河北能源職業(yè)技術學院目錄第1章 緒論11.1 概述11.2 可編程控制器的簡介21.2.1 PLC的應用21.2.2 PLC的特點41.2.3 PLC的結(jié)構51.2.4 PLC編程語言5第2章 PLC控制系統(tǒng)設計概要72.1 設計的基本原則和內(nèi)容72.2 設計的步驟和實現(xiàn)過程7第3章 交通信號燈控制系統(tǒng)103.1 交通信號燈的控制要求103.2信號燈的控制原則103.3 PLC硬件控制電路的設計103.3.1 PLC的選型103.3.2 S7-300系列PLC簡介113.3.3 I/O模塊地址的確定133.4 S7-300的系列模塊143.4.1 CPU模塊143.4.2 輸入/輸出模塊143.4.3 S7-300的其它模塊16第4章 交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設計184.1設計要求184.2輸入輸出地址分配204.3 STEP7編程軟件的概述204.4基于STEP-7軟件的編程214.5程序仿真運行調(diào)284.6組態(tài)畫面31結(jié)束語33致 謝34參考文獻35第1章 緒論1.1 概述據(jù)一項對美國主要城市交通狀況的調(diào)查顯示：1982年至2000年，美國城市在上下班高峰期間的交通堵塞狀況不斷加劇，由交通堵塞造成的時間和汽油浪費而帶來的經(jīng)濟損失每年高達680億美元。在北美、澳大利亞等大城市，道路面積率高達35%-40%，而北京只有20%。緩解交通擁堵，加快道路建設是當務之急。據(jù)悉，到2010年，北京將投資500億元用于城市道路建設，到2005年，北京僅高速公路通車里程就達到600公里。但一味發(fā)展城市道路，也會刺激私家車超常規(guī)發(fā)展，兩者發(fā)展速度的失衡，最終還是逃不出“擁堵修路再擁堵”的怪圈。 當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設備都與計算機密切相關。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術方面的廣泛運用，智能設備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。本設計介紹了一個智能交通燈系統(tǒng)的設計。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能有：對某市區(qū)的四個主要交通路口進行監(jiān)控；各路口有固定的工作周期，并且在道路擁擠時中控中心能改變其周期；對路口違章的機動車能夠即時拍照，并提取車牌號。在世界范圍內(nèi)，一個以微電子技術，計算機和通信技術為先導的，以信息技術和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。而計算機技術怎樣與實際應用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應用中空前活躍的領域。本文主要從單片機的應用上來實現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運作。 交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設計方案?？删幊绦蚩刂破骱喎Q為PLC，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC已經(jīng)廣泛地應用在各種機械設備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領域，例如在民用和家庭自動化設備中的應用也得到了迅速的發(fā)展。 隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛的應用在所有的工業(yè)領域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。 1.2 可編程控制器的簡介 1.2.1 PLC的應用 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾個方面： 1、開關量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3、運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4、過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6、通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 1.2.2 PLC的特點 1、抗干擾能力強，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設備連線復雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 而PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。 