課程設計--基于三菱plc的交通燈設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　第一章 概述3</b></p><p>　　1.1 PLC的基本概念與基本結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.1.1 PLC的的基本概念3</p>

2、;<p>　　1.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.2 PLC的特點與應用領(lǐng)域5</p><p>　　1.2.1 PLC的特點5</p><p>　　1.2.2 PLC的應用領(lǐng)域6</p><p>　　第二章 PLC的硬件與工作原理6</p><p>　　2.1 PLC的硬件

3、6</p><p>　　2.1.1 PLC的物理結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.1.2 CPU模塊中的存儲器6</p><p>　　2.2 PLC的工作原理7</p><p>　　第三章 PLC程序設計基礎(chǔ)8</p><p>　　3.1 PLC編程語言與編程結(jié)構(gòu)8</p><p>　　

4、3.1.1順序功能圖（SFC）9</p><p>　　3.1.2 梯形圖(LD)9</p><p>　　3.1.3功能塊圖(FBD)10</p><p>　　3.1.4 指令表(IL)11</p><p>　　3.2 順序控制梯形圖的設計方法11</p><p>　　3.2.1 起保停電路的編程方式11&l

5、t;/p><p>　　3.2.2 以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式12</p><p>　　第四章 三菱公司F1—40MR型PLC的使用13</p><p>　　4.1 三菱公司的PLC產(chǎn)品及F1—40MR13</p><p>　　4.1.1 F1系列PLC的指令系統(tǒng)簡介：13</p><p>　　4.1.2 F1—40MR

6、的編程元件：13</p><p>　　4.1.3 某些編程元件使用特性及含義：14</p><p>　　4.2 F1-20P簡易編程器的使用14</p><p>　　4.2.2 編程操作14</p><p>　　第五章 基于PLC十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計17</p><p>　　5.1 設計選題及PLC

7、控制過程17</p><p>　　5.2 順序功能圖18</p><p>　　5.3 以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖的設計20</p><p>　　5.4 交通燈控制系統(tǒng)的編程指令21</p><p>　　5.5程序調(diào)試22</p><p>　　5.5.1在系統(tǒng)設計中注意的問題22</p><

8、;p>　　5.5.2程序調(diào)試中遇到的問題及解決方法22</p><p>　　5.5.3心得體會23</p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　摘要</b></p>&l

9、t;p>　　本文介紹了PLC的基本結(jié)構(gòu)及分類，PLC的特點及應用領(lǐng)域，通過分析PLC的工作原理及PLC的編程語言，并且重點介紹了三菱F1－40MR型PLC編程語言和指令系統(tǒng)，通過對梯形圖程序設計方法的分析，主要介紹了兩種順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖的方法，即起保停電路設計方法和以轉(zhuǎn)換為中心的設計方法。</p><p>　　針對選題十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計，本文采用順序控制設計法中并行序列的順序功能圖設計方法

10、，將東西、南北兩個方向的路燈并行控制，再以轉(zhuǎn)換為中心的方法將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，最后利用編程器將指令輸入PLC中進行調(diào)試，最終實現(xiàn)交通燈的自動控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC、自動控制、梯形圖、順序功能圖、交通燈控制系統(tǒng)</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1 PLC的基本概念與基本結(jié)構(gòu)&l

11、t;/p><p>　　1.1.1 PLC的的基本概念</p><p>　　現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求作出迅速反應，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)必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。<

12、/p><p>　　PLC應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)廣泛的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(lǐng)域，例如民用和家庭自動化的應用已得到了迅速的發(fā)展。它不僅是單機自動化中應用最廣的控制設備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)中也占有不可動搖的地位，PLC應用程度之廣、普及程度之高，是其他計算機控制設備無法比擬的。</p><p>　　國際電工委員會（IEC）對PLC作了如下定義：“

13、可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令、并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產(chǎn)過程，可編程序控制器及其有關(guān)設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計”。由以上定義可以看出，PLC是一種用程序里改變控制功能的工業(yè)控制計算機，除了各種各樣的控制功能外，還有與其它計算機通和信

14、聯(lián)網(wǎng)的功能。</p><p>　　此實驗是以三菱公司的PLC為基礎(chǔ)而進行實驗的。</p><p>　　1.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成（見圖1-1）.PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊的任務。</p><p><b>　　1. CPU模塊</b>&

15、lt;/p><p>　　CPU主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當于認得大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出；存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路， </p>

16、;<p>　　與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。</p><p>　　CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。</p><p>　　C

17、PU的運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。</p><p>　　CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。</p><p>　　CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內(nèi)部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。</p><p&

