的编程水平，还可以让我们编写的程序达到最佳的运行状态，为程序节约运行时间是非常重要的，这也让我明白了时间的重要性。 、32致谢致谢在整个设计过程中我有幸得到许老师的精心指导，许老师不断的关注我的设计过程。在我迷惑和不解的时候许老师并不是直接的替我解决问题，而是让我理清思路，精心点拨、热忱鼓励，开拓了我的研究思路。正所谓“授人以鱼，不如授人以渔”，许老师循序渐进的教学方法让我受益匪浅。在与许老师交流的过程中，我不仅发现了她知识的渊博，同时发现了她做人及做事的执著，许老师严谨求实的科研态度和踏踏实实的工作作风让我为之震撼，在以后的生活和工作中我将会发扬这种精神。“温故而知新，可以为师也”，通过这次毕业设计，不仅仅让我对我的专业知识有了更透彻的认识，对可编程控制器的内部结构、组成以及常用编程设计思路的技巧有了更深刻的领悟，更重要的是整个过程培养了我分析和解决问题的能力。大学的学习不是一种纯粹的知识的学习，而是一种思维的学习，一种发现问题、思考问题、解决问题能力培养。在设计中，使我对本专业知识在实际运用中有了感性的认识和全新的体会，基本做到了将所学知识融会贯通，学以致用，同样我也意识到自动化管理的重要性。在此，我还要感谢含辛茹苦培养教育我的许老师和志同道合的学友们，你们的帮助、支持、宽容、理解让我有了面对困难的勇气和克服困难的信心。在论文即将结束之际，我的心情无法平静，整个设计的圆满成功，倾注了多少老师、同学、室友、朋友的支持和帮助，在此请接受我诚挚的谢意!“可怜天下父母心”，在这里我还要以不多的文字感谢我的父母，感谢您们把幸福给予了我，把辛酸留给了自己。最后，我还要感谢评阅和阅读本文的老师为此付出的辛勤劳动！ 、33参考文献参考文献1.著作类