2、配套齊全，功能完善PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3、易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4、系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 5、體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。 1.2.3 PLC的結(jié)構 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構基本上與微型計算機相似。PLC按其結(jié)構形式可分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。1.2.4 PLC編程語言 采用面向控制過程、面向問題、簡單直觀的PLC進行編程，其編程語言常用的有：梯形圖、語句表、功能圖等。 1、梯形圖 梯形圖是使用最多的PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形圖由觸點、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點電表邏輯輸入條件，例如外部的開關、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯運算的結(jié)果，常用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的標志位等。指令框用來表示定時器、計數(shù)器或者數(shù)學運算等附加指令。使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到PLC。 2、語句表 語句表又叫指令表，它是一種類似于微機的匯編語言中的文本語言，用指令的助記符編程，由多條語句組成一個程序段，可以實現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖表示的功能。 3、功能塊圖 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號來表示控制邏輯。即用類似于與門、或門的方框來表示邏輯運算關系，方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導線”連接在一起，信號自左向右流動。 信號燈的排列方式通常分為兩種： 1.水平排列式 從道路的中心線一側(cè)起以紅，黃，綠的順序向路邊排列。常用于路面較寬的道路。 2.垂直排列式 從上往下依次是紅，黃，綠燈。這樣方式常用于路面較窄的道路。按固定方式排列信號燈有兩個好處：一是把紅燈信號放在最醒目的位置；二是把可使患色盲的人憑借位置來判斷信號的含義。在交叉路口中央上空安裝信號燈時應符合車輛通行凈空高度界限的要求。信號燈的亮度應保證人們在100M以外能看清。 第2章 PLC控制系統(tǒng)設計概要2.1 設計的基本原則和內(nèi)容 我們在學習了PLC的大量相關知識后，要能夠把其運用在實際設計當中。當然，要設計經(jīng)濟、可靠、簡潔的PLC控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識和實際的工作經(jīng)驗。我們首先來看一下PLC控制系統(tǒng)的設計原則和內(nèi)容。 1、PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則 （1）最大限度地滿足被控對象的控制要求； （2）保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全； （3）滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、實用和維修方便； （4）選擇PLC時，要考慮生產(chǎn)和工藝改進所需的余量。 2、PLC控制系統(tǒng)設計的基本內(nèi)容 （1）選擇合適的用戶輸入設備、輸出設備以及輸出設備驅(qū)動的控制對象； （2）分配I/O，設計電氣接線圖，考慮安全措施； （3）選擇適合系統(tǒng)的PLC； （4）設計程序； （5）調(diào)試程序，一個是模擬調(diào)試，一個是聯(lián)機調(diào)試； （6）設計控制柜，編寫系統(tǒng)交付使用的技術文件，說明書、電氣圖、電氣元件明細表。（7）驗收、交付使用。 2.2 設計的步驟和實現(xiàn)過程 1、PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟 （1)對于復雜的控制系統(tǒng)，最好繪制編程流程圖，相當于設計思路； （2）設計梯形圖； （3）程序輸入PLC模擬調(diào)試，修改，直到滿足要求為止； （4）現(xiàn)場施工完畢后進行聯(lián)機調(diào)試，直至可靠地滿足控制要求； （5）編寫技術文件； （6）交付使用。 