18、gt;　　CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關(guān)。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關(guān)，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。</p><p>&l

19、t;b>　　2. I/O模塊</b></p><p>　　輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱I/O模塊，他們相當于人的眼、耳、鼻、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設備和CPU模塊的橋梁。</p><p>　　PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即

20、受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。</p><p><b>　　3. 編程器</b></p><p>　　編程器是用來生成用戶程序，便用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入好編輯指令表程序，因此又叫做指令編輯器。它的體積

21、小，價格便宜，一般用來給小型的PLC編程，或者用與現(xiàn)場調(diào)試和維護。</p><p><b>　　4. 電源</b></p><p>　　PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同等級的直流電源。小型的PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關(guān)）提供DC 24V電源，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。</p>

22、;<p>　　5.PLC的通信聯(lián)網(wǎng)</p><p>　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。</p><p>　　當然，P

23、LC之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　了解了PLC的基本結(jié)構(gòu)，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。</p><p>　　1.2 PLC的特點與應用領(lǐng)域</p&

24、gt;<p>　　1.2.1 PLC的特點</p><p>　?。?）．可靠性高，抗干擾強</p><p>　?。?）．功能強大，性價比高</p><p>　?。?）．編程簡易，現(xiàn)場可修改</p><p>　　（4）．配套齊全，使用方便</p><p>　?。?）．壽命長，體積小，能耗低</p>

25、;<p>　?。?）．系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試、維修工作量少，維修方便</p><p>　　1.2.2 PLC的應用領(lǐng)域</p><p>　　PLC已經(jīng)廣泛地應用到很多工業(yè)部門，隨著其性能價格的不斷提高，PLC的應用范圍不斷擴大，主要由一下幾個方面：</p><p>　　（1）數(shù)字量邏輯控制</p><p><b>　　

26、（2）運動控制</b></p><p><b>　?。?）閉環(huán)過程控制</b></p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理</b></p><p><b>　　（5）聯(lián)網(wǎng)通信</b></p><p>　　第二章 PLC的硬件與工作原理</p><

27、p>　　2.1 PLC的硬件</p><p>　　2.1.1 PLC的物理結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。</p><p><b>　　1.整體式PLC</b></p><p>　　整體式又叫做單元式或機箱式，它的體積小、價格低，對箱體式PLC，有一塊CPU板、

28、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當然按CPU性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。對模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。</p><p><b>　　2.模塊式PLC</b></p><p>　　大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它由機

29、架和模塊組成，模塊插在模塊插座上，后者焊接在機架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機架供用戶選用，如果一個機架容納不下選用的模塊，可以增設一個或數(shù)個擴展機架，各機架之間用接口模塊和電纜相連。</p><p>　　用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。</p><p>　　2.1.2 CPU模塊中的存儲器</p

30、><p>　　存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，系統(tǒng)程序相當于個人計算機中的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC設計者的規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC的生廠家設計并固定化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設計，它使PLC能完成用戶要球的特定功能，用戶程序存儲器的容量以字節(jié)（B）為單位。</p><p>　　1.隨機存取存儲器（RAM）</p>

31、;<p>　　用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫存儲器。RAM的工作速度高、價格便宜、改寫方便。</p><p>　　2.只讀存儲器（ROM）</p><p>　　ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。</p><p>　　3.可以電檫出可編程的只讀存儲器（EEPROM）</p><p&

32、gt;　　S7-200用EEPROM來存儲用戶程序和長期保存的重要數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.1.3 I/O模塊</p><p>　　各I/O點的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，PLC與外部接線的連接一般用接線端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開端子板上的連接線，就可以迅速的更換模塊。</p><p>　　輸入模塊：PLC通過輸入模塊來接收和

33、采集輸入信號，通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，PLC控制的另一類外部負載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸入電路中設有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號。</p><p>　　輸出模塊：輸出模塊的率放大元件有大功率晶體管和場效應管（驅(qū)動直流負載）、雙向可控硅（驅(qū)動交流負載）和小型繼電器，繼電器可以驅(qū)動交流負載或直流負載。輸出電流的典型值為0.5—2A

34、,負載電源由外部現(xiàn)場提供。</p><p>　　2.2 PLC的工作原理</p><p>　　可編程控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖很相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用計算機程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上也有某些相似之處。繼電器在控制系統(tǒng)中有功率放大、電氣隔離、邏輯運算的作

35、用。</p><p>　　PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序不實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至PLC停機或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一共有五個階段（見圖2）。PLC的

