(完整版)电气系统及自动化技术PLC控制红绿灯设计毕业论文.docx

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1、毕业论文P1C控制红绿灯设计院系：电气工程系专业：电气系统及自动化技术姓名：郭慧指导教师：张帆论文提交日期：二。一五年五月摘要电气控制技术是随着科学技术的不断发展及生产工艺不断提出新的要求而得到飞速发展的。从最早的手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统。从有触点的硬点接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的软件控制系统，随着新电器元件的不断出现和计算机技术的发展，电气控制技术也在持续发展。现代电气控制技术正是综合应用了计算机自动控制电子技术精密测量等许多先进的科学技术成果而迅速发展起来的。当前P1C已经成为电气自动控制系统中应用最广泛的核心装置，在工业自动控制领域占有十分

2、重要的地位。可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求；1969年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程逻辑控制器PDP-14,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程逻辑控制器，称Programmab1e1ogicContro11er,简称P1C,是世界上公认的第一台P1Co1969年，美国研制出世界第一台PDP-14；1971年，日本研制出第一台DC

3、S-8；1973年，德国西门子公司（SIEMENS）研制出欧洲第一台P1C,型号为SIMATICS4；1974年，中国研制出第一台P1C,1977年开始工业应用。目录1引言11.1 P1C的发展史21.2 P1C的结构21.3 P1C的特点41.4 P1C的编程语言51.5P1C的主要功能51.6P1C的经济分析51.7编程控制器的应用61.8P1C发展状况及趋势62采用P1C控制红绿灯的优点73国内红绿灯控制现状74P1C控制系统设计要84.1 课题设计的目的和意义105系统控制方案的确定105.1系统设计的基本步骤105.2P1C的选型106结论14致谢15参考文献16引言20世纪70年代

4、初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为PrOgrammab1e1OgiCCo1Itro11er(P1C)o20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、P1D功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪

5、80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，P1C在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编

6、程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.1 P1C的发展历史起源：1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969年,美国数字设备公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程控制器，称Programab1e,是世界上公认的第一台P1Co1969年，美国研制出世界第一台PDP-141971年，日本研制出第一台DCS-81973年，德国研制出第一台P1C1974年，中国研制出第一台P1C发展:20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器,使P1C增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的P

7、1C为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为PrOgra1nInabIe1ogicContro11er(P1C)o20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、P1D功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90

8、年代中期，是P1C发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，P1C在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，P1C逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.2 P1C的结构P1C的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是P1C的核心，输入单

9、元与输出单元是连接现场输入输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。P1C和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。P1C的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM,ROM)、输入输出(IO)部件、电源部件、编程器、IO扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成。其结构简图如下：图1P1C结构图(1)电源P1C的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此P1C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%(+1

10、5%)范围内，可以不采取其它措施而将P1C直接连接到交流电网上去(2)中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是P1C的控制中枢。它按照P1C系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、IO以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当P1C投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入IO映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入IO映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将IO映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运

11、行，直到停止运行。为了进一步提高P1C的可靠性，近年来对大型P1C还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。(3)存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。(4)输入输出接口电路现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是P1C与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用P1C通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。(5)功能模块如计数、定位等功能模块(6)通信模块P1C的软件系统是指P1C所使用的各种程

12、序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个P1C成品必须包括的部分，由P1C厂家提供，用于控制P1C本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的P1C系统，他们是相辅相成，缺一不可的。1.3 P1C的特点可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。其主要原因是因为P1C具有以下优点：(1)灵活、通用在继电器控制系统中

13、，使用的控制器件是大量的继电器，整个系统是根据设计好的电器控制图，由人工布线、焊接、固定等手段组装完成的，其过程费时费力。如果因为工艺上的稍许变化，需要改变电器控制系统的话，那么原先的整个电器控制系统将被全部拆除，而重新进行布线、焊接、固定等工作，浪费了大量的人力、物力和时间。而可编程控制器是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的，如果控制功能需要改变的话，只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。而且，同一台可编程控制器还可以用于不同的控制对象，只要改变软件就可以实现不同的控制要求，因此具有很大的灵活性、通用性。(2)可靠性高、抗干扰能力强对于机械手系统来说，可靠性、抗干扰能力是非常重要的指标

14、，如何能在各种工作环境和条件(如电磁干扰、低温潮湿、灰尘超高温等)下，平稳可靠的工作，将故障率降至最低，是研制每一种控制系统必须考虑的问题。现代P1C采用了集成度很高的微电子器件，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其可靠性程度是使用机械触点的继电器所无法比拟的。为了保证P1C能在恶劣的工业环境可靠的工作，在其设计和制造过程中采取了一系列硬件和软件方面的抗干扰措施，使其可以适应恶劣的工业应用环境。(3)操作方便、维修容易P1C采用电气操作人员熟悉的梯形图和功能助记符编程，使用户十分方便的读懂程序和编写、修改程序。对于使用者来说，几乎不需要专门的计算机知识。工程师编好的程序十分清晰直观，只

15、要写好操作说明书，操作人员经短期的学习就可以使用。(4)功能强现代P1C不仅具有条件控制、计时、计数和步进等控制功能，而且还能完成AD、DA转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。(5)体积小、重量轻和易于实现机电一体化由于P1C采用了半导体集成电路。因此具有体积小、重量轻、功耗低的特点。且P1C是为工业控制设计的专用计算机，其结构紧凑、坚固耐用、体积小巧，并由于具备很强的可靠性和抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一

16、体化十分理想的控制设备。同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片机，并且通用性不好，不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。1.4 P1C的编程语言编程语言进行了部分修改后形成目前通用的5种语言。在这5种语言中，有3种是图形化语言，2种是文本化语言。图形化编程语言包括：梯形图(1D1adderDiagram)功能块图(FBDFunctionB1ockDiagram)、顺序功能图(SFC-Sequentia1FunctionChart)o文本化编程语言包括：指令表(I1-InStnICtion1iSt)和结构化文本(ST