我們在設計流程圖時，也要遵循以下過程：（1) 分析生產(chǎn)工藝過程；（2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，分配I/O；（3) 選擇PLC；（4) 設計PLC接線圖以及電氣施工圖；（5) 程序設計和控制柜接線施工。 2、PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過程及特點 PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階。（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 （2）程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。 （3）輸出刷新階段 程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸出映象寄存器中與輸出有關的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負載。 因此，PLC在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當PLC進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。 在用戶程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。 對于小型PLC，其I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應速度，但使PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。而對于大中型PLC，其I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式。 從上述分析可知，當PLC的輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入/輸出響應滯后。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應該注意的是，這種響應滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設計有關。滯后時間是設計PLC應用系統(tǒng)時應注意把握的一個參數(shù)。第3章 交通信號燈控制系統(tǒng)3.1 交通信號燈的控制要求 隨著城市和經(jīng)濟的發(fā)展，交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大，正因為有了交通信號燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號燈不合理使用或設置，也會影響交通的順暢。因此，在實際設計時要遵循一定的原則和要求。 交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，黃燈表示警示。交通信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。交通信號燈用于道路平面交叉路口，通過對車輛、行人發(fā)出行進或停止的指令，使各個方向同時到達的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。 3.2信號燈的控制原則 (1) 當東西方向允許通行（綠燈）時，南北方向應禁止通行（紅燈）；同樣，當南北方向允許通行（綠燈）時，東西方向應禁止通行（紅燈）(2) 在綠燈信號要切換為紅燈信號之前，為提醒司機提前減速并剎車，應有明顯的提示信號：綠燈閃爍同時黃燈亮。 (3) 信號燈控制系統(tǒng)啟動后應能自動循環(huán)動作。3.3 PLC硬件控制電路的設計3.3.1 PLC的選型 在對PLC控制系統(tǒng)進行硬件結(jié)構設計時，首先，要了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電壓的等級、負載的性質(zhì)等；其次，要分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；再次，要確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等。根據(jù)上述原則，我們要選擇適合的PLC機型及外設，完成相應的PLC硬件結(jié)構配置。因此，PLC的選型是設計中至關重要的一步。 目前，國內(nèi)外PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種可達數(shù)百個，其性能各有特點。所以，在設計時首先要盡可能考慮采用便于學習、掌握、維護方便、備品配件通用性強的PLC。