36、這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。</p><p>　　在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成別的一些內(nèi)部工作。</p><p>　　在通信服務階段，PLC與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。</p>

37、<p>　　當PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運行（RUN）狀態(tài)時，還要完成另外三個階段的操作。</p><p>　　在PLC的存儲器中，設置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映象寄存器和輸出映象寄存器。PLC梯形圖中別的編程元件也有對應的映象存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映象寄存器。</p><p>　　PLC的用戶程序由若干條指

38、令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在程序執(zhí)行階段，當執(zhí)行指令時，從輸入映象寄存器或別的元件映象寄存器中將有關(guān)編程元件的“0”/“1”狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到對應的元件映象寄存器中。因此，各編程元件的映象寄存器（輸入映象寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。</p><p>　　在

39、輸出處理階段，CPU將輸出映象寄存器的“0”/“1”狀態(tài)傳送到輸出鎖存器，經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后驅(qū)動外部的負載。</p><p>　　第三章 PLC程序設計基礎(chǔ)</p><p>　　3.1 PLC編程語言與編程結(jié)構(gòu)</p><p>　　現(xiàn)代的PLC一般備有多種編程語言，供用戶使用。但不同廠家的PLC的編程語言有很大的區(qū)別，用戶不得不學習多種編程語言和查找故障的方

40、法。因此，IEC（國際電工委員會）1994年5月公布了可編程序控制器標準（IEC1131）。該標準由以下5部分組成：通用信息、設備與測試要求、PLC的編程語言、用戶指南和通訊。由其制定的編程語言即滿足目前市場的要求，又適應未來技術(shù)的發(fā)展。同時，IEC1131—3詳細說明了句法、語義和下述5種PLC編程語言（見圖4）的表達方式：</p><p><b>　　順序功能圖</b></p>

41、;<p><b>　　梯形圖</b></p><p><b>　　功能塊圖</b></p><p><b>　　指令表</b></p><p><b>　　文本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　標準中有兩種圖形語言——梯形圖（LD）和功能塊圖

42、（FBD），還有兩種文字語言——指令表（IL）和結(jié)構(gòu)文本（ST），可以認為順序功能圖（SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。</p><p>　　3.1.1順序功能圖（SFC）</p><p>　　SFC提供了一種組織程序的圖形方法，在SFC中可以用別的語言嵌套編程。步、轉(zhuǎn)換和動作（Action）是SFC中的三種主要元件（見圖5）。步是一種邏輯塊，即對應于特定的控制任務的編程邏輯；動作是控制

43、任務的獨立部分；轉(zhuǎn)換是從一個任務到另一個任務的原因。</p><p>　　作為梯形圖語言，SFC提供用戶了以上三種基本結(jié)構(gòu)（見圖5）。在順序結(jié)構(gòu)中，CPU首先反復執(zhí)行1中的動作，直到轉(zhuǎn)換1變?yōu)椤?”狀態(tài)，CPU才處理第2步。在選擇支路中，取決于哪一個轉(zhuǎn)換是活動的，CPU只執(zhí)行一條支路。在并行支路中，所有的支路被同時執(zhí)行。</p><p>　　對于目前大多數(shù)PLC來說，SFC還僅僅作為組織編

44、程的工具使用，尚需用其它的編程語言（如梯形圖）將它轉(zhuǎn)換為PLC可執(zhí)行的程序。因此，通常只是將SFC作為PLC的輔助編程工具，而不是一種獨立的編程語言。</p><p>　　3.1.2 梯形圖(LD)</p><p>　　梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語言，有時又被稱為電路或程序。它是一種軟件信息，是一種反映PLC的輸入輸出控制邏輯關(guān)系的程序軟件，它與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖（硬件）

45、電路不同，不是真正的物理（硬件）電路，一定不能把它們當作硬件電路來看待。由于梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，因此很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣技術(shù)人員掌握，特別適用于開頭量邏輯控制。</p><p>　　IEC1131-3的梯形圖中除了線圈、常開觸點和常閉觸點外，還允許增加功能和功能塊。</p><p>　　1、梯形圖的主要特點</p><p

46、>　?。?）PLC梯形圖是的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等。但是它們不是真實物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。</p><p>　?。?）梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線（Bus bar）。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個左正右負的直流電源電壓。當圖6中的觸點1、2接通時，可假設“概

47、念電流”或“能流”（Power flow）從左向右流動，這一方向與執(zhí)行用戶程序時的邏輯運算的順序一致。能流的方向只能從左向右流動，因此圖6中（a）圖應改為圖（b）所示的等效電路。</p><p>　　（3）根據(jù)梯形圖中各觸點的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯運算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進行的。解算的結(jié)果立即可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯結(jié)算是根據(jù)輸入映

48、象寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點的狀態(tài)來進行的。</p><p>　?。?）梯形圖中的線圈應放在最右邊，圖7（a）的電路應改為圖7（b）中的電路。</p><p>　　（5）梯形圖中各編程元件的常開觸點和常閉觸點均可無限次的使用。</p><p>　　2、梯形圖經(jīng)驗設計方法：</p><p>　　（1）.可根據(jù)原有的繼電邏輯控制

49、圖進行轉(zhuǎn)化設計；</p><p>　?。?）.沒有固定的方法和步驟可遵循，試探性和隨意性強；</p><p>　?。?）.由于需要中間變量完成記憶聯(lián)鎖互鎖，需要考慮的因素很多；</p><p>　?。?）.設計耗時長，且修改麻煩；</p><p><b>　　3、梯形圖編規(guī)則：</b></p><p&

50、gt;　?。?）、 每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。</p><p>　?。?）、 梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有接觸點），如圖(a)錯，圖(b)正確。</p><p>　?。?）、線圈不能直接接在左邊母線上。</p><p>　?。?）、在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸

51、出，它很容易引起誤操作，應盡量避免。</p><p>　?。?）、在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動——即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。 </p><p>　　下圖是一個錯誤的橋式電路梯形圖。</p><p>　　3.1.3功能塊圖(FBD)&l

52、t;/p><p>　　這是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，具有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易掌握。該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運算輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓圈表示“非”運算，信號是自左向右流運的。</p><p>　　像SFC一樣，功能塊圖FBD也是一種圖形語言，在FBD中也允許嵌入別的語言（如梯形圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本）。</p>

53、;<p>　　3.1.4 指令表(IL)</p><p>　　有的廠家（如西門子公司）將指令稱為語句，由若干條指令組成的程序叫做指令表程序。</p><p>　　PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式，但是小型PLC的指令系統(tǒng)比匯編語言的簡單得多，有的PLC的指令系統(tǒng)僅有20來條指令。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設計時一般使用梯

54、形圖語言。如果使用圖形編程器，可以直接將梯形圖送入PLC，并在顯示器上顯示出來。如果使用簡易編程器，則必須將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表后再送入PLC，這種轉(zhuǎn)換的規(guī)則是很簡單的。在用戶存貯器中，指令按步序號順序排列。</p><p>　　3.2 順序控制梯形圖的設計方法</p><p>　　3.2.1 起保停電路的編程方式</p><p>　　根據(jù)順序功能圖設計梯形圖時，可以

55、用為存儲器位M來代表步，某一步為活動步時，對應的存儲器位為1狀態(tài)，某一轉(zhuǎn)換實現(xiàn)時，改轉(zhuǎn)換的后續(xù)步為活動步，前級步變?yōu)樗啦健?lt;/p><p>　　起保停電路僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令，設計起保停電路的關(guān)鍵是找出它的啟動條件和停止條件。根據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本條件是前級步為活動步，并且滿足相應的轉(zhuǎn)換條件，該步才為1狀態(tài)，并且后續(xù)步為死步。</p><p>　　圖3-2是3-1

56、順序功能圖對應的梯形圖，步M200之后有一個選擇序列的分支，設步M200為活動步，當它的后續(xù)步M201或M203變?yōu)榛顒硬綍r，它都應變?yōu)樗啦剑共組203變?yōu)榛顒硬綍r，即代表步的輔助繼電器M202的啟動條件為</p><p>　　M201·X401+M203·X404</p><p>　　對于并行序列，如果某一步的前面有N個轉(zhuǎn)換（即有N個分支進入該步），則代表該步的輔

57、助繼電器的啟動電路有N條支路并聯(lián)而成，各支路由某一前級步對應的輔助繼電器的常開觸點與相應的轉(zhuǎn)換條件對應的觸點或電路串聯(lián)而成。</p><p>　　3.2.2 以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式</p><p>　　在順序功能圖中，如果某一轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步并且滿足相應的轉(zhuǎn)換條件，則轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。</p><p>　　在以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，將改轉(zhuǎn)換所有前級步對應的存儲器

58、位的常開觸點與轉(zhuǎn)換對應的觸點或電路串聯(lián)，該串聯(lián)電路即為起保停電路的啟動電路，用它作為使所有后續(xù)步對應的存儲器位置位，和所有前級步對應的前級步對應的存儲器位復位。</p><p>　　如圖3-3是3-1對應的以轉(zhuǎn)化為中心編程的梯形圖。</p><p>　　第四章 三菱公司F1—40MR型PLC的使用</p><p>　　4.1 三菱公司的PLC產(chǎn)品及F1—40MR&l