我國市場上流行的PLC產(chǎn)品有以下幾家： (1) 德國西門子(Siemens)公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品； (2) 美國羅克韋爾(Rockwell)公司所屬的AB(Allen&Bradly)公司的產(chǎn)品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產(chǎn)品； (3) GE-Fanuc公司的產(chǎn)品； (4) 法國施耐德(Schneider)公司的產(chǎn)品；(5) 日本三菱、歐姆龍等公司產(chǎn)品。 本次設計的北新西道站前路交通信號燈控制系統(tǒng)的主要任務和內(nèi)容集中在程序編寫和梯形圖的繪制，由于在本設計中用到了大量的開關量、繼電器、計數(shù)器以及計時器等。而德國西門子出產(chǎn)的PLC功能全，性價比高，有統(tǒng)一的地址分配，完全可以滿足本設計的要求。并且，在目前相關領域的控制設計中，西門子產(chǎn)品的應用比較廣泛。綜上所述，我們采用了西門子公司S7-300。3.3.2 S7-300系列PLC簡介S7-300屬于模塊式PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程模塊組成。它的CPU上帶有一個編程接口，使用西門子的MPI（Multi-point Interface）通信協(xié)議。有的CPU還帶有集現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP接口或PtoP（Point to Point）串行通信接口。因此S7-300不需要任何通信處理器就可以建立一個MPI網(wǎng)絡或一個PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。功能最強的CPU的RAM為512KB 8192個存儲器位，512個定時器和512個計 數(shù) 器 ，數(shù) 字 量 最 多65536，模 擬 量 通 道 最 多 為4096。計數(shù)器的計數(shù)范圍為1999，定 時 器 的 定 時 范 圍 為10ms9990s。圖3-1 S7-300PLCS7-300有350多 條 指 令，其 編 程 軟 件 STEP-7功 能 強大，可 以 使 用多 種 編 程 語 言。所有模塊和網(wǎng)絡的參數(shù)都可以用STEP-7的軟件工具來設置。S7-300的CPU具有智能化的診斷系統(tǒng)，監(jiān)視系統(tǒng)是否正常，記錄故障和系統(tǒng)事件。S7-300有看門狗中斷、過程報警、定時中斷等功能，它的模塊都安裝在導軌上，有不同長度的導軌供用戶選擇。電源模塊總是安裝在機架的最左邊，緊靠電源的是CPU模塊。如果系統(tǒng)有本地擴展接口模塊安裝在CPU右側(cè)。S7-300的所有模塊（除了電源模塊）都集成了背板總線，用U型總線連接器將各個模塊的 用戶輸入設備輸入端子輸出鎖存器 輸入映像區(qū)寄存器用輸出設輸入鎖存器 背板總線連接在一起。外部信號線接在模塊的前連接器上，前連接器是單獨定貨的，其接線端子的數(shù)量與具體的模塊相匹配。除了電源模塊、CPU模塊和本地擴展模塊，其他任何模塊都可以插在任何一個槽上，系統(tǒng)根據(jù)其位置自動的分配地址。每個機架最多能安裝8個信號模塊、功能模塊或通信模塊，如果數(shù)量超過，則可以用擴展機架，用本地擴展模塊IM來實現(xiàn)。除了CPU中央機架（CR），最多可以擴展3個機架（ER），每個機架可以插8個模塊（不包括電源、CPU和接口模塊IM），4個機架最多可以插32個模塊。機架的槽號從左到右，最左邊是1號槽，最右邊是11號槽，電源模塊固定在1號槽的位置。中央機架的2號槽只能是CPU模塊，3號槽只能用于本地擴展的接口模塊。信號模塊、功能模塊和通信模塊處理器使用4到11號槽。3.3.3 I/O模塊地址的確定 S7-300的數(shù)字量地址由地址標識符、地址的字節(jié)部分和位部分組成。一個字節(jié)由07這8位組成，地址標識符I表示輸入，Q表示輸出，M表示儲存器。例如I2.1表示一個數(shù)字輸入地址，小數(shù)點前的2是地址的字節(jié)部分，小數(shù)點后的1表示這個數(shù)字輸入點是2號字節(jié)中的第一位。 除了可以按位尋址外，還可以按字節(jié)、字和雙字尋址。例如輸出量.Q4.0Q4.7組成輸出字QB4，B表示字節(jié)；字節(jié)QB4和QB5組成一個輸出字QW4，W表示字，其中QB4為最高位字節(jié)；QB4QB7組成一個輸出雙字QD4，D表示Double Word的縮寫，其中QB4為最高位的字節(jié)。以組成字和雙字的第一個字節(jié)的地址作為字和雙字的地址。 對于數(shù)字量模塊，從0號機架的4號槽開始，每個槽位分配4個字節(jié)的地址，即32個I/O點。模擬量模塊以通道為單位，一個通道占一個字地址，由兩個字節(jié)地址組成。例如IW260由IB260和IB261組成。從IB256開始，給每一個模擬量分配8個字節(jié)。