59、t;/p><p>　　4.1.1 F1系列PLC的指令系統(tǒng)簡介：</p><p>　　(1) F1系列PLC的指令可分為兩大類：</p><p>　　基本邏輯指令：又稱為通用邏輯指令，是PLC中最基本的編程語言，用于開關(guān)量I/O的控制系統(tǒng)的梯形圖程序設計，共二十條。掌握了它們也就初步掌握了PLC的使用方法，基本上就能滿足開關(guān)量邏輯控制系統(tǒng)的編程了。</p>

60、<p>　　特殊功能指令：共87條，可用于編制特殊程序，如高速I/O處理、數(shù)據(jù)傳輸、計數(shù)器的特殊用法、算術(shù)運算和模擬量控制等。</p><p>　　(2) F1系列PLC的基本邏輯指令又分為四大類：</p><p>　　作用于觸點的指令：LD/LDI、AND/ANI、OR/ORI等。</p><p>　　作用于線圈的指令：OUT。</p>

61、<p>　　數(shù)據(jù)處理指令：如S/R、RST、SFT、MC/MCR、PLS、SFT、CJP/EJP等。</p><p>　　獨立使用的指令：如ANB、ORB、END等。</p><p>　　4.1.2 F1—40MR的編程元件：</p><p>　　F1—40MR的編程元件的名稱由字母和數(shù)字表示，它們分別表示元件的類型和元件號。元件號用八進制數(shù)表示，各種編程

62、元件的編號的取值范圍有嚴格的規(guī)定，不同的元件編號均不相同，互不重疊，具體安排如下：</p><p>　　輸入繼電器（X）：400—413，500—513</p><p>　　輸出繼電器（Y）：430—437，530—537</p><p>　　定時器（T）：50—57，450—457，550—557，650—657</p><p>　　計數(shù)器

63、（C）：60—67，460—467，560—567，660—667</p><p>　　輔助繼電器（M）：100—377 （其中300—377斷電保持）</p><p>　　狀態(tài)寄存器（S）： 600—647</p><p>　　特殊輔助繼電器（M）：70，71，72，73，76，77等16個</p><p>　　4.1.3 某些編程元件使用

64、特性及含義：</p><p>　?。?）F1—40MR的12個移位寄存器分別由下列輔助繼電器組成：</p><p>　　M100—M117 M120—M137 M140—M157 M160—M177</p><p>　　M200—M217 M220—M237 M240—M257 M260—M277</p><p>　　

65、M300—M317 M320—M337 M340—M357 M360—M377</p><p>　?。?）部分特殊輔助繼電器的含義：</p><p>　　M70：運行監(jiān)視，當PLC的運行開關(guān)接通時，M70接通。</p><p>　　M71：初始化脈沖，在PLC的運行開關(guān)接通之后的第一個掃描周期內(nèi)接通。</p><p><b&

66、gt;　　(3) 定時器：</b></p><p>　　F1系列PLC有24個0.1-999s的定時器，編號為：T50-T57，T450-T457，T550-T557。</p><p>　　F1系列PLC有8個0.01-99.9秒的定時器，編號為：T650-T657。</p><p><b>　　計數(shù)器：</b></p>

67、<p>　　F1系列PLC有32個最大計數(shù)值為999的三位減法計數(shù)器，編號為：60—67，460—467，560—567，660—667。</p><p>　　F1系列PLC將兩個三位計數(shù)器C660和C661組成計數(shù)器對作為一個6位BCD碼加減計數(shù)器使用，其中C660是低三位，C661是高三位，其計數(shù)及工作方式由特殊輔助繼電器M470—M472等的ON/OFF狀態(tài)控制決定，它既可以對高速脈沖（最高2

68、KHz）計數(shù)，也可以作為普通計數(shù)器使用。</p><p>　　4.2 F1-20P簡易編程器的使用</p><p>　　F1-20P是與F1系列PLC配套的簡易編程器，它也可以為F、F2系列PLC編程。</p><p>　　4.2.2 編程操作</p><p>　　程序的寫入、修改、調(diào)試過程如右圖所示。編程時將編程器插在基本單元上，并將它們分

69、別置于PROGRAM模式，PLC進入編程工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下進行程序的寫入、檢查和編輯。</p><p>　　(1)清除用戶程序存貯器的全部內(nèi)容：</p><p>　　在寫入新程序前，首先要進行程序清零，其按鍵操作過程為：</p><p>　　CLEAR STEP 0 STEP 9 9 9 DEL </p><p>　　對于F1系列P

70、LC，用戶程序存儲空間為1K字，每字為1步（STEP）。當最后按下DEL鍵后，用戶程序存貯器中的內(nèi)容全部變?yōu)镹OP指令。同時有斷電保持功能的輔助繼電器M300—M377全部處于斷開狀態(tài)，計數(shù)器和移位寄存器全部被復位。</p><p>　　若只清除用戶程序存貯器中的部分程序段，則可在上述操作過程中指定待清除的起始步序和結(jié)束步序即可。</p><p>　　在鍵操作中，若要取消前面的鍵操作，可以

71、按CLEAR鍵。應該注意，該鍵不是用來清除存貯器內(nèi)容的，按該鍵后，編程器處于等待接受操作命令的狀態(tài)。</p><p><b>　　(2) 程序的寫入</b></p><p>　　利用編程器鍵盤上的按鍵，便可以將編好的用戶程序?qū)懭雰?nèi)存。每寫入一條指令時，顯示器將顯示出步序號、指令及數(shù)據(jù)。程序?qū)懭霊错樞蜻M行。</p><p>　　清除存貯器內(nèi)容后

72、，新的用戶程序從第000步開始寫入。按CLEAR鍵，顯示出步序號000，然后按INSTR鍵，進入指令顯示狀態(tài)，便可以開始寫入程序。其按鍵操作過程如圖所示，WRITE操作將指令寫入RAM，并對用戶程序存貯器步序號加1。</p><p>　　如果程序?qū)懭胧墙又鳵AM中原有的程序繼續(xù)進行，從某個步序號開始寫入，則應在按STEP鍵后送入起始步序號，按INSTR鍵后，從指定的步序號開始寫入程序。</p>&l

73、t;p>　　輸入過程中，每寫入一條指令時，顯示器顯示出相應的步序號、指令及數(shù)據(jù)。按下“WRITE”鍵，顯示器顯示出下一步的步序號，表明上一條指令已經(jīng)寫入RAM，可以寫入下一條指令。</p><p>　　在按下寫入鍵之前，如果希望變更指令或元件號，可以按命令鍵“INSTR”，然后寫入新的指令或元件號；在按下寫入鍵后，如果希望變更指令或元件號，可以按下STEP(-)鍵，然后寫入新的指令。在按了涉及元件號的指令鍵

74、之后，一定要寫入元件號。由于各種不同類型的元件編號互不重疊，所以在寫入指令時，不必輸入元件號類型。</p><p><b>　　（3）程序清除</b></p><p>　　清除用戶程序存貯器的全部內(nèi)容：在寫入新程序前，首先要進行程序清零，其按鍵操作過程為：</p><p>　　CLEAR STEP 0 STEP 9 9 9 DEL &l

75、t;/p><p><b>　　（4）程序的讀出：</b></p><p>　　程序?qū)懭牒?，為了檢查寫入的程序是否正確，需要將程序讀出進行校對。讀出程序時，先指定步序號，然后按下命令鍵“INSTR”，以后順序按STEP（+）鍵，便可讀出程序。其操作過程為：</p><p>　　CLEAR STEP 步序號 INSTR STEP(+)或STEP

76、(-) </p><p>　　如果從000步開始讀程序，可以省去上面的第二步和第三步中的按鍵操作。按下STEP(-)鍵，可以讀出前一步序的指令。</p><p>　　(5) 指令的修改：</p><p>　　如果需要修改程序中的某條指令，首先應讀出該指令或搜索到該指令，顯示出原指令后，寫入新的指令按WRITE，該指令即變?yōu)樾碌闹噶?，舊指令自然消失。具體可按以下操作過

77、程進行：</p><p>　　最后，新指令寫入RAM，步序號加1。</p><p>　　需要修改某一常數(shù)時，先要找到前一條OUT指令，然后按STEP（+）鍵，使步序號加1，找到需修改的常數(shù)，再鍵入新的常數(shù)，常數(shù)即被修改。</p><p>　　(6) 指令的刪除：</p><p>　　如果要刪除某條指令，可以先讀出欲刪除的指令，再按下刪除鍵（

78、DEL），該指令即被刪除，后面的指令自動接上，步序號自動減1。</p><p>　　(7) 指令的插入：</p><p>　　需要插入一條指令時，首先顯示出待插入指令后面的指令（稱為原指令），鍵入欲插入的指令鍵及與元件號對應的數(shù)字鍵后，再按插入鍵（INS），該指令便插入在原指令之前，其步序號為原指令的步序號，而原指令及其后的各指令的步序號均自動加1。插入后顯示的指令是原指令。</p&