3.4 S7-300的系列模塊3.4.1 CPU模塊S7-300有多種不同型號的CPU，分別用于不同規(guī)模及不同控制要求的項目：（1）緊湊型CPU：CPU 312C，313C，313C-PtP,313C-2DP,314C-PtP和314C-2DP。其中有的有集成數(shù)字量I/O和模塊I/OCPU均有計數(shù)、頻率測和脈沖寬度調(diào)制功能，有 的有定位功能，有的帶有I/O。（2）標準型CPU：CPU 312313，314，315，315-2DP和316-2DP。（3）戶外型CPU：CPU 312 IFM，314 IFM和316-2DP。它們可以在惡劣的環(huán)境下使用。 （4）高端CPU：317-2DP和318-2DP。（5）故障安全型CPU：CPU 315F。 CPU內(nèi)的元件封裝在一個塑料殼內(nèi)，面板上有模式選擇開關、通信接口、狀態(tài)和故障選擇指示LED。存儲器插槽能插入多達數(shù)兆字節(jié)的Flash EPROM微存儲卡（MMC），用于存儲用戶程序和數(shù)據(jù)。3.4.2 輸入/輸出模塊 輸入/輸出模塊系統(tǒng)稱為信號模塊（SM），包括數(shù)字量（或稱開關量）輸入/輸出模塊，模擬量輸入/輸出模塊。輸入/輸出信號線連接到前連接器上，前連接器插在SM前蓋后面的凹槽內(nèi)，不需要斷開前連接器的接線就可迅速更換模塊。 （1）數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸入模塊接受外部開關信號，開關信號主要來自按鈕、二線式光電開關、接近開 關、低壓電器的觸點等。數(shù)字量輸入模塊現(xiàn)場的開關信號的電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部信號電平。直流輸入模塊操作電壓一般是DC24V，交流輸入模塊的操作電壓為AC120V或AC230V。用電容隔離掉輸入信號中的直流成分，交流信號經(jīng)橋式整流電路轉(zhuǎn)換成直流電流。（2）數(shù)字量輸出模塊 數(shù)字量輸出模塊將PLC內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為控制過程所需要的外部信號電平，同時有隔離和功率放大作用?？芍苯佑糜隍?qū)動電磁閥、接觸器、繼電器、燈和電動機啟動器等負載。按負載回路的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流輸出模塊。按輸出量開關器件的種類又可分為：晶體管輸出方式、雙向晶閘管輸出方式和繼電器輸出方式。晶體管方式的模塊，只能帶直流負載，屬于直流輸出模塊；雙向晶閘管輸出模塊屬于交流輸出模塊；繼電器觸點輸出模塊屬于交直流輸出模塊。 三種輸出形式中，晶體管型輸出響應速度最快，繼電器輸出響應速度最慢。繼電器輸出模塊的負載電壓范圍寬，承受瞬時過電壓和過電流的能力強，但開關頻率不能太快適用于動作頻率不高（低于20HZ）的負載。 （3）模擬量輸入模塊 模擬量輸入模塊用于接受來這生產(chǎn)過程的連續(xù)變化的模擬量信號。如溫度、壓力、流量、液位等非電量；電壓、電流、有功功率、無功功率等電量。傳感器檢測的模擬量信號通過相應的變送器轉(zhuǎn)換成標準的直流電壓和電流信號。 模擬量輸入模塊將來自變送器的模擬信號轉(zhuǎn)換成CPU處理的數(shù)字信號，即A/D轉(zhuǎn)換。模擬量輸入模塊SM331中也有直接不帶附加放大器的溫度傳感器，如熱電偶或熱電阻。（4）模擬量輸出模塊 模擬量輸出模塊的作用將PLC輸出的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號（電壓、電流）區(qū)別控制執(zhí)行機構，其主要組成部分是D/A轉(zhuǎn)換器。S7-300的模擬量輸出模塊是SM332有4種輸出模塊，都有診斷功能。模擬信號應使用屏蔽電纜或雙絞線電纜傳送。對于帶有隔離的模擬量輸出模塊，在CPU的M端和測量電路的參考點之間沒有電器連接。3.4.3 S7-300的其它模塊（1）電源模塊 PS 307電源模塊將120/230伏交流電壓轉(zhuǎn)換為24V直流電壓，為S7-300、傳感器和執(zhí)行機構供電。輸出電流有2A、5A或10A三種。電源模塊安裝在導軌上的最左邊的插槽。在主機架上用電源聯(lián)結(jié)器連接到CPU上，在擴展機架上用電 源 聯(lián) 結(jié) 器 連 接 到IM361上電源模塊除了給CPU供電外，還可以向I/O模塊提供DC24V電能源。模塊上的M端子一般是用短接片與地端連接。 （2）前連接器前連接器用于將現(xiàn)場輸入、輸出裝置連接到信號模塊。前連接器插在模塊的前端，只需要拔下它就可以更換模塊。前連接器有20針和40針兩種。（3）閉環(huán)控制模塊 FM355閉環(huán)控制模塊有4個閉環(huán)控制通道，有自優(yōu)化溫度控制算法和PID算法。當主CPU故障或停止運行時，F(xiàn)M355可以獨立控制。 （4）計數(shù)器模塊 計數(shù)器模塊能判斷脈沖的方向，可以進行加減計數(shù)，編碼器由計數(shù)模塊供電。有比較功能，達到比較值時，可以通過集成的數(shù)字量輸出信號，或者通過背板總線向CPU發(fā)出中斷?？梢砸?倍頻率和4倍頻率計數(shù)，有集成的DI/DO。（5）模擬模塊 模擬模塊SM374用于調(diào)試程序。可模擬16點輸入/輸出或8點輸入/輸出，在STEP-7中組態(tài)模擬功能。因STEP-7無法識別SM374，所以定義SM321、SM322和SM323。例如要模擬16點輸入時，硬件組態(tài)要定義SM321，6ES7 321-1BH02-0AA0。 第4章 交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設計4.1設計要求基于PLC與組態(tài)王站前路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計控制要求：交通信號燈白天和夜晚工作狀態(tài)不同，由選擇開換SA控制。（1）交通信號燈在白天工作的具體要求為，選擇開關SA選在白天位置時，信號燈按圖1預先規(guī)定的時序循環(huán)往復的工作。首先，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向處于允許的狀態(tài)。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，西方道路綠燈亮30S，黃燈亮2秒，紅燈亮23s，黃燈亮2秒，左行燈31s，共88s,右行燈一直亮88秒。東方道路綠燈亮50s,黃燈2S,左行燈34s，黃燈2秒，右行燈一直亮88s。南北方向道路亮紅燈88s，其次東西方向道路處于禁止通行，南北方向處于允許通行的狀態(tài)。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南方道路綠燈亮25s，黃燈亮2s，紅燈亮28s，黃燈亮2秒，左行燈20s，共77s,右行燈一直亮77秒。東方道路綠燈亮50s,黃燈2S,左行燈28s，黃燈2秒，右行燈一直亮77s。南北方向道路亮紅燈77s。具體要求見表1。表1 北新道站前路口交通信號燈具體控制要求 圖4-1交通信號燈白天工作的控制時序圖（2） 交通信號等在夜晚工作時的具體要求是：選擇開關SA選在夜晚位置時，紅燈綠燈停止工作，只有黃燈一直閃爍，閃爍頻率為1次/s。 4.2輸入輸出地址分配符號地址數(shù)據(jù)類型注釋HBHONGQ0.0BOOL北紅HBHUANGQ0.2BOOL北黃HBLVQ0.1BOOL北綠HBYOUQ0.4BOOL北右HBZUOQ0.3BOOL北左HDHUANGQ2.1BOOL東黃HDHONGQ1.7BOOL東紅HDLVQ2.0BOOL東綠HDYOUQ2.3BOOL東右HDZUOQ2.2BOOL東左HNHONGQ0.5BOOL南紅HNHUANGQ0.7BOOL南黃HNLVQ0.6BOOL南綠HNYOUQ1.1BOOL南右HNZUOQ1.0BOOL南左HXHONGQ1.2BOOL西紅HXHUANGQ1.4BOOL西黃HXLVQ1.3BOOL西綠HXYOUQ1.6BOOL西右HXZUOQ1.5BOOL西左SB1I0.0BOOL白天SB2I0.1BOOL停止SB3I0.2BOOL夜晚4.3 STEP7編程軟件的概述 STEP7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WINAC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具。STEP7具有以下功能:硬件配置和參數(shù)設置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。 在STEP7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WINAC的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)STEP7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP7中。 4.4基于STEP-7軟件的編程程序段1:程序段2:程序段3：程序段4：程序段5：程序段6：程序段7：程序段8：程序段9：程序段10：程序段11：程序段12：程序段13：程序段14：程序段15：程序段16：程序段17：程序段18：程序段19：程序段20：程序段21：程序段22：程序段23：程序段24：程序段25：程序段26：4.5程序仿真運行調(diào)圖4-2仿真運行狀態(tài)圖1.當按下白天啟動按鈕SB1時程序剛開始，東向的綠燈和左轉(zhuǎn)向燈亮；西向的綠燈、黃燈和右轉(zhuǎn)向燈亮；北向紅燈和黃燈亮；南向紅燈亮，如圖4-2所示。圖4-3 仿真運行狀態(tài)圖2. 當程序運行到57s時，東向的右轉(zhuǎn)向燈和左轉(zhuǎn)向燈亮；西向的右轉(zhuǎn)向燈和左轉(zhuǎn)向燈亮；北向紅燈亮；南向紅燈亮，如圖4-3所示。圖4-4 仿真運行狀態(tài)圖3.