79、gt;<p>　　(8) 程序的尋找（搜索）：</p><p>　　在不知道指令步序號的情況下，要尋找某條指令，其按鍵操作過程為：</p><p>　　CLEAR 指令 元件號 SEARCH</p><p>　　例如要搜索的指令OUT Y430所在的步序，先按該指令的指令鍵和與元件號對應的數(shù)字鍵，再按搜索鍵，就可以顯示出要搜索的步序號。如果想搜索

80、該步序號之后是否還有相同的指令，再按一次搜索鍵。但是在按了STEP(+)或STEP(-)之后，則無法再作上述的搜索。如果沒有搜索到，則顯示出最后的步序號是999。</p><p>　　本操作過程不能用來搜索定時器和計數(shù)器的常數(shù)。要搜索這些常數(shù)時，首先應找到對應的OUT指令，然后按STEP(+)鍵使步序號加1，便可以找到所需要的常數(shù)。</p><p>　　在寫入指令時，如果寫入的編程元件編號

81、出現(xiàn)錯誤，超出允許的編號范圍（如OUT400），按WRITE鍵后，顯示的元件號將閃爍，這時按INSTR鍵后，顯示的元件號將停止閃爍，并顯示該步序號原有的指令。這時可以再輸入正確的指令或元件號，再按WRITE鍵，就可以將正確的指令和元件號寫入該步序號所對應的PLC的RAM中。</p><p>　　第五章 基于PLC十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計</p><p>　　5.1 設計選題及PLC控

82、制過程</p><p>　　在十字路口的東西、南北主干道上裝設紅燈、綠左轉(zhuǎn)、綠直行和黃燈，控制機動車輛和非機動車輛，人行斑馬線上裝設紅、綠燈控制行人。</p><p>　　其控制過程為：東西南北方向主干道的紅燈一直處于點亮狀態(tài)，提示主干道上左轉(zhuǎn)通行時直行禁止通行，直行通行時左轉(zhuǎn)禁止通行，只有紅燈亮時該方向車輛禁止通行。主干道車輛通行時交通燈信號的變化規(guī)律為：左轉(zhuǎn)綠燈亮15秒后閃爍三次，黃燈

83、亮2秒，然后直行綠燈亮（同時東西方向人行道綠燈亮），15秒后閃爍三次，黃燈亮2秒，然后綠燈全部熄滅，只有紅燈亮，車輛禁止通行。</p><p>　　該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)工作的控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動后能夠周期性地連續(xù)循環(huán)工作，故系統(tǒng)中設置兩個輸入信號分別控制系統(tǒng)的啟動和停止。PLC選用三菱F1—40MR基本單元，I/O接口數(shù)為24/16。</p><p>　　分析系統(tǒng)的控制模型可以看出，人行道

84、斑馬線上的綠燈狀態(tài)與直行綠燈信號相同，可用同一個控制信號。故整個控制系統(tǒng)需設置兩個輸入接口：X400接啟動輸入開關(guān)SB1，X401接停止輸入開關(guān)SB2；再設置九個輸出端口分別控制各信號燈。PLC的I/O接口分配如圖二所示。根據(jù)系統(tǒng)的控制模型和控制要求可畫出系統(tǒng)中各輸出信號的控制時序如圖三所示。 </p><p>　　5.2 順序功能圖</p><p>　　根據(jù)選題的控制過程和其輸出時序圖

85、設計可設計出其順序控制功能圖。</p><p>　　順序功能圖的三要素素是步、轉(zhuǎn)換條件和動作，初始步用雙線框表示，一般步與用矩形框表示，矩形框中用數(shù)字表示步的編號，轉(zhuǎn)換條件用短劃線表示，在旁邊可用文字標注。動作用矩形框，矩形框可用文字或符號表示。</p><p>　　一個順序控制過程可分為若干個階段，這些階段稱為步或狀態(tài)，可用輔助繼電器M和狀態(tài)繼電器S表示，每個步都有不同的動作（初始步可以

86、沒有動作）。</p><p>　　當相鄰兩步之間的轉(zhuǎn)換條件滿足時，就實現(xiàn)步與步之間的轉(zhuǎn)換，即上一步動作結(jié)束而下一步動作開始。步與步之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換必須滿足兩個條件：前級步為活動步，對應轉(zhuǎn)換條件成立。</p><p>　　采用順序控制設計法中并行序列的順序功能圖設計方法，將東西、南北兩個方向的路燈并行控制，其順序功能圖如下：</p><p>　　以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖的設計