當程序運行到89s時，東向的紅燈亮；西向的紅燈亮；北向右轉(zhuǎn)向燈和綠燈亮；南向綠燈亮和右轉(zhuǎn)向燈亮，如圖4-4所示。圖4-5 仿真運行狀態(tài)圖4.當程序運行到158s時，東向的紅燈亮；西向的紅燈亮；北向右轉(zhuǎn)向燈和綠燈亮；南向綠燈亮和右轉(zhuǎn)向燈亮，如圖4-5所示。圖4-6 仿真運行狀態(tài)圖5.當按下夜間啟動按鈕SB2時，東南西北四分方向的黃燈亮，如圖4-6所示。4.6組態(tài)畫面1. 開關SA選擇在白天位置，第一個周期運行9s交通信號燈顯示情況 2.開關SA選擇在白天位置，第一個周期運行90s交通信號燈顯示情況 結(jié)束語通過此次畢業(yè)設計給我?guī)砹撕艽蟮囊嫣帲刮医⒘苏_的設計思想，拓寬了自己的知識面讓我感覺到團體的力量，遇到問題時 ，通過我們這小組及指導老師的討論和分析總能得到較為滿意的結(jié)果。一臺機器不可能有一個人獨立完成，要大家全力合作才能達到好的效果。本次畢業(yè)設計讓我理解了主動學習的重要性，遇到不懂的問題要多問幾個為什么 為什么會出現(xiàn)這種情況，逐一理清自己的思路，最后一定可以找到解決的辦法，但學知識也不能盲目，對能拿來借鑒參考的我們一定要善于利用，這樣可以節(jié)約人力物力，而且能取得較好的成果?，F(xiàn)在我深深感覺到基礎知識的不健全和不牢固，尚不能很靈活的解決所遇到的全部問題。在本次畢業(yè)設計中表現(xiàn)出了這樣或那樣的不足和漏洞，說明了基本功的不扎實，所幸我得到了老師和同學們的熱情幫助，使這些問題得到了解決，這將對我以后的工作和學習有極大的幫助；再者，本次畢業(yè)設計全面鍛煉了我駕御知識的能力，使我對所學的理論知識進行了系統(tǒng)化、條理化、全面化的回顧和復習，讓我懂得了如何運用自己所學的知識，同時又學到了獵取其他知識的方法，這些都將作為課本知識的有益補充，為我們以后所要從事的工作打下堅實的基礎；最后，這次設計使我得到一次大規(guī)模檢索相關資料的機會提高了運用PLC和組態(tài)軟件的能力。在這里真誠祝愿各位老師在今后的工作中取得更大的成績，為國家培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，希望在以后的工作學習過程中能夠得到老師們熱忱的指導和幫助。致 謝本人在畢業(yè)設計期間，得到了韓國慶老師的精心指導。韓老師治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。 其嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力，與無微不至、感人至深的人文關懷，令人如沐春風，倍感溫馨。一股暖意細水長流，源自內(nèi)心而又淌遍全身，豈是三言兩語能夠說得清，道得明的。我恨我無法用準確生動的語言來淋漓盡致地描述自己的真實感受，只好將它深深地埋在心底，化作一道虔誠的祝福：愿導師合家歡樂，一生平安。同時，也將祝福送給每一位幫助過我的師長?？蓱z天下父母心，平凡而偉大的親情為何如此執(zhí)著，為了兒女的前途竟然忘乎所以視自己于無物？遇到這樣的父母我還能說些什么？無語間不禁潸然淚下，請恕孩兒未能膝前盡孝，讓你們把心都操碎了。古人云：”羊跪乳，鴉反哺?！苯窈笪覍⒔弑M所能，加倍補償這份一輩子也還不清的深情。 時光如水，日月如梭，詩情畫意中的學術之旅行將結(jié)束。它短暫而充實，輕松而又愜意，猶如人生旅途劃過的一顆璀璨靚麗的流星。有太多的事瀝瀝在目，宛如昨日，記憶猶新。有太多的人音容笑貌，躍然紙上，揮之不去。如余音繞梁三日不絕，又如小酌醇酒，久之彌篤，真是欲罷不能，難舍難分。惟有掩卷長嘆：”天下無不散之宴席?！睉{欄遠眺：別了，美麗的攀枝花；別了，我的第二故鄉(xiāng)；別了，我心中永遠的愛。參考文獻1 陳立定等編.電氣控制與可編程控制器.廣州：華南理工大學出版社，2001 2 廖常初編著.可編程序控制器應用技術（第三版）.重慶：重慶大學出版社，2000 3 廖常初編著.PLC編程及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2002.9 4 王永華等編.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術.北京：北京航空航天大學出版社，2003.9 5 黃云龍等編.可編程控制器教程.北京：科學出版社，2003.8 6 袁任光編著.可編程序控制器選用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2002.7 7陳宇編.可編程序控制器基礎及編程技巧.廣州：華南理工大學出版社. 8鐘肇新、彭侃編譯.可編程序控制器原理及應用（第二版）.廣州：華南理工大學出版社，1997 9陸寶春等編.電氣與可編程序控制器技術.南京：南京理工大學出版社，2000 10 廖常初編.可編程序控制器應用技術.重慶：重慶大學出版社，1996 11 方承遠編.工廠電氣控制技術.北京：機械工業(yè)出版社，2002 12 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