87、</p><p>　　在順序功能圖中，如果某一轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步并且滿足相應的轉(zhuǎn)換條件，則轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。</p><p>　　在以轉(zhuǎn)換為中心的編程方法中，將改轉(zhuǎn)換所有前級步對應的存儲器位的常開觸點與轉(zhuǎn)換對應的觸點或電路串聯(lián)，該串聯(lián)電路即為起保停電路的啟動電路，用它作為使所有后續(xù)步對應的存儲器位置位，和所有前級步對應的前級步對應的存儲器位復位。根據(jù)順序控制的順序功能圖得到如下以轉(zhuǎn)換為中心

88、的梯形圖：</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的編程指令</p><p>　　PLC的指令是一種與微機的匯編語言中的指令相似的助記符表達式，但是小型PLC的指令系統(tǒng)比匯編語言的簡單得多，有的PLC的指令系統(tǒng)僅有20來條指令。指令表程序較難閱讀，其中的邏輯關(guān)系很難一眼看出，所以在設計時一般使用梯形圖語言。如果使用圖形編程器，可以直接將梯形圖送入PLC，并在顯示器上顯示出來。如果使用簡易編程器

89、，則必須將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表后再送入PLC，這種轉(zhuǎn)換的規(guī)則是很簡單的。在用戶存貯器中，指令按步序號順序排列。</p><p>　　根據(jù)以轉(zhuǎn)換為中心的梯形圖可以得其指令表如下：</p><p><b>　　5.5程序調(diào)試</b></p><p>　　5.5.1在系統(tǒng)設計中注意的問題</p><p>　　（1）在系統(tǒng)設計中要

90、注意寄存器、定時器等元件的編號是按八進制進行的，在寫某一步時，如果出現(xiàn)M208、M209、T458等書寫時，是一定要避免的。</p><p>　?。?）在計數(shù)器的使用時，一定要設置計數(shù)器的初始化復位，并在計數(shù)器使用完畢后一步使其復位，否則將不能使用設置好的計數(shù)器，或者不能按設置要求來進行計數(shù)。</p><p>　　5.5.2程序調(diào)試中遇到的問題及解決方法</p><p&

91、gt;　　問題（1）：輸完指令后執(zhí)行程序，設置好控制輸出的燈沒有完全亮。</p><p>　　分析：說明控制該燈的步不正確或是死步。</p><p>　　解決方案：檢查梯形圖，發(fā)現(xiàn)東西方向的輸出未寫入梯形圖，修改梯形圖并轉(zhuǎn)換為指令，插入到程序中，再運行程序，所有設置輸出均正常。</p><p>　　問題（2）交通燈未出現(xiàn)閃爍，并且未進入到下一步狀態(tài)</p>

92、;<p>　　分析：說明控制該步轉(zhuǎn)換條件的定時器有問題，是根據(jù)西門子的定時器來設計的，可能會有區(qū)別。</p><p>　　解決方案：查看三菱PLC參考資料，發(fā)現(xiàn)其定時器的使用與西門子的設置有區(qū)別，在三菱PLC中，定時器的設置雖是0.1—999秒定時器，但可以輸入0.5秒，設置值K就是定時時間，而西門子的定時器如果是100ms的定時器則設置值K為5即為0.5秒，檢查指令表，修改K值，插入到程序中，再運

93、行程序，所有設置輸出均正常,程序運行正確，滿足設計要求。</p><p><b>　　5.5.3心得體會</b></p><p>　　通過這次實驗，了解了PLC在自動控制中的運用，可編程序控制器（簡稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動化控制裝置，它專門為工業(yè)控制而設計，具有功能強，編程簡單，使用方便等優(yōu)點，在

94、現(xiàn)代工業(yè)自動控制中使用越來越廣泛。</p><p>　　此實驗后，基本掌握了三菱公司F1—40MR型PLC的使用方法，并用其來設計簡單的自動控制過程，受益匪淺。</p><p>　　通過這次設計實踐。我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當

95、我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC 的理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。</p><p>　　在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法，不是有句話叫做思而不學者殆。做事要學思結(jié)合。</p><

96、;p><b>　　致謝</b></p><p>　　此實驗的順利完成，特別要感謝在實驗前，謝老師開了許多講座，解決了不少疑難問題。謹向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] PLC編程及應用，廖常初主編, 第3版，北京，機械工業(yè)出版社</p&g